从控制到调度 广域网流量调度方案发展与应

　　[导读]随着企业信息业务的不断丰富，数据大集中已经成为IT建设的趋势，在广域网带宽紧张、成本昂贵的情况下，解决带宽与业务之间的矛盾，构建快速、稳定、高质量的广域网络，保障关键业务传输质量，实现链资源的充分利用，成为广域网解决方案的重要组成部分。

　　路由器限速设置一、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、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。

　　集中服务方式，主要应用于早期的广域网专线，如ATM、FR，通过将线划成多个PVC(PermanentVirtualCircuit，永久虚电，例如ATM线的VPI/VCI、FR线的DLCI等)，每个PVC分配所需的带宽(CBR)，将线的实际带宽在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。

　　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资源，以业务流的带宽。因而该方式对于可划分PVC的ATM、FR等线比较容易实现。

　　然而现在广域线以POS、E1、以太网为主，采用共享带宽方式，在线上已经不能进行虚拟电划分。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中应用，而不再适应当前以IP为主的广域网线，以及日益增多的应用业务，它逐渐被DiffServ方式所替代。

　　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(DifferentServiceCodePoint，简称DSCP)来表示。在实施DiffServ的网络中，每一个节点由器都会根据数据包的DSCP字段执行相应的PHB(PerHopBehavior)行为，主要包括EF、AF、BE三类：

　　1.ExpeditedForwarding(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，需要在由器中进行快速转发。

　　2.AssuredForwarding(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.BestEffort(BE)：尽力转发，主要用于对时延、抖动和丢包不的业务。

　　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。

　　Diffserv是基于流分类的逐跳行为，但是不能选择径。MPLSTE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MPLSTE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，高优先级关键业务的传输质量。

　　3、流量调度需求

　　流量控制方案虽然能够关键业务的传输质量，但随着广域网上业务类型的增加，面临多样化的业务流量控制需求，逐渐一些不足，主要体现在以下几点。

　　不能全局协调

　　DiffServ方式的出发点就是通过PHB的方式，每个节点执行流量控制策略。目前广域网的双节点、双链组网方式已经成为主流，这种基于单节点、单链的PHB控制策略，无法充分利用主、备链带宽。例如，当主链业务流量突发超过主链带宽时，根据主链节点设备的流量控制策略，即使备链有空闲带宽，仍然会对主链上过载流量进行丢弃，导致同一网络节点上的链资源没有得到充分利用。备链很可能仍有一定的空闲。根据主链节点的流量控制策略，主链上必然产生流量丢包，备链上的空闲资源没有得到有效利用。

　　图2双链流量控制

　　如图2所示，主、备链带宽均为10M，主链流量突发(达到12M)，而备链流量正常(6M)。由于R1、R2的流量控制策略是部署和执行的，根据由器R1的流量控制策略，会有2M流量被丢弃，而R2所在链还空余4M的链带宽，主、备链压力和利用率不均衡。

　　不能动态调整

　　流量控制是基于业务流特征执行策略，一般很少考虑对终端用户进行控制。事实上，业务类型和终端用户的增加，使得业务流突发存在很大的不确定性。例如在线办公系统(Notes、Email等)，通过流量控制2M带宽，则10人使用时，每人平均100K的流量，50人使用时，每人平均只有40K。如果一些用户收发大邮件、占用大量带宽，将会导致其他人员只能使用远小于平均值的带宽，业务访问速度降低，甚至会影响正常办公。若对每个用户的访问速度进行(例如每人最大50K)，又会整体访问速度，当并发访问人员较少时，虽然带宽有富余，访问速度也不能增加。因此，由于缺乏动态调整机制，很难对每个用户的使用带宽进行有效和，以提高效率、兼顾公平性。

　　不能精细化控制

　　通过由器、交换机等网络设备执行流量控制策略，必须明确配置每种业务的特征(IP地址、端口号、协议类型、优先级等)，对于无法通过上述特征识别的业务(如FTP、基于HTTP、P2P等的应用)，基于流量控制方案不能进行有效的控制。而随着B/S架构、虚拟化的广泛应用，传统的业务流特征已经不再包含单一应用，必须有对应的深入识别和控制手段，进行精细化流量控制。

　　整体部署策略复杂

　　DiffServ方式流量控制虽然可以结合MPLSTE、分层QoS技术，实现更加强大的流量控制功能(例如对关键业务进行带宽预留，对不同部门的不同业务进行分级带宽)，但MPLSTE和分层QoS技术实现和配置比较复杂，除了运营商网，企业级网络中应用较少。事实上，基于企业级网络的组网结构和运维管理水平，它需要简单、直观、可扩展、适应性强的技术和策略。

　　为了改进传统流量控制方案中的不足，满足多样化的业务流量控制需求，企业广域网需要一种动态、智能、简单的机制实现流量控制，这就是流量调度。

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