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MPLS流量工程(MPLS-TE)利用可用资源沿链路建立标签交换路径(LSP),从而确保始终为特定流提供有保证带宽,以避免在稳定或故障情况下出现拥塞。由于LSP只是在资源可用的条件下建立,因此不需要轻载。
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白皮书
MPLS DiffServ-aware流量工程
Ina Minei
软件工程师
Juniper Networks, Inc.
1194 North Mathilda Avenue
Sunnyvale, CA 94089 USA
408 745 2000 or 888 JUNIPER
www.juniper.net
文档编号:200048-001SC
MPLS DiffServ流量工程
©2004 Juniper Networks, Inc.
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1. 纲要
差分业务(DiffServ)可通过多级服务实现可扩展的网络设计。MPLS流量工程(TE)可
实现资源预留、容错和传输资源优化。MPLS DiffServ-TE结合了DiffServ与TE的优势,能
够提供严格的服务质量(QoS)保证,并可优化网络资源的使用。由MPLS DiffServ-TE提
供的QoS使网络运营商能够提供话音等需要严格性能保证的业务,并将IP和ATM/FR网络
整合到一个通用网络核心中。
2. 介绍
当前市场竞争激烈,服务供应商希望能够增加收入,同时降低前期购置成本和后期运行成
本。从实际的角度看,这意味着(1)提供新型可创收业务,如话音业务以及为关键商务应用
提供有保证的带宽,并(2)将第2层业务从ATM及FR等传统网络迁移到IP网络基础设施中,
从而消除对维护多个物理网络的需求。实现上述目标的挑战在于:无论是新型业务还是传
统业务,通常都需要严格的服务等级协议(SLA)。
SLA根据流量通过网络时的体验来定义服务质量,通常以时延、抖动、带宽保证、出现故
障时的故障恢复能力和故障停机时间等来表示。达到SLA要求需要满足以下两个条件:(1)
根据不同的应用类型采用不同的调度、排队和丢弃方式;以及(2)基于应用的带宽保证。
迄今为止,服务供应商已经通过在网络中部署DiffServ来开展可创收业务。依靠将应用分
配到不同的服务类别并给流量打上适当标记,就满足了第一个条件。然而,仅仅简单地标
记流量,不足以实现严格的调度保证。如果流量是流经一条资源不足的路径,来满足抖动
或时延等性能要求的话,则SLA将无法满足。原则上讲,服务供应商可通过轻载来避免拥
塞,以解决这个问题。但当拥塞是由于链路/或节点故障引发时,这种仅仅“故障时增加带
宽”的解决方法,除了造成资源浪费外,不能提供任何保证。
MPLS DiffServ流量工程
©2004 Juniper Networks, Inc.
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MPLS流量工程(MPLS-TE)利用可用资源沿链路建立标签交换路径(LSP),从而确保
始终为特定流提供有保证带宽,以避免在稳定或故障情况下出现拥塞。由于LSP只是在资
源可用的条件下建立,因此不需要轻载。此外,如果沿最短路径的可用资源不足,可以不
按照最短路径来设计LSP,从而实现传输资源优化。MPLS的另一个优势在于其内部机制,
通过链路保护和快速重新路由等机制实现故障发生时的快速恢复。但需要注意,MPLS-TE
忽略了在一个汇聚级别,包含所有服务类别的可用带宽上,进行服务等级(CoS)的分类
和操作。
MPLS DiffServ-TE使MPLS-TE感知到CoS,允 许 根 据 CoS细粒度来预留资源,并在每个CoS
级别提供MPLS容错机制。通过将DiffServ与TE的功能结合在一起,MPLS DiffServ-TE可提
供QoS保证以满足严格的SLA,如话音、ATM和帧中继等。
请注意,即使按每个CoS级别预留资源,也即使正确地标记流量以满足应用的CoS要求,
仍然无法保证SLA。除非进一步地设置速率限制和访问许可控制等机制,以确保将流量控
制在资源预留时设置的限制范围内。
本文第3节将介绍DiffServ和TE,以几种应用情况为例,说明每种技术都无法单独获得满意
的解决方案。第4节将深入阐述IFTF标准中定义的MPLS DiffServ-TE技术。第5节将重点介
绍实施JUNOS DiffServ-TE的一些优势。
3. DiffServ和TE – 当前的工具
本节介绍MPLS DiffServ-TE的两个组件DiffServ和TE,并解释将它们结合在一起,在实际
应用中实现QoS保证的必要性。
3.1 DiffServ
最初是基于每个应用流模式(IntServ)在IP网络中提供服务质量(QoS),根据这种模式,
每个应用直接从网络请求QoS保证。RSVP信令协议用于将请求分发到网络中的各个节点,
并且在
MPLS DiffServ流量工程
©2004 Juniper Networks, Inc.
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沿线的每一跳都需要维护每个流的状态。由于通过IP网络的流多达数百万,事实证明这种
方法不可扩展且非常复杂,进而出现了DiffServ形式的“粗粒度”模式。
DiffServ将流量分成少量等级并按每个等级分配网络资源,从而解决了QoS问题。为了避免
采用信令协议,它以6位DiffServ码点(DSCP)字段,直接在数据包上标记等级。DSCP 字
段是IP报头中服务类型(ToS)字段的一部分。IETF重新定义了很少使用的ToS字段的意
义,将其分隔成6位DSCP字段和2位显式拥塞通知(ECN)字段,如下图1所示。
图1:ToS和DSCP + ECN
DSCP决定网络中特定节点上数据包的QoS行为,称之为逐跳行为(PHB),按照数据包的调
度和丢弃优先级来表示。从实施的角度看,PHB可看成是用于转发的数据包队列、当队列
超出限制条件时的丢弃可能性、分配给每个队列的资源(缓冲和带宽)、以及为一个队列
服务的频率。IETF定义了14个标准的PHB,如下:
- 尽力而为(BE)。不需要进行特殊处理的流量。
- 快速转发(EF)。延迟最小,丢包率低的流量。从实际的角度看,这意味着用于EF
流量的队列,其数据包到达阿速率低于服务速率,因此不可能由于拥塞造成抖动、延
迟和丢包。话音和视频流是典型的映射到EF的流量:它们的传输速率恒定,并要求最
低的延迟和丢包率。
- 12个有保证转发(AF)的PHB。每个PHB按队列号和丢弃优先级定义。IETF建议使
用四个不同队列,每个队列应用三个优先级,总共12个不同的AF PHB。AF PHB的命
名惯例是Afxy, x指队列号,y指丢弃优先级的级别。因此,AF1y的所有数据包都将
放置在同一个转发队列中,确保当来自单一应用的数据包只在丢弃优先级方面存在差
别时,不会乱序。AF PHB适用于需要速率保证,但不需要延迟或抖动限制的流量。
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