廣域網(wǎng)流量調度方案發(fā)展與應用

標簽：H3C 流量調度

隨著(zhù)企業(yè)信息業(yè)務(wù)的不斷豐富，數據大集中已經(jīng)成為IT建設的趨勢，在廣域網(wǎng)帶寬緊張、成本昂貴的情況下，解決帶寬與業(yè)務(wù)之間的矛盾，構建快速、穩定、高質(zhì)量的廣域網(wǎng)絡(luò )，保障關(guān)鍵業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量，實(shí)現鏈路資源的充分利用，成為廣域網(wǎng)解決方案的重要組成部分。

廣域網(wǎng)流量調度方案發(fā)展與應用

一、 從流量控制到流量調度

1、廣域網(wǎng)流量與帶寬的矛盾

廣域網(wǎng)覆蓋范圍廣、接入用戶(hù)多、承載業(yè)務(wù)復雜。隨著(zhù)政府、企業(yè)等信息化的不斷發(fā)展，尤其是近年來(lái)數據大集中帶來(lái)的業(yè)務(wù)整合，高清視頻、IP語(yǔ)音、公共資源平臺等應用上線(xiàn)，推動(dòng)廣域網(wǎng)數據類(lèi)型、數據流量、網(wǎng)絡(luò )規模的快速增加。

相對于園區網(wǎng)、城域網(wǎng)和數據中心，廣域網(wǎng)跨越距離遠，線(xiàn)路資源有限，高速帶寬費用昂貴?？焖僭黾拥臉I(yè)務(wù)流量與有限的帶寬資源之間的矛盾，使得廣域網(wǎng)上的流量很容易產(chǎn)生擁塞，導致業(yè)務(wù)延時(shí)增加、流量抖動(dòng)，甚至丟包。如圖1所示。

廣域網(wǎng)的上述矛盾決定了廣域網(wǎng)業(yè)務(wù)質(zhì)量的“不可靠”性，也使得流量控制始終是廣域網(wǎng)方案設計的核心內容。

2、流量控制方案

隨著(zhù)線(xiàn)路類(lèi)型以及網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品和技術(shù)的發(fā)展，在廣域網(wǎng)上進(jìn)行流量控制的技術(shù)主要分為三種。

l InterServ方式

集中服務(wù)方式，主要應用于早期的廣域網(wǎng)專(zhuān)線(xiàn)，如ATM、FR，通過(guò)將線(xiàn)路劃成多個(gè)PVC**(Permanent Virtual Circuit，永久虛電路，例如ATM線(xiàn)路的VPI/VCI、FR線(xiàn)路的DLCI等)，每個(gè)PVC分配所需的保證帶寬(CBR)，將線(xiàn)路的實(shí)際帶寬在PVC上進(jìn)行分配。通過(guò)將不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)映射到對應的PVC上，使用PVC的分配帶寬，實(shí)現不同類(lèi)型業(yè)務(wù)的傳輸帶寬和時(shí)延質(zhì)量保證。

該種方式要求網(wǎng)絡(luò )中的所有節點(diǎn)(包括核心節點(diǎn))都記錄并保留每個(gè)類(lèi)型業(yè)務(wù)流的資源預留狀態(tài)，同時(shí)為每個(gè)類(lèi)型的業(yè)務(wù)流設置單獨的內部虛電路資源，以保證業(yè)務(wù)流的帶寬。因而該方式對于可劃分PVC的ATM、FR等線(xiàn)路比較容易實(shí)現。

然而現在廣域線(xiàn)路以POS、E1、以太網(wǎng)為主，采用共享帶寬方式，在線(xiàn)路上已經(jīng)不能進(jìn)行虛擬電路劃分。另外，在大型網(wǎng)絡(luò )中，業(yè)務(wù)流數量非常龐大，對網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設備的處理能力有著(zhù)非常高的要求。同時(shí)，由于必須在所有節點(diǎn)上都保留每個(gè)類(lèi)型業(yè)務(wù)流的資源狀態(tài)，整體網(wǎng)絡(luò )設計和部署的可擴展性也較低。

因此，IntServ方式主要在早期的廣域網(wǎng)線(xiàn)路中應用，而不再適應當前以IP為主的廣域網(wǎng)線(xiàn)路，以及日益增多的應用業(yè)務(wù)，它逐漸被DiffServ方式所替代。

l DiffServ方式

區分服務(wù)方式，是IETF工作組為了克服InterServ的可擴展性差而提出的服務(wù)模型，目的是制定一個(gè)可擴展性相對較強的方法來(lái)保證IP的服務(wù)質(zhì)量。在DiffServ模型中，業(yè)務(wù)流被劃分成不同的區分服務(wù)類(lèi)。一個(gè)業(yè)務(wù)流的區分服務(wù)類(lèi)由其IP包頭中的區分服務(wù)標記字段(Different Service Code Point，簡(jiǎn)稱(chēng)DSCP)來(lái)表示。在實(shí)施DiffServ的網(wǎng)絡(luò )中，每一個(gè)節點(diǎn)路由器都會(huì )根據數據包的DSCP字段執行相應的PHB(Per Hop Behavior)行為，主要包括EF、AF、BE三類(lèi)：

1. Expedited Forwarding (EF)：主要用于低延遲、抖動(dòng)和丟包率的業(yè)務(wù)，這類(lèi)業(yè)務(wù)一般運行一個(gè)相對穩定的速率，需要在路由器中進(jìn)行快速轉發(fā)。

2. Assured Forwarding (AF)：這類(lèi)業(yè)務(wù)在沒(méi)有超過(guò)最大允許帶寬時(shí)能夠確保轉發(fā)，一旦超出最大允許帶寬，則允許根據不同的丟棄級別丟棄報文。

3. Best Effort (BE)：盡力轉發(fā)，主要用于對時(shí)延、抖動(dòng)和丟包不敏感的業(yè)務(wù)。

區分服務(wù)只包含有限數量的業(yè)務(wù)級別，狀態(tài)信息的數量少，因此擴展性較好。目前，區分服務(wù)是業(yè)界認同的IP骨干網(wǎng)的QoS解決方案。盡管IETF為每個(gè)標準的PHB都定義了推薦的DSCP值，但是設備廠(chǎng)家可以重新定義DSCP與PHB之間的映射關(guān)系，用戶(hù)可根據網(wǎng)絡(luò )實(shí)際需要進(jìn)行靈活定義。

l MPLS TE方式：

Diffserv是基于流分類(lèi)的逐跳行為，但是不能選擇路徑。MPLS TE流量工程是將InterServ方式應用到IP網(wǎng)絡(luò )中，進(jìn)行資源預留和流量分擔，從而提高線(xiàn)路帶寬利用率，對網(wǎng)絡(luò )資源的使用進(jìn)行優(yōu)化。但是TE的實(shí)現機制比較復雜，對設備的功能和性能要求很高;同時(shí)TE主要應用于運營(yíng)商骨干網(wǎng)絡(luò )，適合于網(wǎng)狀或者半網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )結構，對于企業(yè)級的星形、層次化網(wǎng)絡(luò )結構并不適合。因此MPLS TE在企業(yè)級廣域網(wǎng)中應用比較少見(jiàn)。

在以上三種方式中，目前較為常用的是DiffServ方式，采用流量分類(lèi)、流量監管(限速)、擁塞管理(優(yōu)先級隊列)等QoS技術(shù)，對不同類(lèi)型流量執行不同的流量控制策略，保證高優(yōu)先級關(guān)鍵業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量。

3、流量調度需求

流量控制方案雖然能夠保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量，但隨著(zhù)廣域網(wǎng)上業(yè)務(wù)類(lèi)型的增加，面臨多樣化的業(yè)務(wù)流量控制需求，逐漸顯現一些不足，主要體現在以下幾點(diǎn)。

l 不能全局協(xié)調

DiffServ方式的出發(fā)點(diǎn)就是通過(guò)PHB的方式，每個(gè)節點(diǎn)獨立執行流量控制策略。目前廣域網(wǎng)的雙節點(diǎn)、雙鏈路組網(wǎng)方式已經(jīng)成為主流，這種基于單節點(diǎn)、單鏈路的PHB控制策略，無(wú)法充分利用主、備鏈路帶寬。例如，當主鏈路業(yè)務(wù)流量突發(fā)超過(guò)主鏈路帶寬時(shí)，根據主鏈路節點(diǎn)設備的流量控制策略，即使備鏈路有空閑帶寬，仍然會(huì )對主鏈路上過(guò)載流量進(jìn)行丟棄，導致同一網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)上的鏈路資源沒(méi)有得到充分利用。備鏈路很可能仍有一定的空閑。根據主鏈路節點(diǎn)的流量控制策略，主鏈路上必然產(chǎn)生流量丟包，備鏈路上的空閑資源沒(méi)有得到有效利用。

圖2 雙鏈路流量控制

如圖2所示，主、備鏈路帶寬均為10M，主鏈路流量突發(fā)(達到12M)，而備鏈路流量正常(6M)。由于R1、R2的流量控制策略是獨立部署和執行的，根據路由器R1的流量控制策略，會(huì )有2M流量被丟棄，而R2所在鏈路還空余4M的鏈路帶寬，主、備鏈路壓力和利用率不均衡。