以太网中DS域及PHB映射

目录

“DS域”解释

区分服务模型体系结构

DiffServ 的基本思想

DS域的边缘节点及内部节点

PHB映射

EF PHB(Expedited Forwarding PHB,迅速转发)

AF PHB(Assured Forwarding PHB,确保转发)

BE PHB(Best Forwarding PHB,尽力而为)

DS域的作用范围

VLAN-DS域(VLAN Priority)

IP-DS域(IP DSCP)

MPLS TS-DS域(MPLS EXP)

参考文献


“DS域”解释

        DS域:DiffServ域,由一组提供相同服务策略,实现相同PHB(Per-Hop Behavior),PHB是DS节点作用于数据流的行为,的网络结点(DS节点)组成。

        DiffServ作为一种实现端到端的Qos控制模型,具有实现简单,易于扩展的特点。

区分服务模型体系结构

        将“DS域”拆开来看,“DS”是DiffServ的缩写,指的是区分服务模型。(Diffserv)区分服务模型,是一种数据流的区分服务方式,是在InterServ模型(集成服务模型)的基础上优化和加强的一个新模型,是为了解决IntServ的扩展性差的问题而提出的一种新的解决方案。Diffserv模型的主要任务是将模型中的数据流区分成许多种不同的服务类,方便进行区别处理。

        “域”的意思是承接借VLAN域中域的概念,指DS模型所控的一个范围。因为现有的网络规模由于太大且还在不断的延申和扩展,如果是在整个网络上建立DS模型,显然是不切实际的,故将网络划分成一个个的域,并在每个域中建立DS模型(即DS域),实现每一个DS域在一个管理实体的控制管理下实现同样的区分服务策略。

        每一个路由器在DS域内又被划分为边界路由器(External Router)及内部路由器(Interior Router)两种,区分服务功能是在边界路由器(ER)上实现的,IR直接按照不同的优先级进行转发操作,从而简化了DS域内内部路由器的转发机制,提高的转发速度(DS域存在的目的就是通过在ER进行一系列的处理,让IR的工作尽可能的简单和高效)。

        如下图所示,计算机发出流量信息,通过ER进入DS域当中,在ER将其流量的本身携带的优先级映射成DS域内部使用的优先级,再转发至DS域内部的CR中,根据这个DS域内部的优先级进行继续转发和相关处理;在出DS域时,仍旧要过ER,在这个过程中,将DS域内部标记的优先级映射为报文携带的优先级,转发出DS域。

区分服务名的体系架构 

DiffServ 的基本思想

        DiffServ 的基本思想是用户发送的数据包进入 DS 域后,边界路由处按照服务质量要求来划分成不同的服务优先级并聚合成相应的流,并在其相应的位置加以标记,用于指示数据包在核心路由器上被转发的方式,具体实现技术包括分类、标记、整形、速率限制、队列调度、拥塞避免等;在 DS 域内的核心路由器(IR)仅保留着简单的报文优先级值与 PHB 的对应机制,根据数据包头部的报文优先级值进行相应的优先级转发,而业务数据流的状态信息保存与流量控制机制的实现等都在网络边界的路由器(ER)进行,且内部路由器是与状态无关的。DiffServ 只承诺相对的服务质量保证,而不对任何用户承诺具体的服务质量指标。

DS域的边缘节点及内部节点

        DS域模型中的节点分为DS节点(DS域边缘节点和DS域内部节点)。

        DS域边缘节点:对应于上面描述的边界路由器(External Router)

        DS域内部节点:对应于上面描述的内部路由器(Interior Router)

        DS域边缘节点需要对进入DS域内的流量进行分类,对不同类型的业务流量标记不同的PHB服务等级。内部DS节点则基于PHB服务等级进行流量控制。

        PTN设备作为DS域中的节点(PTN设备可以简化理解为一个路由器),应支持如流分类、CAR控制、拥塞管理、队列调度等技术实现端到端的Qos控制。

PHB映射

        PHB映射的作用是什么?

        PHB 描述了 DS 域内网络中核心路由器(IR)对具有相同标识的数据包采用的外部可见的转发行为,它可以用一些聚合流的性能参数(包括时延、时延抖动和丢包率等)来进行描述 。 

        DiffServ 中 PHB 仅是外特性的描述,主要包括 EF PHB,AF PHB,BE PHB,而不涉及具体的实现机制。

        PHB(Per-Hop Behavior,逐级跳转):每一个PHB对应一种转发方式或Qos要求。区分服务模型通过在ER上,对报文的二层以太头中的优先级字段进行设置,将数据包分为不同类型的数据包,当这些数据包在IR转发时,客园向IR表明自己的身份,从而得到不同的处理。以下是三种常见的三种服务类型:

EF PHB(Expedited Forwarding PHB,迅速转发)

        EF PHB(Expedited Forwarding PHB,迅速转发),优先级最高,主要用优先级别较高的业务。这一类业务对网络的延时,时延抖动及丢包都很敏感。转发这类业务需要相对稳定的速率,即在路由器中获得最优先处理的待遇。

        并且,EF PHB的流量不受其它 PHB 流量的影响,能确保包的离开速率高于规定的值,由于它指明了一个数据包通过一个网络的速率须不能小于某个数值大小,所以可以用来保证一个低时延、低时延抖动、低丢包率和确保带宽的端到端的带宽服务。

        EF PHB 转发只是提供对已接受的固定流量以及对流进行最小程度的排队,并且在边缘的路由器丢掉任何超过 EF 指定数量的流,因而比较适用于多媒体业务。

AF PHB(Assured Forwarding PHB,确保转发)

        AF PHB(Assured Forwarding PHB,确保转发),优先级次之,适用于优先级适中的业务,这一类业务可以在允许的贷款内提供有保证的服务质量,但如果超出了一定的限制,便会对此类业务的数据执行丢弃。

        AF 为数据包提供不同级别的转发特征,为每个有三个丢弃优先级的四个优先级数据包设置最低数量的缓存空间和带宽,当网络发生网络拥塞时,按照丢弃优先级优先级丢弃数据包,以确保速率的保证,同时在一定的程度上也可以保证部分数据包得到最低限量的带宽资源,以满足于用户的可靠性网络传输要求,提供一定的端到端到的服务质量保证。

BE PHB(Best Forwarding PHB,尽力而为)

        BE PHB(Best Forwarding PHB,尽力而为),优先级最低,属于传统的IP网络的业务,只需要尽力而为的服务(能传就传,不能传就丢,一有问题,最先丢它),适用于对于时延,时延抖动及丢包并不敏感的业务。

        应用于一般的业务数据流,数据包头部 DSCP值为 0,即 DSCP 字段的值为“000000”,具有这个值的数据包具有最低的优先级,网络对其仅是提供尽最大努力的服务,现今网络所提供的主要服务模式便是尽力而为的服务 。

DS域的作用范围

目前城域网络架构按层次化划分,可以分为接入层,汇聚层,核心层,

整个网络使用一套Qos服务体系,但是,是分别于不同的网络层次中去部署的,不同的网络层次使用不同的Qos优先级标记,这里有三种不同的情况:

VLAN-DS域(VLAN Priority)

接入层设备接口数据封装格式如下:A用于IPoE,B用于PPPoE,C用于纯以太网业务。

 PS:一直以来区分不清楚网络层次化结构和OSI模型分层以及报文帧之间的区别和联系,目前而言,他们之间的关系是这样的,网络的层次化结构(接入,汇聚,核心)是在搭建网络架构时按逻辑划分的,而OSI模型中的区分是从网络数据传输实现上划分的,报文帧结构是在OSI模型的分层基础上划分不同封装方式构成的帧,如上的A,B,C的列举,三种是三种帧封装方式吧,其每层对应的协议如图所示,这三种封装方式并没有必然的和网络层次化结构有什么联系,接入层可以用,核心层也可以用,具体的看搭建网络的实际需要。

流分类实现从外部优先级到内部优先级从内部优先级到外部优先级的映射。

Step1:首先根据VLAN报文的802.1P值对报文进行分类,形成VLAN网络不同优先级的报文。

Step2:再进行PHB映射,将报文本身的优先级映射成EF,AF,BF不同的DS域内部的PHB

Step3:在DS域中定义接入层设备的流量策略,并在接口上通过命令与DS域(或802.1p)绑定,就可以实现网络流控制功能。

一句话总结,VLAN-DS域,是将二层VLAN报文中的802.1p协议帧中的优先级字段映射成为DS域内部的PHB结果,再在DS域内进行流控操作,等报文从DS域内转出时,再把PHB的优先级映射回去。

IP-DS域(IP DSCP)

基于网络的层次结构划分IP-DS域i,通常IP-DS域内的设备有三层交换机、路由器,接口的数据为不含VLAN的IP报文(三层协议数据包)。

这个层次往往处于网络的汇聚层或是核心层,这要看网络的规模和设计者对网络的规划而定,接入层设备给用户数据打上的VLAN标记会在DS域边缘被去掉,在DS域内只有三层交换和路由来识别报文的去向,而不会通过VLAN标记划分类别(即没有二层的什么事儿了)。有时候,网络也许只有VLAN域和IP-DS域两个层次,或者有必要时才设置更高层次的MPLS域,主要是利用MPLS转发的高性能,也有可能网络中没有IP-DS域所需要的层次,因为只设置了VLAN域,上层就直接由MPLS域领导数据的传输了。不管IP-DS域处于网络的什么层次或是没有,这都不影响接下来的设计。

分类标记,将VLAN域内的流标记通过相应的规则直接映射到DSCP的相应数据位。

MPLS TS-DS域(MPLS EXP)

还没弄懂,先保留,见谅!

参考文献

[1] IP网络流量工程和服务质量控制研究与设计

[2] 基于区分服务的队列调度技术研究

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