以太网业务的带宽轮廓

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    作者：毕立波  葛坚

    以太网技术自发明以来，取得了前所未有的成功。

    现在有成千上万的用户在使用以太网业务，而且这个数字还在快速的增长。以太网最初是用来提供网络连接而不是用来提供业务的。随着城域以太网业务的提出，业务供应商开始采用这种以太网“连通性”技术来提供以太网“业务”。因为IEEE802．3以太网协议还在继续使用，因此为了生成一个以太网业务，需要加上和业务有关的属性以及参数，本文将重点讲述一下以太网业务属性中的带宽轮廓属性。

    带宽轮廓使得用户可以按需购买带宽，而业务供应商则可以根据带宽的使用情况来收费并且为在带宽轮廓内的业务帧提供性能保证并且根据带宽轮廓来更加有效地规划网络资源。通过带宽轮廓，业务供应商在每个用户网络接口(UNI)上可以提供多种业务同时每种业务都具有它们自己的带宽轮廓。和基于时分多路复用(TDM)的业务相比，这种灵活性为业务供应商带来了更高的利润，同时降低了运营成本而且提供给用户的是性价比更好的业务。

    一、带宽轮廓参数

    城域以太网论坛(MEF)定义的带宽轮廓参数包括：承诺信息速率(CIR)、承诺突发量(CBS)、极端信息速率(EIR)、极端突发量(EBS)、颜色模式(CM)、耦合标志(CF）。

    从用户的角度，带宽轮廓定义了在UNI允许进入供应商网络的满足“承诺信息速率(CIR)”以及“超额信息速率(EIR)”的以太网业务帧。允许没有超过“承诺”信息速率的业务帧进入供应商网络并且根据业务性能指标进行传递，例如时延、丢失率以及可用性等。这些业务帧属于“轮廓内”或者和带宽轮廓“一致的”业务帧；到达时高于CIR但是没有超出EIR的业务帧也允许进入网络，但是它们没有任何性能保证，这些业务帧属于“轮廓外”或者和带宽轮廓“不一致的”业务帧。

    1．CIR和GBS

    CIR是业务帧根据业务性能进行传递的平均速率，CIR必须大于等于0。把和CIR一致的业务帧标记为绿色。平均速率超过CIR的业务帧与CIR不一致，可以把它们标记为黄色(如果EIR非0)，也可以丢弃(如果EIR等于O)。CIR为0意味着业务供应商没有提供带宽或者没有为传递用户业务帧提供性能保证。这就是通常所说的“尽力而为”业务，此时所有的业务帧都被标记为黄色。非O的CIR可以定义为小于或者等于UNI速率。如果在UNI上应用多个带宽轮廓，那么每个带宽轮廓的CIR值的总和必须小于或者等于UNI速率。

    CBS是和CIR一致的业务帧的最大字节数。CBS的值和应用的类型或者业务支持的的流量有关系。例如，对于一个支持具有突发性的基于TCP的数据应用来讲，CBS会远远大于支持速率比较恒定的基于用户数据报协议(UDP)的应用的业务，例如VoIP。

    2．EIR和EBS

    EIR定义了大于等于CIR的可以进入供应商网络的业务帧。注意这些业务帧和CIR不一致因此它会没有任何性能保证地进行传递。EBS是指和EIR一致的业务帧最大的字节数。和EIR一致的业务帧被标记为黄色。平均速率大于EIR的业务帧属于和EIR不一致的业务帧，会被丢弃。可以把EIR设置为低于或者等于UNI速率。非0的EIR必须高于CIR。

    3．CM

    CM是颜色模式参数说明了UNI是否支持颜色。MEF定义了“ColorBlindUNI和ColorAware U NI”两种模式。关于这两种模式我们将在下一节“带宽轮廓的速率执行”中进行详细的讲述。

    4．CF

    耦合标志(CF)的值为0或者1。CF值的选择会影响到进入网络的黄色业务帧的数量。CF为O，允许进入网络的黄色业务帧的长期平均比特率受到EIR的限制，CF为1，允许进入供应商网络的黄色业务帧的长期平均比特率受到CIR+EIR的限制。在这两种情况下，允许进入供应商网络的黄色业务帧的突发尺寸受到EBS的限制。

    二、带宽轮廓速率执行

    1．带宽轮廓算法

    从执行的观点来看，通过一种算法来强制执行带宽轮廓速率，通常这种算法是通过令牌桶算法来执行的(tokenbucket)。MEF定义了一种2个速率，3种颜色标记的带宽轮廓算法，这个算法可以通过2个令牌桶来执行，如图1所示。一个桶，就是“承诺的”或者“C”桶。

    图1  带宽轮廓算法

    用来决定与CIR一致的、轮廓内的业务帧，另外一个桶，就是“超额的”或者“E”桶。开始的时候，每个令牌桶都装满了令牌。当业务帧进入供应商的网络的时候，该算法根据从业务帧接收到的字节数来减少C桶(绿色令牌)中的令牌数量。如果绿色令牌存在剩余，那么业务帧与CIR一致，于是将业务帧标记为绿色并且允许进入供应商的网络。

    绿色令牌用完后检查E桶，看看E桶中的令牌(黄色令牌)是否还有剩余。如果还有黄色令牌可用，那么将业务帧标记为黄色并且允许进入供应商的网络。如果没有黄色令牌可用，那么将业务帧标记为红色，并且丢弃。

    MEF还为该算法定义了一个附加的、可选的能力，就是说，在检查EIR一致性的时候，可以把C桶中未用的绿色令牌加到E桶中。当这个能力可用，而且UNI运行在Color-aware模式的情况下，就会有更多的业务帧进入到业务供应商的网络中。

    2．ColorBindandColor Aware UNI

    在ColorBlindUNI中，该算法会忽略任何用户可能已经在他们的业务帧中标记的颜色指示。例如，用户帧可能会通过IEEE802．1Q标记中的用户优先级比特(802．1p)来标记用户帧。在MEF中是指CE—VLANCoS比特。

    在ColorAwareUNI中，该算法会利用用户在他们的业务帧上标记的颜色来决定对业务帧进行的操作。例如，企业网会利用IP的DiffServ结构在他们的网络中提供QoS。通过差分服务代码点(DSCP)对他们的IP包进行标记来指示包的颜色和业务类别(CoS)。CE设备将DSCP指示的颜色和CoS映射为业务帧的CE-VLANCoS(802．1p)值然后传递到供应商的网络，在供应商的网络中，根据网络情况，会对不同的业务帧进行不同的处理，如在遇到网络拥塞的时候，优先丢弃黄色的业务帧。该算法根据这些预先标记的颜色信息来决定速率执行的决定。

    例如，假设根据已经被映射为CE-VLANCoS的黄色的DSCP值，一个业务帧已经被用户的CE设备标记为黄色。该算法就会旁路掉C桶，根据E桶来检查这个业务帧的一致性。在ColorBlindUNI中，如果没有黄色的桶可用，那么这些业务帧就会被声明为红色然后丢弃。如果有黄色的桶可用，在Color Blind UNI情况下，这些业务帧就会允许进入供应商的网络。

    三、带宽轮廓业务属性

    MEF定义的带宽轮廓业务属性主要有三个方面，每个带宽轮廓可以表示为。

    1．每个入口UNI的入口带宽轮廓

    在这种模式下，必须给UNI处所有的入业务帧应用一种带宽轮廓。图2给出了每个入口UNI的入口带宽轮廓的一个图例。当UNl只支持一种业务的时候，这个带宽轮廓比较有用。如果认为UNI是个管子，那么就可以把这个带宽轮廓看作是UNI管子的直径。通过改变CIR和EIR参数，就可以调节UNI管子的直径。

    图2  每个入口UNI的人口带宽轮廓

    为了更进一步地理解这种带宽轮廓的含义，我们来看两个CIR和EIR值比较极端的例子。假设CIR=UNI的速率，那么所有业务帧都是轮廓内(绿色)的。这个配置和一个带宽等于UNI速率的专线业务相似。如果CIR=0，那么所有业务帧都是轮廓外的。在这种情况下，EIR的值就变得非常重要。如果EIR小于等于UNI速率，那么所有和EIR一致的业务帧都标记为黄色并且可以进入供应商网络，此时的网络所提供的就是“尽力而为”的业务，网络并不会为用户的业务帧提供任何的性能保证。所有的和EIR不一致的业务帧(如果EIR

    2．每个EVC的入口带宽轮廓

    每个EVC的入口带宽轮廓为所有进入和一条特定的EVC相关联的UNI的业务帧提供了速率强制的功能，如图3所示。这为UNI处的每个EVC提供了更细致的带宽管理。

    图3  每个EVC的入口带宽轮廓

    当UNl支持多种业务的时候，这个带宽轮廓比较有用。如果认为EVC是较大的UNI管子中的小管子，可以认为这种带宽轮廓就是每个EVC管子的打开的直径。通过CIR和EIR的变化，可以调整EVC管子的直径。

    下面给处了EVC的一个例子，该EVC用于具有不同的CIR和EIR值的两个不同的业务。假设EVCl在两个企业站点之间提供E-Line(VPN业务)，EVC2为一个ISP的Internet接入提供E-Line业务。在这个例子中，UNI的速率为100Mbit/s，EVCl的CIR=10Mbit/s，EIR=100Mbit/s；EVC2的CIR=40Mbit/s，EIR：100 Mbit/s。通过EVCl构建的E-Line业务和一个虚拟专线业务相似，允许的突发速率可以达到UNI的速率，所有≤10 Mbit/s的业务帧作为轮廓内(绿色)的业务帧都允许进入MEN中。通过EVC2构建的E-Line业务用于Internet接入并且允许突发到UNI的速率，同时所有的≤40 Mbit／s的业务帧都作为轮廓内(绿色)的业务帧允许进入到MEN中。此时所有EVC的CIR总和必须≤UNI的速率。

    3．每个CoS的入口带宽

    每个CoS的入口带宽轮廓为一个给定类别的业务的所有业务帧提供速率强制策略。这个类别的业务通过由对来决定的CoS标识符来标识，因此将这个带宽轮廓应用到一条具有特定的CE-VLANCoS值或者一系列值的EVC上的业务帧。MEF定义的CE-VLANCoS和IEEE802．1Q标签中的用户优先级(802．1p)比特相似。图4说明了如何把每个CoS的独立入口带宽轮廓应用在EVCl上发送的业务帧上，EVCl分别标记为CE-VLANCoS7、6以及CE-VLAN CoS4、3、2、1、0。

    图4  每个CoS的入口带宽

    四、结语

    用于以太网业务的带宽轮廓允许业务供应商用低于UNI速率的粒度来销售他们的带宽，更加有预见性地管理他们的网络并且为轮廓内的流量提供性能保证。因此用户可以按照他们的需求来购买带宽并且依照他们的需求付费，而无需像TDM其它其它的2层业务那样，在进行带宽扩展的时候，需要增加新的硬件、接口或者设备从而导致为了满足带宽需要可能就会有大量的资源被浪费掉。也正因为如此，以太网业务会拥有更加美好的前景。

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