SIP系列讲座-SIP和QoS-3

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　　在前面的讲座中，我们介绍了switch，VALN和路由器层面的设置优化QoS。今天，我们继续介绍关于QoS其他方面的设置，例如，DSCP和AF， 网络检测和策略管理，AS-SIP和 MLPP等相关解释说明。

　　1、DSCP/Assured Forwarding 设置影响QoS。DSCP和AF是一个非常复杂的技术领域，我们今天仅对关于DSCP=46时的一些参数针对性地进行讨论和介绍。DSCP在Assured Forarding中，通过6个bits数值来设置优先级和层级关系。DSCP在维基百科有这样的定义：

• In practice, however, most networks use the following commonly defined Per-Hop Behaviors:

• Default PHB—which is typically best-effort traffic

• Expedited Forwarding （E一种对IP数据包的转发机制，但是同时也对网络传输时的状态进行管理，例如，在网络繁忙或者拥塞时，AF可能会调整传输的优先级或者丢弃一些级别比较低的数据包。数据类型都是通过AF和DSCP来定义。通过对数据类型和服务定义了多个级别，在每个层级中又定义了多个子类型，路由器会通过这些优先级的划分来进行处理。以下讨论介绍了几个不同的Class Selector，注意前3个bit是用来定义Class Selector的。

　　通过以上的优先级，路由器就会自动根据类别和级别高低丢弃或者优先路由。例如，图例中的AF41中1的级别比AF42中的2 级别要高，所以AF42会首先丢弃。AF41则比AF31的要更为重要。

　　大家也可以参考以下图例来进一步了解相关的细节。

　　不同的类别定义了不同的应用类型，路由器可以通过Class selector 进行队列分组（例如，我们正在讨论的SIP协议）。

　　在我们的VOIP网络中，我们会涉及到信令，视频和语音等多种应用的DSCP。以下图例定义了这些应用的DSCP值。

　　另外，在网络环境中，语音对网络的要求比较苛刻，语音服务要求低时延，低抖动等要求。所以在RFC2475定义中专门对此服务做了规定（DSCP=46，EF）。

　　EF是一种扩展的Forwarding，特别针对网络中，低时延，低抖动设计的标准。EF有专门的RFC3246做了定义，定义内容为：

• The intent of the EF PHB is to provide a building block for low loss,

• low delay, and low jitter services。

　　根据以上讨论中，我们看到，如果需要保证企业通信系统有良好的语音质量，系统管理员可以进一步在路由器层面对DSCP和AF做一些调整来优化QoS。我们在前面讲座中已经说明，DSCP和AF是一个非常复杂的技术话题，我们现在所解释的内容不足以完全覆盖现实环境中的所有问题，仅提供读者一个一些排查问题的思路。

　　2、网络检测和网络管理对QoS的影响。因为公司内部各种业务的影响，如何设置一个稳定的网络环境是一个比较有挑战性的工作。

　　首先，在一般办公环境中，上班时间总是有一些和工作相关的其他业务需要通过一些通讯根据来解决，例如，QQ，微信，或者视频网站，这些工具有时占用很多的带宽，也影响网络的速度。

　　管理员通过工具检测可以发现员工可能经常访问某些热门网站，而这些都是和工作没有直接关系的。这样也可能导致网络不稳定，并且影响QoS。

　　管理员通过工具检测某些主机是否长时间占用大量的带宽。

　　通过检测工具检测端口使用状态，也可能有某些员工正在做和工作无关的事情，例如访问RTMP端口，玩网络游戏，或者使用BT下载（你懂的）。

　　另外，对某些设备来说，语音和数据的使用频率或特性可能有所不同。例如，可能在某个时间段，数据传输非常大，可能语音使用则非常少。例如，外呼平台在早晨上班时间集中呼出。有的办公环境中，可能数据传输和语音传输都停留在一个稳定的场面，不会对路由器或其他网络设备造成冲击，例如，公司内部的电话系统或者呼入型的呼叫中心。以下图例说明了同一平台下，数据和语音数据的活动状态和使用情况。

　　通过以上简单分析，管理员就可以获悉带宽占用的原因。从以上检测工具中我们可以看到，事实上，无论网络内网网络环境如何好，带宽资源如何丰富，如果没有好的网络管理，同样也可以导致很多网络问题，当然也包括了QoS的问题。所以，系统管理员需要通过网络的架构管理策略来优化公司的网络。这里，在优化网络之前，管理员首先需要问自己几个问题：

• 公司带宽是否足够支持VoIP业务？

• 是否需要重新规划网络协议或下载？

• 是否需要限定一些通讯工具的使用和一些工具的使用时间段？

• 是否设置了一些路由规则来支持优先级高的应用服务？

　　如果管理员不清楚具体VoIP带宽使用量的话，可以使用网络上很多的计算工具来计算所需带宽。用户仅输入所支持的编码，呼叫数量则可以计算出大概的带宽占用。

　　3、QoS和Assured SIP Service（简称AS-SIP）的相互影响。准确地说，Assured SIP Service 提供了一种对SIP服务的保障，为了提供一个标准的服务而制定的一个网络架构。这个架构可以使用在某些特定的场景，例如军事部门，调度指挥，保密单位等类似环境。

　　AS-SIP是一种开放的标准，早期由美国国防部门发起。AS-SIP不仅包括标准的SIP协议，同时添加了额外的数据包对数据优先级进行了定义，同时对数据进行了加密处理。因为在Assured SIP 服务中涉及了关于路由优先级，状态优先级等等处理的策略，所以我们把这个话题划归到了QoS来一起讨论。

　　AS服务一般都是通过一个服务提供商来提供这种SIP服务，网络之间自己的互相连通过加密的方式来进行，Access Router（AR）专门提供对数据的处理的服务。具体的架构图例如下：

　　在以上图例中，UA1 和UA2 首先按照正常的呼叫请求进行签权认证流程，Proxy 1和Proxy 2 之间进行协议控制流程，AR 1 和AR2 则进行授权语音的传输。在AS-SIP中，Proxy的作用是：

• 执行Authentication。

• 维护状态消息。

• 解析其他服务消息，例如终端的支持能力和proxy的支持能力。

• 更新UA的重新请求，例如优先处理请求。

• 配合RA工作，通知RA权限信息。

• 决定具体何时发送优先级信息到第三方。

• 维持所有相关信息，例如时长，话单信息等。

　　在AS-SIP中，AR的作用是：

• 决定哪些数据可以传输。如果一个数据包没有被允许发送出去的话，AR必须丢弃此数据。

• AR可以决定何时停止传输或允许数据通过。

　　如果读者结合上面的图例和以下图例就可以清楚说明AS-SIP网络的基本原理。UA通过Proxy呼叫UA2，按照认证流程确认以后，AR 1和AR2才能允许语音传输。这里需要注意到是两个Proxy之间，AR之间都是加密的。

　　在AS-SIP中，消息头中的Resource-Priority用来决定呼叫优先级处理的字段，它和普通的SIP有所不同。在INVITE中，Require头字段是这样定义的：

• Resource-priority 定义了name space是dsn。这里读者还要注意，DSN和DRSN的优先级有所不同，DSN支持了5个优先级层级，而DRSN则支持了6个优先级层级。关于DSN，DRSN，q.735 for ISDN（MLPP）的技术细节，用户可以参考RFC4412。

• 定义这些优先级的目的就是为了控制呼叫的优先级。如果呼叫中优先级高的则会优先处理。现在让我们看看如果呼叫中使用了DSN resource header 以后的消息，UA 2 呼叫 UA 1：

　　如果呼叫失败，被叫方收到的消息是：

• 以上信息可以看到，被叫方不能接受q735的DSN，需要呼叫方重新发送或者取消呼叫。

• 我们刚才一直提到优先级的问题，事实上，如果在实际场景中，可能具有高级版的用户发起了呼叫，他可以强行接通正在进行的呼叫，让另外一方挂机。在AS-SIP中支持了pre-emption 的事件来回复被挂断方。RFC4411 定义了4个不同的回复事件。

　　以下是一个简单的测试场景。在这个场景中，有三个UA。如果UA1 呼叫UA 2 并且已经开始了正常通话。这时，如果UA3 呼叫 UA2时，UA 1 不得不挂机。因为这里UA 3具有最高的权限级别。然后，UA 1 终端收到BYE 消息（带了 UA Preemption）。

　　以上流程可以理解为我们一般生活的场景或者一些重要机构的电话系统，某些级别的领导人具有最高权限，随时随地可以呼叫任何下一级别的员工，并且绝对保证呼叫声可以接通的。如果读者对上面的说明比较迷惑的话，可以参考以下呼叫流程。

　　除了AS-SIP以外，我们需要再花一点时间了解一下MLPP（全称：Multilevel Precedence and Preemption）。

　　MLPP服务可以允许优先级高的用户首先执行呼叫，或如果有必要，可以结束正在进行的呼叫，而接听优先级高用户的呼叫。使用的name space是q735 支持商业的ISDN服务。

　　在MLPP服务中，如果有一些重要系统用户或者优先级比较高的用户，可以直接通过proxy进行呼叫或者通过AR呼叫，但是MLPP则需要对其用户的支持能力进行判断，呼叫双方加密处理，优先保证连接正常，优先保证带宽，优先提供视频音频支持，优先提供出局中继等服务支持。所以，如果商业场景中使用MLPP服务的话，需要额外的网络资源来支持。

　　当然，如果部署了MLPP服务的话，如果优先级比较低的客户则可能会出现呼叫掉线的现象或者资源不足的问题。如果用户对MLPP感兴趣的话，可以查阅思科关于融合通信MLPP的技术文档。

　　在本讲座中，我们讨论了DSCP对QoS的影响，并且分析了办公环境中员工使用网络和占用带宽的统计数据，并且提供了一些参考建议来优化网络保证QoS。我们还讨论了AS-SIP服务中对QoS优化需要考虑到几个优先级处理策略，并且重点针对优先级处理和优先级事件响应做了解释，最后，我们讨论了Pre-emption，MLPP中需要考虑到几个因素。笔者相信，读者可以通过笔者的三个系列讲座，比较充分地了解了从SIP终端，Proxy， Switch,  路由器和AS-SIP服务架构的层面讨论了影响QoS的技术细节。