IPTV 业务解决方案之承载网 QoS 设计1 承载网QoS 设计1.1 IPTV业务对网络QOS的要求视频业务本身的特点决定了开展IPTV业务不同于传统的IP业务，为了保证IPTV业务的正常运行，需要保证每个视频流：
这些要求对IP网络在服务质量保证(QoS)方面提出了更高的要求。因此有必要在现有的IPTV网络部署相应的QoS保证机制以适应视频业务的特点。 Cisco IP QoS概述IP QoS的主要目标包括专用带宽、可控的抖动和时延，以及改进了的信息丢失特性。Cisco 设备内置了强大的QOS功能 ，可以在运营商网络中为IPTV业务提供可靠的服务质量保证。 isco 的QoS机制包括： 控制资源：用户可控制正在使用的带宽资源。既可以在路由器和交换机上部署相关的QOS机制（CAR）机制来限制其他IP业务的带宽，也可采用专门的业务控制引擎来限制带宽，从而保证IP网络为视频业务留出足够的带宽。 对网络资源更有效的利用：使用Cisco的网络分析管理和记帐工具(Netflow)，用户可知道当前网络所起的作用，也可知道正在为最重要的流量提供服务。 定制服务：QoS提供的控制和可视性，可使运营商为其用户提供精心定制的出色等级服务。 关键任务应用的共存：Cisco的QoS技术可保证最重要的关键任务如IPTV能够高效使用宽带城域网，获得所需的带宽和最短的延迟，满足视频业务对抖动的要求。 1.2 Cisco QOS机制Cisco提供完整的QOS保证机制，以保证IPTV业务对于宽带IP城域网传输质量的要求。 第一步 业务分类数据包分类：数据包分类特性使网络管理者能够制定将网络业务分成几种优先级别或业务级别（COSs）的策略。网络管理者可以利用IP数据包报头的业务类型（TOS）信息段中的三个优先比特来定义六个级别。分完级以后，网络确保一个级别内的数据包，根据带宽分配、延迟限度和数据包丢失等标准，获得相应的服务等级。 网络管理者可以物理端口、IP地址、应用端口、协议类型等参数来定义相关的TOS值，IPTV业务就可以定义高优先级的TOS,这样IPTV业务在宽带IP网上传输的时候，就比其他IP业务具有更高的优先级，能得到更多的网络资源分配。 第二步 排队机制FIFO是最简单的排队方式。当网络发生拥塞时，它可存贮信息包，并在拥塞消失时按其到达顺序将其转发出去。在某些情况下FIFO是缺省的排队算法，因此无需进行配置。但它有几个缺点。最重要的是FIFO排队不考虑信息包的优先级，信息包到达顺序将决定其使用带宽、处理速度和缓冲器分配。它还不能防止应用(源)的恶意行为。成组的信息源在传送对时间敏感的应用流量时将产生很大延迟，将潜在影响网络控制和信令信息的传送。Cisco IOS软件实施的排队算法克服FIFO排队的缺点。 PQ对流量进行优先化。PQ保证重要的流量可在其使用处得到最快处理。它的设计是为重要流量提供严格的优先处理。优先级排队算法可根据网络协议、输入接口、信息包大小、源／目的地址等对流量进行灵活的优先化。 在PQ算法中，根据所分配的优先级，每个信息包被置于四个队列中的一个：高、中、一般或低级队列。没有优先级列表分类的信息包将进入一般队列，见图3。在进行传输时，算法将为较高优先级队列提供绝对的优先处理。这是一种简单直观的方法，但是这却会将较高优先级流量本可能经历的延迟随机地转移给较低优先级的流量。从而加大较低优先级流量的抖动。为解决这一问题，可对较高优先级的流量进行速率限制。
图3 优先级排队 PQ在确保通过各种广域网链路的关键任务流量获得优先处理方面起到极大作用。例如，Cisco使用PQ来保证基于Oracle的重要销售报告数据在其它相对不很重要的流量之前到达目的地。PQ目前使用静态配置，因此不能自动调整，以适应不断变化的网络需求。 CQ 保证了带宽的使用。定制排队(CQ)算法的设计允许各种应用或机构与具有指定最小带宽或时延需求的应用共享网络。在这种环境中，带宽必须按比例在应用和用户之间分配。用户可使用Cisco CQ特性在潜在拥塞点提供带宽保障，确保指定流量获得固定比例的可用带宽，剩余带宽则由其它流量使用。定制排队对流量的处理是向每类信息包特定数量的队列空间，然后按轮循的方式为每个队列服务，见图。
图4 定制排队 CBWFQ/WRRCBWFQ ( 基于分类的加权公平排队 )是Cisco的一种主要排队技术。它是一种基于流的排队算法，可同时作两件事情：将视频流量安排到队列前部以减少响应时间，并使各高带宽流公平分享剩余带宽。 CBWFQ可保证视频流队列不会过度缺乏带宽，这样流量就可获得可预测的服务。高优先级视频流可获得优先服务，及时传送它们的所有负载，而高容量的信息流则按比例分享剩余容量。 CBWFQ 设计使配置工作减至最少，并可根据变化的网络流量情况自动调整。CBWFQ 效率极高，在没有较高优先级流出现的情况下，它可使用任何可用带宽来发送来自较低优先级流的流量。这与时分复用(TDM)是不同的，因为TDM只是对带宽进行简单划分，如果网络中没有出现某种特定流量类型，带宽即会出现浪费现象。而WFQ可以为不同的IP业务提供差异化服务和QoS保障。
图5 加权公平排队 按链路带宽比例公平分配CBWFQ算法还解决了延迟抖动问题。如果多个高容量会话处于激活状态，那么其传输速率和间隔时间就更容易预测。CBWFQ 大大改进了某些算法，产生的效果是对每个视频流都拥有可预测性更强的吞吐量和响应时间，如图所示。
图6 第三步 带宽及拥塞管理带宽策略对于不同的业务定义不同的带宽策略（CAR）。当流量符合或超过规定的速率限制时，网络管理者可以采用相关流量处理策略。CAR实时策略可以参照物理端口、媒体接入控制（MAC）地址、IP地址、应用端口或其它由ACL或EACL规定的标准。CAR速率限制可适用于输入和输出流量。通过叠层式速率限制，CAR还可以被用来定义更复杂的带宽管理策略，从而向网络管理者提供有条不紊的网络资源控制。承诺访问速率(CAR)在某些方面与PBR类似，这一特性可帮助用户在输入接口上对流量进行分类并制订政策。它还可用来指定针对超过特定带宽分配的流量的处理政策。CAR观察在接口上收到的流量，或者是观察根据访问列表标准选定的流量的子集，然后将其速率与某一配置好的令牌存储桶进行比较，并根据比较结果来采取行动(如丢弃或重写IP优先)。 通过采用带宽策略，可以限定其他业务对网络资源的过度占用，从而保证IPTV等业务对网络带宽的要求。 拥塞管理随机早期检测（RED)算法可在网络出现拥塞问题之前，避免拥塞。RED在网络中各点监视流量负荷，如果拥塞开始增加，将采取随机的信息包丢弃措施。丢弃的结果是信息源将发现有流量丢失，从而降低其传输速率。 RED主要是在IP互连网环境中与TCP协议共用。 资源预留协议（RSVP）RSVP使网络用户根据自己对带宽，时延的要求动态地申请保留网络资源来满足它们特别的应用要求。通过proxy-RSVP功能，Cisco路由器可代替最终网络节点用户的应用申请资源。RSVP对于有实时需求比较高的业务（如IPTV）动态请求和预留网络资源以保证QoS的需求。 1.3 IPTV业务在城域网中的QOS保证思科IPTV网络QoS部署方案 Cisco有一整套完整的QOS保证机制，在宽带IP网络中部署IPTV业务的时候，可以采取如下步骤来保证IPTV业务的QOS：
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