廣域網(wǎng)流量調(diào)度方案發(fā)展與應(yīng)用
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隨著企業(yè)信息業(yè)務(wù)的不斷豐富，數(shù)據(jù)大集中已經(jīng)成為IT建設(shè)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(gòu)建快速、穩(wěn)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，實現(xiàn)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(diào)度方案發(fā)展與應(yīng)用
1、廣域網(wǎng)流量與帶寬的矛盾
廣域網(wǎng)覆蓋范圍廣、接入用戶多、承載業(yè)務(wù)復(fù)雜。隨著政府、企業(yè)等信息化的不斷發(fā)展，尤其是近年來數(shù)據(jù)大集中帶來的業(yè)務(wù)整合，高清視頻、IP語音、公共資源平臺等應(yīng)用上線，推動廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流量、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的快速增加。
相對于園區(qū)網(wǎng)、城域網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心，廣域網(wǎng)跨越距離遠，線路資源有限，高速帶寬費用昂貴。快速增加的業(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(dǎo)致業(yè)務(wù)延時增加、流量抖動，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(shè)計的核心內(nèi)容。
2、流量控制方案
隨著線路類型以及網(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(yīng)用于早期的廣域網(wǎng)專線，如ATM、FR，通過將線路劃成多個PVC**(Permanent Virtual Circuit，永久虛電路，例如ATM線路的VPI/VCI、FR線路的DLCI等)，每個PVC分配所需的保證帶寬(CBR)，將線路的實際帶寬在PVC上進行分配。通過將不同類型的業(yè)務(wù)映射到對應(yīng)的PVC上，使用PVC的分配帶寬，實現(xiàn)不同類型業(yè)務(wù)的傳輸帶寬和時延質(zhì)量保證。
該種方式要求網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(包括核心節(jié)點)都記錄并保留每個類型業(yè)務(wù)流的資源預(yù)留狀態(tài)，同時為每個類型的業(yè)務(wù)流設(shè)置單獨的內(nèi)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等線路比較容易實現(xiàn)。
然而現(xiàn)在廣域線路以POS、E1、以太網(wǎng)為主，采用共享帶寬方式，在線路上已經(jīng)不能進行虛擬電路劃分。另外，在大型網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)流數(shù)量非常龐大，對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的處理能力有著非常高的要求。同時，由于必須在所有節(jié)點上都保留每個類型業(yè)務(wù)流的資源狀態(tài)，整體網(wǎng)絡(luò)設(shè)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)線路中應(yīng)用，而不再適應(yīng)當前以IP為主的廣域網(wǎng)線路，以及日益增多的應(yīng)用業(yè)務(wù)，它逐漸被DiffServ方式所替代。
l DiffServ方式
區(qū)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，目的是制定一個可擴展性相對較強的方法來保證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(qū)分服務(wù)類。一個業(yè)務(wù)流的區(qū)分服務(wù)類由其IP包頭中的區(qū)分服務(wù)標記字段(Different Service Code Point，簡稱DSCP)來表示。在實施DiffServ的網(wǎng)絡(luò)中，每一個節(jié)點路由器都會根據(jù)數(shù)據(jù)包的DSCP字段執(zhí)行相應(yīng)的PHB(Per Hop Behavior)行為，主要包括EF、AF、BE三類：
1. Expedited Forwarding (EF)：主要用于低延遲、抖動和丟包率的業(yè)務(wù)，這類業(yè)務(wù)一般運行一個相對穩(wěn)定的速率，需要在路由器中進行快速轉(zhuǎn)發(fā)。
2. Assured Forwarding (AF)：這類業(yè)務(wù)在沒有超過最大允許帶寬時能夠確保轉(zhuǎn)發(fā)，一旦超出最大允許帶寬，則允許根據(jù)不同的丟棄級別丟棄報文。
3. Best Effort (BE)：盡力轉(zhuǎn)發(fā)，主要用于對時延、抖動和丟包不敏感的業(yè)務(wù)。
區(qū)分服務(wù)只包含有限數(shù)量的業(yè)務(wù)級別，狀態(tài)信息的數(shù)量少，因此擴展性較好。目前，區(qū)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為每個標準的PHB都定義了推薦的DSCP值，但是設(shè)備廠家可以重新定義DSCP與PHB之間的映射關(guān)系，用戶可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際需要進行靈活定義。
l MPLS TE方式：
Diffserv是基于流分類的逐跳行為，但是不能選擇路徑。MPLS TE流量工程是將InterServ方式應(yīng)用到IP網(wǎng)絡(luò)中，進行資源預(yù)留和流量分擔(dān)，從而提高線路帶寬利用率，對網(wǎng)絡(luò)資源的使用進行優(yōu)化。但是TE的實現(xiàn)機制比較復(fù)雜，對設(shè)備的功能和性能要求很高;同時TE主要應(yīng)用于運營商骨干網(wǎng)絡(luò)，適合于網(wǎng)狀或者半網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對于企業(yè)級的星形、層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不適合。因此MPLS TE在企業(yè)級廣域網(wǎng)中應(yīng)用比較少見。
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、流量監(jiān)管(限速)、擁塞管理(優(yōu)先級隊列)等QoS技術(shù)，對不同類型流量執(zhí)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(diào)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，但隨著廣域網(wǎng)上業(yè)務(wù)類型的增加，面臨多樣化的業(yè)務(wù)流量控制需求，逐漸顯現(xiàn)一些不足，主要體現(xiàn)在以下幾點。
l 不能全局協(xié)調(diào)
DiffServ方式的出發(fā)點就是通過PHB的方式，每個節(jié)點獨立執(zhí)行流量控制策略。目前廣域網(wǎng)的雙節(jié)點、雙鏈路組網(wǎng)方式已經(jīng)成為主流，這種基于單節(jié)點、單鏈路的PHB控制策略，無法充分利用主、備鏈路帶寬。例如，當主鏈路業(yè)務(wù)流量突發(fā)超過主鏈路帶寬時，根據(jù)主鏈路節(jié)點設(shè)備的流量控制策略，即使備鏈路有空閑帶寬，仍然會對主鏈路上過載流量進行丟棄，導(dǎo)致同一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的鏈路資源沒有得到充分利用。備鏈路很可能仍有一定的空閑。根據(jù)主鏈路節(jié)點的流量控制策略，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(zhí)行的，根據(jù)路由器R1的流量控制策略，會有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。
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