寬帶智能提速平臺保障高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的方案和實踐

陳淑珍，王 磊，楊敏維

（中國電信股份有限公司廣州研究院 廣州510630）

1 概述

智能管道就是構(gòu)建可智能管控的網(wǎng)絡(luò)，全面提升網(wǎng)絡(luò)智能承載能力，以實現(xiàn)“用戶可識別、業(yè)務(wù)可區(qū)分、流量可控制、網(wǎng)絡(luò)可管理”的目標(biāo)。寬帶智能提速平臺是中國電信智能管道的重要組成部分，也是智能管道階段性的落地應(yīng)用。它基于對業(yè)務(wù)接入控制點（BRAS）的智能控制，提供用戶帶寬整體提速和業(yè)務(wù)差異化QoS。

目前智能提速平臺已實現(xiàn)用戶帶寬整體提速。如何使用差分服務(wù)的分類和標(biāo)記、隊列調(diào)度工具來保障寬帶高優(yōu)先級業(yè)務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)差異化QoS，已成為智能提速平臺需解決的問題。

2 基于差分服務(wù)的寬帶網(wǎng)絡(luò)QoS模型

差分服務(wù)由RFC2475標(biāo)準(zhǔn)定義，它提供端到端的業(yè)務(wù)QoS保障，差分服務(wù)的分類和標(biāo)記工具對業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類，并根據(jù)分類標(biāo)記業(yè)務(wù)流DSCP（differentiated services code point,差分服務(wù)代碼點）。隊列調(diào)度工具對不同標(biāo)記的業(yè)務(wù)流進(jìn)行隊列調(diào)度，高優(yōu)先級業(yè)務(wù)流得到優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。

具備相同差分服務(wù)功能的網(wǎng)絡(luò)稱為DS域，它由DS節(jié)點組成。DS節(jié)點包括邊界節(jié)點和內(nèi)部節(jié)點。邊界節(jié)點連接本DS域和其他DS域，內(nèi)部節(jié)點連接同一DS域的其他DS內(nèi)部節(jié)點或者邊界節(jié)點。DS邊界節(jié)點實現(xiàn)復(fù)雜或簡單的分類和隊列調(diào)度功能。內(nèi)部節(jié)點實現(xiàn)簡單分類和有限隊列調(diào)度功能?；谏鲜霾罘址?wù)的思想，寬帶網(wǎng)絡(luò)QoS模型如圖1所示。

（1）流分類和標(biāo)記

流分類和標(biāo)記是實現(xiàn)QoS的基礎(chǔ)，它按照一定的規(guī)則識別符合特征的業(yè)務(wù)流并標(biāo)記。根據(jù)匹配規(guī)則的不同，流分類分為簡單分類和復(fù)雜分類。簡單分類是根據(jù)DSCP進(jìn)行分類，建立業(yè)務(wù)和隊列優(yōu)先級之間的映射關(guān)系。復(fù)雜分類是根據(jù)源IP地址、目的IP地址、源MAC、目的MAC、IPP、端口、協(xié)議等進(jìn)行分類，并標(biāo)記DSCP。邊界節(jié)點對業(yè)務(wù)流進(jìn)行復(fù)雜分類和標(biāo)記和簡單分類，內(nèi)部結(jié)點進(jìn)行簡單分類。

（2）流量管控

流量管控是session限速，流量管控將session業(yè)務(wù)流限制在特定帶寬內(nèi)傳送，當(dāng)業(yè)務(wù)流的帶寬總和超過限制帶寬時，將丟棄數(shù)據(jù)分組或緩存數(shù)據(jù)分組再傳。邊界節(jié)點對業(yè)務(wù)流進(jìn)行流量管控，內(nèi)部結(jié)點進(jìn)行有限的流量管控。

（3）隊列調(diào)度

隊列調(diào)度是擁塞管理的實現(xiàn)技術(shù)，是實現(xiàn)QoS的重要機制。隊列調(diào)度依賴于業(yè)務(wù)流分類和標(biāo)記，對不同標(biāo)記的業(yè)務(wù)流提供不同的優(yōu)先級服務(wù)。常用隊列調(diào)度算法有PQ、FIFO、CQ、WFQ、PWFQ，寬帶網(wǎng)絡(luò)多采用PWFQ。邊界節(jié)點和內(nèi)部結(jié)點對業(yè)務(wù)流進(jìn)行隊列調(diào)度。

圖1 寬帶網(wǎng)絡(luò)QoS模型

圖2 智能提速平臺與BRAS關(guān)系

3 保障高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的方案

本文僅討論從業(yè)務(wù)服務(wù)器到用戶側(cè)端到端的高優(yōu)先級業(yè)務(wù)保障方案。方案要求當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中同時存在多種業(yè)務(wù)流時，優(yōu)先保障高優(yōu)先級業(yè)務(wù)流，其他低優(yōu)先級業(yè)務(wù)流無法搶占其帶寬，當(dāng)高優(yōu)先級業(yè)務(wù)流不存在時，其他低優(yōu)先級業(yè)務(wù)流可以搶占其帶寬。

根據(jù)方案的要求，在業(yè)務(wù)流進(jìn)入DS域的交換機上，根據(jù)業(yè)務(wù)流的源IP地址分類并標(biāo)記DSCP，優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級業(yè)務(wù)流。業(yè)務(wù)流經(jīng)過的城域網(wǎng)CR、BR信任業(yè)務(wù)流DSCP，優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級業(yè)務(wù)流。在業(yè)務(wù)流離開DS域的BRAS上根據(jù)業(yè)務(wù)流的DSCP分類，進(jìn)行隊列調(diào)度，優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級業(yè)務(wù)流。

方案的重點在于智能提速平臺根據(jù)用戶業(yè)務(wù)屬性下發(fā)DQP（dynamic QoS parameter，動態(tài)服務(wù)質(zhì)量參數(shù)），動態(tài)控制BRAS上的隊列調(diào)度，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力和用戶業(yè)務(wù)的相關(guān)性。智能提速平臺和BRAS兩者關(guān)系如圖2所示。

DQP方式要在BRAS上預(yù)先配置默認(rèn)模板，設(shè)置隊列總帶寬、各個隊列對應(yīng)優(yōu)先級的默認(rèn)值，隊列總帶寬是不超過所有業(yè)務(wù)流帶寬之和的限制帶寬。

BRAS根據(jù)智能提速平臺下發(fā)的DQP修改模板中隊列總帶寬、隊列對應(yīng)優(yōu)先級的默認(rèn)值。為防止高優(yōu)先級業(yè)務(wù)搶光隊列總帶寬，導(dǎo)致低優(yōu)先級業(yè)務(wù)“餓死”，可在模板中增加高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的帶寬限制，也可增加同一優(yōu)先級業(yè)務(wù)的帶寬占比。

值得指出的是，智能提速平臺對用戶帶寬的整體提速，是根據(jù)用戶業(yè)務(wù)的屬性下發(fā)QPM(QoS policy metering)修改AAA服務(wù)器設(shè)置的session限速帶寬實現(xiàn)的。DQP無疑要比QPM管控的粒度細(xì)，QPM不區(qū)分同一session上的業(yè)務(wù)，僅實現(xiàn)整體提速，而DQP區(qū)分同一session上的業(yè)務(wù)，并對業(yè)務(wù)實施隊列優(yōu)先級調(diào)度。

圖3 現(xiàn)網(wǎng)測試環(huán)境

4 保障高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的實踐

4.1 現(xiàn)網(wǎng)測試環(huán)境和配置

現(xiàn)網(wǎng)的測試環(huán)境如圖3所示。本文對銅纜用戶的橋接模式和路由模式進(jìn)行了測試。測試中選取10000號測速模擬高優(yōu)先級業(yè)務(wù)，ITV模擬中優(yōu)先級業(yè)務(wù)，迅雷模擬低優(yōu)先級業(yè)務(wù)。10000號測速流和迅雷流位于用戶AD session，ITV流位于ITV session。

圖3中同一DS域中的網(wǎng)元共同完成業(yè)務(wù)服務(wù)器到用戶側(cè)端到端的高優(yōu)先級業(yè)務(wù)保障。

·出口交換機：DS域邊界節(jié)點，根據(jù)業(yè)務(wù)流的源IP地址對業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類和標(biāo)記，標(biāo)記10000號測速業(yè)務(wù)流DSCP為16，標(biāo)記ITV業(yè)務(wù)流DSCP為8，標(biāo)記迅雷業(yè)務(wù)流DSCP為0，根據(jù)DSCP對業(yè)務(wù)流進(jìn)行隊列調(diào)度，轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級業(yè)務(wù)。

·城域網(wǎng)CR/BR：DS域內(nèi)部節(jié)點，信任業(yè)務(wù)流DSCP，根據(jù)DSCP對業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類和隊列調(diào)度，轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級業(yè)務(wù)。

·BRAS：DS域邊界節(jié)點，預(yù)先配置默認(rèn)模板，信任業(yè)務(wù)流DSCP，根據(jù)DSCP對業(yè)務(wù)流分類，接收智能提速平臺下發(fā)的DQP，修改模板中隊列總帶寬、隊列對應(yīng)優(yōu)先級的默認(rèn)值，增加對高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的帶寬限制和同一優(yōu)先級業(yè)務(wù)的帶寬占比，轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級業(yè)務(wù)。

· 智能提速平臺：對BRAS下發(fā)DQP。

測試前期已在出口交換機和城域網(wǎng)CR、BR上配置好流分類和標(biāo)記策略和隊列調(diào)度算法，本文不再贅述。測試聚焦在智能提速平臺與BRAS交互，實現(xiàn)動態(tài)控制隊列調(diào)度的流程。

智能提速平臺與BRAS交互流程如圖4所示。

圖4 智能提速平臺與BRAS交互流程

流程解釋如下。

（1）用戶輸入賬號和密碼，撥號上線。此處用戶包括AD用 戶 和ITV用 戶。

（2）BRAS向AAA服務(wù)器發(fā)送認(rèn)證請求分組，請求認(rèn)證，請求信息包括用戶賬號和密碼。

（3）AAA服務(wù)器對用戶賬號和密碼認(rèn)證成功后，向BRAS返回認(rèn)證應(yīng)答分組，應(yīng)答信息包括session限速帶寬，分別限制用戶AD session和ITV session下行帶寬。

（4）BRAS對撥號session設(shè)置限速帶寬，用戶上網(wǎng)帶寬不能超過限速帶寬。

（5）BRAS轉(zhuǎn)發(fā)用戶上網(wǎng)請求分組給智能提速平臺。

（6）智能提速平臺根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)屬性，判斷是否需要保障高優(yōu)業(yè)務(wù)。

（7）如果用戶需要保障，則智能提速平臺下發(fā)DQP。

（8）BRAS接收DQP，修改默認(rèn)模板。

下面對步驟（8）作詳細(xì)說明，BRAS預(yù)先配置的默認(rèn)模板如下：

qos policy dacs pwfq

rate maximum 100000

queue 0 priority 7 weight 100

queue 1 priority 7 weight 100

queue 2 priority 7 weight 100

queue 3 priority 7 weight 100

queue 4 priority 7 weight 100

queue 5 priority 7 weight 100

queue 6 priority 7 weight 100

queue 7 priority 7 weight 100

其中，rate maximum 100000表示默認(rèn)隊列總帶寬為100 Mbit/s，queue0～7表示不同業(yè)務(wù)進(jìn)入的隊列，priority表示隊列優(yōu)先級，默認(rèn)缺省為7，表示未對隊列設(shè)置優(yōu)先級。

BRAS已將DSCP和隊列之間對應(yīng)關(guān)系做了配置，其對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

智能提速平臺下發(fā)的DQP如下：

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-circuit-rate-max 6144 parent"http://修改隊列總帶寬

表1 DSCP與隊列之間對應(yīng)關(guān)系

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-queue-priority 2 2 parent"http://修改10000號測速業(yè)務(wù)流隊列優(yōu)先級

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-queue-priority 1 1 parent"http://修改ITV業(yè)務(wù)流隊列優(yōu)先級

Dynamic-Qos-Param:="pwfq-queue-priority 0 0 parent"http://修改迅雷業(yè)務(wù)流隊列優(yōu)先級Dynamic-QoS-Param:="pwfq-priority-group-rate 2 rate-absolute 4096"http://設(shè)置優(yōu)先級2的限速帶寬

BRAS根據(jù)DQP，對默認(rèn)模板進(jìn)行如下操作。

（1）修改隊列總帶寬，將模板中rate maximum的值設(shè)置為6 Mbit/s。

（2）修改隊列2、隊列1、隊列0的優(yōu)先級。10000號測速流進(jìn)隊列2，優(yōu)先級2；ITV流進(jìn)隊列1，優(yōu)先級1；迅雷流進(jìn)隊列0，優(yōu)先級0。3種業(yè)務(wù)流的優(yōu)先級順序為10000號測速>ITV>迅雷。

（3）設(shè)置隊列優(yōu)先級2限速帶寬，將10000號測速流帶寬限制為4 Mbit/s。

4.2 現(xiàn)網(wǎng)測試結(jié)果和分析

4.2.1 測試結(jié)果

測試采用不同限速帶寬組合觀察3種業(yè)務(wù)流的搶占情況，10000號測速流、迅雷流位于AD session，ITV流位于ITV session，初始流量均設(shè)置為8 MB。測試結(jié)果如表2所示。

表2 現(xiàn)網(wǎng)測試結(jié)果

測試結(jié)果表明，當(dāng)3種業(yè)務(wù)流存在時，BRAS的隊列調(diào)度有效果，保障了高優(yōu)先級業(yè)務(wù)。

4.2.2 詳細(xì)測試記錄和分析

表3是橋接模式下隊列總帶寬=6 Mbit/s、AD session限速帶寬=4 Mbit/s、ITV session限速帶寬=4 Mbit/s情況下的詳細(xì)測試記錄。

對詳細(xì)測試記錄分析如下。

（1）10000號測速流+ITV流

10000 號測速流+ITV流情況下的QoS模型如圖5所示。

·10000號測速流帶寬=8 Mbit/s、隊列2限速帶寬=4 Mbit/s、入隊列2帶寬＝4 Mbit/s，出隊列2帶寬＝4 Mbit/s。

圖5 10000號測速流+ITV流情況下的QoS模型

表3 詳細(xì)測試記錄

·ITV流帶寬＝4 Mbit/s、session限 速 帶寬=4 Mbit/s、入隊列1帶寬＝4 Mbit/s、出隊列1帶寬＝4 Mbit/s。

·隊列調(diào)度時，優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)10000號測速流，隊列總帶寬=6 Mbit/s，10000號 測 速 流 獲 得4 Mbit/s帶 寬，ITV流獲得剩下的2 Mbit/s帶寬。

（2）10000號測速流+迅雷流

10000 號測速流+迅雷流情況下的QoS模型如圖6所示。

·10000號測速流帶寬=8 Mbit/s、隊列2限速=4 Mbit/s、入隊列2帶寬=4 Mbit/s、出隊列2帶寬=4 Mbit/s。

·迅雷流帶寬=8 Mbit/s、入隊列0帶寬=8 Mbit/s、出隊列0帶寬=8 Mbit/s。

·隊列調(diào)度時，優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)10000號測速流，隊列總帶寬=6 Mbit/s，10000號測速流獲得4 Mbit/s帶寬，迅雷流獲得剩下的2 Mbit/s帶寬。

（3）迅雷流+ITV流

迅雷流+ITV流情況下的QoS模型如圖7所示。

·迅雷流帶寬=8 Mbit/s、入隊列0帶寬=8 Mbit/s、出隊列0帶寬=8 Mbit/s。

·ITV流帶寬=4 Mbit/s、session限 速=4 Mbit/s、入隊列1帶寬4 Mbit/s、出隊列1帶寬4 Mbit/s。

·隊列調(diào)度時，優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)ITV流，隊列總帶寬=6 Mbit/s，ITV流獲得4 Mbit/s帶寬，迅雷流獲得剩下的2 Mbit/s帶寬。

（4）10000號測速流+迅雷流+ITV

10000 號測速流+迅雷流+ITV情況下的QoS模型如圖8所示。

·10000號測速流帶寬=8 Mbit/s、隊列2限速=4 Mbit/s、入隊列2帶寬=4 Mbit/s、出隊列2帶寬=4 Mbit/s。

·迅雷流帶寬=8 Mbit/s、入隊列0帶寬=8 Mbit/s、出隊列0帶寬=8 Mbit/s。

·ITV流帶寬=4 Mbit/s、session限 速=4 Mbit/s、入隊列1帶寬=4 Mbit/s、出隊列1帶寬=4 Mbit/s。

·隊列調(diào)度時，優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)10000號測速流，隊列總帶寬=6 Mbit/s，10000號測速流獲得4 Mbit/s帶寬，迅雷流為0，ITV流獲得剩下的2 Mbit/s帶寬。

上述效果的前提條件是需要將AD session限速設(shè)置為物理線路最大帶寬，以10000號測速流+ITV+迅雷流為例分析為什么要設(shè)置最大帶寬，圖9是不設(shè)置最大帶寬的QoS模型。

圖6 10000號測速流+迅雷流情況下的QoS模型

圖7 ITV流+迅雷流情況下的QoS模型

圖8 10000號測速流+迅雷流+ITV流情況下的QoS模型

圖9 不設(shè)置最大帶寬的QoS模型

·10000號測速流和迅雷流經(jīng)過session限速帶寬4 Mbit/s后，二者均分4 Mbit/s帶寬，入隊列帶寬=2 Mbit/s，出隊列帶寬=2 Mbit/s。

·ITV流帶寬=4 Mbit/s、session限速=4 Mbit/s、入隊列1帶寬=4 Mbit/s、出隊列1帶寬=4 Mbit/s。

·隊列調(diào)度時，優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)10000號測速流，隊列總帶寬=6 Mbit/s，10000號測 速流獲得帶寬2 Mbit/s，迅雷流為0 Mbit/s，ITV流獲得剩下的2 Mbit/s帶寬。

此結(jié)果不符合預(yù)期的10000號測速流帶寬為4 Mbit/s，迅雷流帶寬為0，ITV流帶寬為2 Mbit/s的結(jié)果。原因在于對AD session限速后，AD session中的10000號測速流和迅雷流互搶并丟棄分組，導(dǎo)致優(yōu)先級隊列調(diào)度時，高優(yōu)先級流量減少，無需完全搶占帶寬。因此實現(xiàn)高優(yōu)先級業(yè)務(wù)保障的前提就是智能提速平臺將AD session限速設(shè)置為物理線路最大帶寬。

5 結(jié)束語

智能提速平臺是為中國電信公眾類寬帶接入用戶提供差異化服務(wù)的手段，是構(gòu)建智能管道的抓手。智能管道的重要意義在于能識別用戶，區(qū)分用戶的業(yè)務(wù)，為不同用戶的不同業(yè)務(wù)提供差異化QoS服務(wù)?，F(xiàn)階段智能提速平臺實現(xiàn)的實時動態(tài)調(diào)整用戶帶寬方案，只是控制用戶session帶寬，它無法為不同用戶的不同業(yè)務(wù)提供差異化QoS服務(wù)。只有增加隊列調(diào)度，才能真正做到“用戶可識別、業(yè)務(wù)可區(qū)分、流量可控制、網(wǎng)絡(luò)可管理”。本文提出了智能提速平臺動態(tài)控制BRAS隊列調(diào)度的方案，實現(xiàn)了為用戶高優(yōu)先級業(yè)務(wù)提供QoS保障的目標(biāo)。這個方案為智能提速平臺相關(guān)技術(shù)規(guī)范的修訂和智能提速平臺的新版本的升級改造提供了具體可行的依據(jù)，也為智能提速平臺的演進(jìn)提供了堅實的基礎(chǔ)。智能提速平臺將繼續(xù)在中國電信智能管道戰(zhàn)略中扮演重要的角色。

1 徐國棟.RFC 2475標(biāo)準(zhǔn).北京：中國互動出版網(wǎng)，2010

2 楊敏維.寬帶差異化解決方案及應(yīng)用.通信技術(shù),2007(8)：2～4

3 何峣.家庭寬帶差異化應(yīng)用控制系統(tǒng)的研究和實現(xiàn).中山大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009

4 孫麗娟，方義文，廖曉紅.智能管道——決勝移動互聯(lián)網(wǎng)時代.通信世界,2011(10):60～64