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一、 从流量控制到流量调度
1、广域网流量与带宽的矛盾
广域网覆盖范围广、接入用户多、承载业务复杂。随着政府、企业等信息化的不断发展,尤其是近年来数据大集中带来的业务整合,高清视频、IP语音、公共资源平台等应用上线,推动广域网数据类型、数据流量、网络规模的快速增加。
相对于园区网、城域网和数据中心,广域网跨越距离远,线路资源有限,高速带宽费用昂贵。快速增加的业务流量与有限的带宽资源之间的矛盾,使得广域网上的流量很容易产生拥塞,导致业务延时增加、流量抖动,甚至丢包。如图1所示。
图1 广域网流量特征
广域网的上述矛盾决定了广域网业务质量的“不可靠”性,也使得流量控制始终是广域网方案设计的核心内容。
2、流量控制方案
随着线路类型以及网络产品和技术的发展,在广域网上进行流量控制的技术主要分为三种。?
◆InterServ方式
集中服务方式,主要应用于早期的广域网专线,如ATM、FR,通过将线路划成多个PVC**(Permanent Virtual Circuit,永久虚电路,例如ATM线路的VPI/VCI、FR线路的DLCI等),每个PVC分配所需的保证带宽(CBR),将线路的实际带宽在PVC上进行分配。通过将不同类型的业务映射到对应的PVC上,使用PVC的分配带宽,实现不同类型业务的传输带宽和时延质量保证。
该种方式要求网络中的所有节点(包括核心节点)都记录并保留每个类型业务流的资源预留状态,同时为每个类型的业务流设置单独的内部虚电路资源,以保证业务流的带宽。因而该方式对于可划分PVC的ATM、FR等线路比较容易实现。
然而现在广域线路以POS、E1、以太网为主,采用共享带宽方式,在线路上已经不能进行虚拟电路划分。另外,在大型网络中,业务流数量非常庞大,对网络节点设备的处理能力有着非常高的要求。同时,由于必须在所有节点上都保留每个类型业务流的资源状态,整体网络设计和部署的可扩展性也较低。
因此,IntServ方式主要在早期的广域网线路中应用,而不再适应当前以IP为主的广域网线路,以及日益增多的应用业务,它逐渐被DiffServ方式所替代。?
◆DiffServ方式
区分服务方式,是IETF工作组为了克服InterServ的可扩展性差而提出的服务模型,目的是制定一个可扩展性相对较强的方法来保证IP的服务质量。在DiffServ模型中,业务流被划分成不同的区分服务类。一个业务流的区分服务类由其IP包头中的区分服务标记字段(Different Service Code Point,简称DSCP)来表示。在实施DiffServ的网络中,每一个节点路由器都会根据数据包的DSCP字段执行相应的PHB(Per Hop Behavior)行为,主要包括EF、AF、BE三类:
1. Expedited Forwarding (EF):主要用于低延迟、抖动和丢包率的业务,这类业务一般运行一个相对稳定的速率,需要在路由器中进行快速转发。
2. Assured Forwarding (AF):这类业务在没有超过最大允许带宽时能够确保转发,一旦超出最大允许带宽,则允许根据不同的丢弃级别丢弃报文。
3. Best Effort (BE):尽力转发,主要用于对时延、抖动和丢包不敏感的业务。
区分服务只包含有限数量的业务级别,状态信息的数量少,因此扩展性较好。目前,区分服务是业界认同的IP骨干网的QoS解决方案。尽管IETF为每个标准的PHB都定义了推荐的DSCP值,但是设备厂家可以重新定义DSCP与PHB之间的映射关系,用户可根据网络实际需要进行灵活定义。?
◆MPLS TE方式:
Diffserv是基于流分类的逐跳行为,但是不能选择路径。MPLS TE流量工程是将InterServ方式应用到IP网络中,进行资源预留和流量分担,从而提高线路带宽利用率,对网络资源的使用进行优化。但是TE的实现机制比较复杂,对设备的功能和性能要求很高;同时TE主要应用于运营商骨干网络,适合于网状或者半网状网络结构,对于企业级的星形、层次化网络结构并不适合。因此MPLS TE在企业级广域网中应用比较少见。
在以上三种方式中,目前较为常用的是DiffServ方式,采用流量分类、流量监管(限速)、拥塞管理(优先级队列)等QoS技术,对不同类型流量执行不同的流量控制策略,保证高优先级关键业务的传输质量。
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