对IP电信网的思考(上)

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1、对IP电信网概念的反思
　　1.1　从互联网到IP电信网
　　从历史的角度分析技术问题，往往能够给我们带来一些有价值的思考。90年代中后期互联网的兴起及迅猛普及，为通信业带来了革命性的变化，互联网带来了巨大的信息量及方便的沟通手段，也给通信技术带来了深刻的影响。语音、视频在网络条件理想的情况下可以在互联网上较好地运行。面对这崭新的通信现实，长期致力于研究宽带综合网络业务平台而一直未找到理想技术的电信界及互联网界，异口同声地表达了对IP网络的看好，并决心将各种业务承载于IP网络开展电信运营。但最近几年的探索发现，出于似是而非的现实(表面上IP可以承载各种类型的业务)及主观的能动性，而不是出于对技术本身特点的推理，在现实中实现起来是如此困难，甚至是遥不可及。
　　1.2　分组交换与电路交换
　　IP技术是迄今为止影响最为深远的分组技术。TCP/IP的成功有很多因素，基于分组技术、灵活的网络接口层及路由协议的良好运行是最重要的因素之一。分组交换的技术特点决定了IP网络承载业务的多样性与灵活性，可以承载非实时的数据业务或者对服务质量(QoS)要求不高的语音、视频业务，使得互联网的业务从异步数据扩展到语音与视频。但另一方面，IP网络的特点也限制了其进一步的发展，伴随分组交换的多层协议开销、本质的异步特性使得IP技术在QoS能力方面很难达到电信级别的标准，即很难提供精确的业务质量。另外，IP网络本身的一些技术特点使其不能够支持对QoS严格要求的业务，如IP的非连接机制，使得到同一目的的包可能会走不同的路径，当网络出现故障、动态路由协议重新收敛路由时，会造成很大的瞬时抖动，影响业务的质量。可见IP网络的技术特性决定了其能力。
　　于是我们不得不对分组网络进行反思，是否分组化就是必然的趋势?分组网络的QoS是最大的问题，也是不可回避的问题，如何解决?我们不妨回头再看看电路交换的特点。电路交换本身可以看作是一种物理层的技术，最重要的特点就是能够实现简单、快速地转发，具有非常优秀的同步特性。物理级的电路交换能够提供低时延，电路交换的同步特性能够提供稳定的时延(即良好的抖动指标)，也就是说电路交换技术对于支持语音、视频等媒体流具有天然的适应性，实践证明在相同的网络条件下，基于电路交换的语音、视频业务确实比基于分组交换的质量要好。但是，电路交换对于支持异步的数据应用就显得十分的笨拙与不适应。
　　可见，两种交换技术各有自己的优缺点，不能因为分组交换的灵活性，就全面地否定简洁、高效的电路交换，事实上从哲学的角度来说，任何对立的两个事物都有存在的理由与应用场合，很难用一种事物代替全部。笔者认为，目前分组交换遇到的困境恰恰是电路交换最容易解决的问题，也反过来说明，如果分组交换不能够很好地吸收电路交换的特点，那么QoS这一关也许就真的很难过去。
2、IP电信网的实现路径分析
　　要实现IP电信网，首先必须明确IP电信网的定义是什么，然后必须明确目前网络的现状，再按照逻辑关系找到可以实现的路径。所谓IP电信网包含了两层含意：一是电信化运营的要求，这种要求来源于长期的实践经验，要求网络及其开展的业务能够稳定、可靠、可运维及可扩展，实现长期盈利。传统的电信网如PSTN、传输网络或移动网络的固定网，都有可靠、安全及封闭的特征，而其中最重要的高质量、高可靠性的物质基础恰恰是电路交换，可见电信化运营的概念实质上就来源于电路交换的实践，现在人们只是设想以分组交换承担这一使命。第二层含义是基于IP网络实现各种业务的电信化的运营。互联网的兴起及“无所不能”使得人们对IP网寄予很大的希望，指望其能够以一张网络承载所有的电信业务，并且能够满足传统电信网的运营指标。基于互联网能否实现这一目标吗?我们不妨看看目前的几种解决方案。
　　以互联网承载所有的电信业务是否可行?首先遇到的就是技术问题。互联网流量的特征使得网络质量不够稳定，TCP/IP的开放性使得安全问题层出不穷，这些问题使得业务开通与网络运维存在着很大的压力。另外，对于网络的规划、设计与建设而言，往往遵循的是经验数据或者是不够精确的模型，互联网的运营基本上是一种粗放型的，无法实现电信化运营的能力。其次，互联网运营的最基础业务(即上网业务)还没有找到一种良好的投资回报模式，让运营商感觉非常被动，甚至无奈。运营商目前只能收取网络接入费，不能掌握与控制应用和服务，内容合作的方式也不成熟，不能控制整个产业链，因长期的投资与收入不成比例，运营商陷入宽带发展的概念炒作与实际获利的矛盾之中。对于已经存在运营问题的网络再加载电信级别要求的业务，是非常不现实的。
　　那么基于物理独立的IP网络能否实现这一要求呢?回避掉互联网本身发展的问题，那么决定的因素就是IP本身的能力了。IP网确实什么都可以承载，这是分组网络的特性，但其协议设计的目的是提供非实时的数据业务，对于语音、视频等对QoS严格要求的业务可以承载，但QoS参数很难做到精确的控制。尽管人们已经对TCP/IP协议簇中的相关协议作了改进与优化，提高IP网的实时特性及QoS，但问题依然没有显著的改善，笔者以为，这是TCP/IP的骨干框架不能适合电信网要求的表现。另外，就实际运营而言，everything over IP要求在一张网上能够同时实现语音、视频及上网，如果独立的IP专网与互联网没有连接，那么脱离了互联网的语音、视频的呼叫的范围也就非常有限了，与传统网络相比并无任何优势可言，又与人们最初的目的背道而驰了。而如果采用叠加网的方式，即互联网加IP电信网，那么技术会变得很复杂，互联网的问题又被重新引入，也不是理想的网络模型。
　　对于IP下面的网络技术，TCP/IP没有任何规定，这层技术的不受控造成了TCP/IP网络整体性能的下降。Ethernet、PoS技术逐步成为主流，但人们对于其QoS的支持能力还缺乏足够的研究。
　　对于目前基于TCP/IP设计的网络设备，是否适合直接承载电信业务呢?由于分组交换的非实时特性，使得网络设备的能力存在一定的收敛比，这对于互联网业务无可厚非，但对于支持实时性较强的语音、视频业务就会呈现一定软容量的特性，当用户数增加的时候，所有的用户仍然可以继续获得服务，但性能产生不同程度的下降。又如传统的路由器，设备的主要能力体现为路由协议的支持能力及各种接口的适配能力，大部分的造价都体现于此，而对于电信级别的业务这些功能并不是非常重要，甚至可以大大地减弱，而需要在包转发能力上进行加强。另外，设备的交换能力、包转发能力等主要性能参数不足以描述对语音、视频业务的支持能力，可见传统设备对于语音、视频业务具有很不适应的一面。
3、主流厂家的解决方案分析
　　让我们换个角度，看看目前一些主流厂家对IP网络发展的思路。
　　思科公司提出了智能互联网的概念，着眼于设备处理IP分组性能的提高及对不同业务服务级别的支持。其思路仍然希望通过目前传统QoS的手段实现IP电信网的运营要求，如在接入层实施QoS的策略，对分组及用户流进行分类和过滤，按照定义的QoS策略实现带宽的分配与控制，队列的优先级策略等。笔者认为，思科过分相信分组的能力，而期望提高分组的处理性能来解决目前存在的QoS难题，这固然是一个方向，但如果没有对现有的IP体系架构做出大的改动的话，达到目标将非常困难。