首先需要說(shuō)明的是，在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，到處都有可能產(chǎn)生QoS問(wèn)題。從ITSP到LAN和終端。從實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境測試中，可能有很多原因會(huì )影響QoS。以下圖例概括了影響QoS的原因。
一般情況下，用戶(hù)根據以下幾個(gè)方面的數據可以判定什么是“最好的語(yǔ)音質(zhì)量”：
- 根據ITU的建議，端對端的單向的Delay應該在150ms之內。
- Jitter（抖動(dòng)） 應該在30ms之內。
- 使用Ping -l 命令測試真正的時(shí)延和抖動(dòng)。
下面，我們針對幾個(gè)影響QoS的重要參數進(jìn)行討論。
1、Delay對QoS的影響。在正常的網(wǎng)絡(luò )內網(wǎng)環(huán)境中，一般不會(huì )存在Delay的問(wèn)題。大部分情況下是介入了多個(gè)路由器，路由器會(huì )產(chǎn)生Delay的問(wèn)題，這樣就會(huì )對VOIP造成影響。現實(shí)環(huán)境中，大部分的廠(chǎng)家的都建議Delay時(shí)長(cháng)在200ms 業(yè)內。根據上面所述，ITU建議的標準應該在150ms之內。在200ms的范圍內，所花費的時(shí)間處理過(guò)程包括幾個(gè)環(huán)節：
80ms delay用來(lái)支持IP端連接IPPBX。
40ms delay用于PSTN網(wǎng)絡(luò )的接續。當然，如果PSTN增加了回聲抑制的處理的話(huà)，可能時(shí)間會(huì )更產(chǎn)一些。
其余80ms用來(lái)支持客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò )的連接delay。
因為我們今天所討論的技術(shù)基本上涉及了太多網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的處理，所以Delay產(chǎn)生的原因也很多。基本上產(chǎn)生Delay的原因大致包括：
因為不同的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境和地理位置所產(chǎn)生的Delay，例如，衛星傳輸，光線(xiàn)傳輸，更加和國家之間的傳輸，每個(gè)洲之間的傳輸。這些都會(huì )產(chǎn)生Delay。
網(wǎng)絡(luò )設備處理數據時(shí)所產(chǎn)生的Delay，例如，路由器發(fā)送數據的隊列等待時(shí)間，發(fā)送數據所花費的時(shí)間，硬件本身性能導致的時(shí)間。
終端設備處理所需要的時(shí)間，例如回聲處理時(shí)間，編碼壓縮時(shí)間等都會(huì )導致Delay。如果Delay太長(cháng)的話(huà)，就可能導致QoS問(wèn)題。以下是一個(gè)PSTN到終端之間的Delay處理過(guò)程。
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )越來(lái)越普及，網(wǎng)絡(luò )辦公的需求也非常普及。網(wǎng)絡(luò )設備會(huì )根據實(shí)際的數據要求做相應的調整。在一般的辦公環(huán)境中，很多公司的員工不一定在上班時(shí)間完全做和工作相關(guān)的事情，有時(shí)也可能開(kāi)一個(gè)小差。工作需要的郵件，電話(huà)等工具所占據的網(wǎng)絡(luò )帶寬可能不是最大的。為了保證電話(huà)語(yǔ)音質(zhì)量，路由設備應該設置支持VOIP優(yōu)先等服務(wù)（VLAN），以便保證辦公電話(huà)的正常工作。以下圖例說(shuō)明了公司網(wǎng)絡(luò )帶寬中一些和工作不完全相關(guān)的通信工具也同時(shí)占用公司的網(wǎng)絡(luò )帶寬，這些應用也會(huì )影響著(zhù)QoS。
2、Jitter和Packet Loss對QoS的影響。Jitter是一種Delay的表現形式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是傳輸的數據不穩定，速度一會(huì )快，一會(huì )慢。在VOIP網(wǎng)絡(luò )中，導致Jitter的原因有很多，這些原因可能是：路由器的隊列處理不及時(shí)，設備過(guò)載，或連接線(xiàn)質(zhì)量差，這些因素都可能引起抖動(dòng)的問(wèn)題。關(guān)于Jitter的介紹，我們在以前的Asterisk系列講座中有過(guò)專(zhuān)門(mén)的介紹，用戶(hù)可以查看歷史講座來(lái)了解Jitter和如何調整Jitter buffer 來(lái)改善語(yǔ)音質(zhì)量。
如果系統存在非常大的Jitter 值，這樣會(huì )導致非常嚴重的packet loss（丟包）問(wèn)題。packet loss 會(huì )導致對端收不到數據，最終導致語(yǔ)音包丟失。一般情況下丟包率在5%以下不會(huì )影響語(yǔ)音質(zhì)量。如果超過(guò)這個(gè)值，語(yǔ)音質(zhì)量會(huì )變得非常差。因為微信每篇文章只能添加一個(gè)語(yǔ)音文件，我僅上傳了一個(gè)附件（還有丟包率5%和10%兩種不能共享）。附件是一個(gè)25%丟包率的語(yǔ)音文件，大家可以試聽(tīng)一下。
雖然，我們討論了Delay，Jitter和packet loss，它們在不同網(wǎng)絡(luò )環(huán)境都存在著(zhù)很多不確定的因素。在VoIP環(huán)境中，如果這些值那個(gè)控制在一定的范圍內，語(yǔ)音質(zhì)量還是可以被用戶(hù)接受的。如果超過(guò)這個(gè)紅線(xiàn)，服務(wù)商需要對環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化或排查。以下是一個(gè)測試標準，這個(gè)標準可以應用在用戶(hù)的語(yǔ)音環(huán)境中幫助技術(shù)人員來(lái)排查問(wèn)題：
- 1類(lèi)表示語(yǔ)音質(zhì)量正常。
- 2類(lèi)表示語(yǔ)音質(zhì)量可能存在問(wèn)題。
- 3類(lèi)表示語(yǔ)音質(zhì)量存在嚴重問(wèn)題。
為了保證用戶(hù)有足夠的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境來(lái)部署VOIP，運營(yíng)商也必須提供相應的網(wǎng)絡(luò )保證。以下是美國Verizon運營(yíng)商提供的服務(wù)數據，包括QoS和Jitter的統計數據：
以上數據僅是美國運營(yíng)商的一個(gè)舉例，運營(yíng)商在每個(gè)月都會(huì )發(fā)布網(wǎng)絡(luò )環(huán)境的數據，這些數據也大概可以反映出運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量。我們中國的運營(yíng)商也可能有類(lèi)似的數據報告，讀者自行查閱。
3、大部分情況下，用戶(hù)缺乏對WAN網(wǎng)絡(luò )的控制，所以如果需要優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )環(huán)境支持好的VOIP語(yǔ)音質(zhì)量，只能通過(guò)自己公司內部網(wǎng)絡(luò )的管理來(lái)保證QoS的正常。當然，如果運營(yíng)商可以提供更多的帶寬和MPLS服務(wù)的話(huà)，VOIP的穩定性會(huì )更好。
根據以上圖例，用戶(hù)可以通過(guò)設置內網(wǎng)設備來(lái)實(shí)現對QoS的保證，客戶(hù)可以通過(guò)公司內部的交換機（Layer 2 Classification）或者路由器（Layer 3 Classification）。在交換機層面，使用VLAN來(lái)實(shí)現對VOIP的管理控制是一個(gè)比較常用的手段，這樣就可以實(shí)現公司內部語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)化。
默認環(huán)境下，如果沒(méi)有設置VLNA的話(huà)（關(guān)于VLAN的定義用戶(hù)可以自己學(xué)習），內部網(wǎng)絡(luò )各種設備都會(huì )switch發(fā)送各種消息，SIP終端，辦公電腦，筆記本電腦等設備都混合在一起，這樣保證不了VOIP的正常工作，而且對VOIP的業(yè)務(wù)造成干擾。
如果網(wǎng)絡(luò )通過(guò)VLAN 重新劃分以后，把SIP終端，VOIP網(wǎng)關(guān)重新劃分，這樣的話(huà)，就可以保證語(yǔ)音和其他數據服務(wù)各自獨立。VLAN 1 包括了辦公電腦和其他設備，LAN 2 包括了SIP終端和VOIP網(wǎng)關(guān)等設備。
簡(jiǎn)單總結，使用VLAN有以下幾個(gè)好處：
獨立分離了數據流量安全性。
數據傳輸的流量控制和廣播策略。
獨立分離了數據和語(yǔ)音的各種特性。
如果網(wǎng)絡(luò )管理員需要設置VLAN支持的話(huà)，自己首先確認內網(wǎng)交換機本身支持的VLAN技術(shù)細節。
對VLAN打（查看802.1Q/P）進(jìn)行標簽處理，管理員設置比較高的優(yōu)先級來(lái)保證語(yǔ)音的優(yōu)先執行或者傳輸。我們簡(jiǎn)單描述一下標簽處理。以下是一個(gè)基本的標簽管理過(guò)程。在電腦傳輸之前，本身自己沒(méi)有對數據設置任何優(yōu)先級，switch 對發(fā)出的數據打印稿標簽，指示它的優(yōu)先級。
經(jīng)過(guò)switch以后，switch其添加一個(gè)Priority-VLAN ID（P）。其他交換機馬上知道此數據具有非常高的優(yōu)先級，優(yōu)先傳輸。
經(jīng)過(guò)switch以后，到達內網(wǎng)另外終端電腦時(shí)，移除Priority ID。
以上是通過(guò)標簽802.1Q/P打標簽的管理方式來(lái)優(yōu)化傳輸。這樣，可以實(shí)現交換機對終端數據的優(yōu)先處理。
另外，網(wǎng)絡(luò )管理員也可以通過(guò)switch的layer 2 classification 通過(guò)隊列的方式來(lái)優(yōu)先處理RTP語(yǔ)音。這里的RTP優(yōu)先級設置是最高的（High），FTP則為正常水平。
Ingress和Egress 隊列策略管理是一個(gè)非常復雜的技術(shù)話(huà)題，這里不做進(jìn)一步討論。如果讀者有興趣的話(huà)，大家可以參考Catalyst 2975 管理文檔來(lái)做進(jìn)一步的研究。
前面，我們討論了如何通過(guò)設置switch來(lái)保證QoS。接下來(lái)，我們繼續討論一下如何通過(guò)設置路由器來(lái)保證QoS。在IP頭中，可以通過(guò)Tos和DSCP 碼對QoS進(jìn)行管理。默認的IP Datagram DSCP 是0，但是，為了保證DSCP的優(yōu)先級，很多設備廠(chǎng)家IP話(huà)機設置DSCP voice Datagram默認值是46。這樣也可以?xún)?yōu)先保證QoS的正常。
在同樣的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，如果是DSCP=46的，路由器會(huì )優(yōu)先處理。
如果對終端話(huà)機抓包以后，可以看到消息中的DSCP值46（16進(jìn)制0x2e）：
再次說(shuō)明，這里，我們不對DSCP做深入探討，關(guān)于DSCP的策略機制和優(yōu)缺點(diǎn)我們不做深入探討。思科在這方面有非常詳細的技術(shù)文檔，用戶(hù)可以參考。
本章節，我們介紹了Delay產(chǎn)生的原因，也介紹了Jitter對QoS的影響。另外，我們針對交換機層面對QoS的處理做了一些介紹，最后討論了Layer 3中路由器對DSCP的設置。這些要素都會(huì )影響QoS。筆者希望通過(guò)本章節的介紹，讀者對以上四個(gè)方面的技術(shù)要求有一個(gè)比較完整的認識，通過(guò)實(shí)際工作來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化QoS。
參考資料：
http://www.voiptroubleshooter.com/indepth/jittersources.html
https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/switches/lan/catalyst2975
關(guān)注公眾微信號：asterisk-cn 獲得有價(jià)值的行業(yè)技術(shù)分享，訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)論壇獲得技術(shù)支持：www.issabel.cn/forum
