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1、内部公开IP承载网白皮书修订记录Revision record用于说明对文档加附页或文档版本升级时对文档的改动情况。Describe changes to the document when attachment is added to the document or when the document is upgraded. 日期Date修订版本Revision version修订记录的修订版本请按1.00、1.01、1.02.进行填写 Revised release should be logged as 1.00, 1.01, 1.02修改描述 change Description描述
2、每次修订的详细内容，例如在哪个地方有过修订，都要有明确说明。Describe detailed contents of each modification, e.g. Where was revised. 作者Author2005-05-271.00初稿完成 initial transmittal 张光华 目录1摘要12介绍23IP Qos组件33.1可预测的每跳行为43.2可预测的边缘到边缘行为53.2.1边缘-核心模型63.2.1.1整形和管制(Shaping and Policing)63.2.1.2标记83.2.2边缘到边缘的路由83.3接纳控制93.4IETF DiffServ架构9
3、3.4.1DSCP103.4.2包分类103.4.3管制和标记103.4.4排队管理103.4.5调度103.4.6EF和AF PHB113.4.6.1加速转发(Expedited Forwarding)113.4.6.2确保转发(Assured Forwarding)123.4.7功能分配(Function Distribution)124可扩展性的网络155高可用度网络设计155.1快速故障检测165.2客户站点到骨干网的可靠通讯165.3骨干网内的可靠通讯176传统IP网络解决方案206.1交换原理206.2故障容忍216.2.1快速路由收敛236.2.2双转发平面方案236.3Qos2
4、46.3.1DiffServ支持246.3.2路由和业务量工程256.3.2.1构建网络256.3.2.2网络调整256.3.3连接接纳控制266.4适用性267传统MPLS网络解决方案277.1交换原理277.2故障容忍317.2.1头部修复327.2.2本地修复MPLS FRR327.2.3双转发平面方案347.3Qos357.3.1DiffServ支持357.3.2路由和业务量工程367.3.2.1E-LSP模式367.3.2.2L-LSP模式377.3.3连接接纳控制397.4适用性398IPTN解决方案408.1交换原理408.2故障容忍458.3Qos458.3.1DiffServ
5、支持458.3.2路由和业务量工程458.3.3连接接纳控制458.4适用性469不同网络解决方案的互通4610现有网络演进策略4611总结47 第 21 页 共 52 页IP承载网白皮书1 摘要在分组业务迅猛发展的过程中，已经开发出了许多新技术，例如，具有极小传递时延和无阻塞交换特点的大容量交换矩阵(matrix)，新的分组排队和时间调度算法，等等。一个IP承载网除了能保证服务质量(Qos)，还要满足故障容忍，可扩展性等多方面的要求。本文描叙了三种可供运营商选择的IP承载网方案。2 介绍在固定网中使用IP承载网已被证明取得了成功。现在，人们发现在移动网中使用IP同样具有巨大的吸引力。一个3G
6、PP软交换架构被划分为接入层、传输层、控制层和业务层。如下图所示：Figure 1. HUAWEI softswitch Architecture移动网传输平面使用IP承载网具有如下优势：1 除了G.711编码方案，CN节点还可以使用其他高质量低带宽的编码方案。2 可以使用TrFO方案，避免了传统移动网里RAN和CN之间的编码变换，从而提升语音质量。3 IP承载网可扩展为承载多种媒体的统一的承载网。4 IP/MPLS产业规模大，使用IP/MPLS技术使得网络的CAPEX和OPEX均较低。现在，许多高端路由器已经可以在10G（OC-192/STM-64） 端口之间线速转发IP分组，并且具有T b
7、ps级别的吞吐量，足以担当大型IP承载网的核心节点。除了实现高速分组交换，IP承载网还需要满足服务质量(Quality Of Service)，故障容忍，可扩展性等多方面的要求。在服务质量方面，承载网应该同时满足时延、抖动、丢包率方面的要求。一般情况下，承载网的时延不应该超过40ms(包含4千公里传输时延)，丢包率不大于10-4，抖动(jitter)不大于10ms。在电路交换语音网络中，商业客户和消费者已经长期习惯了平均每年仅仅数秒的业务中断。因此，他们不太可能容忍IP网络上的服务可用度显著降级。网络和路由设计必须使得分组数据网络达到或者超过PSTN的99.999%的可用度级别。当需要网络覆盖
8、更多的地域和互连更多的站点时，网络规模应该容易扩展；并且，如果需要，一个网络可以承载多个逻辑网络。本文介绍了三种可选的网络解决方案：1 传统IP网络解决方案2 传统MPLS网络解决方案3 IPTN解决方案在所有的需求中，如何很好地满足Qos最引人注目。这些方案使用了DiffServ组件。3 IP Qos组件 IP网络可以承载各种业务，如语音，流媒体等。每类业务都期望网络实现某种可预测的服务质量，即使是在网络中出现了瞬间拥塞的情况下(由穿越网络的其他业务流造成)，该服务质量也应该得到保证。我们需要为业务流提供一种绝对或者相对的保护，使其免受其他业务流的影响。这种需求将导致以下三个技术要求：1 每
9、一跳的Qos(Per-hop Qos)网络中最小的可控制元素是连接两条或者更多链路的节点(路由器或交换机)。这些节点必须基于一种特定的体系结构，该结构能够在每一跳的基础上提供足够的区分排队和调度功能，并能准确地应用节点间链路的Qos特性参数。2 路由和流量工程网络为业务流选择的路径应能满足业务的Qos要求。另外，当在两个客户站点(customer site)之间存在穿越网络的多条路径，在这些路径上进行合理的业务量分配可以降低路径上的负荷和突发度。将业务流映射到现有物理网络拓扑上的任务被称为流量工程(Traffic engineering)。这种技术可以提高网络的实际服务质量，因为每个路由器都将
10、减少分组丢失和发生抖动的可能性。很多情况下，发现和利用非经典最短路径来进行业务流转发的机制也是必要的，即路由不能仅仅考虑物理链路带宽和跳数。3 接纳控制(Admission control)即使执行了流量工程，调整后网络的容量也是有限的。如果连接不受限制地注入到网络中，那么必然使得丢包率和抖动恶化，大量的连接(甚至是所有的连接)无法得到Qos保证。在某些时刻，请求注入的业务量可能会超过网络的容量。这些考验网络的时刻通常是意义重大的节日。一个可能的措施是极其充分地供应带宽和广泛使用超级路由器，使得网络所覆盖的地域内，永远不存在注入的业务量超过网络容量的时刻。这个办法意味着网络的平均利用率很低，显
11、得非常不经济。控制消费者的体验是商业运营中的一个关键部分，合理的商业策略是，与其违反连接的Qos承诺，不如在会话建立阶段就拒绝建立连接。接纳控制是一个经济的和强有力的保障手段。3.1 可预测的每跳行为单个会话业务流所经过的端到端路径仅仅是一个链路和路由器组成的序列，本质上，端到端的Qos是由给定路由上的每一跳(per-hop)的Qos特性所决定的。因此，我们应该首先把注意力放在路由器转发行为的动态特性上。路由器的动态特性主要由时延、包丢失率、抖动所刻画。分组在路由器/交换机中滞留的时间称为交换时延(Switching Delay)。交换时延由2部分组成：零负荷传递时延和排队时延。零负荷传递时延
12、是指在路由器零负荷时，一个分组通过路由器的时延。对于使用高性能矩阵的路由器而言，这个时延极小。排队时延(Queuing Delay)是指路由器有一定负荷时，分组等待服务所花费的时间。如果缓存满，则有一些分组将被丢弃。时延的变化称为抖动。传统的尽力而为的路由器在处理内部瞬间拥塞时，其采用的无差别分组处理方式无法满足不同应用的Qos要求。如果某个特定的输出端口成了两个或更多输入业务流的汇聚点，尽力而为路由器将使用先进先出(FIFO, First In First Out)的排队方式，把各种应用的分组缓存在输出链路的单个队列中等待传输。这种处理方式下，时延敏感的应用的分组不可能总能幸运地被安排在队列
13、前面，结果，常常不能被及时发送。作为一种改进，我们需要为每个可识别的业务等级(service class)(不同的业务等级具有相互独立的Qos要求)提供一个队列。为处理好瞬间拥塞，在保证业务体验的前提下，每个队列应该有自己的分组丢失策略(如启动丢失操作的触发条件，丢失几率)。当然，一种将分组分配到正确的队列中的分类机制是必须的。最后，输出链路的有限容量也必须被其所属的所有队列共享。这意味着，还需要增加一种调度机制，以便以一种可控制和可预测的方式调度个队列中的分组，仲裁各队列对链路的访问。上述需求可以被陈述为：支持Qos的网络需要路由器能够根据需要对所有的业务流进行区别分类、排队和调度(即CQS
14、)。Figure 2. CQS Architecture某些时候，路由器中的调度器需要完成的工作不仅仅是在IP分组级别上实现各业务流之间的交织。调度器对于属于不同队列中的交错业务流所提供的平滑能力取决于输出链路分组发送的速率(即带宽)。例如，对于622Mbps OC-12/STM-4链路，一个长度为1024字节的IP分组的发送时间大约为0.0132ms。调度器可将链路带宽划分为长度为0.0132ms的时隙，当调度器从某队列中将一个1024字节的分组取出发送到链路上时，其他队列中的分组都将经历大约0.0132ms的时延。对于低速链路，这种时延会显得不可忽视。例如，一条128Kbps链路上，1024字节分组的发送时间大约为62.5ms。一种解决方案是，CQS路由器对收到的IP分组进行分段，对小的数据段而不是整个分组进行排队。这种方案使得时延和抖动敏感的IP业务流避免在长IP分组后等待较长的时间。从这个例子，我们还可以得到一个结论，增加带宽供应或采用高速链路，可以在一定程度上提升Qos。3.2 可预测的边缘到边缘行为会话业务流可能穿越多个域。例如，当一个UMTS用户和另一个UMTS用户进行语音通话时，语音流会经过主叫的UTRAN，服务于主叫的CS CN，服务于被叫的CS CN，以及被叫的UTRAN。严格说来，端到端Qos是由业务流经过的每个域所提供的边缘到边缘(edge-to-edge
