| 協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)管理 通信 數(shù)據(jù)庫(kù) 路由器 |
3.定制隊(duì)列（Custom Queueing, CQ）  圖6 定制隊(duì)列示意圖 如圖6所示，定制隊(duì)列（以后簡(jiǎn)稱CQ）對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類，將所有報(bào)文分成最多至17類，分別屬于CQ的17個(gè)隊(duì)列中的一個(gè)，然后，按報(bào)文的類別將報(bào)文送入相應(yīng)的隊(duì)列。CQ的17個(gè)隊(duì)列中，0號(hào)隊(duì)列是優(yōu)先隊(duì)列，路由器總是先把0號(hào)隊(duì)列中的報(bào)文發(fā)送完，然后才處理1到16號(hào)隊(duì)列中的報(bào)文，所以0號(hào)隊(duì)列一般作為系統(tǒng)隊(duì)列，把實(shí)時(shí)性要求高的交互式協(xié)議報(bào)文放到0號(hào)隊(duì)列。1到16號(hào)隊(duì)列可以按用戶的定義分配它們能占用接口帶寬的比例，在報(bào)文出隊(duì)的時(shí)候，CQ按定義的帶寬比例分別從1到16號(hào)隊(duì)列中取一定量的報(bào)文在接口上發(fā)送出去。 現(xiàn)在我們將CQ和PQ做個(gè)比較。PQ賦予較高優(yōu)先級(jí)的報(bào)文絕對(duì)的優(yōu)先權(quán)，這樣雖然可以保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的優(yōu)先，但在較高優(yōu)先級(jí)的報(bào)文的速度總是大于接口的速度時(shí)，將會(huì)使較低優(yōu)先級(jí)的報(bào)文始終得不到發(fā)送的機(jī)會(huì)。采用CQ，則可以避免這種情況的發(fā)生。CQ可以把報(bào)文分類，然后按類別將報(bào)文分配到CQ的一個(gè)隊(duì)列中去，而對(duì)每個(gè)隊(duì)列，又可以規(guī)定隊(duì)列中的報(bào)文所占接口帶寬的比例，這樣，就可以讓不同業(yè)務(wù)的報(bào)文獲得合理的帶寬，從而既保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)能獲得較多的帶寬，又不至于使非關(guān)鍵業(yè)務(wù)得不到帶寬。 在如圖3所示的網(wǎng)絡(luò)圖中，假設(shè)局域網(wǎng)1的服務(wù)器向局域網(wǎng)2的服務(wù)器發(fā)送關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，局域網(wǎng)1的PC向局域網(wǎng)2的PC發(fā)送非關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，如果對(duì)路由器1的串口1配置CQ進(jìn)行擁塞管理，同時(shí)配置服務(wù)器間的數(shù)據(jù)流的進(jìn)入隊(duì)列1，隊(duì)列1中的報(bào)文占有60%的帶寬，例如每次出隊(duì)6000個(gè)字節(jié)的報(bào)文，PC間的數(shù)據(jù)流進(jìn)入隊(duì)列2，隊(duì)列2 中的報(bào)文占有20%的帶寬，例如每次出隊(duì)2000個(gè)字節(jié)的報(bào)文，則CQ對(duì)這兩種不同業(yè)務(wù)的報(bào)文將做區(qū)別對(duì)待。報(bào)文的發(fā)送采用輪詢調(diào)度的方式，首先讓隊(duì)列1中的報(bào)文出隊(duì)并發(fā)送，直到此隊(duì)列中的報(bào)文被發(fā)送的字節(jié)數(shù)不少于6000字節(jié)，然后才開(kāi)始發(fā)送隊(duì)列2中的報(bào)文， 直到此隊(duì)列中的報(bào)文被發(fā)送的字節(jié)數(shù)不少于2000字節(jié)，然后是其他隊(duì)列。路由器1的串口1的物理帶寬是2M，則局域網(wǎng)1的服務(wù)器向局域網(wǎng)2的服務(wù)器發(fā)送關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)所能占的帶寬將至少為1.2M（2 * 0.6），局域網(wǎng)1的PC向局域網(wǎng)2的PC發(fā)送非關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)所能占的帶寬將至少為0.4M（2 * 0.2）。并且，不同于時(shí)分復(fù)用（Time Division Multiplexing, TDM）的系統(tǒng)，當(dāng)路由器1的串口1中除了上述兩個(gè)數(shù)據(jù)流外沒(méi)有其他數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，這兩種數(shù)據(jù)流將按比例分享接口的剩余空閑帶寬，即局域網(wǎng)1的服務(wù)器向局域網(wǎng)2的服務(wù)器發(fā)送關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)所能占的帶寬將為1.5M（2 * 0.6 / (0.2 + 0.6) ），局域網(wǎng)1的PC向局域網(wǎng)2的PC發(fā)送非關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)所能占的帶寬為0.5M（2 * 0.2 / (0.2 + 0.6)）。當(dāng)局域網(wǎng)1的服務(wù)器向局域網(wǎng)2的服務(wù)器不發(fā)送關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)時(shí)，并且，除了局域網(wǎng)1的PC向局域網(wǎng)2的PC發(fā)送非關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)外，沒(méi)有其他的數(shù)據(jù)流，則局域網(wǎng)1的PC向局域網(wǎng)2的PC發(fā)送非關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)所能占的帶寬將可以為2M。 加權(quán)公平隊(duì)列（Weighted Fair Queueing, WFQ）  圖7 加權(quán)公平隊(duì)列示意圖 如圖7所示，加權(quán)公平隊(duì)列（以后簡(jiǎn)稱WFQ）對(duì)報(bào)文按流進(jìn)行分類（相同源IP地址，目的IP地址，源端口號(hào)，目的端口號(hào)，協(xié)議號(hào)，TOS的報(bào)文屬于同一個(gè)流），每一個(gè)流被分配到一個(gè)隊(duì)列，該過(guò)程稱為散列，采用HASH算法來(lái)自動(dòng)完成，盡量將不同的流分入不同的隊(duì)列。WFQ的隊(duì)列數(shù)目N可以配置。在出隊(duì)的時(shí)候，WFQ按流的優(yōu)先級(jí)（precedence）來(lái)分配每個(gè)流應(yīng)占有出口的帶寬。優(yōu)先級(jí)的數(shù)值越小，所得的帶寬越少。 優(yōu)先級(jí)的數(shù)值越大，所得的帶寬越多。這樣就保證了相同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)之間的公平，體現(xiàn)了不同優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)之間的權(quán)值。 例如：接口中當(dāng)前有8個(gè)流，它們的優(yōu)先級(jí)分別為0、1、2、3、4、5、6、7。則帶寬的總配額將是所有（流的優(yōu)先級(jí) + 1） 之和，即：1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 = 36 每個(gè)流所占帶寬比例為：（自己的優(yōu)先級(jí)數(shù) + 1）/（所有 (流的優(yōu)先級(jí) + 1)之和）。即，每個(gè)流可得的帶寬比例分別為：1/36、2/36、3/36、4/36、5/36、6/36、7 /36、8/36。 又如：當(dāng)前共4個(gè)流，3個(gè)流的優(yōu)先級(jí)為4，1個(gè)流的優(yōu)先級(jí)為5，則帶寬的總配額將是： (4 + 1) * 3 + (5 + 1) = 21 那么，3個(gè)優(yōu)先級(jí)為4的流獲得的帶寬比例均為5/21，優(yōu)先級(jí)為5的流獲得的帶寬比例為6/21。 由此可見(jiàn)，WFQ在保證公平的基礎(chǔ)上對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)體現(xiàn)權(quán)值，而權(quán)值依賴于IP報(bào)文頭中所攜帶的IP優(yōu)先級(jí)。 基于類的加權(quán)公平隊(duì)列（Class Based Weighted Fair Queueing, CBWFQ）  (點(diǎn)擊查看原圖) 圖8 基于類的加權(quán)公平隊(duì)列示意圖 如圖8所示，基于類的加權(quán)公平隊(duì)列（以后簡(jiǎn)稱CBWFQ）首先根據(jù)報(bào)文進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口、報(bào)文的協(xié)議，報(bào)文是否匹配訪問(wèn)控制列表（Access Control List，ACL）來(lái)對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類。然后讓不同類別的報(bào)文進(jìn)入不同的隊(duì)列。對(duì)于不匹配任何類別的報(bào)文，報(bào)文被送入默認(rèn)隊(duì)列，按WFQ進(jìn)行處理，即按照流的方式進(jìn)行處理。 圖中所示0號(hào)隊(duì)列是優(yōu)先隊(duì)列（一個(gè)或多個(gè)類的報(bào)文可以被設(shè)定進(jìn)入優(yōu)先隊(duì)列），不同類別的報(bào)文可設(shè)定占用不同的帶寬。 在調(diào)度出隊(duì)的時(shí)候，若優(yōu)先隊(duì)列中有報(bào)文，則調(diào)度器總是優(yōu)先發(fā)送優(yōu)先隊(duì)列中的報(bào)文，直到優(yōu)先隊(duì)列中沒(méi)有報(bào)文時(shí)，才調(diào)度發(fā)送其他隊(duì)列中的報(bào)文。 每個(gè)隊(duì)列被分配了一定的帶寬，調(diào)度器會(huì)按照每個(gè)隊(duì)列分配到的帶寬進(jìn)行報(bào)文出隊(duì)發(fā)送。 進(jìn)入優(yōu)先隊(duì)列的報(bào)文在接口沒(méi)有發(fā)生擁塞的時(shí)候（此時(shí)所有隊(duì)列中都沒(méi)有報(bào)文），所有屬于優(yōu)先隊(duì)列的報(bào)文都可以被發(fā)送。在接口發(fā)生擁塞的時(shí)候（隊(duì)列中有報(bào)文時(shí)），進(jìn)入優(yōu)先隊(duì)列的報(bào)文被限速，超出規(guī)定流量的報(bào)文將被丟棄。這樣，在接口不發(fā)生擁塞的情況下，可以使屬于優(yōu)先隊(duì)列的報(bào)文能獲得空閑的帶寬，在接口擁塞的情況下，又可以保證屬于優(yōu)先隊(duì)列的報(bào)文不會(huì)占用超出規(guī)定的帶寬，保護(hù)了其他報(bào)文的應(yīng)得帶寬。另外，由于只要優(yōu)先隊(duì)列中有報(bào)文，調(diào)度器就會(huì)發(fā)送優(yōu)先隊(duì)列中的報(bào)文，所以優(yōu)先隊(duì)列中的報(bào)文被發(fā)送的延遲最多是接口發(fā)送一個(gè)最大長(zhǎng)度報(bào)文的時(shí)間，無(wú)論是延遲還是延遲抖動(dòng)，優(yōu)先隊(duì)列都可以將之降低為最低限度。這為對(duì)延遲敏感的應(yīng)用如VoIP業(yè)務(wù)提供了良好的服務(wù)質(zhì)量保證。 圖8中1到N1的隊(duì)列為各類報(bào)文的隊(duì)列。每類報(bào)文占一個(gè)隊(duì)列。在調(diào)度器調(diào)度報(bào)文出隊(duì)的時(shí)候，按用戶為各類報(bào)文設(shè)定的帶寬將報(bào)文出隊(duì)發(fā)送。屬于1到N1號(hào)隊(duì)列的報(bào)文可以被確保得到用戶設(shè)定的帶寬。當(dāng)接口中某些類別的報(bào)文沒(méi)有時(shí)，屬于1到N1號(hào)隊(duì)列的報(bào)文還可以公平地得到空閑的帶寬，和時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)相比，大大提高了線路的利用率。同時(shí)，在接口擁塞的時(shí)候，仍然能保證各類報(bào)文得到用戶設(shè)定的最小帶寬。 當(dāng)報(bào)文不匹配用戶設(shè)定的所有類別時(shí)，報(bào)文被送入默認(rèn)隊(duì)列。默認(rèn)隊(duì)列在邏輯上可看作是一個(gè)隊(duì)列，但實(shí)際上是個(gè)WFQ隊(duì)列，所有進(jìn)入默認(rèn)隊(duì)列的報(bào)文再按流進(jìn)行分類。 CBWFQ最多允許將報(bào)文分為64類（其中包括默認(rèn)類）。所以N1的最大值為63。默認(rèn)隊(duì)列的個(gè)數(shù)N2可以由用戶設(shè)定。 對(duì)于默認(rèn)隊(duì)列和1到N1的隊(duì)列，用戶可以設(shè)定隊(duì)列的最大長(zhǎng)度。當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度達(dá)到隊(duì)列的最大長(zhǎng)度時(shí)，默認(rèn)采用尾丟棄的策略。但用戶還可以選擇用加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)（Weighted Random Early Detection, WRED）的丟棄策略。加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)的丟棄策略請(qǐng)參見(jiàn)后面加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)WRED的描述。 對(duì)于優(yōu)先隊(duì)列，由于在接口擁塞的時(shí)候流量限制開(kāi)始起作用，所以用戶不必設(shè)置隊(duì)列的長(zhǎng)度（也就沒(méi)有了尾丟棄）。另外，由于優(yōu)先隊(duì)列中的報(bào)文一般是語(yǔ)音報(bào)文（Voice over IP, VoIP），采用的是UDP報(bào)文，所以WRED的丟棄策略也不需要。 2.2.3擁塞管理技術(shù)的對(duì)比 華為的VRP提供了以上擁塞管理技術(shù)。突破了傳統(tǒng)IP設(shè)備的單一FIFO擁塞管理策略，提供了強(qiáng)大的QoS能力，使得IP設(shè)備可以滿足不同業(yè)務(wù)所要求的不同服務(wù)質(zhì)量的要求。為了更好的利用華為的擁塞管理技術(shù)，現(xiàn)對(duì)各種隊(duì)列技術(shù)做一比較。 表1 擁塞管理技術(shù)對(duì)比 隊(duì)列數(shù) 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) FIFO 1 1、不需要配置，易于使用。 2、處理簡(jiǎn)單，處理延遲小。 1、所有報(bào)文同等對(duì)待，報(bào)文到來(lái)的次序決定了報(bào)文可占用的帶寬、報(bào)文的延遲、報(bào)文的丟失。 2、對(duì)不配合的數(shù)據(jù)源（如UDP報(bào)文發(fā)送）無(wú)約束力，不配合的數(shù)據(jù)源會(huì)造成配合的數(shù)據(jù)源（如TCP報(bào)文發(fā)送）帶寬受損失。 3、對(duì)時(shí)間敏感的實(shí)時(shí)應(yīng)用（如VoIP）的延遲得不到保證。 PQ 4 可對(duì)不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供絕對(duì)的優(yōu)先，對(duì)時(shí)間敏感的實(shí)時(shí)應(yīng)用（如VoIP）的延遲可以得到保證。對(duì)優(yōu)先業(yè)務(wù)的報(bào)文的帶寬占用可以絕對(duì)優(yōu)先。 1、需配置，處理速度慢。 2、如果不對(duì)高優(yōu)先級(jí)的報(bào)文的帶寬加限制，會(huì)造成低優(yōu)先級(jí)的報(bào)文得不到帶寬。 CQ 17 1、可對(duì)不同業(yè)務(wù)的報(bào)文按帶寬比例分配帶寬。 2、當(dāng)沒(méi)有某些類別的報(bào)文時(shí)，能自動(dòng)增加現(xiàn)存類別的報(bào)文可占的帶寬。 需配置，處理速度慢。 WFQ 用戶決定 1、配置容易。 2、可以保護(hù)配合（交互）的數(shù)據(jù)源（如TCP報(bào)文發(fā)送）的帶寬。 3、可以使延遲的抖動(dòng)減小。 4、可以減小數(shù)據(jù)量小的交互式應(yīng)用的延遲。 5、可以為不同優(yōu)先級(jí)的流分配不同的帶寬。 6、當(dāng)流的數(shù)目減少時(shí)，能自動(dòng)增加現(xiàn)存流可占的帶寬。 處理速度比FIFO要慢。但比PQ、CQ要快。 CBWFQ 用戶決定 （0~63） 1、對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類，為每類報(bào)文提供確保帶寬。 2、可為部分報(bào)文提供快速轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)（Expedited Forwarding, EF），使延遲降低為最小。 3、各類數(shù)據(jù)的流確保帶寬的總和小于接口的帶寬時(shí)，能自動(dòng)增加各類流的帶寬，從而充分利用線路的帶寬。 4、為默認(rèn)類的報(bào)文提供WFQ服務(wù)。 5、可以為非優(yōu)先類的報(bào)文提供WRED的丟棄策略。 處理速度比FIFO要慢。 2.3擁塞避免 由于內(nèi)存資源的有限，按照傳統(tǒng)的處理方法，當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度達(dá)到規(guī)定的最大長(zhǎng)度時(shí)，所有到來(lái)的報(bào)文都被丟棄。對(duì)于TCP報(bào)文，如果大量的報(bào)文被丟棄，將造成TCP超時(shí)，從而引發(fā)TCP的慢啟動(dòng)和擁塞避免機(jī)制，使TCP減少報(bào)文的發(fā)送。當(dāng)隊(duì)列同時(shí)丟棄多個(gè)TCP連接的報(bào)文時(shí)，將造成多個(gè)TCP連接同時(shí)進(jìn)入慢啟動(dòng)和擁塞避免，稱之為：TCP全局同步。這樣多個(gè)TCP連接發(fā)向隊(duì)列的報(bào)文將同時(shí)減少，使得發(fā)向隊(duì)列的報(bào)文的量不及線路發(fā)送的速度，減少了線路帶寬的利用。并且，發(fā)向隊(duì)列的報(bào)文的流量總是忽大忽小，使線路的上的流量總在極少和飽滿之間波動(dòng)。 為了避免這種情況的發(fā)生，隊(duì)列可以采用加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)WRED（Weighted Random Early Detection ）的報(bào)文丟棄策略（WRED與RED的區(qū)別在于前者引入IP優(yōu)先權(quán)來(lái)區(qū)別丟棄策略）。采用WRED時(shí)，用戶可以設(shè)定隊(duì)列的低限和高限。當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度小于低限時(shí)，不丟棄報(bào)文；當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度在低限和高限之間時(shí)，WRED開(kāi)始隨機(jī)丟棄報(bào)文（隊(duì)列的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，丟棄的概率越高）；當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度大于高限時(shí)，丟棄所有的報(bào)文。 由于WRED隨機(jī)地丟棄報(bào)文，將避免使多個(gè)TCP連接同時(shí)降低發(fā)送速度，從而避免了TCP的全局同步現(xiàn)象。當(dāng)某個(gè)TCP連接的報(bào)文被丟棄，開(kāi)始減速發(fā)送的時(shí)候，其他的TCP連接仍然有較高的發(fā)送速度。這樣，無(wú)論什么時(shí)候，總有TCP連接在進(jìn)行較快的發(fā)送，提高了線路帶寬的利用率。 如果直接采用隊(duì)列的長(zhǎng)度與用戶設(shè)定的低限、高限比較并進(jìn)行丟棄（這是設(shè)置隊(duì)列門(mén)限的絕對(duì)長(zhǎng)度），將會(huì)對(duì)突發(fā)性的數(shù)據(jù)流造成不公正的待遇，不利于數(shù)據(jù)流的傳輸。所以，在與低限、高限比較并進(jìn)行丟棄時(shí)，采用隊(duì)列的平均長(zhǎng)度（這是設(shè)置隊(duì)列門(mén)限與平均長(zhǎng)度比較的相對(duì)值）。隊(duì)列的平均長(zhǎng)度是隊(duì)列長(zhǎng)度被低通濾波后的結(jié)果。它既反映了隊(duì)列的變化趨勢(shì)，又對(duì)隊(duì)列長(zhǎng)度的突發(fā)變化不敏感，避免了對(duì)突發(fā)性的數(shù)據(jù)流造成不公正的待遇。 當(dāng)隊(duì)列機(jī)制采用WFQ時(shí)，可以為不同優(yōu)先級(jí)（precedence）的報(bào)文設(shè)定不同的隊(duì)列長(zhǎng)度濾波系數(shù)、低限、高限、丟棄概率。從而對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的報(bào)文提供不同的丟棄特性。 當(dāng)隊(duì)列機(jī)制采用FIFO、PQ、CQ時(shí)，可以為每個(gè)隊(duì)列設(shè)定不同的隊(duì)列長(zhǎng)度濾波系數(shù)、低限、高限、丟棄概率，為不同類別的報(bào)文提供不同的丟棄特性。 WRED和隊(duì)列機(jī)制的關(guān)系如下圖所示。  圖9 WRED和隊(duì)列機(jī)制關(guān)系示意圖 當(dāng)WRED和WFQ配合使用時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)基于流的WRED。這是因?yàn)?，在進(jìn)行分類的時(shí)候，不同的流有自己的隊(duì)列，對(duì)于流量小的流，由于其隊(duì)列長(zhǎng)度總是比較小，所以丟棄的概率將比較小。而流量大的流將會(huì)有較大的隊(duì)列長(zhǎng)度，從而丟棄較多的報(bào)文，保護(hù)了流量較小的流的利益。 即使WRED和其他的隊(duì)列機(jī)制配合使用，對(duì)于流量小的流，由于其報(bào)文的個(gè)數(shù)較少，所以從統(tǒng)計(jì)概率來(lái)說(shuō)，被丟棄的概率也會(huì)較小，也可以保護(hù)流量較小的流的利益。 2.4流量監(jiān)管與流量整形 流量監(jiān)管（traffic policing）的典型作用是限制進(jìn)入某一網(wǎng)絡(luò)的某一連接的流量與突發(fā)。在報(bào)文滿足一定的條件時(shí)，如某個(gè)連接的報(bào)文流量過(guò)大，流量監(jiān)管就可以對(duì)該報(bào)文采取不同的處理動(dòng)作，例如丟棄報(bào)文，或重新設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)等。通常的用法是使用CAR來(lái)限制某類報(bào)文的流量，例如限制HTTP報(bào)文不能占用超過(guò)50%的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 流量整形（traffic shaping）的典型作用是限制流出某一網(wǎng)絡(luò)的某一連接的流量與突發(fā)，使這類報(bào)文以比較均勻的速度向外發(fā)送。流量整形通常使用緩沖區(qū)和令牌桶來(lái)完成，當(dāng)報(bào)文的發(fā)送速度過(guò)快時(shí)，首先在緩沖區(qū)進(jìn)行緩存，在令牌桶的控制下，再均勻地發(fā)送這些被緩沖的報(bào)文。 2.4.1約定訪問(wèn)速度（Committed Access Rate, CAR） 對(duì)于ISP來(lái)說(shuō)，對(duì)用戶送入網(wǎng)絡(luò)中的流量進(jìn)行控制是十分必要的。對(duì)于企業(yè)網(wǎng)，對(duì)某些應(yīng)用的流量進(jìn)行控制也是一個(gè)有力的控制網(wǎng)絡(luò)狀況的工具。網(wǎng)絡(luò)管理者可以使用約定訪問(wèn)速度（以后簡(jiǎn)稱CAR）來(lái)對(duì)流量進(jìn)行控制。 CAR利用令牌桶（Tocken Bucket, TB）進(jìn)行流量控制。  圖10 CAR進(jìn)行流量控制的基本處理過(guò)程示意圖 圖10所示為利用CAR進(jìn)行流量控制的基本處理過(guò)程。首先，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的匹配規(guī)則來(lái)對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類，如果是沒(méi)有規(guī)定流量特性的報(bào)文，就直接繼續(xù)發(fā)送，并不需要經(jīng)過(guò)令牌桶的處理；如果是需要進(jìn)行流量控制的報(bào)文，則會(huì)進(jìn)入令牌桶中進(jìn)行處理。如果令牌桶中有足夠的令牌可以用來(lái)發(fā)送報(bào)文，則允許報(bào)文通過(guò)，報(bào)文可以被繼續(xù)發(fā)送下去。如果令牌桶中的令牌不滿足報(bào)文的發(fā)送條件，則報(bào)文被丟棄。這樣，就可以對(duì)某類報(bào)文的流量進(jìn)行控制。 令牌桶按用戶設(shè)定的速度向桶中放置令牌，并且，用戶可以設(shè)置令牌桶的容量，當(dāng)桶中令牌的量超出桶的容量的時(shí)候，令牌的量不再增加。當(dāng)報(bào)文被令牌桶處理的時(shí)候，如果令牌桶中有足夠的令牌可以用來(lái)發(fā)送報(bào)文，則報(bào)文可以通過(guò)，可以被繼續(xù)發(fā)送下去，同時(shí)，令牌桶中的令牌量按報(bào)文的長(zhǎng)度做相應(yīng)的減少。當(dāng)令牌桶中的令牌少到報(bào)文不能再發(fā)送時(shí)，報(bào)文被丟棄。 令牌桶是一個(gè)控制數(shù)據(jù)流量的很好的工具。當(dāng)令牌桶中充滿令牌的時(shí)候，桶中所有的令牌代表的報(bào)文都可以被發(fā)送，這樣可以允許數(shù)據(jù)的突發(fā)性傳輸。當(dāng)令牌桶中沒(méi)有令牌的時(shí)候，報(bào)文將不能被發(fā)送，只有等到桶中生成了新的令牌，報(bào)文才可以發(fā)送，這就可以限制報(bào)文的流量只能是小于等于令牌生成的速度，達(dá)到限制流量的目的。 在實(shí)際應(yīng)用中，VRP的CAR不僅可以用來(lái)進(jìn)行流量控制，還可以進(jìn)行報(bào)文的標(biāo)記（mark）或重新標(biāo)記（re-mark）。具體來(lái)講就是CAR可以設(shè)置IP報(bào)文的優(yōu)先級(jí)或修改IP報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，達(dá)到標(biāo)記報(bào)文的目的。 例如，當(dāng)報(bào)文符合流量特性的時(shí)候，可以設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)為5，當(dāng)報(bào)文不符合流量特性的時(shí)候，可以丟棄，也可以設(shè)置報(bào)文的優(yōu)先級(jí)為1并繼續(xù)進(jìn)行發(fā)送。這樣，后續(xù)的處理可以盡量保證不丟棄優(yōu)先級(jí)為5的報(bào)文，在網(wǎng)絡(luò)不擁塞的情況下，也發(fā)送優(yōu)先級(jí)為1的報(bào)文，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，首先丟棄優(yōu)先級(jí)為1的報(bào)文，然后才丟棄優(yōu)先級(jí)為5 的報(bào)文。 CAR可以為不同類別的報(bào)文設(shè)置不同的流量特性和標(biāo)記特性。即，首先對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類，然后不同類別的報(bào)文有不同的流量特性和標(biāo)記特性。 此外，CAR的策略還可以進(jìn)行串聯(lián)處理。例如，可以對(duì)所有的報(bào)文限制一個(gè)總的流量，然后在總的流量中，再限制部分報(bào)文的流量符合某個(gè)流量特性。 2.4.2通用流量整形（Generic Traffic Shaping, GTS） 通用流量整形（以后簡(jiǎn)稱GTS）可以對(duì)不規(guī)則或不符合預(yù)定流量特性的流量進(jìn)行整形，以利于網(wǎng)絡(luò)上下游之間的帶寬匹配。 GTS與CAR一樣，均采用了令牌桶技術(shù)來(lái)控制流量。GTS與CAR的主要區(qū)別在于：利用CAR進(jìn)行報(bào)文流量控制時(shí)，對(duì)不符合流量特性的報(bào)文進(jìn)行丟棄；而GTS對(duì)于不符合流量特性的報(bào)文則是進(jìn)行緩沖，減少了報(bào)文的丟棄，同時(shí)滿足報(bào)文的流量特性。 GTS的基本處理過(guò)程如圖11所示，其中用于緩存報(bào)文的隊(duì)列稱為GTS隊(duì)列。  圖11 GTS處理過(guò)程示意圖 GTS可以對(duì)接口上指定的報(bào)文流或所有報(bào)文進(jìn)行整形。當(dāng)報(bào)文到來(lái)的時(shí)候，首先對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類，如果報(bào)文不需要進(jìn)行GTS處理，就繼續(xù)發(fā)送，不需要經(jīng)過(guò)令牌桶的處理；如果報(bào)文需要進(jìn)行GTS處理，則與令牌桶中的令牌進(jìn)行比較。 令牌桶按用戶設(shè)定的速度向桶中放置令牌，如果令牌桶中有足夠的令牌可以用來(lái)發(fā)送報(bào)文，則報(bào)文直接被繼續(xù)發(fā)送下去，同時(shí)，令牌桶中的令牌量按報(bào)文的長(zhǎng)度做相應(yīng)的減少。當(dāng)令牌桶中的令牌少到報(bào)文不能再發(fā)送時(shí)，報(bào)文將被緩存入GTS隊(duì)列中。當(dāng)GTS隊(duì)列中有報(bào)文的時(shí)候，GTS按一定的周期從隊(duì)列中取出報(bào)文進(jìn)行發(fā)送，每次發(fā)送都會(huì)與令牌桶中的令牌數(shù)作比較，直到令牌桶中的令牌數(shù)減少到隊(duì)列中的報(bào)文不能再發(fā)送或是隊(duì)列中的報(bào)文全部發(fā)送完畢為止。 GTS可用來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)上下游之間的帶寬匹配。例如在圖12所示的應(yīng)用中，假設(shè)路由器1向路由器2發(fā)送報(bào)文，路由器2對(duì)路由器1發(fā)送來(lái)的報(bào)文進(jìn)行了CAR流量限制。  圖12 GTS的應(yīng)用示例 為了減少報(bào)文的丟失，可以在路由器1的出口對(duì)報(bào)文進(jìn)行GTS處理，對(duì)于超出GTS流量特性的報(bào)文，將在路由器1中緩沖。當(dāng)可以繼續(xù)發(fā)送下一批報(bào)文時(shí)，GTS再?gòu)木彌_隊(duì)列中取出報(bào)文進(jìn)行發(fā)送。這樣，發(fā)往路由器2的報(bào)文將都符合路由器2的流量規(guī)定，從而減少報(bào)文在路由器2上的丟棄。相反，如果不在路由器1的出口做GTS處理，則所有超出路由器2的CAR流量特性的報(bào)文將被路由器2丟棄。 2.5物理接口總速率限制（Line rate, LR） 利用物理接口總速率限制（以后簡(jiǎn)稱LR）可以 在一個(gè)物理接口上，限制接口發(fā)送報(bào)文（包括緊急報(bào)文）的總速率。 LR的處理過(guò)程仍然是采用令牌桶進(jìn)行流量控制。如果用戶在路由器的某個(gè)接口上配置了LR ，規(guī)定了流量特性，則所有經(jīng)由該接口發(fā)送的報(bào)文首先要經(jīng)過(guò)LR的令牌桶進(jìn)行處理。如果令牌桶中有足夠的令牌可以用來(lái)發(fā)送報(bào)文，則報(bào)文可以發(fā)送。如果令牌桶中的令牌不滿足報(bào)文的發(fā)送條件，則報(bào)文入QOS隊(duì)列進(jìn)行擁塞管理。這樣，就可以對(duì)通過(guò)該物理接口的報(bào)文流量進(jìn)行控制。LR的處理過(guò)程如圖13所示。  圖13 LR處理過(guò)程示意圖 同樣的，由于采用了令牌桶控制流量，當(dāng)令牌桶中積存有令牌時(shí)，可以允許報(bào)文的突發(fā)性傳輸。當(dāng)令牌桶中沒(méi)有令牌的時(shí)候，報(bào)文將不能被發(fā)送，只有等到桶中生成了新的令牌，報(bào)文才可以發(fā)送，這就可以限制報(bào)文的流量只能是小于等于令牌生成的速度，具有限制流量，同時(shí)允許突發(fā)流量通過(guò)的目的。 LR相比較于CAR，能夠限制在物理接口上通過(guò)的所有報(bào)文。CAR由于在IP層實(shí)現(xiàn)，對(duì)于不經(jīng)過(guò)IP層處理的報(bào)文不起作用。LR相比較于GTS，不但能夠?qū)Τ^(guò)流量限制的報(bào)文進(jìn)行緩存，而且還因?yàn)檫M(jìn)入了QOS隊(duì)列機(jī)制進(jìn)行處理，所以隊(duì)列調(diào)度機(jī)制更靈活。由于CAR和GTS是在IP層實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)于不經(jīng)過(guò)IP層處理的報(bào)文不起作用。 在用戶只要求對(duì)所有報(bào)文限速時(shí)，使用LR所需的配置操作簡(jiǎn)單。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資者，可以對(duì)客戶隱藏實(shí)際帶寬，客戶只能嚴(yán)格按所購(gòu)買的帶寬來(lái)使用。 QoS應(yīng)用 企業(yè)VPN QoS實(shí)施 ISP可以通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)向企業(yè)提供VPN業(yè)務(wù)以降低企業(yè)的建網(wǎng)費(fèi)用/租用線費(fèi)用，對(duì)于企業(yè)很有吸引力。VPN可以用于連接出差用戶與企業(yè)總部、異地分支機(jī)構(gòu)與企業(yè)總部、企業(yè)合作伙伴與企業(yè)總部，提供它們之間的信息傳輸。但是如果VPN不能保證企業(yè)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的及時(shí)有效發(fā)送，即，提供有效的QoS保證，那么VPN將仍然不能有效的為企業(yè)服務(wù)。如往來(lái)工作函件、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)需要受到優(yōu)先對(duì)待，保證這些應(yīng)用的帶寬要求。而對(duì)于與工作無(wú)關(guān)的email、WWW訪問(wèn)等則可以按照Best Effort信息流對(duì)待。 華為VRP QoS提供的豐富QoS機(jī)制完全能夠滿足企業(yè)VPN的上述要求： 1.通過(guò)基于IP優(yōu)先級(jí)的流分類對(duì)于不同的業(yè)務(wù)流分別標(biāo)示 2.通過(guò)基于優(yōu)先隊(duì)列的WFQ調(diào)度算法保證企業(yè)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的帶寬、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)等QoS性能 3.通過(guò)WRED/尾丟棄機(jī)制對(duì)于VPN信息區(qū)別對(duì)待，避免網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部流量振蕩 4.通過(guò)policing（監(jiān)管）機(jī)制限制VPN中不同信息流的流量 5.豐富的信息流量紀(jì)錄功能便于計(jì)費(fèi)的實(shí)施及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 多媒體通信支持 在目前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，用戶訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的帶寬是不同的，有ISDN接入、ADSL接入等多種方式。多媒體應(yīng)用應(yīng)該適應(yīng)這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在不同的接入方式下滿足用戶不同需要。 對(duì)于到多個(gè)目的MPEG編碼圖像信息，華為VRP QoS可以為不同的幀類型（I、P、B）分配不同的優(yōu)先級(jí)。對(duì)于ISDN接入用戶，僅僅發(fā)送給他高優(yōu)先級(jí)信息，而將所有信息發(fā)送給使用ADSL接入的用戶，在網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況下對(duì)于所有用戶可以僅將高優(yōu)先級(jí)信息發(fā)送給他們。 VoIP支持 三網(wǎng)合一融合成IP網(wǎng)絡(luò)是大勢(shì)所趨，它可以降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用，提高通信運(yùn)營(yíng)商的競(jìng)爭(zhēng)力。這樣IP網(wǎng)絡(luò)必須能夠保證語(yǔ)音信息的時(shí)延與時(shí)延抖動(dòng)要求，提供與PSTN網(wǎng)絡(luò)可比擬的語(yǔ)音質(zhì)量。 華為VRP QoS提供的豐富QoS機(jī)制完全能夠滿足三網(wǎng)合一的上述要求：  圖14 VoIP支持 采用基于優(yōu)先隊(duì)列的WFQ調(diào)度算法/基于優(yōu)先隊(duì)列DRR調(diào)度算法，語(yǔ)音包進(jìn)入優(yōu)先隊(duì)列，保證語(yǔ)音包在擁塞發(fā)生的情況下被優(yōu)先調(diào)度  圖15 包頭壓縮 在低速鏈路上采用包頭壓縮技術(shù)提高鏈路利用率、降低包時(shí)延 在低速鏈路上采用包分段技術(shù)降低語(yǔ)音包的時(shí)延 結(jié)論 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展迅速，新型業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，三網(wǎng)合一是大勢(shì)所趨。對(duì)于具有不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求的語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)應(yīng)用通信而言，IP網(wǎng)絡(luò)核心需要根據(jù)需求區(qū)分出不同的通信，并為之提供相應(yīng)的服務(wù)。華為Quidway系列路由器所具備的QoS特性，能夠提供報(bào)文分類和著色、擁塞管理和擁塞避免，流量監(jiān)管和流量整形等功能。華為路由器組建的網(wǎng)絡(luò)能夠支持QoS，具備根據(jù)通信報(bào)文的不同類別提供和保證預(yù)期服務(wù)的能力。 對(duì)于ISP來(lái)講，可以通過(guò)靈活配置應(yīng)用這些QoS特性，為客戶業(yè)務(wù)提供可裁減的、有效的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)和保證所承諾的服務(wù)質(zhì)量。 縮略語(yǔ)清單： 名詞 英文解釋 中文解釋 FIFO first in first out 先入先出 ACL access control list 訪問(wèn)控制列表，用于對(duì)IP包文進(jìn)行流分類。 QoS quality of service 服務(wù)質(zhì)量，指報(bào)文傳送的吞吐量、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、丟失率等性能 VoIP Voice over IP 通過(guò)IP報(bào)文傳遞語(yǔ)音包 FTP file transfer protocol 文件傳輸協(xié)議 ISP Internet service provider Internet服務(wù)提供商 RSVP Resource reservation protocol 資源預(yù)留協(xié)議 CAC Call Admission Control 呼叫接納控制。根據(jù)資源使用情況與用戶呼叫資源占用要求判斷是否接納用戶的呼叫。 VRP Versatile Routing Platform 通用路由平臺(tái)，是華為數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品軟件系統(tǒng)的總稱。 PHB per-hop behavior IP轉(zhuǎn)發(fā)中每一跳的轉(zhuǎn)發(fā)行為 SLA service level agreement 服務(wù)水平協(xié)議。是服務(wù)使用者和服務(wù)提供者之間簽定的服務(wù)水平協(xié)議。服務(wù)提供者按此協(xié)議向服務(wù)使用者提供服務(wù) PQ Priority queueing 優(yōu)先隊(duì)列 CQ Custion queueing 定制隊(duì)列 WFQ Weighted fair queueing 加權(quán)公平隊(duì)列 CBWFQ Class based weighted fair queueing 基于類的加權(quán)公平隊(duì)列 WRED Weighted random early detection 加權(quán)隨機(jī)早期丟棄 GTS Generic traffic shaping 通用流量整形 CAR Committed access rate 約定訪問(wèn)速度 |
