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H3C 广域网QoS方案设计技术简介


概述

1.1 广域网QoS部署流程

Figure 1 QoS设计基本流程

全面的QoS部署设计应该包括以上三个部分。针对一个具体项目,根据客户实际要求,可能不会涉及到以上所有设计过程,而会对某些步骤省略或者简化:

广域业务规划:理解客户网络业务规划是设计QoS方案的基本前提。业务规划主要涉及两大方面,一是客户的行政划分和相关路由、VPN、拓扑设计;二是客户的重要业务,比如视频会议、语音业务、生产业务、办公业务等等。这两方面的因素是QoS方案设计的基本前提。在项目中,我们需要与客户进行充分的沟通,了解这两方面的真实要求是做好广域网QoS方案设计的前提。

QoS策略制定:在充分了解客户对广域网业务规划的前提下,确定网络中的带宽瓶颈节点,制定适合的QoS方案是达成客户对业务流量和质量保证目标的关键。在某些时候为了满足客户的整体QoS要求,也需要对网络设计作出适当的改进。

QoS部署和监管:广域网络规模大、业务种类多,QoS方案无论是部署,还是实施效果监管都是比较复杂的。通过H3C的iMC网络管理平台的QoS管理组件可以帮助客户简化QoS部署过程,提供QoS方案的准实时流量和质量监管。

1.2 广域网QoS部署准备

Figure 2 QoS部署典型架构

客户网络的行政需求

客户网络的行政需求会因行业、规模、地域、部门构成等因素有很大差异,其广域组网技术也包括纯IP技术和MPLS VPN,组网形式也多种多样,因此作为广域网带宽分配和业务质量保障的QoS方案要因势而成。针对不同网络架构和技术的广域网,均有相应的QoS设计特点,在本文的后续部分将会详细讲述。

网络业务的自然需求

Figure 3 媒体业务特征和质量要求

度量参数

高清

实时视频

监控点播

监控存储

语音

园区网分配

广域网分配

时延

150ms

150ms

1000ms

500ms

150ms

20%

80%

抖动

10ms

10ms

100ms

30ms

30ms

50%

50%

丢包

0.05%

0.10%

0.10%

3%

1%

50%

50%

净荷带宽

316M

128K4M

128K8M

128K8M

8K64K

——

——

实占带宽

4.222M

250K10M

250K11M

250K11M

24K80K

——

——

业务和网络评估:

· 媒体业务:确定客户网络中服务质量要求最高的媒体业务和相应带宽、时延、抖动和丢包要求,整体初步评估网络的可满足性。

· 网络瓶颈:根据媒体业务和容量要求,确定网络关键拥塞点。

· 准入控制:对网络拥塞点的媒体业务量进行呼叫准入控制,防止媒体业务自身拥塞。

链路和设备评估:

· 链路评估:对于低速链路如DSL/E1/Serial,不建议视频和数据业务混合转发,或者要求视频业务等优先级业务实占带宽不能超过总带宽的1/3。对于低速接口捆绑链路,不建议进行视频业务转发,尤其对高码率视频。

· 设备评估:需要重点评估QoS性能和接口Buffer,在后面会有详细介绍。

 QoS设计和计算:

· 业务识别:业务识别的原则是越早越好,以减轻网络设备业务识别负担。最好媒体终端自行标记业务,一般建议在园区网进行业务识别,广域网只需进行优先级映射并进行队列调度即可。

· 流量监管:对网络瓶颈点上游入端口进行流量限速,防止非优先级业务冲击导致的网络设备性能下降。

· 拥塞避免:根据队列内业务分类和权重进行拥塞时的丢包处理。

· 队列调度:根据业务种类和各自带宽需求进行出口带宽评估,确定业务带宽比例和优先级差别。

· 流量整形:针对视频类业务一般不推荐。对视频业务,权衡自身时延、突发流量情况和下游设备缓冲能力后,可以进行整形。


QoS的核心任务有两点:一是带宽分配,二是确定调度优先顺序。在广域网中,带宽分配大多数情况是基于客户的地域分布、网络结构和部门构成等行政因素进行划分的,而对调度顺序的决定往往是根据业务的服务质量需求进行划分的。所以,广域网QoS业务分类模型的建立必须结合这两个方面(行政属性和业务属性)。

按照广域网流量的行政属性划分,一般基于设备、端口、源和目的IP进行区分,进而实施不同的QoS带宽策略。基于行政属性划分的业务流量一般不会有优先级保证要求,而主要关注各行政单位的带宽分配。

按照广域网流量的业务属性划分,根据RFC4594标准分类,主要分为以下几类:

Figure 4 图2-1 RFC4594业务分类标准

 RC4594不仅根据业务性质和对服务质量要求的差异,对业务进行了分类,并且为了提高业务识别效率,对不同类别的业务进行了标准的分类标记。QoS设计原则上要求在最接近数据源端的设备上识别数据流并根据统一的业务模型进行标记,之后的各个节点信任数据流的标记并根据标记进行QoS处理,保证QoS服务质量。但是对于实际组网情况,一般是采取就近(网络拥塞接口前最近的设备或端口)和能够(准确区分业务)结合的原则决定在哪里进行首次业务分类和标记,这样就避免了该拥塞节点前那些设备不必要的分类和标记操作,同时保证了对于拥塞接口的流量分类的完整性和针对性。也有时候会考虑核心设备的业务分类带来的性能压力,而把业务分类放在前面一跳的设备上进行。

 根据承载链路是采用二层以太、三层IP还是MPLS链路,可以分别采用CoS、DSCP、EXP进行业务标记。由于端到端链路上有可能承载方式放生变更,比如从IP承载改为了MPLS转发,那么此时就需要在承载层发生变更的设备上使能优先级信任和映射功能,也就是说标记体系之间必须有一个完整的映射关系。这样才能避免业务多次识别,保证端到端业务服务等级的一致性。

Figure 5 业务优先级映射关系


多媒体业务的识别

广域网中语音、视频等多媒体业务的发展非常迅速,同时语音、视频等业务对于服务质量要求很高,所以对于语音、视频等多媒体业务的识别就是目前广域网中QoS部署的重点。

常见多媒体业务的识别方式可根据端口范围确定,也可根据广域网事先分配的IP地址区分(一般推荐在做IP地址规划时为语音、视频业务专门划分,从而简化后续做QoS策略时对业务的识别)。下表是华三公司常用媒体业务端口特征:

Figure 6 多媒体业务识别

控制管理业务的识别

业界常见路由协议和网管报文特征:

Figure 7 控制和管理业务识别

常见数据业务的识别

业界常见数据业务的报文特征:

Figure 8 常见数据业务识别

ACL业务识别管理

根据以上业务分类方式和常见业务端口特征,可通过广域网管理平台iMC ACL Manager进行业务流定义,并可以将ACL配置保存为模板资源,供所有设备使用。


广域网QoS队列策略

QoS队列模型的选择

RFC4594从标准理论上对业务进行了完整划分,但在项目中,客户往往不会针对每种业务分类指定调度队列,而是根据实际业务构成、端口速率和业务保证的精细度需要,将这些业务流引入到比业务分类更少的队列中做调度策略就够了。常见的业务队列构成有4类(1个优先级队列,2个带宽保证队列,1个尽力转发队列)、6类和8类队列模型。

Figure 9 业务分类和队列调度模型

 4类队列模型较为简单,主要应用在广域网低速链路或是企业网接入层

 6类队列模型较为复杂,主要应用于广域网中高速链路或是企业网汇聚层/核心层。

 8类队列模型最全面,主要应用于广域网高速链路或是企业网核心层。

在实际项目中,要根据客户对业务的分类精细化要求,同时参考以上标准的队列模型进行设计,对于大型广域网,一般建议至少采用4类队列模型,以保证语音视频类优先级业务、路由管理类协议、重要数据业务和尽力转发业务的整体QoS效果。

QoS队列参数的设计

在广域网的QoS队列设计中,除了保证语音视频等实时性较强业务的优先转发外,最为关注的是各个队列的带宽分配。带宽分配主要根据客户对业务的实际带宽需求制定,但为了达到最佳的QoS部署效果,还要遵循两个带宽分配原则和一个视频突发流量参数设计经验。这些是根据业界以及华三公司大量的项目和实验室最佳实践数据得来的经验。

QoS带宽分配原则:基于队列带宽需求进行分配,为达到整体业务最佳QoS效果,推荐遵循以下原则:

PQ<1/3总带宽原则:语音、视频等采用PQ/LLQ队列保证其优先转发的同时,却增加了数据业务的排队时延,甚至丢包。PQ所占带宽比例越大,PQ业务瞬间突发对数据业务的冲击就越大。根据H3C大量项目建设经验和实验室数据,PQ带宽设计少于总带宽的1/3是保证业务总体质量达到最佳的基本要求。

DF>1/4总带宽原则:Default Forwarding默认转发队列,就像一个公共通道,为优先级标记为0的尽力转发业务和优先级业务超出指定带宽的额外流量转发使用,预留充足的带宽能够为其他业务和应对优先级业务流量突发提供很好的保障。所以,一般推荐DF带宽不低于总带宽的1/4。

QoS队列部署和监管

在完成了对各类业务的队列模型选择和参数设计后,可以通过管理平台iMC QoS Manager进行QoS策略的部署。

Figure 10 iMC QoS管理界面

QoS

QoS策略部署:结合ACL流分类或者业务优先级,进行向导式部署,包括业务识别、流量监管、拥塞避免、队列调度和流量整形。

在iMC QoS Manager完成了队列策略部署后,还可以分别选择广域网管理平台iMC NTA和SLA组件对不同QoS队列的流量和服务质量进行监测,提供QoS策略优化参考。

 NTA监管与广域网络设备SR88、SR66和MSR路由器系列的NetStream流统计技术配合,可实现广域准实时流量监管。

 NTA可自动生成流量/应用/节点/会话四大类数十种预制报表,也可自定义报表。

借助NTA管理组件的流量监管功能,对广域网设备的流量基于业务优先级标记,或者ACL所设定的IP特征进行统计,可以实现QoS策略部署效果的监管。

 SLA质量监管:SLA监管与网络设备NQA质量分析技术配合,可实现广域网业务质量监管。

 SLA质量报表:SLA提供设备管理、服务等级定义、服务类型定义、实例管理、审计管理和报表管理等功能。

通过SLA管理组件设置检测流量的业务优先级标记,或者ACL所设定的IP特征进行统计,可以实现QoS策略质量效果的监管。

QoS路由器设备推荐

Figure 11 广域网QoS方案推荐设备


本文从QoS设计的基本流程,针对广域网进行了介绍。但是广域网千差万别,客户需求多种多样,仅仅了解QoS的基本技术还是不够的,只有通过一些实际案例才能逐步对QoS的设计有深刻体会。后续通过H3C的一些常见QoS的最佳实践,让您进一步理解QoS设计的技巧,将会发现它给客户带来的价值。

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