CN101453400B - 一种保证虚拟专用网业务的服务质量的方法和转发设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种保证虚拟专用网业务的服务质量的方法和转发设备，该方法包括：接收用户业务流中的报文，根据所述报文中的等级标识将所述报文分类到不同的业务等级；根据所述用户的各等级业务的预订带宽对所述分类后的报文的转发进行分等级的带宽限速。通过本发明的方法，为用户的业务流提供了差异化的服务质量。

Description

一种保证虚拟专用网业务的服务质量的方法和转发设备

技术领域

本发明涉及虚拟专用网技术，尤其涉及一种保证虚拟专用网业务的服务质量的方法和转发设备。

背景技术

传统互联网没有考虑用户需求的差异化，没有考虑差异化业务和网络健康发展、企业良性发展之间的关系，盈利能力较弱。而提供差异化业务是互联网可持续良性发展的基础。

基于网际协议(IP)/多协议标签交换(MPLS)技术建设多业务融合承载网络已经成为通信界共识。通过多业务融合承载网络，同时为公众客户提供互联网IP业务，为商业客户和企业提供有质量保证的、安全的虚拟专用网(VPN)业务，被大家普遍认同。电信运营商纷纷开始组建基于IP/MPLS业务融合承载网络，制定适合自身需要的服务质量(QoS)业务模型，提供差异化虚拟专用网业务，为客户提供多媒体数据业务承载，能同时承载语音，视频和企业关键数据应用和互联网应用，满足不同网络应用对服务质量的需求。

目前，电信运营商基本停留在QoS技术研究和跟踪，探索和试验阶段，尚没有系统化利用QoS技术提供基于差异化VPN产品，没用形成实际生产力和产生经济效益。由于现有技术中只对用户申请的总带宽进行限速，导致用户只购买少量高等级业务带宽，但购买大量低等级业务带宽，从而进行业务盗用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种保证虚拟专用网业务的服务质量的方法，能够对用户的不同的业务提供差异化的服务质重。

本发明提供了一种保证虚拟专用网业务的服务质量的方法，包括：

接收用户业务流中的报文，根据所述报文中的等级标识将所述报文分类到不同的业务等级；

根据所述用户的各等级业务的预订带宽对所述分类后的报文的转发进行分等级的带宽限速。

其中，根据所述用户的各等级业务的预订带宽对所述分类后的报文的转发进行分等级的带宽限速的步骤包括：

判断所述报文所在等级的业务流的传输速率是否大于所述等级业务的可用带宽，如果不是，则对所述报文进行转发，否则，不对所述报文进行转发。

所述等级业务的可用带宽为所述等级业务的预订带宽、或者所述等级业务的预订带宽和高于所述等级的业务的空闲带宽之和。

在本发明的保证虚拟专用网业务的服务质量的方法的一个优选实施例中，包括步骤：

在虚拟专用网的转发设备中为用户的各个等级的业务流设立有转发队列；

所述转发设备在确定所述报文所处的等级后，将所述报文加入所述等级的转发队列；

并且还包括：

所述转发设备根据预订的服务质量策略调度队列中报文的转发。

其中，所述转发设备根据优先级队列或者低延迟队列策略调度第一队列中报文的转发；

所述转发设备根据基于类的加权公平队列策略调度第二队列中报文的转发。

进一步，本发明的虚拟专用网业务服务质量的控制方法还包括：

当拥塞发生时，所述转发设备采用加权随机早期检测策略对所述第二队列中的报文进行丢包。

其中，所述加权随机早期检测策略包括：

为所述第二队列指定最小队列长度、最大队列长度和权重系数X，当所述第二队列的平均队列长度在所述最小队列长度和所述最大队列长度之间时，按照对应的概率对所述第二队列中的报文进行丢包；

其中，所述平均队列长度avg·Q为：

avg·Q(N+1)＝(1-w)*avg·Q(N)+w*current_Q_size

其中，w＝2^(-X)，N为当前序号，current_Q_size为所述第二队列的当前队列长度。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种虚拟专用网中的转发设备，可以对用户的业务流提供差异化的服务质量。

本发明提供一种虚拟专用网的转发设备，其中，包括：

信息存储模块，用于存储用户各等级业务的预订带宽；

报文分类模块，用于接收用户业务流中的报文，根据所述报文中的等级标识将所述报文分类到不同的业务等级，发送给所述转发控制模块；

转发控制模块，用于接收来自所述报文分类模块的报文，根据所述信息存储模块中存储的用户各等级业务的预订带宽，对所述分类后的报文的转发进行分等级的带宽限速。

进一步，转发控制模块包括与用户各等级业务对应的转发队列单元；

所述报文分类模块将所述分类后的报文导入对应的所述转发队列单元；

所述转发控制模块对所述转发队列单元中的报文的转发进行带宽限速。

进一步，所述信息存储模块还用于存储与用户各等级业务对应的服务质量参数；

所述转发控制模块还用于根据所述信息存储模块中存储的服务质量参数对所述转发队列单元进行调度和拥塞控制。

其中，所述转发队列单元中包含第一转发队列单元，

所述转发控制模块对所述第一转发队列单元采用优先队列或低时延队列策略进行调度。

所述转发队列单元中还包含一个或者多个第二转发队列单元，

所述转发控制模块对所述第二转发队列单元采用基于类的加权公平队列策略进行调度。当拥塞发生时，所述转发控制模块对所述第二转发队列单元采用加权随机早期检测策略进行丢包。

通过本发明的保证虚拟专用网业务的服务质量的方法和转发设备，根据用户各等级业务的预订带宽对用户的业务流进行分等级的带宽限速，从而可以对用户的业务流提供差异化的服务质量。

进一步，当高等级的业务中没有报文发送时，低等级的业务的报文还可以分享高等级业务的空闲带宽，大大提高了线路的利用率。此外，对最高等级的业务的报文优先转发，且超过预订带宽的报文被丢弃，这样既保证了最高等级业务的转发的优先级，又可以保证该等级业务不会超过预订的带宽。在拥塞的发生时，按照等级高、丢弃概率低的原则对业务流进行丢弃，使低等级的业务放慢流量发送速度，降低网络压力，从而保证高等级的业务质量。

附图说明

图1为示出本发明的保证虚拟专用网服务质量的方法的一个实施例的流程图；

图2为示出本发明的保证虚拟专用网服务质量的方法的一个实施例中边缘设备的转发队列的示意图；

图3为示出本发明的一种丢弃概率和平均队列长度之间关系的示意图；

图4为示出业务流在根据本发明的带宽限速前后的流量示意图；

图5为示出本发明的保证虚拟专用网服务质量的方法的一个实施例中PE的工作过程；

图6为示出本发明的保证虚拟专用网服务质量的方法的另一个实施例中PE的工作过程。

图7示出了根据本发明的虚拟专用网转发设备的一个实施例的框图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

本发明的基本思想是将虚拟专用网的业务划分为多个不同的等级，确定用户的各等级业务的预定带宽，然后根据用户业务流中包含的等级标识对用户业务流进行分等级的带宽限速。用户业务流的分等级的带宽限速可以由网络中的转发设备实现，对不同等级的业务流采用不同的服务质量策略(例如调度策略和拥塞处理等)，从而保证差异化服务的服务质量。

图1为示出本发明的保证虚拟专用网服务质量的方法的一个实施例的流程图。

如图1所示，在步骤101，将虚拟专用网的业务划分为不同的等级，用户申请各个等级的业务的带宽，将用户的各个等级业务的预订带宽保存在转发设备中。转发设备可以包括用户边缘设备(CE)和提供商边缘设备(PE)。

在步骤103，当转发设备收到用户的业务流时，分析业务流中报文的等级标识字段，将报文分类到对应的等级。报文中的等级标识字段可以是IP中的优先级(Precedence)字段、差分服务标记字段(DSCP)字段或者MPLS中的EXP字段。

在步骤105，转发设备根据用户各个等级业务的预订带宽对报文进行转发，实现不同等级业务流的带宽限速。

由于对不同等级的业务流分别进行带宽限速，就可以防止用低等级的业务带宽盗用高等级的业务带宽的业务盗用问题。

在本发明的保证虚拟专用网服务质量的方法的一个应用例中，将MPLS VPN业务划分5个等级，从高到低分别标记为钻石等级、白金等级、金等级、银等级和铜等级。各个等级对应的业务特性如下表1所示：

业务等级	钻石等级	白金等级	金等级	银等级	铜等级
						业务特性	对抖动/时延敏感的实时业务。如语音应用	视频或高优先应用业务。如视频、POS、SAP应用	高TCP业务吞吐量的商务关键应用业务。如ERP、数据库查询等	企业通用应用业务。如ExtranetWebApps、Telnet、IMS等	一般数据业务。互联网WEB浏览，电子邮件等

表1

用户申请各个等级业务的预订带宽，在用户边缘设备的内网侧接口对用户的业务流报文标记等级标识。边缘设备对于不同等级的业务流应用不同的QoS策略。图2为示出该实施例中边缘设备的转发队列的示意图。

如图2所示，边缘设备维护5个转发队列21至25，分别对应5个不同等级的业务流。边缘设备接收用户的来自多个业务流的输入队列20，根据输入队列20中报文的等级标识字段，将报文进行分类，不同等级的报文分别进入不同的转发队列。如果报文中不包含等级标识信息，则可以将报文归入铜等级的队列，即转发队列25。

转发队列21和钻石等级相对应，为最高优先级队列。对转发队列21采用优先级队列(PQ)或者低延迟队列(LLQ)调度。在调度出队时，如果转发队列21中有报文，则优先发送该队列中的报文，直到该队列为空或者超过该等级业务的预订的带宽时，才发送其他队列中的报文。调度出队的报文进入输出队列26。对转发队列21中超过预订带宽的报文将被丢弃，这样既保证了钻石等级业务的转发的优先级，又可以保证转发队列21的报文不会超过预订的带宽。

在转发队列21没有超过预订带宽时，只要该队列中有报文，系统就会发送其中的报文，所以转发队列21中的报文被发送的延迟最多是接口发送一个最大长度报文的时间，无论是时延还是抖动，转发队列21都可以将之降低为最低限度。这为对时延敏感的应用如语音等业务提供了良好的QoS保证。

转发队列22至25分别和白金等级、金等级、银等级和铜等级相对应。对转发队列22至25采用基于类的加权公平队列(Class BasedWeighted Fair Queuing，CBWFQ)调度。这些队列在调度出队的时候，按用户的预订的带宽值将报文出队发送，可以实现各个等级的队列的公平调度。调度出队的报文进入输出队列26等待发送。当高等级的队列中没有报文发送时，低等级的队列的报文还可以分享高等级队列的空闲带宽，大大提高了线路的利用率。

在拥塞的发生时，对输入队列20中的报文按照等级高、丢弃概率低的原则进行丢弃，同时保证各等级业务的报文得到用户预订的带宽。标号27指示被丢弃的报文。对低等级的流量提前丢包，使低等级的业务放慢流量发送速度，降低网络压力，从而保证高等级的业务质量。

当拥塞发生时，对转发队列22至25中报文可以采用加权随机早期检测(Weight Random Early Detect，WRED)策略进行丢包。WRED策略是控制TCP流量拥塞提高信道利用效率的有效手段。WRED采用随机丢弃方式，可以避免从队列尾部进行报文丢弃容易产生的TCP同步现象。

图3示出了一种报文丢弃概率和平均队列长度(avg·Q)之间关系的示意图。如图3所示，x轴表示平均队列长度，y轴表示丢弃概率。当平均队列长度小于指定的minTh队列长度时，不对报文进行丢弃；当平均队列长度在指定minTh-maxTh队列长度范围之内时，以一定概率随机丢弃报文；当平均队列长度大于指定的maxTh队列长度时，将报文全部丢弃。

通常WRED参数设置以用户的总带宽为根据，对不同等级的业务流采取不同的WRED策略，并可以根据具体应用进行细微的调整。

平均队列长度可以通过下面的等式获得：

avg·Q(N+I)＝(1-w)*avg·Q(N)+w*current_Q_size

(等式1)

其中，w＝2^(-X)，X为指数权重常数。X越小，avg·Q越容易增长到最大门限，队列变化越大；反之亦然。WRED参数取值和总带宽的关系如下表2所示：

总带宽

X

金WRED门限

银WRED门限

铜WRED门限

maxTh

minTh

maxTh

minTh

maxTh

minTh

64K

2

18pkts

10pkts

12pkts

7pkts

8pkts

6pkts

128K

3

33pkts

16pkts

22pkts

12pkts

18pkts

10pkts

512K

6

130pkts

60pkts

80pkts

30pkts

50pkts

18pkts

768K

6

200pkts

70pkts

80pkts

50pkts

60pkts

20pkts

1M

6

230pkts

86pkts

100pkts

60pkts

70pkts

26pkts

2M

7

256pkts

95pkts

171pkts

70pkts

82pkts

29pkts

4M

7

280pkts

160pkts

225pkts

100pkts

150pkts

35pkts

8M

8

280pkts

160pkts

225pkts

100pkts

150pkts

73pkts

12M

9

300pkts

200pkts

280pkts

110pkts

160pkts

84pkts

16M/Upper

9

30ms

20ms

26ms

13ms

20ms

10ms

50M/Upper

10

20ms

9ms

12ms

7ms

10ms

5ms

100M/Upper

10

15ms

7ms

10ms

5ms

8ms

4ms

表2

在上表2中，丢弃门限单位pkts表示以队列中IP包的个数作为丢弃的门限；丢弃门限单位ms表示以IP包在队列中缓存的时间(毫秒)作为丢弃的门限。

图4示出了业务流在带宽限速前后的流量示意图。图4中左边为带宽限速前的突发流量，右边为带宽限速后的转发流量，虚线表示的是预订带宽的流量。从图中可以看出，通过带宽限速后，业务流的超出预订带宽的流量被修正。

根据本发明的保证虚拟专用网服务质量的方法的另一个实施例，在CE和PE之间通过短管道(Short Pipe)模式实施端到端的服务质量控制。在该实施例中，CE使用本地运营商IP QoS标识，在CE内网侧接口标记业务等级标识，CE和PE直接使用Precedence/DSCP调度，并遵循PE-CE QoS实现策略调度。短管道模式适合没有QoS透传需求的客户。图5示出了该实施例中PE的工作过程。

其中，图5a示出了PE入向侧的工作过程。如图5a所示，当PE接收到来自接口的数据流时，首先进行总带宽限速；然后根据IPPrecedence对报文进行分类，对分类后的第一优先级IPP 7钻石级业务和第二优先级IPP 5白金级业务进行业务限速；并根据分类设置报文的MPLS EXP字段的值；将设置MPLS EXP字段后的报文发送到光纤。

图5b示出了PE出向侧的工作过程。如图5b所示，当PE接收到来自光纤的数据流时，根据IP Precedence对报文进行分类；分类后报文进入不同的队列，对各个等级的队列应用不同的QoS策略并进行带宽限速；对调出的报文进行总带宽限速，然后将报文发送到接口。

根据本发明的保证虚拟专用网服务质量的方法的另一个实施例，在CE设备和PE设备之间通过管道(Pipe)模式实施端到端的服务质量控制。在该实施例中，CE使用自身IP QoS标识调度，PE不对用户IPQoS信息修改，PE使用EXP、并遵循PE-CE QoS实现策略调度。图6示出了该实施例的工作过程。其中，图6a示出了PE入向侧的工作过程，图6b示出了PE出向侧的工作过程。图6a的工作过程和图5a基本相似，可参见图5a的相应描述，在此不作详细介绍。图6b的工作过程和图5b基本相似，主要不同的地方在于，当PE接收到来自光纤的数据流时，根据MPLS EXP字段而不是IP Precedence对报文进行分类。管道模式适合有QoS透传需求客户及国际运营商合作的客户，是实现跨运营商MPLS VPN QoS对接的解决方案。

对于非固定速率接口，如果接入端已经限速，则PE入向侧只进行一层QoS；如果接入端没有限速，则PE入向侧采用层次化QoS(H-QoS)策略实现，在外层进行总带宽限速，在内层进行业务带宽限速和调度。非固定速率接口的出向侧采用层次化QoS策略实现，在外层进行总带宽限速，在内层做业务带宽限速和调度。

通过本发明的保证虚拟专用网服务质量的方法，可以实现按照用户申请的CE和PE间VPN端口总带宽对用户业务流进行双向严格限速，超出部分被丢弃，同时保证各等级的业务能发送/接收其预订带宽的流量，为用户的不同等级的业务提供差异化的服务质量。在有高等级业务的空闲带宽时，低等级业务的流量最大可突发至该等级和以上等级空闲带宽的总和，大大提高了线路的利用率。

图7为示出根据本发明的虚拟专用网的转发设备的一个实施例的框图。

如图7所示，实施例中的转发设备包括信息存储模块71、报文分类模块72和转发控制模块73。

其中，信息存储模块71，用于存储用户的各等级的业务的预订带宽；

报文分类模块72，用于接收用户业务流中的报文，根据报文中的等级标识将报文分类到不同的业务等级，并将分类后的报文发送转发控制模块73；

转发控制模块73，用于接收所述分类后的报文，根据信息存储模块71中存储的用户各等级业务的预订带宽，对分类后的报文的转发进行分等级的带宽限速。

根据本发明的转发设备的一个实施例，信息存储模块还存储和各个等级的业务相对应的QoS参数。

转发控制模块可以包括多个转发队列单元，转发队列单元和各个等级的业务相对应。

报文分类模块对报文进行分类后，将报文导入对应业务等级的转发队列单元。转发控制模块根据各个等级业务的QoS参数对转发队列单元中的报文进行调度和拥塞控制。

其中转发队列单元中包含第一转发队列单元，转发控制模块对第一转发队列单元采用优先队列或低时延队列策略进行调度。

转发队列单元中还包含一个或者多个第二转发队列单元，转发控制模块对第二转发队列单元采用基于类的加权公平队列策略进行调度。当拥塞发生时，转发控制模块对第二转发队列单元采用加权随机早期检测策略进行丢包。

进一步，信息存储模块存储的服务质量参数中包括与第二队列对应的最小队列长度、最大队列长度、权重系数X；当第二队列的平均队列长度在最小队列长度和最大队列长度之间时，转发控制模块对第二队列中的报文进行概率丢包；

其中，平均队列长度avg·Q为：

avg·Q(N+1)＝(1-w)*avg·Q(N)+w*current_Q_size

其中，w＝2^(-X)，N为当前序号，current_Q_size为第二队列的当前队列长度。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (13)

1.一种保证虚拟专用网业务的服务质量的方法，其特征在于，包括步骤：

a，接收用户业务流中的报文，根据所述报文中的等级标识将所述报文分类到不同的业务等级，并将所述分类后的报文导入分类到的业务等级对应的转发队列中，所述转发队列包括第一转发队列；所述转发队列还包括一个或多个第二转发队列；

b，根据所述用户的各等级业务的预订带宽对所述转发队列中报文的转发进行分等级的带宽限速；

c，根据预订的服务质量参数对所述转发队列进行调度和拥塞控制；所述步骤c包括：

根据基于类的加权公平队列策略，调度第二转发队列中报文的转发，按照用户的预订带宽值转发第二转发队列中的报文。

2.如权利要求1所述的虚拟专用网业务服务质量的控制方法，其特征在于，所述步骤b包括：

判断所述报文所在转发队列的业务流的传输速率是否大于所述等级业务的可用带宽，如果不是，则对所述报文进行转发，否则，不对所述报文进行转发。

3.如权利要求2所述的虚拟专用网业务服务质量的控制方法，其特征在于，所述等级业务的可用带宽为所述等级业务的预订带宽。

4.如权利要求2所述的虚拟专用网业务服务质量的控制方法，其特征在于，所述等级业务的可用带宽为所述等级业务的预订带宽和高于所述等级的业务的空闲带宽之和。

5.如权利要求2、3或4所述的虚拟专用网业务服务质量的控制方法，其特征在于，还包括：

预先在虚拟专用网的转发设备中为用户的各个等级的业务流设立所述转发队列。

6.如权利要求5所述的虚拟专用网业务服务质量的控制方法，其特征在于，所述步骤c包括：

所述转发设备根据优先级队列或者低延迟队列策略调度第一转发队列中报文的转发。

7.如权利要求1所述的虚拟专用网业务服务质量的控制方法，其特征在于，所述步骤c还包括：

当拥塞发生时，所述转发设备采用加权随机早期检测策略，对所述第二转发队列中的报文进行丢包；

所述加权随机早期检测策略包括：

当所述第二转发队列的平均队列长度在最小队列长度和最大队列长度之间时，按照对应的概率对所述第二转发队列中的报文进行丢包；

其中，所述平均队列长度avg.Q为：

avg.Q(N+1)＝(1-w)＊avg.Q(N)+w＊current_Q_size

其中，w＝2^(-X)，N为当前序号，current_Q_size为所述第二转发队列的当前队列长度，X为权重系数。

8.如权利要求7所述的虚拟专用网业务服务质量的控制方法，其特征在于，还包括：

为所述第二转发队列指定最小队列长度、最大队列长度和权重系数X。

9.如权利要求5所述的虚拟专用网业务服务质量的控制方法，其特征在于，所述等级标识包含在网际协议的优先级字段和/或多协议标签交换的EXP字段中。

10.一种虚拟专用网的转发设备，其中，包括：

信息存储模块，用于存储用户各等级业务的预订带宽与用户各等级业务对应的服务质量参数；

报文分类模块，用于接收用户业务流中的报文，根据所述报文中的等级标识将所述报文分类到不同的业务等级，并将所述分类后的报文导入转发控制模块中对应的转发队列单元，所述转发队列单元中包含第一转发队列单元；所述转发队列单元中还包含第二转发队列单元；

转发控制模块，包括与用户各等级业务对应的转发队列单元，用于接收来自所述报文分类模块的报文，根据所述信息存储模块中存储的用户各等级业务的预订带宽，对所述转发队列单元中的报文的转发进行带宽限速，以及根据所述信息存储模块中存储的服务质量参数对所述转发队列单元进行调度和拥塞控制；具体对所述第二转发队列单元采用基于类的加权公平队列策略进行调度，按照用户的预订带宽值转发第二队列单元中的报文。

11.如权利要求10所述的转发设备，其特征在于，所述转发控制模块对所述第一转发队列单元采用优先队列或低时延队列策略进行调度。

12.如权利要求10所述的转发设备，其特征在于，当拥塞发生时，所述转发控制模块对所述第二转发队列单元采用加权随机早期检测策略进行丢包；

所述加权随机早期检测策略包括：

当所述第二队列的平均队列长度在最小队列长度和最大队列长度之间时，按照对应的概率对所述第二队列中的报文进行丢包；

其中，所述平均队列长度avg.Q为：

avg.Q(N+1)＝(1-w)＊avg.Q(N)+w＊current_Q_size

其中，w＝2^(-X)，N为当前序号，current_Q_size为所述第二队列的当前队列长度，X为权重系数。

13.如权利要求12所述的转发设备，其特征在于，所述信息存储模块存储的服务质量参数中包括与所述第二队列对应的最小队列长度、最大队列长度、权重系数X。

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