华 为 HQoS 技 术
华 为 HQoS 技 术 执 行 摘 要...1 简 介...2 1.1 Open Access 网 络 模 型...2 1.2 HQoS 的 需 求 场 景...4 1.3 HQoS 概 念...5 解 决 方 案...6 1.1 HQoS 处 理 业 务 模 型...6 1.2 HQoS 的 实 现 过 程...6 缩 略 语 表...8
执 行 摘 要 HQoS 是 一 种 在 Open Reach 模 型 的 网 络 中 对 业 务 和 用 户 进 行 分 层 控 制 的 QoS 技 术, 目 的 是 为 了 对 不 同 的 CP 的 不 同 业 务 进 行 带 宽 控 制, 同 时 完 成 对 同 一 个 用 户 下 的 不 同 业 务 带 宽 进 行 控 制, 确 保 保 证 带 宽 绝 对 通 过, 突 发 带 宽 公 平 通 过 本 篇 首 先 简 要 介 绍 HQoS 的 基 本 概 念, 然 后 从 场 景 分 析 HQoS 需 求 和 HQoS 技 术, 最 后 描 述 了 HQoS 的 实 现 原 理 和 过 程 HQoS 用 户 : 本 文 中 HQoS 用 户 指 的 是 第 一 级 用 户 级, 在 这 一 级 主 要 是 对 用 户 总 带 宽 的 控 制, 保 证 了 在 拥 塞 发 生 时 每 个 用 户 的 带 宽 能 得 到 保 证 HQoS 用 户 组 : 本 文 中 HQoS 用 户 组 指 的 是 针 对 一 个 CP 下 的 一 种 业 务, 这 一 级 主 要 是 对 业 务 在 整 个 CP 租 借 的 带 宽 中 的 带 宽 保 证, 在 拥 塞 发 生 时 能 保 证 业 务 的 CIR, 如 果 有 剩 余 带 宽 时 尽 量 满 足 业 务 的 PIR 保 证 带 宽 (CIR): 为 用 户 提 供 保 证 通 过 的 带 宽, 用 户 在 此 带 宽 范 围 内 的 流 量 都 可 以 通 过 突 发 带 宽 (PIR): 允 许 用 户 超 过 保 证 带 宽 的 流 量 1
简 介 在 传 统 的 IP 网 络 中, 所 有 的 IP 报 文 都 被 无 区 别 地 等 同 对 待 每 个 IP 设 备 对 IP 报 文 均 采 用 先 进 先 出 (FIFO) 的 策 略 进 行 处 理, 它 尽 最 大 的 努 力 (best-effort) 将 报 文 送 到 目 的 地, 但 对 报 文 传 送 的 可 靠 性 传 送 延 迟 等 性 能 不 提 供 任 何 保 证, 因 此 在 运 营 网 络 的 IP 设 备 部 署 和 应 用 过 程 中 提 出 了 服 务 质 量 QoS(Quality of Service) 的 需 求 QoS 技 术 一 般 包 括 报 文 分 类, 拥 塞 避 免, 拥 塞 管 理 和 流 量 监 管 和 整 形 等 报 文 分 类 主 要 是 根 据 IP 报 文 的 COS 优 先 级, 二 层 VLAN TAG 的 802.1P 优 先 级,MPLS 的 EXP 等 信 息 进 行 业 务 分 类, 区 别 对 待 处 理 拥 塞 避 免 主 要 采 用 RED 或 者 WRED 技 术 在 端 口 出 现 拥 塞 的 情 况 下 提 前 将 不 符 合 要 求 的 报 文 提 前 丢 弃, 从 而 使 得 符 合 要 求 的 业 务 获 得 相 应 的 带 宽 拥 塞 管 理 主 要 是 采 用 不 同 的 算 法 进 行 队 列 调 度, 达 到 设 备 流 量 管 理 的 目 的, 如 常 用 的 PQ,WRR 等 算 法 流 量 监 管 和 整 形 主 要 是 平 衡 设 备 端 口 的 流 量 速 率, 使 之 达 到 一 个 相 对 稳 定 的 速 率, 避 免 给 下 一 级 设 备 造 成 冲 击, 进 而 达 到 管 理 流 量 的 效 果 一 般 常 用 的 有 约 定 访 问 速 度 (CAR) 和 Shaping 技 术 经 过 上 述 一 系 列 QoS 技 术 应 用, 单 设 备 可 以 一 改 以 往 尽 力 而 为 的 转 发 特 点, 大 幅 提 高 报 文 的 转 发 质 量 但 是, 在 Open Access 网 络 模 型 中, 接 入 网 为 运 营 商 提 供 一 条 端 到 端 的 业 务 管 道, 不 同 的 ISP 通 过 租 借 带 宽 的 方 式 给 用 户 提 供 业 务 如 何 才 能 保 证 每 个 用 户 的 带 宽 体 验, 如 何 解 决 不 同 业 务 的 带 宽 管 理, 需 要 引 入 HQoS 技 术 1.1 Open Access 网 络 模 型 Open Access Network(OAN) 模 型 指 一 种 开 放 式 的 水 平 分 层 的 网 络 架 构, 从 接 入 层 到 网 络 层 相 互 独 立, 不 影 响 用 户 的 业 务 发 放 整 个 OAN 共 享 给 多 个 不 同 的 业 务 提 供 商 公 用 是 OAN 的 典 型 特 征, 这 样 可 以 大 幅 节 省 设 备 投 资 和 维 护 成 本 OAN 网 络 可 以 给 用 户 提 供 更 多 的 业 务 种 类, 加 速 信 息 交 流, 同 时 对 运 营 商 而 言 无 疑 是 提 高 竞 争 力 的 有 力 武 器 Open Access 网 络 模 型 如 图 1 所 示 : OAN 网 络 分 为 用 户 CPE 业 务 层, 接 入 层, 核 心 交 换 层 和 OSS 及 管 理 层 用 户 CPE 主 要 放 置 在 用 户 家 里, 给 用 户 提 供 各 种 业 务 接 入 层 设 备 主 要 负 责 将 CPE 侧 的 数 据 进 行 汇 聚 处 理, 上 传 至 核 心 层 2
图 1 Open Access 网 络 模 型 OSS/BSS Applications/services Core Access CPE Residential/Commercial Users Network Management System 核 心 层 设 备 主 要 提 供 网 络 不 同 部 分 的 业 务 互 通 和 路 由 OSS 和 管 理 系 统 主 要 负 责 OAN 的 管 理 维 护 和 相 应 的 业 务 发 放 OAN 的 典 型 组 网 如 图 2 所 示, 所 有 的 业 务 提 供 商 可 以 Wholesale 的 方 式 通 过 OAN 网 络 将 业 务 发 放 给 最 终 用 户 接 入 系 统 采 用 GPON 系 统, 可 以 给 用 户 提 供 更 高 的 接 入 带 宽, 从 CPE 到 OLT 侧,OAN 给 不 同 的 业 务 提 供 商 提 供 业 务 管 道, 业 务 提 供 商 可 以 选 择 从 二 层 或 者 三 层 设 备 进 行 业 务 接 入 对 最 终 用 户 来 讲, 利 用 唯 一 的 物 理 接 口 就 可 以 根 据 资 费 业 务 体 验 等 灵 活 选 择 业 务 零 售 商, 而 不 必 关 注 实 际 的 网 络 连 接 图 2 Open Access Network 组 网 拓 扑 OSS/BSS Seamless Interction OSS/BSS Home Network RSP a L2 POI Access POI RSP b L3 POI Backbone Core PC STB RSP c Aggregation OLT Splitter ONT TV VoIP Phone RSP OpCo 3
1.2 HQoS 的 需 求 场 景 OAN 是 一 个 开 放 的 架 构 模 式, 以 GPON 光 纤 FTTH 技 术 为 基 础, 如 何 构 建 一 个 住 宅 用 户 平 等 自 由 地 接 入 到 多 个 CP 的 平 台 是 OAN 的 核 心 考 虑 点 在 DSL 时 代, 线 路 开 放 一 般 是 通 过 出 租 铜 线 的 频 谱 来 实 现 的, 本 质 上 是 物 理 介 质 的 开 放 ; 而 由 于 PON 点 对 多 点 通 信 这 种 天 然 垄 断 性, 在 接 入 层 出 租 波 长 ( 频 谱 ) 不 具 备 经 济 性, 所 以 通 过 OAN 出 租 二 层 连 接 和 带 宽 是 OAN 的 基 本 特 性 具 体 表 现 在 OLT 设 备 上 要 具 备 多 且 灵 活 的 上 行 口 多 层 的 VLAN 转 发 和 切 换 HQOS 的 支 持 等 有 些 运 营 商 的 OAN 只 经 营 从 OLT 到 ONT( 包 括 ODN) 之 间 的 网 络,OLT 以 上 的 设 备 ONT 下 接 的 家 庭 网 络 设 备 都 由 CP/RSP 来 提 供 一 般 来 说, 不 同 的 CP 使 用 不 同 的 上 行 物 理 接 口, 但 1 个 CP 也 可 以 使 用 多 个 上 行 口 由 于 不 同 的 CP 使 用 了 不 同 的 物 理 接 口, 所 以 CP 可 以 拥 有 全 部 的 VLAN 地 址 空 间, 不 同 的 CP 的 VLAN 地 址 可 以 重 叠 以 某 运 营 商 的 场 景 为 例 说 明 HQoS 的 需 求 运 营 商 在 上 述 所 示 的 OAN 上 规 划 了 不 同 的 产 品 给 CP, 产 品 对 业 务 的 上 行 下 行 保 证 带 宽 和 突 发 带 宽 进 行 要 求 以 下 述 两 种 业 务 为 例 图 3 某 运 营 商 的 OAN 接 入 架 构 CP 1 Out side BT building CP 2 In same BT building CP 3 Remote Diff erent BT building CP 4 Remote non BT building In Span Hand-Over In Building Hand-Over ONBS ONBS Out of Building Hand-Over Cable Lbb Cable Lbb Cable Lbb Cable Lbb CP Hand-Over Node External Network End User Optical interfaces GPON Line Card GPON Line Card 32 way split 28dB 32 way split ONT 1 ONT 32 T R S Port 1 Port 4 Port 1 Port 4 Hand-Over Point Existing Produets Open reach GEA Products GEA Data Product GEA Voice Enablement Product GEA CP GigE Port Product 4
135k 上 行,135k 下 行 保 证 带 宽 的 语 音 业 务 没 有 突 发 2M 上 行 没 有 突 发,10M 下 行 保 证 带 宽, 突 发 到 30M 的 数 据 业 务 其 QOS 要 求 就 是 保 证 带 宽 CIR 和 突 发 带 宽 PIR, 而 对 于 某 些 专 线 应 用 时, 还 可 能 有 多 种 优 先 级 的 数 据, 优 先 级 P3,P4 业 务 共 存 时 要 按 照 高 优 先 级 优 先 占 用 CIR 和 PIR 来 调 度 显 然, 传 统 的 QoS 技 术 无 法 解 决 业 务 的 带 宽 保 证 和 完 成 按 照 业 务 优 先 级 进 行 PIR 带 宽 的 占 用 由 此 需 要 专 门 的 HQoS 技 术 解 决 上 述 问 题 1.3 HQoS 概 念 HQoS(Hierarchical QoS) 指 层 次 化 QoS; 传 统 流 量 管 理 是 基 于 端 口 带 宽 进 行 调 度 的, 不 能 对 端 口 中 每 个 用 户 的 带 宽 进 行 保 证 ; 而 HQoS 解 决 多 用 户 的 多 业 务 带 宽 保 证 : 第 一 级 完 成 对 用 户 带 宽 的 保 证, 第 二 级 完 成 对 每 个 用 户 内 部 各 业 务 的 带 宽 保 证 图 4 HQoS 示 意 图 cp1 端 口 1 端 口 2 用 户 1 用 户 2 用 户 3 用 户 4 业 务 1 业 务 2 业 务 3 业 务 4 业 务 1 业 务 2 业 务 3 业 务 4 如 图 4 所 示, 一 个 CP 占 用 一 个 或 者 多 个 上 行 端 口, 租 用 OAN 一 定 的 带 宽, 每 个 上 行 端 口 存 在 多 个 用 户,CP 给 每 个 用 户 均 提 供 多 种 业 务 接 入 服 务 从 业 务 到 用 户 再 到 CP 的 端 口 进 行 分 级 控 制, 达 到 QoS 控 制 的 效 果 HQoS 就 是 通 过 分 级 调 度 的 机 制 完 成 对 用 户 带 宽 的 保 证 和 用 户 内 部 各 种 业 务 的 带 宽 保 证 5
解 决 方 案 1.1 HQoS 处 理 业 务 模 型 OAN 中 的 HQoS 业 务 模 型 就 是 给 CP 提 供 一 条 端 到 端 的 二 层 专 线, 始 于 终 端 ONT, 终 于 OLT, 业 务 通 过 S+C 进 行 转 发 HQoS 业 务 模 型 如 图 5 所 示 图 5 HQoS 业 务 模 型 Port+ (S +C ) /C S+C C CP1 port1 OLT ONT Port1 c- tag=101 Port2 c- tag=102 Port3 c- tag=103 Port4 c- tag=104 CP2 port2 ONT Port1 c- tag=101 Port2 c- tag=102 Port3 c- tag=103 Port4 c- tag=104 ONT 根 据 端 口 或 者 业 务 类 型 先 打 上 不 同 的 CVLAN 用 于 区 分 用 户, 业 务 上 行 到 OLT 侧 后 先 根 据 PON 口 信 息 将 CVLAN 切 换 为 C' 后 再 根 据 业 务 添 加 统 一 的 SVLAN, 系 统 用 SVLAN+CVLAN' 来 唯 一 区 分 这 条 业 务 然 后 业 务 转 发 到 HQoS 处 理 板 的 某 个 端 口 上 和 CP 网 络 对 接 HQoS 处 理 板 按 照 该 端 口 CP 的 规 划 要 求 将 SVLAN+CVLAN' 切 换 为 SVLAN'+CVLAN 1.2 HQoS 的 实 现 过 程 HQoS 特 性 核 心 就 是 在 SPUA 针 对 业 务 做 两 级 CAR, 第 一 级 CAR 针 对 HQoS 用 户 做 基 于 优 先 级 的 CAR, 同 时 按 照 业 务 流 量 着 色, 解 决 用 户 之 间 各 个 业 务 的 公 平 调 度, 并 确 保 用 户 的 CIR 第 二 级 针 对 同 一 个 CP 下 的 同 一 种 业 务 做 基 于 颜 色 的 CAR, 解 决 同 一 种 业 务 在 整 个 CP 阻 截 带 宽 的 占 用 问 题, 保 证 业 务 的 公 平 调 度, 确 保 业 务 的 CIR, 在 带 宽 许 可 的 情 况 下 满 足 业 务 PIR 的 需 求 两 级 CAR 示 意 图 如 图 6 所 示 6
图 6 HQoS 中 CAR 处 理 流 程 代 表 一 个 CP 针 对 一 个 CP 中 的 一 种 业 务 做 CAR 针 对 一 个 HQOS 用 户 做 CAR Port Port + Vlan Flow HQoS 特 性 在 业 务 单 板 上 的 总 体 实 现 方 案 如 图 7 所 示 : 图 7 HQoS 中 的 处 理 流 程 4 PQ 7 3 2 1 6 DEI = DEI = 0 1 Port+SVLAN 基 于 颜 色 的 CAR 对 用 户 做 基 于 优 先 级 的 CAR 流 分 类 0 G Y 用 户 ; 1) 流 分 类 : 在 SPUA 的 上 行 口 先 按 照 Port+SVLAN+CVLAN 区 分 出 HQOS 2) 对 HQOS 用 户 做 基 于 优 先 级 的 CAR: 根 据 此 HQOS 用 户 的 CIR,PIR 参 数, 对 此 HQOS 用 户 的 报 文 进 行 颜 色 标 记,CIR 以 内 的 为 绿 色,CIR 到 PIR 之 间 的 为 黄 色, 高 于 PIR 的 直 接 丢 弃, 做 颜 色 标 记 时 同 时 考 虑 优 先 级, 优 先 级 高 的 优 先 享 用 此 HQOS 用 户 的 CIR 和 PIR; 3) 对 HQOS 用 户 组 做 基 于 颜 色 的 CAR: 绿 色 报 文 通 过, 黄 色 报 文 若 不 超 过 带 宽, 可 以 通 过, 否 则 丢 弃 ; 黄 色 报 文 不 能 升 级 为 绿 色 报 文 4) 最 后 在 出 口 将 所 有 HQOS 用 户 入 同 一 个 优 先 级 队 列, 此 队 列 要 实 现 基 于 颜 色 的 WRED, 在 达 到 拥 塞 门 限 后 开 始 丢 弃 黄 色 报 文 7
缩 略 语 表 缩 略 语 英 文 全 名 中 文 解 释 QoS Quality of Service 服 务 质 量 H-QoS Hierarchical-QoS 层 次 化 QoS TM Traffic Manager 流 量 管 理 BE Best Effort 尽 力 转 发 EF Expedited Forwarding 快 速 转 发 AF Assured Forwarding 确 保 转 发 CIR Committed Information Rate 承 诺 的 平 均 速 率 CBS Committed Burst Size 承 诺 突 发 尺 寸 PIR Peak Information Rate 峰 值 信 息 速 率 PBS Peak Burst Size 峰 值 突 发 尺 寸 RED Random Early Detection 随 机 早 期 检 测 WRED Weighted Random Early Detection 加 权 随 机 早 期 检 测 WRR Weighted Round Robin 加 权 轮 询 队 列 WFQ Weighted fair queuing 加 权 公 平 队 列 PQ Priority Queue 优 先 级 队 列 8
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