边沿和接入设备在不断提升业务质量(QoS)等级的同时,还需要对庞大的数据和流量类型进行处理。为满足QoS要求,网络设计人员必须在其边沿/接入交换机和路由器设计中实施高级流量管理,以更好地管理资源并解决流量拥塞问题。
拥塞控制是流量管理的一项基本功能,控制拥塞的最佳途径是使网络工作于最大负载容量之下。由于这种策略并不现实,通常以芯片形式出现的嵌入式流量管理功能必须对资源进行管理,并决策何时丢弃数据包,丢弃哪个数据包,并使这些操作对整个网络的影响最小。
资源管理是一项复杂的工作,因为该问题具有多维特性,即从接入网边缘到接入网核心的管理完全不同。因此流量管理成为了一种端对端要求,即出现在一条路径上的所有节点必须满足带宽和延时要求。带宽由最小的管道确定,该管道通常更接近用户,而不是核心网。随着传输流从发送器传送至接收器,在到达网络核心之前,将被各种协议和传送介质(以太网、数字用户线路、无线线路、ATM或帧中继)承载。有效的流量管理必须能在执行交互功能并在整个范围内映射QoS参数的同时,对上述所有介质进行处理。
除了提供带宽/延时保障,流量管理功能还必须能在从网络边缘到网络核心的范围内,以不同的间隔尺寸识别数据流、路径和信道。随着网的发展,越来越多的数据流汇集到核心网的边缘部分。这些数据流可以汇集为数目较少的由核心SONET或波分多路复用架构传送的宏流,并当这些宏流离开核心网、传送到各自目的地时,再恢复为最初的数据流。
最后,为了与采用高速交换机(由在网络边缘执行查询和分类功能的边缘路由器组成)的传统网架构的外附设备相一致,未来需要开发出能进行智能边缘处理的快速核心模型。目前除ATM以外,还实现了像多协议标记交换(MPLS)和差分业务(DiffServ)这样的技术。标记边缘路由器将在网络边缘执行MPLS和DiffServ分类功能,而标记交换路由器则在MPLS和DiffServ域中通过预定义的标记交换路径执行高速交换功能。
实现的关键环节
有效的流量管理包含三个关键要素:拥塞避免;为端对端传送的数据流预设路径;对流量调整进行公平排序以确保传送的延时有界。如果不能实现上述三大功能,那么即便能在数据网络中实现QoS,也是异常困难的。
拥塞避免非常重要,因为网络的功率(定义为数据流量与延时之比)经过一定的流量负载后将显著下降。由于难以从拥塞中恢复过来,因此最好从一开始就避免这种情形。在TCP层上,存在许多拥塞控制反馈机制。早期随机检测(RED)拥塞控制算法通过允许路由器丢弃数据包以避免拥塞,它发挥了重要的作用。
有效的流量管理还要求设计人员通过网络建立预置路径。如果没有这些预置路径,数据包将在两个端点之间选择另一条路由,而且除非所有的路由均能满足特定的延时界限,否则结果将无法得到保障。
一旦预置路径建立成功,则需要公平排序。现已证明,具有最大分段尺寸和平均有界速率的信号流的FQ可为有界延时提供保障。FQ为一个数据流保障了最小带宽,其余的带宽则平均分配给其他数据流。因此,FQ是一个能为每个用户保障承约速率的高效机制,其峰值速率根据可利用的额外带宽而得到满足。显然,如果信号源经过调整,使其限制在平均传送速率且不进行无限制分段,那么FQ将在受控信号流的传输中实现公平和有界延时。
管线架构
流量管理要求适用于由多个连续环节(每个环节完成一个关键步骤)组成的管线架构。流量管理管线既可分别为数据包、信元构造,也可为两者同时构造。管线执行分类、规则制订、标记/丢弃、排序/调整功能。