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一、MPLS VPN的QoS問題

虛擬私有網絡（VPN，Virtual Private Network）是一種利用公共網絡來構建私有專用的技術，這種VPN網絡必須提供與企業現有私網相同的安全性、可靠性和可管理性。MPLS VPN是近年來興起的一種IP VPN技術，相對ATM/FR VPN技術而言，MPLS VPN具有高帶寬、低成本、可擴展性好、支持異種介質互連、支持任意拓撲和接入等特點。因此它在以下兩方面獲得廣泛的應用：一，企業互聯，即企業總部、分支機構和出差員工通過VPN技術進行安全、可靠的通信。二、業務隔離，在一個物理基礎網絡上承載多種業務，為了保證每個業務的獨立運營，采用VPN相互隔離。相比Internet上網業務來講，這兩類應用對網絡的QoS提出了更高的要求。

為解決QoS問題，業界提出了多種模型，其中最主要的有三種：

Best-Effort service（盡力而為服務模型）

Best-Effort是一個單一的服務模型，也是最簡單的服務模型。沒有提供任何QOS保證。

Integrated service（綜合服務模型，簡稱Intserv）

IntServ是一種理想化的QoS模型，可以為各類型的業務提供嚴格的QoS保證，并充分利用網絡資源。但這個模型存在嚴重的可擴展性問題，從而使得這一模型僅具有理論上的意義，從未真正實施過。

Differentiated service（區分服務模型，簡稱Diffserv）

DiffServ模型以簡單性和可擴展性見長，在每一跳上，可以保證某個優先級的總流量的QoS。但在一個優先級內部不能保證每個流的QoS。

MPLS技術的產生，為解決QoS問題帶來了新的希望，這是因為，相對于無連接的IP技術，MPLS具有面向連接的特點，在LSP建立起來之后，數據流將沿著固定的路徑，通過標簽交換到達目的地。如果針對這個LSP實施QoS，就有可能解決通過LSP的數據流的QoS問題。按照這個思路，DiffServ/IntServ模型被運用到MPLS中。其中，MPLS同DiffServ結合，產生了MPLS DiffServ技術。MPLS同IntServ的結合，產生了流量工程(Traffic Engineer)技術。

這里我們重點闡述流量工程。流量工程關注網絡整體性能的優化，其主要目標是方便地提供高效的、可靠的網絡服務，優化網絡資源的使用，優化網絡流量。這分兩個層面：一是面向流量的，即關注如何提高網絡的服務質量；二是面向資源的，即關注如何優化網絡資源的使用，最主要是帶寬資源的有效利用。

MPLS與流量工程相結合的技術——MPLS TE應運而生。 MPLS TE在解決網絡擁塞問題是有著自己的優勢。運營商可以精確地控制流量流經的路徑，從而可以避開擁塞的節點，解決那種一部分路徑過載，另一部分路徑空閑的問題，使現有的帶寬資源充分利用起來。通過MPLS TE，可為用戶創建具有帶寬保證的隧道，但如果在隧道中同時傳送EF、AF及BE業務時，業務之間會相互干擾，也就是說MPLS TE存在一個嚴重的問題- MPLS TE隧道不能夠感知業務類型。為此，2002年業界提出了一種MPLS DiffServ-Aware TE 的解決方案。

MPLS DS-TE能夠結合差分服務與流量工程的優點，能夠對不同類的流進行不同帶寬的帶寬約束，并且根據該流的帶寬約束動態調節流量，是解決骨干網QoS的有效技術。

二、VPN QoS模型

VPN用戶需要的是一種端到端的QOS保證，由于VPN流量跨越了用戶網絡和運營商網絡，與普通QoS實施方法不同，VPN的QoS保證需要分解為兩個層次。第一個層次是真正的端到端，保證用戶流量的QoS。第二個層次是CE到CE，從運營商的角度來看，這是它能夠負責和實施QoS策略的一部分網絡。從用戶的角度看，運營商網絡是透明的。

這種分層使得端到端QoS問題分解為兩個子問題，并且它們是獨立的，分別由用戶和運營商解決。運營網絡的責任就是解決CE-CE間QoS保證，無需將問題復雜化。下面我們將就這個問題展開討論。

回顧MPLS VPN模型，CE-CE間又分為三段，CE-PE、PE-PE和PE-CE。其中，CE-PE間的連接是物理鏈路或虛連接，目前有多種方法保證鏈路級的QoS，是一個已經解決的問題。而PE-PE之間的帶寬被多個VPN所共享，如何解決這些VPN對帶寬的競爭，并具備效率和擴展性，是目前面臨的一個難題。

三、現有解決方案及缺陷

1、VPN + DiffServ方式

這種方式先在PE間建立E-LSP或L-LSP，VPN流量進入PE時，或者預先設置了優先級，或者由PE設置優先級，進入MPLS域后，根據優先級在每一跳上進行PHB處理。這種方式實現簡單，但存在兩個問題：

每一跳上為某個優先級分配的資源是被多個業務流共享的，它們之間存在著競爭。由于IP流量具有突發性的特點，如果按照高峰流量分配帶寬，存在極大的資源浪費，如果按照平均流量分配帶寬，則無法避免某個業務流在擁塞時發生的丟包；

業務流經過多個鏈路，雖然這些鏈路上都為優先級分配了帶寬，但可能存在不匹配的情況，有些鏈路帶寬是足夠的，而有些鏈路可能不夠，這就無法保證端到端的QoS。

2、CCC方式

CCC是Cross Connect Circuit的縮寫，是通過靜態配置方式實現CE-CE間虛連接的一種方式。由于CCC是專用的，包括PE-PE間的LSP及兩端的PE-CE鏈路，因此保證了端到端的帶寬。這種方式的缺點是擴展性差，由于沒有采用隧道復用技術，LSP的數目與CE的平方成正比，在骨干網中需要大量的LSP。CE和PE的初始配置復雜，添加、刪除和更改CE和PE時，所需的配置工作也很復雜。因此，CCC方式只適用于小數量的個別私有連接。

綜上所述，目前的技術在解決VPN QoS時，仍然存在種種不足。一些顯而易見的方式不具備實際的可能性，在QoS保證、效率和擴展性之間難以取得平衡，如DiffServ方案，擴展性好，但帶寬利用率低，QoS保證能力差。而CCC方案QoS保證能力強，通過流量工程能提高網絡資源利用率，但擴展性差，為解決問題，需要新的思路。

四、VPN-Aware TE方案

1、VPN-Aware TE方案探討

TE可使網絡的流量與網絡拓撲匹配，達到提高網絡資源利用率的目的。在簡單的應用方式下，可根據用戶需求（顯示路由、帶寬等）和網絡的資源情況，通過RSVP-TE或CR-LDP信令建立一條跨越骨干網的從LER到LER的隧道，并完成隧道的維護、統計、屬性修改（如帶寬）和備份等功能。在LER與LER設備之間，可以認為通過一個隧道直連，該隧道具有嚴格的QoS保證，能自適應網絡的拓撲，并可通過備份LSP、快速重路由等方式進行額外保護。采用TE隧道保證VPN帶寬，是一種較為理想的方案。但前面已經分析，為每一對CE-CE間使用專用TE隧道的方案無法大規模部署。因此，應當通過隧道復用技術來解決這個問題。

在MPLS VPN中，多個VPN復用PE-PE間的LSP，采用TE技術建立這樣的LSP，其帶寬被多個VPN共享，各VPN競爭資源時必將導致QoS的下降。此時，需要引入一種機制來解決這種競爭，這種方法就是由TE隧道根據VPN對帶寬的需求進行調整，這種方式又稱為VPN-Aware TE。

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首先，我們要解決TE隧道既共享又競爭的關系，我們可以通過CAR來解決這個問題。運營商在向VPN用戶提供服務時，要和用戶簽訂相關的QoS服務協議，運營商在接入一個VPN用戶的業務時，我們可以實現確定這個VPN用戶的業務類型和對應的帶寬要求，那么我們將VPN用戶的業務和某個TE隧道導入時，必須確保用戶的流量不會超過預知的帶寬，因此必須在TE隧道的入口對VPN流量做CAR來做帶寬限制。實施了這樣的限制后，就好像在CE-CE間建立了一個有QoS保證的子隧道，而這個子隧道是嵌套在外層的TE隧道中的，并且外層隧道的總帶寬是各個子隧道帶寬之和。這樣就以一種高效率的方式解決了共享情況下的帶寬保證的要求，CE-CE間獲得了虛擬的專用帶寬。

其次，我們要解決一個VPN有多種QoS需求的問題。在這里可以借鑒一下DiffServ模型中對QoS的解決辦法。在我們上面對VPN中的QoS需求分析中，我們提到，現在用戶的VPN業務主要可以分為一下幾類： 視頻和語音業務、關鍵的數據業務、普通的上網業務。上面的幾種業務類型正好對應于DiffServ模型中的EF,AF,BE三種業務，或許用戶還有其他的特殊業務類型。總之，我們可以把用戶的業務類型分為有限的幾種業務，那么我們可以在兩個PE設備之間創建幾條隧道。其中每一條隧道對應了一種VPN用戶的業務類型。這樣可以讓兩個PE之間凡是業務類型相兩方面同的VPN用戶的業務走一條相同的業務類型的隧道。這樣可以保證幾種不同類型業務之間不會有資源搶占問題。比如FTP流量不會影響到語音的時延和抖動。如果由于新增的VPN用戶或是用戶對帶寬的需求增加了，那我們可以通過動態調整一條TE隧道的帶寬，或是另外創建一條新的TE隧道來接納VPN用戶的業務。

上面提到VPN用戶的不同業務被選擇導入到不同的隧道，隧道有一個總的帶寬保證，再對用戶的每一種業務做一次帶寬保證。下面我們要說明的是怎么把用戶的業務根據需要分類來自動的導入到對應的TE隧道，以及TE隧道帶寬的根據業務流量大小自動調整過程。

在PE設備上對于收到的VPN用戶的流量做自動的分類，我們可以借助MPLS VPN的路由上的屬性，因為路由本身有很多可以標識網絡拓撲和業務分類的屬性，比如通過MPLS VPN路由我們可以區分一個路由的VPN屬性，可以根據一個VPN路由的下一跳屬性來確定業務是到達哪個PE的，這樣就可以在兩個PE之間做隧道選擇，更深入的業務細分，VPN用戶在兩個PE之間的業務可以進一步細分，比如兩點之間可能有數據業務，也有語音業務等，對于這樣的業務可以進一步細分化。也可以根據VPN用戶網絡拓撲的分布，可以通過配置相同團體屬性的方法，進行拓撲分布區分，這樣在入端PE就可以根據路由的團體屬性等做業務區分。

可以看出通過上面的這些路由屬性做業務分類，靈活性要比根據報文的5元組做業務分類要方便很多，而且是可以動態生成的。相比較，根據路由屬性來分類更容易體現用戶整網的業務細分化。根據路由相關屬性我們可以做到一下細分化：

a.區分不同的VPN的業務

b.區分一個VPN內到達不同PE的業務

c.區分一個VPN內到達同一個PE的不同業務

d.根據團體屬性可以根據VPN用戶的網絡拓撲分布細分業務。

通過這些業務細分，我們可以制定每種細分業務的帶寬和流類型，比如10M的EF流，10M AF流，10M BE流等。這樣就可以和具體的TE隧道結合起來。

以上這些都是根據路由的細分策略，在應用上，我們可以將這些細分規則和路由的策略屬性結合起來，把這些規則應用到路由策略中，比如收到一條路由后，根據路由的屬性最終確定業務的類型和帶寬要求。在這里就需要和PE之間的TE隧道帶寬資源結合起來了，我們確定了業務的類型和帶寬要求后，就需要分別向兩個PE之間的TE隧道申請資源，比如申請10M的EF流資源。如果兩個PE之間已經存在對應的TE隧道，且帶寬有剩余，就可以直接獲得資源，并把這個TE隧道的總的帶寬資源減去剛分配的部分。因為當以后用戶不需要這部分資源的時候，又需要把這部分的資源釋放回TE隧道。如果兩個PE之間沒有需要的資源，那就需要動態觸發調整兩個PE之間的某種業務類型的隧道的帶寬大小，或是另外再創建一條相同業務類型的TE隧道。

用戶的業務向一條TE隧道申請了帶寬以后，要確保自己的流量不能超過已經申請的帶寬，因為如果超高就會影響到其他用戶的業務。因此我們需要根據用戶申請的帶寬資源來做流量限制，如果所在的TE隧道的總的帶寬資源過剩的話，可以讓用戶的流量有部分的突發。為了實現這一點，在實施CAR的時候，設定約定速率和突發速率，對于超過約定速率的流量，不是簡單的丟棄，而是降低優先級繼續轉發，只有超越突發速率的流量，才全部丟棄。

2、工作過程

根據上面的VPN和TE的結合，把路由的屬性融入到用戶的業務分類當中，作為資源預留的條件，在這里也可以同時和根據IP報文的五元組的分類策略相結合，可以達到整網的QOS的動態部署和調整。

工作過程如下：

1 PE-PE間建立若干個TE隧道，每個隧道對應一類業務，具有初始的帶寬；

2 建立VPN，這個VPN是用PE-PE間的TE隧道來承載業務；

3 在入口PE上設置針對細分的VPN流量的QoS參數，包括識別這個流量的規則、約定速率、突發速率、優先級等；

4 VPN路由從出口PE傳播到入口PE，攜帶了Route-target、Nexthop、團體屬性等路由屬性；

5 入口PE根據配置好的分類規則對VPN路由進行過濾，為匹配到的路由生成特定的轉發動作，如Remark、CAR等；

6 入口PE對VPN流量進行轉發處理，匹配了路由規則的報文實施QoS，如Remark、CAR；

7 VPN流量的QoS參數被修改，重復5-6步動作。

通過以上理論分析，得出TE和VPN相結合，是現階段解決VPN網絡的QOS問題的最佳的手段。后來在廣東移動MDCN網(全省多業務承載平臺)上的實際部署，經實際運行和測試得出結論，將MPLS TE結合VPN的路由屬性很好的調整了MPLS VPN網絡整網的QOS，能方便、高質量、高效率的滿足VPN用戶的QOS要求。