幀中繼QoS技術(shù)介紹-D

1、技術(shù)介紹QoS目 錄i目 錄 HYPERLINK l _bookmark0 幀中繼QoS HYPERLINK l _bookmark0 1 HYPERLINK l _bookmark0 幀中繼QoS簡介 HYPERLINK l _bookmark0 1 HYPERLINK l _bookmark0 幀中繼QoS HYPERLINK l _bookmark0 1 HYPERLINK l _bookmark0 重要參數(shù) HYPERLINK l _bookmark0 1 HYPERLINK l _bookmark1 幀中繼QoS的實(shí)現(xiàn) HYPERLINK l _bookmark1 2技術(shù)介紹QoS幀

2、中繼 QoS PAGE 7幀中繼 QoS幀中繼QoS 簡介幀中繼 QoS在幀中繼接口上，可以使用通用的 QoS 服務(wù)為用戶提供接口上的流量監(jiān)管、流量整形、擁塞管理、擁塞避免等服務(wù)。除此之外，幀中繼網(wǎng)絡(luò)還擁有自己的 QoS 服務(wù)機(jī)制，包括幀中繼流量整形、幀中繼流量監(jiān)管、幀中繼擁塞管理、幀中繼 DE（Discard Eligibility）規(guī)則列表、幀中繼隊(duì)列管理等。圖1 幀中繼 QoS 應(yīng)用示意圖與通用的 QoS 相比，幀中繼 QoS 能夠在接口的每條虛電路上提供 QoS 服務(wù)，而通用 QoS 只能在整個(gè)接口上提供 QoS 服務(wù)，因此幀中繼 QoS 能夠?yàn)橛脩籼峁└`活的服務(wù)。重要參數(shù)下面列出了

3、對幀中繼（FR，F(xiàn)rame Relay）進(jìn)行控制的一些重要參數(shù)：允許的承諾信息速率（CIR ALLOW，Committed Information Rate ALLOW）： FR 正常情況下可以提供的傳送速率。網(wǎng)絡(luò)不擁塞時(shí)，可以保證用戶以此速率傳送數(shù)據(jù)。承諾信息速率（CIR，Committed Information Rate）：虛電路可以提供的最小傳送速率。即使網(wǎng)絡(luò)擁塞，也可以保證用戶以此速率傳送數(shù)據(jù)。承諾突發(fā)尺寸（CBS，Committed Burst Size）：幀中繼網(wǎng)絡(luò)承諾的在 Tc 時(shí)間內(nèi)傳送的包流量。在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，幀中繼網(wǎng)絡(luò)保證這部分可以成功地傳送。超出突發(fā)尺寸（EBS，Exce

4、ss Burst Size）：在 Tc 時(shí)間內(nèi)，幀中繼網(wǎng)絡(luò)可以超過承諾突發(fā)尺寸的最大值。在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，這部分流量將被首先丟棄。因此， 幀中繼網(wǎng)絡(luò)不保證這部分流量能被成功地傳送。幀中繼 QoS 的實(shí)現(xiàn)幀中繼流量整形幀中繼流量整形的作用幀中繼流量整形（FRTS，F(xiàn)rame Relay Traffic Shaping）能夠限制從某一虛電路發(fā)出的報(bào)文流量和突發(fā)報(bào)文流量，使這類報(bào)文能夠以比較均勻的速度向外發(fā)送。在幀中繼網(wǎng)絡(luò)中，如果不同網(wǎng)段的帶寬不匹配，往往會(huì)在網(wǎng)段的交界處產(chǎn)生瓶頸。如 HYPERLINK l _bookmark1 圖 2所示，如果Router B以 128Kbps的速率向Router A

5、發(fā)送報(bào)文，而Router A的接口速率最大只能達(dá)到 64Kbps，這時(shí)就會(huì)在幀中繼網(wǎng)絡(luò)與Router A的連接處產(chǎn)生瓶頸，從而發(fā)生擁塞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法正常傳送。但是，如果在Router B的出接口Serial2/0 應(yīng)用幀中繼流量整形，可以使它以相對比較均勻的速率 64Kbps發(fā)送報(bào)文，從而避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。即使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞，Router B仍能夠以 32Kbps的速率發(fā)送報(bào)文。數(shù)據(jù)流向128 Kbps64 KbpsRouter BS2/0Frame relay networkS2/0Router ADTECIR ALLOW=64KbpsCIR=32Kbps圖2 幀中繼流量整形示意圖DTE幀中

6、繼流量整形應(yīng)用在設(shè)備的輸出接口，它可以向用戶提供 CIR ALLOW、CIR、CBS、EBS 等參數(shù)。幀中繼虛電路能夠以 CIR ALLOW 的速率發(fā)送報(bào)文。幀中繼流量整形還允許虛電路在突發(fā)情況下以超過 CIR ALLOW 的速率發(fā)送報(bào)文。幀中繼流量整形的工作原理圖3 令牌桶原理幀中繼流量整形是用令牌桶算法實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)實(shí)際的算法原理對協(xié)議中相關(guān)參數(shù)的含義進(jìn)行了相應(yīng)的修改。令牌桶原理如 HYPERLINK l _bookmark1 圖 3所示。令牌桶原理是：需要進(jìn)行流量控制的報(bào)文在發(fā)送前進(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發(fā)送報(bào)文，則允許報(bào)文通過，即報(bào)文被正常發(fā)送。如果令牌桶中

7、的令牌數(shù)不滿足報(bào)文發(fā)送條件，則報(bào)文會(huì)放入幀中繼類隊(duì)列（在幀中繼流量整形中，幀中繼類隊(duì)列即為 FRTS 隊(duì)列），等令牌桶中有足夠的令牌再從幀中繼類隊(duì)列中取報(bào)文發(fā)送。這樣，就可以對某類報(bào)文的流量進(jìn)行控制。令牌的單位為bit。協(xié)議規(guī)定的相關(guān)參數(shù)和實(shí)際幀中繼流量整形原理參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如下：CBS 與 EBS 的和為令牌桶的大??；CIR ALLOW 為每秒向令牌桶中添加的令牌數(shù)。圖4 Tc 與 CIR 關(guān)系示意圖幀中繼流量整形方案中為了提高效率，提出了動(dòng)態(tài) Tc 的概念。Tc 參數(shù)的大小在 10 毫秒到 100 毫秒之間，可根據(jù)每次發(fā)送的報(bào)文大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，Tc=size of packet/CIR。

8、即無論待發(fā)送報(bào)文大小為多少（小于 1500 字節(jié)），設(shè)備都會(huì)在當(dāng)前計(jì)算出的 Tc 時(shí)間內(nèi)，將所需要的全部令牌分發(fā)給當(dāng)前報(bào)文。例如，發(fā)送一個(gè) 800 字節(jié)的報(bào)文，需要 8008=6400bit 的令牌。設(shè) CIR 為 64000bps， 則向令牌桶中添加發(fā)送該報(bào)文令牌需要的時(shí)間為 6400/64000=0.1s，即對于該報(bào)文來說 Tc 為 100ms。100ms 之內(nèi)令牌桶中添加了 6400bit 的令牌，該報(bào)文即被送出。特殊情況下，此時(shí)如果 CIR 為 8000bps，則該報(bào)文的令牌時(shí)間為 6400/8000 = 800ms100ms，但是由于 Tc 參數(shù)大小被定義在 10ms 到 100ms

9、 之間滑動(dòng)，此時(shí)Tc 取其上限值為 100ms，而不是計(jì)算得到的 800ms。同樣的，如果此時(shí) CIR 為1024000bps，則該報(bào)文的令牌時(shí)間為 6400/1024000=6.25ms10ms，但是由于 Tc 參數(shù)大小被定義在 10ms 到 100ms 之間滑動(dòng)，所以該報(bào)文的 Tc 取其下限值 10ms。由于 CBS 與EBS 的和是令牌桶的大小，同時(shí)設(shè)備是一次性分配令牌給待發(fā)送報(bào)文， 為了使令牌桶中的令牌能夠滿足任何大小報(bào)文的發(fā)送，特別是大報(bào)文的發(fā)送，比如1500byte 的報(bào)文，該報(bào)文發(fā)送需要15008=12Kbit 的令牌。故CBS 不得小于15Kbit， 同時(shí)建議用戶配置 CBS

10、的大小等同 CIR 的大小。按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中規(guī)定，若 Tc=20ms，CIR 為 64000bps，則每個(gè) Tc 時(shí)間內(nèi)只能添加0.0264000=1280bit 的令牌。如發(fā)送長度為 800 字節(jié)的報(bào)文需要 5 個(gè) Tc，即添加5 次令牌才能將該報(bào)文發(fā)送出去。與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式相比，此方案在一個(gè)動(dòng)態(tài)Tc 中只需添加一次令牌就可將該報(bào)文發(fā)送出，大大提高了工作效率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，如果幀中繼交換設(shè)備的出接口配置了擁塞管理功能，它會(huì)通知設(shè)備網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞。設(shè)備接收到了網(wǎng)絡(luò)擁塞的通知后，會(huì)使發(fā)送速率逐漸下降到CIR，以緩解網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，此時(shí)用戶仍然能夠以 CIR 的速率發(fā)送數(shù)據(jù)。此后如果設(shè)備在一

11、定時(shí)間內(nèi)沒有再收到網(wǎng)絡(luò)擁塞的通知，發(fā)送速率又會(huì)逐漸由 CIR 上升回CIR ALLOW。圖5 幀中繼流量整形原理示意圖如 HYPERLINK l _bookmark2 圖 5所示，設(shè)置幀中繼流量整形參數(shù)分別為：CIR ALLOW=64Kbps，CIR=32Kbps， CBS=64000bit，EBS=64000bit，令牌桶的大小為 128000，在 4s之前令牌桶添加令牌的速率為 64Kbps，虛電路以 64Kbps的速率發(fā)送報(bào)文。當(dāng)在 4s時(shí)，設(shè)備收到了帶有BECN標(biāo)志位的幀中繼報(bào)文，表明網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞，令牌桶添加令牌的速率下降為CIR 32Kbps，虛電路以 32Kbps的速率發(fā)送報(bào)文。幀

12、中繼流量監(jiān)管圖6 幀中繼流量監(jiān)管示意圖幀中繼流量監(jiān)管可以對每個(gè)虛電路上進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的流量進(jìn)行監(jiān)督，限制流量在一個(gè)允許的范圍之內(nèi)。若某條虛電路的報(bào)文流量超過了用戶設(shè)置的范圍，設(shè)備會(huì)采取丟棄報(bào)文等措施，以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)資源。如 HYPERLINK l _bookmark2 圖 6所示，用戶端設(shè)備Router A以 192Kbps的速率向交換端設(shè)備Router B發(fā)送報(bào)文，但設(shè)備Router B希望只為設(shè)備Router A提供 64Kbps的帶寬。這時(shí)就需要在設(shè)備Router B的DCE端配置幀中繼流量監(jiān)管。幀中繼流量監(jiān)管只能應(yīng)用于設(shè)備的 DCE 接口上，它可以對從 DTE 端發(fā)送來的報(bào)文流量進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)報(bào)文

13、流量小于 CBS 時(shí)，報(bào)文可以正常發(fā)送，設(shè)備對報(bào)文不做處理； 當(dāng)報(bào)文流量大于 CBS 并小于 EBS 與 CBS 之和時(shí)，報(bào)文可以正常發(fā)送，但設(shè)備將把流量大于 CBS 的報(bào)文的幀中繼報(bào)文頭中的 DE 標(biāo)志位置為 1；當(dāng)報(bào)文流量大于 CBSEBS 時(shí)，設(shè)備將以 CBSEBS 的流量進(jìn)行發(fā)送，對超過 CBSEBS 的流量進(jìn)行丟棄，對于超過 CBS 的流量，設(shè)備將把幀中繼報(bào)文頭中的 DE 標(biāo)志位置為 1。 圖7 幀中繼流量監(jiān)管原理示意圖如 HYPERLINK l _bookmark3 圖 7所示，設(shè)置幀中繼流量監(jiān)管參數(shù)分別為：CIR ALLOW=64kbps，CBS=8000bit， EBS=800

14、0bit，時(shí)間間隔Tc=CBS/CIR ALLOW=125ms。在 0250ms時(shí)，DTE以速率 64Kbps向DCE發(fā)送報(bào)文，DCE對這部分報(bào)文正常轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)的速率為 64Kbps。在 250500ms時(shí)，DTE以速率 100Kbps向DCE發(fā)送報(bào)文，DCE的轉(zhuǎn)發(fā)速率為100Kbps，但是超過CBS流量報(bào)文的DE標(biāo)志位被置為 1。在 500ms以后，DTE以速率 150Kbps向DCE發(fā)送報(bào)文，DCE的轉(zhuǎn)發(fā)速率為 128Kbps，超過CBS但小于CBSEBS流量報(bào)文的DE標(biāo)志位被置為 1，超過CBSEBS流量的報(bào)文被直接丟棄。幀中繼隊(duì)列管理除了幀中繼虛電路隊(duì)列之外，幀中繼接口也擁有接口隊(duì)列。

15、幀中繼流量整形沒有使能的情況下，只有幀中繼接口隊(duì)列起作用，即預(yù)先配置的幀中繼 PVC 隊(duì)列只有在幀中繼流量整形使能的情況下才能生效。虛電路隊(duì)列和接口隊(duì)列的關(guān)系如 HYPERLINK l _bookmark4 圖 8所示。接口隊(duì)列虛電路隊(duì)列圖8 幀中繼隊(duì)列示意圖在幀中繼接口上能夠使用的隊(duì)列有：FIFO：First In First Out Queuing，先進(jìn)先出隊(duì)列PQ：Priority Queuing，優(yōu)先隊(duì)列CQ：Custom Queuing，定制隊(duì)列WFQ：Weighted Fair Queuing，加權(quán)公平隊(duì)列CBQ：Class Based Queuing，基于類的隊(duì)列RTPQ：Rea

16、l-time Transport Protocol Priority Queuing，實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議優(yōu)先隊(duì)列PVC PQ：PVC Priority Queuing，虛電路優(yōu)先級隊(duì)列其中，F(xiàn)IFO、PQ、CQ、WFQ、CBQ 和 RTPQ 隊(duì)列屬于通用的隊(duì)列。PVC PQ 隊(duì)列被應(yīng)用于幀中繼接口之上，它擁有四種隊(duì)列類型：top、middle、normal、 bottom，隊(duì)列優(yōu)先級依次降低。同一虛電路發(fā)送的報(bào)文只能入 PVC PQ 中的一種隊(duì)列，不同虛電路上的報(bào)文根據(jù)虛電路所處的優(yōu)先級入接口下的 PVC PQ 隊(duì)列。PVC PQ 的隊(duì)列發(fā)送策略是：按照隊(duì)列優(yōu)先級，在發(fā)送完高優(yōu)先級隊(duì)列中的報(bào)文之后，

17、再發(fā)送低優(yōu)先級隊(duì)列中的報(bào)文。幀中繼虛電路的隊(duì)列包括：FIFO、PQ、CQ、WFQ、CBQ 和 RTPQ。RTPQ 可以與其它隊(duì)列共存，而其它隊(duì)列相互之間不能共存。當(dāng)接口實(shí)行幀中繼流量整形時(shí)，接口隊(duì)列類型只能是：FIFO、RTPQ 或 PVC PQ。幀中繼擁塞管理幀中繼擁塞管理可以在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)對幀中繼報(bào)文進(jìn)行處理：丟棄 DE 標(biāo)志位為 1的報(bào)文；同時(shí)發(fā)送擁塞通知至網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備，告知其發(fā)生了擁塞。幀中繼擁塞管理應(yīng)用于幀中繼交換設(shè)備的出接口上。當(dāng)擁塞沒有發(fā)生時(shí)，對于轉(zhuǎn)發(fā)的幀中繼報(bào)文，設(shè)備將正常轉(zhuǎn)發(fā)，不作特殊處理。當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)，DE 標(biāo)志位為 1 的報(bào)文將會(huì)被丟棄；對于轉(zhuǎn)發(fā)的正向報(bào)文，設(shè)備把幀中繼報(bào)文頭的 FECN 標(biāo)志位置為 1；對于同一虛電路上反方向發(fā)送的報(bào)文，設(shè)備把幀中繼報(bào)文頭的 BECN 標(biāo)志位置為 1。若在一段時(shí)間內(nèi)沒有反方向的報(bào)文發(fā)送，設(shè)備將自動(dòng)發(fā)送 BECN 標(biāo)志位為1 的 Q.922A Test Reponse 報(bào)文給主叫 DTE。圖9 幀中繼擁塞管理示