廣域網(wǎng)流量調(diào)度方案發(fā)展與應(yīng)用

標(biāo)簽：H3C 流量調(diào)度

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(shì)，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(shí)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

一、 從流量控制到流量調(diào)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(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(lái)數(shù)據(jù)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(tái)等應(yīng)用上線，推動(dòng)廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)流量、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的快速增加。

相對(duì)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(yuǎn)，線路資源有限，高速帶寬費(fèi)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(dǎo)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(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

2、流量控制方案

隨著線路類(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(yīng)用于早期的廣域網(wǎng)專(zhuān)線，如ATM、FR，通過(guò)將線路劃成多個(gè)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(gè)PVC分配所需的保證帶寬(CBR)，將線路的實(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(duì)應(yīng)的PVC上，使用PVC的分配帶寬，實(shí)現(xiàn)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(jié)點(diǎn)(包括核心節(jié)點(diǎn))都記錄并保留每個(gè)類(lèi)型業(yè)務(wù)流的資源預(yù)留狀態(tài)，同時(shí)為每個(gè)類(lèi)型的業(yè)務(wù)流設(shè)置單獨(dú)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(duì)于可劃分PVC的ATM、FR等線路比較容易實(shí)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(jìn)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(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的處理能力有著非常高的要求。同時(shí)，由于必須在所有節(jié)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(shè)計(jì)和部署的可擴(kuò)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(dāng)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(kuò)展性差而提出的服務(wù)模型，目的是制定一個(gè)可擴(kuò)展性相對(duì)較強(qiáng)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(qū)分服務(wù)類(lèi)。一個(gè)業(yè)務(wù)流的區(qū)分服務(wù)類(lèi)由其IP包頭中的區(qū)分服務(wù)標(biāo)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(jié)點(diǎn)路由器都會(huì)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(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(yùn)行一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的速率，需要在路由器中進(jìn)行快速轉(zhuǎn)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(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(jí)別丟棄報(bào)文。

3. Best Effort (BE)：盡力轉(zhuǎn)發(fā)，主要用于對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)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(jí)別，狀態(tài)信息的數(shù)量少，因此擴(kuò)展性較好。目前，區(qū)分服務(wù)是業(yè)界認(rèn)同的IP骨干網(wǎng)的QoS解決方案。盡管IETF為每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(hù)可根據(jù)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(yīng)用到IP網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行資源預(yù)留和流量分擔(dān)，從而提高線路帶寬利用率，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的使用進(jìn)行優(yōu)化。但是TE的實(shí)現(xiàn)機(jī)制比較復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的功能和性能要求很高;同時(shí)TE主要應(yīng)用于運(yùn)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(jié)構(gòu)，對(duì)于企業(yè)級(jí)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(jí)廣域網(wǎng)中應(yīng)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(jiān)管(限速)、擁塞管理(優(yōu)先級(jí)隊(duì)列)等QoS技術(shù)，對(duì)不同類(lèi)型流量執(zhí)行不同的流量控制策略，保證高優(yōu)先級(jí)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(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(xiàn)一些不足，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

l 不能全局協(xié)調(diào)

DiffServ方式的出發(fā)點(diǎn)就是通過(guò)PHB的方式，每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立執(zhí)行流量控制策略。目前廣域網(wǎng)的雙節(jié)點(diǎn)、雙鏈路組網(wǎng)方式已經(jīng)成為主流，這種基于單節(jié)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(dāng)主鏈路業(yè)務(wù)流量突發(fā)超過(guò)主鏈路帶寬時(shí)，根據(jù)主鏈路節(jié)點(diǎn)設(shè)備的流量控制策略，即使備鏈路有空閑帶寬，仍然會(huì)對(duì)主鏈路上過(guò)載流量進(jìn)行丟棄，導(dǎo)致同一網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(jù)主鏈路節(jié)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(dá)到12M)，而備鏈路流量正常(6M)。由于R1、R2的流量控制策略是獨(dú)立部署和執(zhí)行的，根據(jù)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。