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摘要：多業(yè)務(wù)運(yùn)營已經(jīng)成為新時(shí)期運(yùn)營商發(fā)展的趨勢。在城域網(wǎng)領(lǐng)域，隨著業(yè)務(wù)類型的多樣化、業(yè)務(wù)流向/流量不確定性的增加，如何有效地標(biāo)識(shí)用戶/業(yè)務(wù)、提供完善的QoS機(jī)制成為多業(yè)務(wù)發(fā)展的關(guān)鍵。針對(duì)城域網(wǎng)現(xiàn)存的問題，電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)通過多種增強(qiáng)技術(shù)（如ERP、QinQ、QoS、電信級(jí)網(wǎng)管等）為城域網(wǎng)提供完備的QoS機(jī)制和電信級(jí)性能。
本文從多業(yè)務(wù)運(yùn)營的需求出發(fā)，分析現(xiàn)網(wǎng)存在的問題和解決方式，剖析電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)在滿足城域網(wǎng)優(yōu)化（特別是QoS提供）方面的特點(diǎn)，并最后對(duì)其發(fā)展趨勢作出判斷。
為什么需要多業(yè)務(wù)運(yùn)營？
多業(yè)務(wù)運(yùn)營、綜合信息服務(wù)提供已然成為新時(shí)代運(yùn)營商發(fā)展的新方向。提出這樣的策略，主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)業(yè)務(wù)的用戶新增量、每用戶收入的持續(xù)下降（如下圖1、2所示）導(dǎo)致收入增長乏力，運(yùn)營商必須尋找新的業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)運(yùn)營思路來刺激收入的增長；
寬帶數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)發(fā)展的一枝獨(dú)秀，讓固網(wǎng)運(yùn)營商仍然維持收入的增長。但數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入的增長率遠(yuǎn)低于網(wǎng)絡(luò)帶寬的增加率，使得運(yùn)營商開始考慮脫離類似批發(fā)性質(zhì)的管道提供商角色，努力向產(chǎn)業(yè)的上游延伸，挖掘基于寬帶的業(yè)務(wù)收益。而且據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，多業(yè)務(wù)捆綁的提供可以有效增進(jìn)用戶忠誠度和傾向性。如何基于寬帶提供多業(yè)務(wù)成為運(yùn)營商進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。
從用戶的角度看，單純的語音通信、被動(dòng)的電視觀看、雷同的網(wǎng)站瀏覽已經(jīng)顯得單調(diào)乏味，多樣化、互動(dòng)化、多媒體化的新業(yè)務(wù)（如彩鈴、流媒體、互動(dòng)電視、視頻通信）才是大勢所趨。下圖列舉了用戶業(yè)務(wù)需求的范例：
圖3：多姿多彩的用戶業(yè)務(wù)需求
另一方面基于IP網(wǎng)承載全業(yè)務(wù)（語音、視頻、數(shù)據(jù)，NGN、IPTV、3G）的思路已然被固網(wǎng)及移動(dòng)運(yùn)營商所接受，并且已經(jīng)積極地進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。綜上所述，基于寬帶網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)運(yùn)營從營收壓力、用戶需求以及未來發(fā)展等多角度考慮有其必然性。
如何支持寬帶多業(yè)務(wù)運(yùn)營？
從圖3可以看出，基于IP寬帶網(wǎng)絡(luò)可以提供給用戶的業(yè)務(wù)種類非常多。在承載業(yè)務(wù)時(shí)，由于不同業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)特性的不同，對(duì)帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)條件的要求也就大相徑庭。同時(shí)對(duì)用戶類型的細(xì)分，更是提出了對(duì)不同用戶的不同業(yè)務(wù)進(jìn)行區(qū)分服務(wù)的要求。當(dāng)前的IP承載網(wǎng)（特別是城域網(wǎng)）基本上是為網(wǎng)頁瀏覽、E-mail、FTP等傳統(tǒng)非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的，只能提供“一勺燴”的Best Effort服務(wù)，對(duì)所有的業(yè)務(wù)流均是一視同仁進(jìn)行先來先處理，對(duì)數(shù)據(jù)包的傳遞可靠性、延遲等不能提供有效保證。因而運(yùn)營商只能根據(jù)接入帶寬進(jìn)行收費(fèi)，無法通過差異化服務(wù)來獲取更多收益。
因此區(qū)分對(duì)待、按需服務(wù)成為寬帶網(wǎng)絡(luò)支持多業(yè)務(wù)運(yùn)營的關(guān)鍵。這涉及到對(duì)用戶/業(yè)務(wù)的標(biāo)識(shí)、不同優(yōu)先級(jí)的賦予、流量的控制與調(diào)度、擁塞時(shí)候的有效處理，也就是需要完善的QoS機(jī)制。
完善的QoS機(jī)制不是某一種技術(shù)，而是一個(gè)策略處理體系，需要多個(gè)方面的控制以及各方面的協(xié)同工作，要素列舉如下：
*網(wǎng)絡(luò)層次架構(gòu)優(yōu)化
*用戶/業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)、分類
*流量策略、整形
*擁塞避免機(jī)制
*多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列及調(diào)度
1). 網(wǎng)絡(luò)層次架構(gòu)優(yōu)化
在寬帶網(wǎng)實(shí)施QoS機(jī)制之前首先要保證網(wǎng)絡(luò)層次的清晰化、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可靠性：網(wǎng)絡(luò)層次不清晰，會(huì)造成用戶/業(yè)務(wù)劃分的紊亂、帶寬/流量分配的不合理；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不可靠，會(huì)導(dǎo)致收斂時(shí)間過長（如秒級(jí)），無法達(dá)到QoS的基本要求，從而無法基于這樣的網(wǎng)絡(luò)提供有保證的服務(wù)。對(duì)于這兩個(gè)前提，網(wǎng)絡(luò)層次清晰化可以通過網(wǎng)絡(luò)疏清和良好規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可靠性則可以通過部署快速收斂技術(shù)來保證。
2). 用戶/業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)、分類
分類是通過數(shù)據(jù)包的某個(gè)頭域或?qū)傩詠順?biāo)識(shí)不同的用戶/業(yè)務(wù)流量，從而在后續(xù)的處理當(dāng)中根據(jù)不同的類別進(jìn)行相應(yīng)的策略操作（如標(biāo)記、排隊(duì)、整形等）。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的分類器將入流量整理區(qū)分成多種不同的流量類型（traffic class）。分類器的分類依據(jù)越靈活、分類粒度越細(xì)，則后續(xù)可進(jìn)行的策略和處理則越全面。
3). 流量策略、整形
在對(duì)用戶/業(yè)務(wù)流量進(jìn)行分類后，則可以對(duì)每一種流量進(jìn)行策略定義，也就是實(shí)施預(yù)定義的SLA標(biāo)準(zhǔn)，限制某些流量的速率。典型的SLA標(biāo)準(zhǔn)包括兩類內(nèi)容：帶寬指標(biāo)（如CIR/EIR/CBS/EBS）和業(yè)務(wù)性能指標(biāo)（時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率）。不同的業(yè)務(wù)要求不同的SLA，例如流媒體業(yè)務(wù)要求低時(shí)延、低抖動(dòng)、高帶寬，而互聯(lián)網(wǎng)訪問業(yè)務(wù)要求保證的帶寬，對(duì)時(shí)延和抖動(dòng)的要求則沒有那么嚴(yán)格。用戶可以選擇和使用低檔的SLA來傳輸視頻業(yè)務(wù)，只是這時(shí)業(yè)務(wù)的體驗(yàn)/質(zhì)量無法得到嚴(yán)格的保障。
4). 擁塞避免機(jī)制
擁塞避免機(jī)制是用來保證高優(yōu)先級(jí)流量可以在網(wǎng)絡(luò)擁堵時(shí)仍然正常通過。與在擁塞出現(xiàn)后才進(jìn)行相應(yīng)處理的擁塞管理技術(shù)（即排隊(duì)技術(shù)）不同，擁塞避免機(jī)制主要是通過檢測網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)荷，如果擁塞開始增加，將隨機(jī)地丟棄數(shù)據(jù)包，從而促使信息源發(fā)現(xiàn)流量丟失繼而降低其傳輸速率。擁塞避免的主要算法包括RED和WRED，后者是前者的擴(kuò)展，增加了對(duì)流量的權(quán)重識(shí)別（先拋棄權(quán)重低的數(shù)據(jù)包）。
5). 多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列及調(diào)度
QoS機(jī)制中的關(guān)鍵是提供多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，所有用戶/業(yè)務(wù)流量按類型被分配到各個(gè)隊(duì)列中等候轉(zhuǎn)發(fā)。繼而調(diào)度器/調(diào)度算法根據(jù)出端口的可用帶寬，從隊(duì)列中抽取相應(yīng)優(yōu)先級(jí)別的數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的合理劃分、調(diào)度算法的選擇對(duì)QoS的準(zhǔn)確性起到極其重要的作用。常用的排隊(duì)、調(diào)度算法包括FIFO、SP（嚴(yán)格優(yōu)先級(jí)）、CQ（定制排隊(duì)）、WFQ（加權(quán)公平隊(duì)列）。對(duì)于多業(yè)務(wù)運(yùn)營的環(huán)境，任何一種單一算法都無法很好地實(shí)現(xiàn)調(diào)度的公平性和有效性，所以常常采用多種算法結(jié)合的方式來體現(xiàn)隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)程度。
QoS的實(shí)施涉及全網(wǎng)的部署支持，從網(wǎng)絡(luò)層面看，劃分為全國骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)（城域骨干網(wǎng)、城域接入網(wǎng)）等3個(gè)層面。在國干層面，由于節(jié)點(diǎn)少、流量大、性能要求高，運(yùn)營商均部署了高端路由器，通過MPLS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)QoS保障，可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)多業(yè)務(wù)的承載。
在城域骨干層面，運(yùn)營商傾向于建造以BRAS、業(yè)務(wù)路由器及核心路由器組成的路由網(wǎng)絡(luò)，主要解決高帶寬、大容量、業(yè)務(wù)集中控制等需求。該層次設(shè)備采用MPLS、層次化QoS等技術(shù)支持多業(yè)務(wù)承載。
城域網(wǎng)的QoS實(shí)現(xiàn)和規(guī)模優(yōu)化改造集中于城域接入網(wǎng)部分。這個(gè)層面的設(shè)備在建造之時(shí)主要是為傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)（如WWW、FTP、EMAIL等）而設(shè)計(jì)，沒有考慮如QoS、組播以及各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（NGN、IPTV、3G）承載等問題，而且相關(guān)設(shè)備品牌/種類繁多、魚龍混雜，成為多業(yè)務(wù)承載、QoS實(shí)施的瓶頸。
城域接入網(wǎng)現(xiàn)存的問題主要包括：
· 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可靠性低：
*采用星型結(jié)構(gòu)，存在多級(jí)級(jí)聯(lián)以及單鏈路、單節(jié)點(diǎn)故障點(diǎn)。
*采用STP/RSTP支持雙歸屬，收斂時(shí)間較長（秒級(jí)）；
*二三層設(shè)備混雜，功能性能不一；
·不具備QoS能力，無法區(qū)分業(yè)務(wù)及提供SLA；
· VLAN數(shù)量有限，無法支持用戶標(biāo)識(shí)唯一性；
·可管理性較差，無法進(jìn)行嚴(yán)格的流量和業(yè)務(wù)控制。
對(duì)于城域網(wǎng)存在的問題，可以通過清晰的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化技術(shù)改造來解決。當(dāng)前在城域網(wǎng)優(yōu)化方面的技術(shù)主要分為兩類：電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)（如ERP、RPR）、城域光網(wǎng)（如MSTP、WDM）技術(shù)。前者沿繼以太網(wǎng)應(yīng)用廣泛和成本低廉的優(yōu)勢，通過改進(jìn)和增強(qiáng)以太網(wǎng)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)多業(yè)務(wù)、QoS的完善支持；后者通過光網(wǎng)技術(shù)向城域的擴(kuò)展來支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。兩者均采用環(huán)形結(jié)構(gòu)和等級(jí)QoS機(jī)制支持多業(yè)務(wù)承載，但后者的問題是價(jià)格昂貴，在原本規(guī)模龐大、投資巨額的城域接入網(wǎng)層面難以廣泛適用。
表1：城域網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)對(duì)比矩陣
電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)，完備城域交換QoS能力
以太網(wǎng)技術(shù)以其廉價(jià)、簡單、快速、擴(kuò)展性好等特點(diǎn)占據(jù)著大部分企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和部分城域網(wǎng)絡(luò)市場。但傳統(tǒng)的以太網(wǎng)技術(shù)在支撐多業(yè)務(wù)運(yùn)營及電信級(jí)性能方面存在著不少缺陷，如缺乏可靠的QoS機(jī)制、快速故障恢復(fù)能力、安全機(jī)制、OAM能力等。
電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)如其所名，繼承以太網(wǎng)技術(shù)成本低、操作簡單、互通性好等優(yōu)點(diǎn)，并且通過系列新型技術(shù)為以太網(wǎng)設(shè)備添加電信級(jí)性能：
通過ERP（以太環(huán)保護(hù)）技術(shù)實(shí)現(xiàn)小于50ms的保護(hù)倒換時(shí)間；
*通過QinQ及其增強(qiáng)技術(shù)提供對(duì)用戶/業(yè)務(wù)的唯一標(biāo)識(shí)；
*通過系列整合技術(shù)提供完善的QoS機(jī)制；
*接入網(wǎng)二層化、扁平化，提供匯聚環(huán)、接入環(huán)雙環(huán)層保護(hù)；
*增強(qiáng)對(duì)接入網(wǎng)安全及組播業(yè)務(wù)的支持。
在QoS方面，電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)集成了各種優(yōu)化技術(shù)，組合成為一套完善的QoS體系：
靈活的業(yè)務(wù)分類
用戶/業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包包含多個(gè)屬性域，電信級(jí)以太網(wǎng)交換設(shè)備可以根據(jù)各屬性域?qū)I(yè)務(wù)流量進(jìn)行分類，例如入端口、VLAN標(biāo)識(shí)、源/目的MAC地址或類型、802.1p比特位、TOS/DSCP比特位、IP源/目的地址/子網(wǎng)等，運(yùn)營商可以根據(jù)自定義或統(tǒng)一規(guī)劃的分類規(guī)則進(jìn)行流量區(qū)分操作，進(jìn)而對(duì)各個(gè)流量標(biāo)記不同的流量管理參數(shù)（如策略參數(shù)、TC-流量類型等）。
流量策略及整形
在入口處，對(duì)于每一種流量，可以配置不同的流量參數(shù)（CIR-承諾信息速率；EIR-超出信息速率；PIR-峰值信息速率），基于上述參數(shù)進(jìn)行雙漏桶/三色（MEF建議）算法處理（即保證CIR的帶寬提供，對(duì)于超出PIR的數(shù)據(jù)包進(jìn)行拋棄操作），從而規(guī)范和滿足流量的帶寬消耗。
在出口處的整形操作包括：速率限制（丟棄超出PIR的包）和平緩整形（通過緩存轉(zhuǎn)發(fā)來平滑流量，防止阻塞）。
合理的擁塞避免
電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)中引入WRED算法。該算法的特點(diǎn)是：擴(kuò)展RED以區(qū)分不同的流量，對(duì)每個(gè)流量分配相應(yīng)的權(quán)重；在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷增加并且可能導(dǎo)致?lián)砣麜r(shí)隨機(jī)丟棄數(shù)據(jù)包；根據(jù)丟棄系數(shù)，先丟棄優(yōu)先級(jí)低（丟棄系數(shù)高）的數(shù)據(jù)包；新到的數(shù)據(jù)包丟棄系數(shù)高。從而有效地控制和避免網(wǎng)絡(luò)擁塞情況的出現(xiàn)，減少網(wǎng)絡(luò)擁塞對(duì)優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)流量的影響。
多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列及組合調(diào)度
隨著帶寬的增加、承載業(yè)務(wù)類型的增多，在城域網(wǎng)上跑的業(yè)務(wù)會(huì)越來越多（目前有WWW、FTP、EMAIL、流媒體播放和下載，可預(yù)見的有DTV、VOD、NGN語音及視頻業(yè)務(wù)、3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等）。兩、三個(gè)優(yōu)先級(jí)別和簡單的調(diào)度算法勢必?zé)o法滿足今后幾年網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
在電信級(jí)以太網(wǎng)交換設(shè)備中，每個(gè)端口均擁有多個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列（7~11個(gè)），并且根據(jù)單播、組播業(yè)務(wù)的區(qū)別提供單播優(yōu)先級(jí)隊(duì)列和組播優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。每個(gè)隊(duì)列對(duì)應(yīng)不同的流量類型，例如GBW-EF（確保帶寬的快速轉(zhuǎn)發(fā)）、GBW-AF（確保帶寬的有保證轉(zhuǎn)發(fā)）、DS-EF（普通快速轉(zhuǎn)發(fā)）、DS-AF（普通有保證轉(zhuǎn)發(fā)）、BE（盡力而為轉(zhuǎn)發(fā)）等。而且每個(gè)隊(duì)列擁有自己的帶寬配置，以確認(rèn)對(duì)該隊(duì)列業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)的最大帶寬。
在隊(duì)列調(diào)度方面，電信級(jí)以太網(wǎng)設(shè)備結(jié)合了SP（嚴(yán)格優(yōu)先級(jí)隊(duì)列）和WFQ（加權(quán)公平隊(duì)列）兩類算法的優(yōu)勢，對(duì)于最高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列，采用嚴(yán)格優(yōu)先級(jí)算法，不受其他流量的影響，享受綠色通道；對(duì)于中低等優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列，通過加權(quán)輪循調(diào)度，以確保高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列享受的待遇高于低優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列。同時(shí)通過限制嚴(yán)格優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的帶寬以避免嚴(yán)格優(yōu)先級(jí)隊(duì)列占用帶寬導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列吊死的現(xiàn)象。
雖然為了實(shí)現(xiàn)差分服務(wù)和多業(yè)務(wù)承載，電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)增加了不少復(fù)雜的處理機(jī)制，但通過軟硬件部件的緊密配合和算法的優(yōu)化，可以做到保證設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的線速并且CPU負(fù)荷不受影響。而且相對(duì)其他城域網(wǎng)技術(shù)（如RPR、MSTP、WDM等）需要增加專有硬件或特殊封裝層面來說，電信級(jí)以太網(wǎng)這種軟件機(jī)制方面的優(yōu)化從成本和清晰度來言均有明顯的優(yōu)勢。
總結(jié)
利用IP寬帶網(wǎng)絡(luò)承載多業(yè)務(wù)已經(jīng)成為運(yùn)營商未來全業(yè)務(wù)經(jīng)營發(fā)展的趨勢�，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)（特別是城域網(wǎng)）在業(yè)務(wù)差分服務(wù)以及電信級(jí)性能方面存在缺陷，因而對(duì)多業(yè)務(wù)運(yùn)營支撐的關(guān)鍵是通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造部署完善的QoS機(jī)制和其他相關(guān)能力。電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)通過靈活業(yè)務(wù)分類、流量策略整形、合理擁塞避免、多優(yōu)先級(jí)隊(duì)列及組合調(diào)度為城域網(wǎng)提供完備的QoS能力，并且保留價(jià)格低、維護(hù)簡單、擴(kuò)展靈活等以太網(wǎng)傳統(tǒng)優(yōu)勢。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和IP/以太網(wǎng)業(yè)務(wù)量的日益增加并成為主導(dǎo)，電信級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)將成為多業(yè)務(wù)運(yùn)營、城域網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要解決方案
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作者：劉志治 來源：泰爾網(wǎng)
