編者按:時至今日，網(wǎng)絡(luò)走向“全IP”已經(jīng)被業(yè)界所公認；回頭想想當初采取何種技術(shù)組網(wǎng)的爭論，以及更遠的IPX協(xié)議等，難免讓有技術(shù)情結(jié)的人感慨萬千。
　　2003年以來，“向全IP核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)高速沖刺”的演進，在全球范圍內(nèi)愈演愈烈，隨著IP勢大，IP成為基于WDM（Wavelength-Division Multiplexing，波分復用）層上惟一選擇的判斷，已經(jīng)沒有人再懷疑了，即使目前這種“江山一統(tǒng)”還尚未實現(xiàn)，在一些網(wǎng)絡(luò)中還有稍許其他技術(shù)在掙扎�，F(xiàn)在，人們開始判斷的是，IP在什么時候向下更進一步，完全占領(lǐng)接入領(lǐng)域？或者向上更進一步，以10G甚至更高帶寬的網(wǎng)絡(luò)部署為契機，完全占領(lǐng)企業(yè)網(wǎng)、城域網(wǎng)乃至整個電信網(wǎng)？或者，通過越來越多的非3G無線網(wǎng)絡(luò)（例如WLAN、WiMAX、Wireless MANs等），使IP在競爭中突進3G移動核心網(wǎng)中？一個顯而易見的事實是，越來越多的公司在談到固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)的融合時，動輒就將IMS（IP Multimedia Subsystem ,IP 多媒體子系統(tǒng)）搬出來，這更加確立了IP協(xié)議（或者說技術(shù)）一統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的大局。
　　而當我們將目光聚焦在IP上時，幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)管理員都有理由非常欣喜，因為這種技術(shù)太具彈性了，允許太多具有不同底層特征的系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)，同時也可以通過最為常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)傳遞各種各樣的應用數(shù)據(jù)流——正是IP這種強大的包容能力，使其獲得了廣闊的應用空間。
　　另一方面，我們也可以發(fā)現(xiàn)，有一個詞始終圍繞在IP的周圍，那就是QoS（服務(wù)質(zhì)量），正因為IP的包容性、寬泛性，使其在管理上困難重重，QoS的重要性也就突顯出來了。換一種說法是，“有關(guān)IP網(wǎng)絡(luò)的QoS探討受到業(yè)界的追捧”�，F(xiàn)在的發(fā)展思路是，QoS將遵循端到端解決方案的模式，在IP層提供基于有線/無線網(wǎng)的本地及跨網(wǎng)策略，并在其上提供一系列與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有關(guān)的工具。
　　正因為這樣，WLAN（人們一直在探討WLAN在安全上先天不足的問題）上的QoS就更值得探討了。同時，當我們看到美南方貝爾公司推出的面向企業(yè)應用的電信級VPN上的QoS保障應用時，新鮮的感覺就更為強烈了。當然，盡管人們更在乎企業(yè)級應用的QoS，但這并不意味著QoS的問題只存在于企業(yè)網(wǎng)或更大范圍網(wǎng)絡(luò)中，家庭多媒體娛樂中的QoS同樣是面對超大市場的一個超難問題。
　　正是由于這些原因，我們選擇了這兩個方面的問題進行討論。
　　時至今日，網(wǎng)絡(luò)走向“全IP”已經(jīng)被業(yè)界所公認；回頭想想當初采取何種技術(shù)組網(wǎng)的爭論，以及更遠的IPX協(xié)議等，難免讓有技術(shù)情結(jié)的人感慨萬千。
　　2003年以來，“向全IP核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)高速沖刺”的演進，在全球范圍內(nèi)愈演愈烈，隨著IP勢大，IP成為基于WDM（Wavelength-Division Multiplexing，波分復用）層上惟一選擇的判斷，已經(jīng)沒有人再懷疑了，即使目前這種“江山一統(tǒng)”還尚未實現(xiàn)，在一些網(wǎng)絡(luò)中還有稍許其他技術(shù)在掙扎�，F(xiàn)在，人們開始判斷的是，IP在什么時候向下更進一步，完全占領(lǐng)接入領(lǐng)域？或者向上更進一步，以10G甚至更高帶寬的網(wǎng)絡(luò)部署為契機，完全占領(lǐng)企業(yè)網(wǎng)、城域網(wǎng)乃至整個電信網(wǎng)？或者，通過越來越多的非3G無線網(wǎng)絡(luò)（例如WLAN、WiMAX、Wireless MANs等），使IP在競爭中突進3G移動核心網(wǎng)中？一個顯而易見的事實是，越來越多的公司在談到固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)的融合時，動輒就將IMS（IP Multimedia Subsystem ,IP 多媒體子系統(tǒng)）搬出來，這更加確立了IP協(xié)議（或者說技術(shù)）一統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的大局。
　　而當我們將目光聚焦在IP上時，幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)管理員都有理由非常欣喜，因為這種技術(shù)太具彈性了，允許太多具有不同底層特征的系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)，同時也可以通過最為常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)傳遞各種各樣的應用數(shù)據(jù)流——正是IP這種強大的包容能力，使其獲得了廣闊的應用空間。
　　另一方面，我們也可以發(fā)現(xiàn)，有一個詞始終圍繞在IP的周圍，那就是QoS（服務(wù)質(zhì)量），正因為IP的包容性、寬泛性，使其在管理上困難重重，QoS的重要性也就突顯出來了。換一種說法是，“有關(guān)IP網(wǎng)絡(luò)的QoS探討受到業(yè)界的追捧”�，F(xiàn)在的發(fā)展思路是，QoS將遵循端到端解決方案的模式，在IP層提供基于有線/無線網(wǎng)的本地及跨網(wǎng)策略，并在其上提供一系列與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有關(guān)的工具。
　　正因為這樣，WLAN（人們一直在探討WLAN在安全上先天不足的問題）上的QoS就更值得探討了。同時，當我們看到美南方貝爾公司推出的面向企業(yè)應用的電信級VPN上的QoS保障應用時，新鮮的感覺就更為強烈了。當然，盡管人們更在乎企業(yè)級應用的QoS，但這并不意味著QoS的問題只存在于企業(yè)網(wǎng)或更大范圍網(wǎng)絡(luò)中，家庭多媒體娛樂中的QoS同樣是面對超大市場的一個超難問題。
　　正是由于這些原因，我們選擇了這兩個方面的問題進行討論。
QoS機制執(zhí)行仍然困難
　　目前的大多數(shù)實際測試仍然無法保證QoS，根據(jù)現(xiàn)實的測試，至少有3/4的產(chǎn)品供應商在數(shù)據(jù)傳輸不受影響的前提下，無法完全保障語音質(zhì)量，那么，容易導致QoS機制無法完好執(zhí)行的因素有那些呢？
歸納起來，大概可以分為下面幾點：




　　隨著現(xiàn)在大量的數(shù)碼多媒體內(nèi)容涌入我們生活當中，隨之也產(chǎn)生了許多問題，其中最主要的一項就是數(shù)字版權(quán)保護管理（DRM），而其他一些問題，如無線網(wǎng)絡(luò)的性能和服務(wù)的質(zhì)量等，也同樣開始浮出水面。當我們進入有關(guān)無線多媒體網(wǎng)絡(luò)的探討時，我們就能輕易發(fā)現(xiàn)，無線多媒體QoS，已經(jīng)成為數(shù)字多媒體立足于家庭網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。
該了解的一些技術(shù)
　　在深入介紹之前，還是讓我們先熟悉一下數(shù)碼多媒體領(lǐng)域常見的一些名詞術(shù)語，這樣可使您對所涉及的技術(shù)和背景有一個大概的了解，以下是這些技術(shù)的少許特征。
　　盡力而為（Best Effort）的傳輸策略：該策略以“平等”二字為基礎(chǔ)，在多數(shù)情況下這不會有太大問題，但它卻并不適用于多媒體內(nèi)容服務(wù)。在這種策略下所有數(shù)據(jù)傳輸時均一視同仁，例如網(wǎng)絡(luò)打印任務(wù)、頁面下載、視頻流等應用都具有相同的優(yōu)先級。對于打印或者網(wǎng)頁來說，一般多等一兩秒鐘或者更長一點的時間也沒什么關(guān)系，但對視頻流來說，如果時不時地有那么半秒一秒數(shù)據(jù)出現(xiàn)斷流或者延遲，那么視頻回放的效果肯定會相當糟糕。
　　服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）：這是本文的主角，所以讓我們首先看看QoS的定義是什么。所謂QoS指的就是在數(shù)據(jù)傳輸時支持多重優(yōu)先級的框架結(jié)構(gòu)，這使那些對實時性相對比較敏感的數(shù)據(jù)（如音頻視頻和網(wǎng)絡(luò)電話等）在傳輸時可以被賦予更高的優(yōu)先級，它是一種網(wǎng)絡(luò)傳輸領(lǐng)域的優(yōu)選法，那些具有低延遲高帶寬需求的數(shù)據(jù)可以被優(yōu)先傳輸，而其他對時間性要求不強的數(shù)據(jù)（如網(wǎng)頁、文件上傳下載和打印任務(wù)等）則被賦予較低的優(yōu)先級。
　　通用隨插即用（Universal Plug and Play，UPnP）服務(wù)質(zhì)量規(guī)范：目前UPnP 1.0版本的規(guī)范定義了三大主要策略，分別是QoS策略持有者、QoS管理者和QoS設(shè)備。這一規(guī)范也覆蓋了接入管理和接入策略，并描述了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上一個設(shè)備接入后請求和獲取數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)先級的機制。目前，UPnP的2.0和3.0版本規(guī)范還在制訂之中，前者將在今年晚些時候完成，而后者計劃于明年初完成。
　　UPnP音頻視頻規(guī)范：這是UPnP規(guī)范的一個子集，它定義了多媒體設(shè)備（如DVD播放器、電視、家庭影音系統(tǒng)、MP3播放器等）的設(shè)備模板和服務(wù)模板。UPnP規(guī)范同時也定義了一個搜索協(xié)議。新設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)后，UPnP音頻視頻規(guī)范能找到網(wǎng)絡(luò)中已有的設(shè)備，與其“握手”并描述自己所提供的服務(wù)，另外也可使新設(shè)備最大程度上完成自動配置。
　　802.1p規(guī)范：對于有線以太網(wǎng)來說，該規(guī)范為數(shù)據(jù)報定義了八級媒體訪問控制（Media Access Control，MAC）優(yōu)先級，高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)報將首先被傳輸，如果高優(yōu)先級數(shù)據(jù)報處于正在傳輸中的狀態(tài)或等待傳輸中的狀態(tài)時，低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包將無法得到被傳輸?shù)臋C會。
　　802.11e規(guī)范： 該規(guī)范基于802.1p規(guī)范之上制定，它定義了用于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的MAC級別的服務(wù)質(zhì)量機制，此規(guī)范和下面的WMM一道是保證無線網(wǎng)絡(luò)多媒體服務(wù)可靠性的關(guān)鍵。
　　無線多媒體（Wireless Multimedia，WMM）：Wi-Fi聯(lián)盟把WMM定義為802.11e規(guī)范的概要，實際上它是802.11e規(guī)范的一個子集，由于IEEE在批準802.11e規(guī)范上花了太長時間，因此WMM被提出用以滿足業(yè)界對Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)QoS解決方案的需求。
　　預留協(xié)議（Reservation Protocol，RSVP）：RSVP是一種IP網(wǎng)絡(luò)中的信令協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)終端利用它向網(wǎng)絡(luò)申請資源。該協(xié)議最初由美國南加州大學的信息科學院提出，目的是希望通過Internet信道提供具有質(zhì)量保障的服務(wù)并提高網(wǎng)絡(luò)的運行效率。
802.11e和QoS的起源與背景
　　802.11標準的一個主要問題在于，它缺少一種區(qū)分和識別不同數(shù)據(jù)在傳輸時具有不同時間性要求的機制。舉例來說，802.11標準最初支持兩種傳輸模式，第一是在信道爭用期的分布式協(xié)調(diào)功能（DCF），DCF采用載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA）的媒體訪問方式，可以形象地比喻為“先聽再說”，節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)前要先檢測信道是否空閑是否存在沖突。DCF支持傳輸協(xié)調(diào)，但它并不支持任何無線媒體的優(yōu)先級訪問。由于現(xiàn)在家庭網(wǎng)絡(luò)市場逐漸被無線網(wǎng)絡(luò)所占領(lǐng)，硬件制造商開始越來越清楚地意識到，流媒體必將成為802.11的下一個殺手級應用。
　　為了解決對時延敏感的數(shù)據(jù)傳輸，出現(xiàn)了第二種運行于DCF之上的非信道爭用期的點協(xié)調(diào)功能（PCF）傳輸模式，這里面一個點協(xié)調(diào)器用輪流平均（Round Robin）的方式以固定的時間間隔在所有運行于PCF模式的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間輪詢，接下來的數(shù)據(jù)傳輸還是利用CSMA/CA競爭。
　　一個具有QoS的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要三個方面的共同支持，它們分別是源點（服務(wù)器）、網(wǎng)絡(luò)和終點（客戶端），而每一方面都必須要支持QoS才行。我們知道，開放系統(tǒng)互聯(lián)協(xié)議棧有七層，從下到上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層、會話層、表現(xiàn)層和應用層，如果要詳細介紹這個協(xié)議棧的話恐怕得長篇累牘才行，但我們現(xiàn)在主要關(guān)心數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。數(shù)據(jù)鏈路層也叫媒體訪問控制（MAC）層，QoS的設(shè)計與實現(xiàn)主要發(fā)生在這里。從更上層的協(xié)議級別實現(xiàn)QoS當然也可行，但在數(shù)據(jù)鏈路層入手是一個更好的解決方案，原因在于路由器工作在以太網(wǎng)幀級別，它們可以很快地在這個級別上分析數(shù)據(jù)包中和QoS相關(guān)的頭部信息。
　　在應用層級別，媒體服務(wù)器和客戶端（UPnP規(guī)范里稱為渲染器）也都需要在以太網(wǎng)級別支持QoS，這樣才能建立起高優(yōu)先級的連接。
　　為無線網(wǎng)絡(luò)添加QoS的802.11e規(guī)范在2004年秋天最終得到批準，但它在IEEE委員會那里耗了太長時間，于是Wi-Fi聯(lián)盟從IEEE 802.11e無線局域網(wǎng)QoS標準草案中提取出一部分創(chuàng)建了無線多媒體WMM規(guī)范，像Linksys的WRT54GX無線路由器就同時支持802.11e和WMM規(guī)定的QoS。
　　802.11e基于802.1p的八級優(yōu)先級結(jié)構(gòu)，但Wi-Fi聯(lián)盟的WMM規(guī)范則只規(guī)定了四級WMM優(yōu)先級，按優(yōu)先級從高到低依次是語音（Voice）、視頻（Video）、盡力而為（Best Effort）、背景（Background）等。802.11e的優(yōu)先級方案基本與此相同，只不過它用到了802.1p里定義的所有八個優(yōu)先級而不像WMM那樣只用到了一個子集。
　　圖2來自Wi-Fi聯(lián)盟，該圖展示了數(shù)據(jù)傳輸中的優(yōu)先級問題。圖的上半部分是實現(xiàn)了WMM的網(wǎng)絡(luò)，紅線代表分配給視頻的帶寬，可以看到不管網(wǎng)絡(luò)情況如何變化，分配給視頻的帶寬始終維持在同一水平上，而其他低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)則共享剩余的帶寬。圖的下半部分是一個純粹的盡力而為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以看到隨著各種數(shù)據(jù)涌入網(wǎng)絡(luò)，當帶寬漸漸達到飽和時，多媒體數(shù)據(jù)就受到較大影響，結(jié)果就是最終呈現(xiàn)在用戶面前的音頻視頻磕巴不斷。
　　然而，現(xiàn)在真正使用和依賴802.11e的QoS方案的軟件應用實際上還未出現(xiàn)，所以我們身邊主要還是所有數(shù)據(jù)都擁有相同優(yōu)先級的盡力而為的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。實際上我們可以發(fā)現(xiàn)，在擁有足夠帶寬的前提下，盡力而為的策略雖然不夠完美，但對流媒體的傳輸也算工作得相當不錯了，只有在無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬達到上限時音頻視頻才會出現(xiàn)問題，因為這時所需要的數(shù)據(jù)無法在規(guī)定的時間內(nèi)完成傳輸，而且就算你配有緩沖器，在網(wǎng)絡(luò)相當擁擠的情況下緩沖器也可能無法填滿。
軟件跟不上硬件
　　正如前面所說的，一個QoS系統(tǒng)要求有三個能支持QoS的部分：服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和客戶端。我們知道，一個大項目就算能得到大型組織和聯(lián)盟的支持和參與，也很少能夠出現(xiàn)所有各個方面同時達到完備的情況�，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了能支持802.11e和WMM的無線網(wǎng)絡(luò)硬件，但能支持QoS的無線服務(wù)和軟件應用還沒有出現(xiàn)。

　　現(xiàn)在一些應用和服務(wù)結(jié)合使用了實時協(xié)議（RTP）和實時流協(xié)議（RTSP），像Helix項目、蘋果公司的Darwin流媒體服務(wù)器和VideoLAN。RTP是一個用于傳輸實時數(shù)據(jù)的協(xié)議，包括視頻流和音頻流。RTSP并不傳輸數(shù)據(jù)，它實際上是一個控制協(xié)議，它負責啟動和指導媒體服務(wù)器進行多媒體數(shù)據(jù)流的傳輸，有時候也稱做網(wǎng)絡(luò)音像遙控協(xié)議。
　　蘋果公司的Darwin流媒體服務(wù)器（DSS）確實支持其專有的QoS機制，從蘋果公布的文檔來看基本上這是一種抗停頓抗跳躍技術(shù)，不過文檔并沒有透露這些正在申請專利的技術(shù)的具體細節(jié)。文檔里說，最新版本的DSS具有“改進過的蘋果停頓保護技術(shù)（這一系列QoS特性正在申請專利），結(jié)果就是在同步多媒體瀏覽時極大地減少了緩沖和等待的時間，大大提高了視頻音頻質(zhì)量。觀看者甚至可以進行快進操作，就好像這些多媒體文件正躺在他們的硬盤里一樣”。 第一眼看上去，這像是一個預讀技術(shù)，用最快的速度把對方的媒體內(nèi)容在本地緩存起來，這樣用戶才能進行快進等操作。需要注意的是這是Quicktime所特有的功能，要享受這項技術(shù)就得把Quicktime配合Darwin流媒體服務(wù)一起使用。

　　另一類有意思的應用是UPnP多媒體服務(wù)器，其中有一些是商業(yè)產(chǎn)品，像Allegro音樂服務(wù)器，它不但能將AAC、MP3、WAV、AIFF等音頻流傳送到個人電腦，同時也能向UPnP客戶端（如日本廠商Roku推出的無線音樂播放機Roku soundbridge）傳送這些音頻流。另外一個能處理視頻和音頻的多媒體服務(wù)器叫做TwonkyVision，它能傳送音頻（MP3, WMA, WAV, LPCM）、圖片（GIF, JPEG）和視頻（MPEG1, MPEG2, MPEG4, AVI, WMV, VOB），它的免費版本只提供音頻服務(wù)，而完整商業(yè)版則要賣15歐元，大概相當于20美元。
尚未完成的工作
　　現(xiàn)在802.11e規(guī)范已經(jīng)公諸于世，媒體客戶端/服務(wù)器等應用需要開始著手加入對該規(guī)范的支持。在最近對Linksys的WRT54GX無線路由器的評測中我們發(fā)現(xiàn)，只要有富余的帶寬，采用盡力而為策略的系統(tǒng)可以很好地工作，但在無線網(wǎng)絡(luò)達到其吞吐量的極限時就會出問題。另外，無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬是變化的，如果沒有相應的處理機制，無線多媒體的服務(wù)質(zhì)量也會出現(xiàn)問題。
　　另外一個支持QoS的網(wǎng)絡(luò)流媒體服務(wù)中未被征服的領(lǐng)域是Internet本身，而這相對來說就困難得多。數(shù)字版權(quán)保護管理問題的解決正在緩步進行之中，但現(xiàn)在不只是誰擁有這些數(shù)碼內(nèi)容的問題，更大的問題是如何將這些內(nèi)容以客戶想要并且愿意掏錢的方式交到客戶手中。資源預留協(xié)議（RSVP）的目標是建立一個使得多媒體數(shù)據(jù)流能平穩(wěn)傳輸?shù)目蚣埽�也就是必要時能申請預留帶寬和信道，但實現(xiàn)起來還有大量的實際工作要做。
　　現(xiàn)在看來UPnP的QoS實現(xiàn)也有很多棘手的問題要解決。這里有個典型的雞生蛋還是蛋生雞的問題。殺手級應用的內(nèi)容如果大量涌現(xiàn)將驅(qū)使人們尋求可靠傳輸?shù)慕鉀Q方案，但是如果沒有很好的解決方案，這些內(nèi)容涌現(xiàn)的速度就會非常緩慢。當然我們有一個暫時的解決方案，就是先下載后觀看，像Akimbo的網(wǎng)絡(luò)視頻播放器采用的就是這種方法。還有一種折中的選擇就是先下載大部分，剩余的部分再采用流傳輸?shù)姆绞健?
　　很明顯將來會是（在某些方面已經(jīng)是）一個按需點播視頻的時代，而且這些視頻的絕大部分將通過寬帶傳送。有線電視公司已經(jīng)迫不及待地開始在它們的硬件產(chǎn)品里集成點播系統(tǒng)。
　　人們想看想聽自己愛看愛聽的多媒體內(nèi)容和希望在自己方便的時候好好享受等等都是很簡單的自然需求。數(shù)碼內(nèi)容版權(quán)和法律問題的解決只是個開頭而已，高清晰內(nèi)容的可靠傳輸問題已經(jīng)足夠眾多工程師們忙上許多年了。高清晰內(nèi)容由于具有更高的比特率所以需要更大的帶寬，這使得大家面臨著相當嚴峻的挑戰(zhàn)。
　　不過還好，目前對于應付家庭多媒體流的需求，解決方案還是存在的，盡管這些方案都還不支持QoS�，F(xiàn)在盡力而為的策略在數(shù)碼視頻流服務(wù)方面還可以撐一撐，但高清晰內(nèi)容的出現(xiàn)和需求將打破這種局面，到那時候，只有QoS才是能繼續(xù)滿足多媒體流和其他數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。

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