多业务IP承载网对QoS保证解决方案.doc

多业务承载对QoS保证的要求当前，建设统一的多业务IP承载网，以取代已往多种业务、多种体制的电信网络，从而实现统一承载、统一运营、统一管理、统一维护，以便降低运营成本，提高业务部署的灵活性和盈利能力，已经成为运营商的共识。对于这样一张统一的多业务IP承载网来说，QoS（Quality of Service）是与HA（High Availability，高可用性）同等重要的基本要求。在多业务IP承载网上，所承载的业务可以分为三大类，即语音、视频、数据。其中，语音类业务是电信运营商的传统业务，对大多数运营商来说，固话业务或者移动话音业务，是他们的主要收入来源，也是最受重视、必须保证的业务。数据类业务是IP网络上的传统业务，以Internet为代表的数据业务的大发展，极大地改变了现代社会发布和获取信息的方式，成为经济发展和社会进步强有力的催化剂，受到从国家政府到普通百姓高度的关注和追捧，是一个具有神奇创新能力、孕育着无限商机的业务领域。而随着网络带宽的不断增长，网络上的各种视频应用日新月异，呈现出诱人的市场前景，因此运营商普遍将视频类业务视为一个大有前途的新兴业务领域，是实现企业发展的未来希望。在承载网上，这三大类业务对QoS保证的要求是各不相同的，如下表：业务可靠性带宽要求时延和抖动丢包率语音高低高度敏感要求高视频高高高度敏感要求高数据中中不敏感要求低由表可知，语音和视频业务除了对HA有要求以外，对时延、抖动、丢包率也都有着很高的要求，而视频业务还要求很高的带宽。这就是说，多业务IP承载网不仅要有区分业务类型的能力，还要能根据不同的业务类型来安排不同的QoS保证，并且为关键业务确保约定的带宽资源。这就是多业务承载对IP网络的要求，凡是无法充分满足这一要求的解决方案，都将被市场无情地淘汰！IP/MPLS QoS技术简介将DiffServ、RSVP-TE和MPLS VPN结合起来DiffServ(Differentiated Service，有差别服务)和RSVP-TE（Resource reservation setup protocol with traffic-engineering extensions，针对流量工程扩展的资源预留协议）是现有的IP/MPLS QoS技术中比较成熟的技术，其中：DiffServ可以根据报文内容区分各种业务的流量，分配优先级，保证高优先级业务优先转发，但是无法事先约定带宽，在流量超出带宽允许范围的情况下，只能通过对低优先级业务增大延时、提高丢包率来保证关键业务的高优先级转发，在极端情况下，甚至高优先级的关键业务也无法幸免延时和丢包。显然，单纯应用 DiffServ技术是无法彻底保证多业务IP承载网的QoS和SLA（Service Level Agreement，服务等级协议）的。RSVP-TE可以通过CSPF（Constraint Shortest Path First，约束最短路径优先）算法计算出一条最优的路径，这条路径能够保证所用的路径不会拥塞，从而确保约定的TE隧道的带宽资源。但是RSVP-TE 没有识别业务的能力，在隧道中各种业务流量是不分优先级的，因此TE隧道内一旦发生实际流量超出预约流量的情况，对QoS敏感的业务将直接受到影响。因此，RSVP-TE也无法单独解决多业务IP承载网的QoS保证问题。很显然，只有把DiffServ和RSVP-TE技术结合起来，才能让IP/MPLS核心网既能识别业务类型，又能根据优先级为关键业务预留资源和优先转发，这两种技术的结合点就是后起的DS-TE。DS-TE可以通过为不同业务类型分别建立保证一定带宽的隧道，来保证高优先级业务的带宽需求。针对需要在VPN内承载多种不同优先级的业务流量的场合，还可以把DiffServ和MPLSVPN技术结合起来，这就形成了VPN QoS技术。VPN QoS技术将VPN内传输的多种流量区分优先级，保证高优先级业务优先转发，从而为VPN内的关键业务提供了QoS保证。DiffServ、RSVP-TE、MPLS VPN三者按需组合，可以达到隔离业务流量、区分优先级、保证关键业务流量或者关键VPN的带宽资源、在VPN或TE隧道中按优先级转发等多种效果，为运营商在多业务IP承载网上开展语音、视频类业务运营，或者提供有SLA的VPN服务提供了技术保障。层次化的动态多队列调度机制另外，华为还开发了HQOS（Hierarchical QoS，层次化QoS）技术，对传统的对队列调度机制进行了扩展。HQoS对上行队列可以做“流队列用户队列组队列目的板调度Class 调度”5级调度，对下行队列也可以做“流队列用户队列组队列Class调度目的端口”5级调度。而且HQOS的控制队列调度器不是静态的，而是可以动态配置的，用户可以根据实际需要设置多级逻辑调度器之间的层次关系，由上级调度器控制一组下级调度器的总带宽，并且根据下级调度器的级别和权重合理分配下级调度器的承诺带宽（CIR）和峰值带宽（PIR），这样就可以通过多级调度器控制多个队列的总带宽，而这多个队列既可以来自于用户的同一个业务，也可以来自用户的不同的业务。HQOS真正实现了基于业务、基于用户、基于组来控制总的服务质量，不但能为用户提供可靠的QoS保证，而且能最大限度地利用用户的租用带宽，从而从整体上节约网络带宽。灵活的MPLS COS实现方式在MPLS VPN网络上，运营商往往需要在边缘路由器上做出一个选择，就是是否信任上行流量已经携带的优先级信息，此时，华为提供了三种不同的MPLS COS（Class of Service，业务类型）处理模式，以备运营商灵活选择。如图1： 图1：MPLS COS的三种处理模式1.uniform模式：当运营商认为可以完全信任CE侧流量携带过来的QoS参数时，可以采用Uniform模式，这时PE将CE侧携带上来的报文的COS值直接复制到MPLS外层标签的EXP字段中，从而保证在Core中给予同样的QoS保证。2.pipe模式：当运营商完全不关心CE侧用户设置的QoS参数时，就忽略用户携带的QoS参数，在PE上为MPLS外层标签的EXP字段重新赋值，结果是从ingress边缘路由器到egress边缘路由器，都按照运营商的意愿进行Core上的QoS调度，直到将流量送出Core之后，报文再根据其原来携带的COS值转发。3.short-pipe模式：这是对pipe模式的改进，在进入Core的时候，和pipe做相同的处理，只是在egress端的倒数第二跳，就完成了QoS参数的恢复，换言之，从ingress边缘路由器到egress的倒数第二跳路由器，全部按照运营商的意愿进行QoS调度，到了egress边缘路由器上，就已经按照用户原来自己携带的QoS参数进行调度了。完整的端到端QoS技术体系要在多业务IP承载网上实现端到端的QoS保证，就必须将多种QoS有机地结合起来，形成一个完整的QoS技术体系。如图2：图2：端到端QoS规划与配置示意图从CE侧上行的流量中包含了来自于不同用户的多种业务流量，在PE的UNI（User Network Interface，用户网络接口）侧采用HQOS，对上行的流量进行精细化调度，确保各用户、用户组和业务的带宽和转发优先级。在PE的 NNI（Network to Network Interface，网络-网络接口）侧除采用HQOS外，还可以选择采用DiffServ、MPLS-TE，或是采用DS-TE、VPN&TE Mapping（VPN QoS），保证关键业务的流量，或者进一步在保证VPN带宽资源的同时保证VPN中高优先级流量优先转发。由此可见，PE设备是实现多业务I/MPLS承载网QoS解决方案的关键节点，在P设备上，只需按PE设定好的TE隧道进行转发即可。典型FMC承载网QoS解决方案举例以上我们对华为QoS解决方案中涉及到的技术做了初步的了解，下面我们再来看，在IP承载网上，怎样构筑一个端到端的QoS解决方案。图3：PE间采用DS-TE的QoS解决方案在图3所示的QoS解决方案中，IP/MPLS Core部署端到端的RSVP-TE，从PE接入的各种业务通过MPLS VPN来承载，在Ingress PE上识别业务类型，并根据业务类型封装到不同的VPN中以实现不同业务的隔离。在Ingress PE到Egress PE之间，部署Diffserv-aware TE，建立多种Class Type类型的TE隧道，承载了不同业务类型的VPN分别选择具有相应带宽保证的TE隧道来承载，以确保关键的业务能够获得高质量的QoS保证。企业用户通常会租用一条固定带宽的VPN，然后在该VPN内开展多种对QoS有不同要求的业务。在这种情况下，除了采用VPN对TE隧道的映射，以保证VPN的带宽资源外，还可以应用VPN QoS，保证VPN中关键业务高优先级转发。这个方案要求全网的PE和P设备支持RSVP-TE，并具备一定的DS-TE支持能力，比较适合在新建的IP承载网中部署，能够为未来多业务、大带宽运营提供一个具有充分能力的平台。图4：仅采用MPLS DiffServ的QoS解决方案图4是多业务IP承载网QoS实现的另一种方案，不同的接入业务仍然采用不同的VPN来承载以实现业务隔离，但是不部署DS-TE，而是采用 MPLS的DiffServ来实现QoS保证。在Ingress AR设备上进行流分类，将不同业务类型映射为不同的EXP，并根据EXP进行PQ和WFQ的队列调度，以提供差分服务，确保对服务质量要求高的业务能够得到优先转发。IP COS和MPLS的EXP的映射方式可以根据实际情况选择使用uniform、pipe或short-pipe等不同模式。这种方案部署较为简单，适合在带宽资源比较充裕，但仍希望能在流量高峰期间确保高优先级业务流畅的场合。总结在传统电信承载网中，高品质的QoS保证往往要靠大带宽轻载来实现，网络带宽的利用效率较低。特别是对靠租用带宽来开展业务的运营商来说，浪费带宽就意味着浪费金钱。即使对部分拥有足够带宽资源的运营商来说，充分利用现有资源开展运营，或是提高最终用户的业务体验，也是很有诱惑力的。成熟、实用、灵活、容易部署的华为QoS解决方案正是为了满足运营商提高现网盈利能力，以及建设下一代多业务IP承载网的需求而提出的。截至2007年8月31日，华为的多业务IP承载网解决方案已经在全球90多个移动或NGN运营网络中得到了成功应用，承载着7亿用户的业务流量，包括全球最大的移动承载网和全球最大的NGN承载网。未来，华为的QoS解决方案将会服务于更多运营商，为用户提供更加流畅和精细的QoS保证。