QPPB技術(shù)在IP城域網(wǎng)中的應(yīng)用

王剛 張麗妍 王斯日古楞

【摘要】 簡(jiǎn)要介紹了QPPB技術(shù)的基本原理和應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了QPPB在基于Diff- Serv模型的IP城域網(wǎng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 QoS SLA BGP Community Diff- Serv

一、前言

在當(dāng)今IP城域網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中，IP城域網(wǎng)內(nèi)承載的業(yè)務(wù)越來(lái)越多樣化，IP城域網(wǎng)目前所承載的業(yè)務(wù)也不再是之前簡(jiǎn)單得Internet業(yè)務(wù)，電子商務(wù)、多媒體等新業(yè)務(wù)迅速發(fā)展，一些實(shí)時(shí)性強(qiáng)的業(yè)務(wù)如涉及語(yǔ)音和視頻的IP電話、視頻聊天、在線電影、多媒體游戲等要求IP網(wǎng)絡(luò)有足夠的帶寬和低的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)的普及，業(yè)務(wù)的多樣化，使互聯(lián)網(wǎng)流量激增，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延增加，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生丟包，導(dǎo)致業(yè)務(wù)質(zhì)量下降或不可用。為了解決以上問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)在IP城域網(wǎng)中部署了基于Diff-Serv的QoS，為有高要求的業(yè)務(wù)和用戶提供了高優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

在傳統(tǒng)的QoS部署方式中，我們只在用戶業(yè)務(wù)接入的二層端口或三層端口上通過(guò)復(fù)雜流分類為用戶的業(yè)務(wù)報(bào)文打上一個(gè)特定的優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽，后續(xù)的一系列工作（如：擁塞避免、擁塞管理、流量管理等）也都是基于標(biāo)簽完成的，通過(guò)這里我們可以看出流分類和標(biāo)簽就是實(shí)施QoS的基礎(chǔ)。而通常我們只給用戶的上行業(yè)務(wù)報(bào)文進(jìn)行流分類和打標(biāo)簽，用戶的下行報(bào)文帶不帶優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽要取決于通信的對(duì)方是否購(gòu)買了高優(yōu)先級(jí)服務(wù)。也就是說(shuō)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)SLA用戶的上行業(yè)務(wù)報(bào)文得到了較高優(yōu)先級(jí)的轉(zhuǎn)發(fā)，用戶的下行業(yè)務(wù)報(bào)文有可能得不到高優(yōu)先級(jí)的服務(wù)而被丟棄。對(duì)于有較高服務(wù)要求的用戶來(lái)說(shuō)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，希望保證的是雙向流量，如果下行業(yè)務(wù)報(bào)文不能被及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)或丟棄，對(duì)用戶的上網(wǎng)感知一樣會(huì)造成不好的影響。

如何保證高優(yōu)先級(jí)用戶的下行業(yè)務(wù)報(bào)文能得到優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，也就成為了解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。用戶下行報(bào)文的優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽是在通信對(duì)方接入設(shè)備上標(biāo)記的，而對(duì)端設(shè)備并不知道該給哪些目的IP地址的報(bào)文打高優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽，所以需要在對(duì)端設(shè)備上執(zhí)行大量的復(fù)雜流分類來(lái)滿足需求，而在經(jīng)常變化的網(wǎng)絡(luò)中，配置修改的工作量非常大甚至難以實(shí)施。所以必須要通過(guò)一種技術(shù)和方法來(lái)自動(dòng)完成這種工作，QPPB技術(shù)就可以來(lái)滿足這種需求。

二、QPPB原理

QPPB（QoS Policy Propagation Through the Border Gateway Protocol） 技術(shù)是由BGP（Border Gateway Protocol）路由發(fā)送者通過(guò)設(shè)置BGP屬性預(yù)先對(duì)路由進(jìn)行分類，BGP路由接收者通過(guò)BGP路由的相關(guān)屬性來(lái)設(shè)置QoS參數(shù)、制定QoS流量策略、實(shí)現(xiàn)QoS保障，這樣在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)就可以簡(jiǎn)化路由接收者的策略修改。

QPPB技術(shù)是一項(xiàng)通過(guò)BGP 路由策略部署QoS的技術(shù)，通過(guò)基于BGP路由的團(tuán)體列表、AS-Paths list 和ACL、Prefix list 等屬性進(jìn)行路由分類，對(duì)不同的分類應(yīng)用不同的QoS 策略。

BGP路由發(fā)送者在發(fā)送路由時(shí)，先匹配路由策略，為發(fā)送的不同路由信息設(shè)置不同的BGP路由屬性，這些路由屬性作為路由分類的標(biāo)識(shí)。

路由接收者在接收到BGP路由后，基于BGP路由屬性來(lái)過(guò)濾和匹配路由策略，為接收到的BGP路由設(shè)置QoS相關(guān)參數(shù)和策略，將BGP路由信息及相關(guān)聯(lián)的QoS 參數(shù)一起下發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)表。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，對(duì)發(fā)送到目的網(wǎng)段的數(shù)據(jù)包可以依據(jù)從轉(zhuǎn)發(fā)表中獲取的QoS參數(shù)使用QoS策略，從而實(shí)現(xiàn)QoS保證。

QPPB是一種動(dòng)態(tài)的流分類技術(shù)，通過(guò)上述的原理，我們可以認(rèn)為QPPB就是通過(guò)BGP的相關(guān)屬性在控制層面?zhèn)鬟f業(yè)務(wù)分類信息，路由接收者通過(guò)路由策略設(shè)置QoS參數(shù)之后將路由信息和QoS參數(shù)一同下發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)表中，這樣QoS參數(shù)在轉(zhuǎn)發(fā)層面生效，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中將會(huì)按照轉(zhuǎn)發(fā)表中的QoS策略為數(shù)據(jù)報(bào)文打上相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽，數(shù)據(jù)報(bào)文在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中通過(guò)高優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽來(lái)得到QoS保證。

三、QPPB在IP城域網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1城域網(wǎng)內(nèi)用戶互訪

如圖一所示：城域網(wǎng)內(nèi)SR下掛一個(gè)VIP用戶，BRAS下掛普通用戶。VIP用戶與運(yùn)營(yíng)商簽訂了SLA（服務(wù)水平協(xié)議），運(yùn)營(yíng)商為其通過(guò)QoS提供高優(yōu)先級(jí)服務(wù)。

3.2城域網(wǎng)間用戶互訪

如圖二所示：城域網(wǎng)A內(nèi)有VIP用戶，城域網(wǎng)B內(nèi)有普通用戶。VIP用戶與運(yùn)營(yíng)商簽訂了SLA（服務(wù)水平協(xié)議），運(yùn)營(yíng)商為其通過(guò)QoS提供高優(yōu)先級(jí)服務(wù)。

VIP用戶訪問(wèn)城域網(wǎng)B普通用戶時(shí)，VIP用戶的上行業(yè)務(wù)報(bào)文在SR設(shè)備進(jìn)行復(fù)雜流分類并打上高優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽，打上標(biāo)簽之后數(shù)據(jù)報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù)標(biāo)簽等級(jí)進(jìn)行擁塞避免、隊(duì)列調(diào)度和流量整形等QoS處理，VIP用戶發(fā)送到普通用戶的數(shù)據(jù)報(bào)文是可以得到QoS保證的。但普通用戶返回給VIP用戶的數(shù)據(jù)報(bào)文在默認(rèn)情況下沒(méi)有打上高優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽，所以VIP用戶的回程報(bào)文沒(méi)有QoS保證。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生擁塞時(shí)，VIP用戶的回程報(bào)文可能因?yàn)闆](méi)有QoS保證而被丟棄，造成 VIP用戶部分業(yè)務(wù)不可用。

我們可以通過(guò)在兩個(gè)城域網(wǎng)中部署QPPB策略來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，城域網(wǎng)A的CR路由器通過(guò)BGP發(fā)布VIP網(wǎng)段路由，并且給該BGP路由打上特定的Community屬性（例如：100：3），通過(guò)骨干網(wǎng)將該路由通告給城域網(wǎng)B，城域網(wǎng)B的CR路由器將學(xué)習(xí)到的BGP路由通告給業(yè)務(wù)控制層設(shè)備。同時(shí)業(yè)務(wù)控制層設(shè)備上已經(jīng)提前完成了QPPB策略配置，業(yè)務(wù)控制層設(shè)備在接收到路由之后，通過(guò)路由策略匹配Community團(tuán)體屬性100：3，為匹配的BGP 路由設(shè)置相應(yīng)QoS參數(shù)并下發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)表中。

當(dāng)業(yè)務(wù)控制層設(shè)備收到目地地址是VIP網(wǎng)段的數(shù)據(jù)包后，通過(guò)匹配數(shù)據(jù)包的目的地址從轉(zhuǎn)發(fā)表中獲取QoS 參數(shù)，為該數(shù)據(jù)包打上相應(yīng)的ip-precedence或DSCP的標(biāo)簽，之后該數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù)高優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽來(lái)得到相應(yīng)的QoS保證。

四、問(wèn)題和注意事項(xiàng)

1）QPPB 技術(shù)實(shí)際只是在路由發(fā)送方通過(guò)路由分類設(shè)置路由屬性，在接受方根據(jù)目的網(wǎng)段的路由屬性設(shè)置QoS 策略，不是在BGP 路由信息中發(fā)送QoS 策略。因此QPPB技術(shù)可以應(yīng)用于基于目的地址而不是源地址進(jìn)行流分類的場(chǎng)合，但需要整網(wǎng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)路由屬性、QPPB策略及QoS策略，并且不同的城域網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)之間能夠相互信任。

2）IP城域網(wǎng)在進(jìn)行IP地址規(guī)劃時(shí)，需要為有相同SLA等級(jí)的VIP用戶分配連續(xù)的地址空間，以便在IP城域網(wǎng)出口對(duì)同等級(jí)VIP用戶路由進(jìn)行聚合發(fā)布，不同等級(jí)VIP用戶路由標(biāo)示不同的Community團(tuán)體屬性以做區(qū)分。但考慮到部分城域網(wǎng)VIP用戶或業(yè)務(wù)較少，無(wú)法滿足按照SLA劃分地址段，針對(duì)于這種情況，VIP用戶路由只能標(biāo)示一個(gè)Community團(tuán)體屬性，為了滿足高等級(jí)SLA用戶的服務(wù)質(zhì)量，建議Community團(tuán)體屬性按照高等級(jí)SLA進(jìn)行標(biāo)示。

3）我們應(yīng)用QPPB技術(shù)主要是為了保障SLA用戶的回程流量有高的服務(wù)質(zhì)量，所以建議在對(duì)端網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備上部署基于目的的QPPB策略，但這種應(yīng)用方式會(huì)影響到高等級(jí)SLA用戶訪問(wèn)低等級(jí)SLA用戶的服務(wù)質(zhì)量。在沒(méi)有部署QPPB時(shí)高等級(jí)SLA用戶向外訪問(wèn)的數(shù)據(jù)報(bào)文都會(huì)打上高等級(jí)的QoS標(biāo)簽，無(wú)論是訪問(wèn)普通用戶還是低等級(jí)SLA用戶都會(huì)攜帶高等級(jí)標(biāo)簽；但網(wǎng)絡(luò)上部署過(guò)QPPB之后，高等級(jí)SLA用戶訪問(wèn)低等級(jí)SLA用戶的數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)在應(yīng)用QPPB策略的設(shè)備上將高等級(jí)QoS標(biāo)簽改寫低等級(jí)SLA對(duì)應(yīng)的QoS標(biāo)簽。

五、總結(jié)

QPPB技術(shù)作為BGP在QoS方面的一項(xiàng)高級(jí)應(yīng)用，在QoS部署方面給我們提供了極大的方便。路由始發(fā)者可以通過(guò)一種標(biāo)示來(lái)告知遠(yuǎn)端設(shè)備不同網(wǎng)段所對(duì)應(yīng)的SLA級(jí)別，遠(yuǎn)端設(shè)備可以根據(jù)這種標(biāo)示動(dòng)態(tài)的應(yīng)用QoS策略，保證SLA用戶的服務(wù)質(zhì)量。QPPB拓寬了QoS的應(yīng)用，有助于高等級(jí)SLA業(yè)務(wù)的推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 1RFC2918，BGP-4的路由刷新功能