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广域网流量调度方案发展与应用

作者:时间:2012-08-06来源:网络收藏

l 不能动态调整

控制是基于业务流特征执行策略,一般很少考虑对终端用户进行控制。事实上,业务类型和终端用户的增加,使得业务流突发存在很大的不确定性。例如在线办公系统(Notes、Email等),通过控制保证2M带宽,则10人使用时,每人平均100K的,50人使用时,每人平均只有40K。如果一些用户收发大邮件、占用大量带宽,将会导致其他人员只能使用远小于平均值的带宽,业务访问速度降低,甚至会影响正常办公。

若对每个用户的访问速度进行限制(例如每人最大50K),又会抑制整体访问速度,当并发访问人员较少时,虽然带宽有富余,访问速度也不能增加。因此,由于缺乏动态调整机制,很难对每个用户的使用带宽进行有效限制和保证,以提高效率、兼顾公平性。

l 不能精细化控制

通过路由器、交换机等网络设备执行流量控制策略,必须明确配置每种业务的特征(IP地址、端口号、协议类型、优先级等),对于无法通过上述特征识别的业务(如FTP、基于HTTP、P2P等的),基于流量控制不能进行有效的控制。而随着B/S架构、服务器虚拟化的广泛,传统的业务流特征已经不再包含单一,必须有对应的深入识别和控制手段,进行精细化流量控制。

l 整体部署策略复杂

DiffServ方式流量控制虽然可以结合MPLS TE、分层QoS技术,实现更加强大的流量控制功能(例如对关键业务进行带宽预留,对不同部门的不同业务进行分级带宽保证),但MPLS TE和分层QoS技术实现和配置比较复杂,除了运营商骨干网,企业级网络中应用较少。事实上,基于企业级网络的组网结构和运维管理水平,它需要简单、直观、可扩展、适应性强的技术和策略。

为了改进传统流量控制中的不足,满足多样化的业务流量控制需求,企业需要一种动态、智能、简单的机制实现流量控制,这就是流量

二、 流量的主要构成

流量方案,主要包括业务分流、拥塞避免、流量路由、精细化流量控制等几个部分。

1、业务分流

业务分流是进行流量调度方案设计的前提。通过路由协议(Cost、路由优先级等路由策略调整)、策略路由、VRRP/VRRPE等,将流量在链路上进行策略性的分担。例如将办公、生产等业务在主链路上承载,将视频会议业务在备链路上承载。

2、拥塞避免

传统的流量控制是“后觉”行为,主要部署在网络设备出接口,当需要转发的流量超过出接口带宽时,执行拥塞管理策略,通过优先级队列转发高优先级流量、丢弃低优先级流量。QoS技术中虽然有WRED拥塞避免技术,但其主要原理是通过提前丢包降低业务流速率,从而减轻出接口拥塞程度,但并不能完全避免拥塞。

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图3 拥塞管理时延测试

以某测试为例,出接口为10M以太网链路,配置CBQ优先级队列,优先保证UDP报文流量。通过流量测试仪生成混合报文,UDP包(模拟视频流)占1/4,IP包(64字节)占1/4,IP包(1024字节)占1/2,依次测试流量为1.2M、2.4M、3.6M、…、10.8M、12M等几种情况,记录每个报文的平均时延、丢包率。

测试结果如图3所示,流量未超过链路带宽时,所有报文都能够正常转发,平均时延在1ms以下。当流量超过链路带宽,发生拥塞时,通过CBQ拥塞管理策略,UDP包仍然能够完全转发,丢包率为0;而IP包的丢包率随着流量增加而增大。同时,无论是UDP包还是IP包,平均时延都大幅增加,达到15ms以上,IP包甚至达到30ms以上。

可见,虽然拥塞管理可以保证高优先级流量的传输带宽与正常转发,但会导致较大的时延,对高清视频等敏感业务造成一定的影响。

通过拥塞避免,则可以有效的解决上述问题。拥塞避免的主要思路是“先觉”,采用简单、高效的令牌桶技术,对路由器进入的流量进行评估和着色,对链路带宽内的流量标记绿色,超过链路带宽的流量标记红色,只允许绿色的流量进入到出接口,使得出接口的流量不会超过链路带宽,不产生拥塞。

相对于复杂的CBQ队列调度机制,拥塞避免采用了简单、高效的令牌桶流量评估和转发机制,有效降低了流量的时延。如图4所示,通过拥塞避免,路由器总体流量达到出接口链路带宽的120%~160%时,将时延控制在5ms左右,大大低于拥塞管理的时延。

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图4 拥塞避免与拥塞管理时延对比

3、流量路由

传统的流量控制,每个网络节点都基于出接口链路带宽独立执行策略,无法实现主、备链路带宽资源的充分利用。通过流量路由技术,可以实现对多个端口或链路进行流量全局调度,动态监测整个节点链路的带宽利用率;在业务突发时,将较低优先级的流量报文重路由到空闲的备链路上转发,避免主链路上的流量拥塞,从而尽量避免报文丢弃,提高系统链路带宽的利用率。由于业务突发时不发生丢包,因此能够维持应用层会话不中断,提高整体应用系统的可靠性。

流量路由实现流程主要包括以下三部分,如图5所示:

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流量监测:对进入路由器的所有流量进行统计,获取优先级、流量大小特征。图5中,主链路带宽为10M,流量1、2、3、4的保证带宽分别为2M、2M、4M、2M,实际带宽分标为2M、2M、3M、5M,其中流量4有突发,实际带宽大于保证带宽,流量3的实际带宽小于保证带宽。



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