前言
当前运营商承载的主流业务已经由传统的TDM逐步转向了分组化的IP业务。面对这些以分组化为主的业务，传统 SDH技术显得灵活性不足，成本高。而以太网技术以其易用、低成本、高带宽等特性得到了众多运营商的关注。但要将以太网应用于运营网络，还必须在安全性、可扩展性、QOS、可管理性等诸多方面加以改进，使之具有“电信级”的性能。而城域以太网论坛(MEF)组织针对这些问题提出了运营级以太网的概念，明确了在运营商网络中应用的以太网技术的基本要求。本文主要阐述运营级以太网是如何在QOS方面进行改进的。
传统SDH专线QOS
传统SDH技术中，专线为端到端刚性管道，对各种业务有固定的信道，可以完全保证业务的QOS质量，这种方式适合实时业务的传输，如传统的语音类业务。如下图所示，当承载各个业务的数据流进入各自的专线后，SDH传输技术可以很好保证其数据报文以极低的延迟、抖动和丢包率到达远端，从而给用户以良好的业务体验。单从业务QOS保证角度而言，SDH技术基本上无可挑剔。
但是随着IP化分组业务越来越多，包括语音业务的IP化后，这种刚性管道的弊端逐步体现出来。主要表现为带宽利用率低、扩容困难、同一专线内缺乏细分业务的能力、只支持点到点连接、运维成本高等。
运营级以太网QOS
以太网与SDH技术相比，能够低成本地提供多种速率的数据接口，包括100 Mb/s、1 Gb/s、10 Gb/s等。而且以太网技术简单，具有即插即用的灵活性，它不仅支持点对点，而且支持多点到多点连接。在城域范围内采用以太网技术可以减少不同传输协议间的转换，提高带宽利用率和数据转发效率，同时以太网带宽升级容易，极大地降低整体建网成本，更适合于未来业务流量分组化的发展趋势，满足站点快速增长对高速接入和灵活带宽提供业务的需求。
为了使以太网达到“可运营”的目的，标准组织和设备厂商特别是城域以太网论坛(MEF)针对以太网技术和业务进行了大量工作，提出了“运营级以太网”的概念，在MEF的网络参考模型中，重点引入了两个术语：UNI和EVC。这两个术语在传统以太网领域很少涉及，但是在通信网中应用较多。引入UNI主要是为了强调运营商网络与用户之间的定界问题，从而为以后的业务控制、OAM等功能提供明确的功能分界点。EVC这种逻辑管道的概念在电信级以太网技术中扮演着非常重要的角色，依靠在有限的网络资源里构建统计复用的逻辑管道，流量可以有效地隔离开来，通过对逻辑管道及其中的流量施加相应的控制，电信级以太网就具有了比较完备的流量控制能力，从而能够很好的对用户进行分类管理，以及对于同一用户的不同应用进行区分化的服务。
基于UNI和EVC，MEF针对以太网的QOS提出了新的定义。其中要求运营级以太网具备如下几个特点：
- 支持分层的速率保证，可以基于UNI接口、EVC接口和COS值
- 支持CIR、EIR等参数来满足IP分组业务的承载要求
- 端到端的QOS保障
相比传输专线而言，运营级以太网可以提供类似的业务端到端质量保证。除此之外，运营级以太网具备带宽复用的优势，同时还提供了更细致的业务控制能力，在一个逻辑通道（可以是端口或EVC）仍可以细分业务，并针对业务做不同的QOS处理。如下图所示，在各专线内，可以对高优先级业务优先传输。这些都是传统SDH专线无法做到的。
而相比传统以太网技术，电信级以太网则通过业务识别、颜色标记、分层调度等手段实现端到端的业务保障。
运营级以太网的QOS技术
1、分层的速率保证
以太网本身虽然提供了FE/GE/10GE的高带宽物理接口，但实际上用户申请的带宽通常都会低于这个速率。在MEF（城域以太网论坛）的定义中，运营级以太网UNI接口限速包括如下三个层次：
- 基于UNI接口
- 基于EVC逻辑通道
- 基于COS ID的限速
如下图所示：
基于UNI接口限速，也是基于物理端口的限速，是最粗旷的限速方式，适合一个UNI接口连接一个用户的情况，如果用户本身没有特殊要求，只需要对UNI限速就可满足用户的要求。
基于EVC限速，在以太接口主要体现为基于端口+VLAN的限速，适合于一个物理端口内存在多个逻辑通道（EVC）时需要对逻辑通道进行限速的情况。在某些场景中，诸如运营商通过一个物理端口连接企业总部，但物理端口内通过多个EVC（在以太网中为体现为VLAN）连接不同的企业分支机构。在这种场景下，运营商可以基于端口+VLAN进行限速，从而达到对总部和各分支连接的限速。
基于COS ID的限速，是针对同一EVC内部数据流的COS值不同来进行限速，在以太网中可以理解为对同一VLAN内的不同业务分别限速。
这三种限速机制在实际部署中是可以组合使用的，如连接企业总部的速率速率为60M，其中对每个分支企业限速为20M，而保证每个企业分支内部的视频业务为4M、语音业务为128K，其他为数据业务。
可以看出，上述的限速要求并不是传统以太网简单的QOS方式可以实现的。需要运营商能够分层次的限速。而传统QOS技术本身在入方向通常只是简单的端口限速或基于流的CAR，无法实现分层次的限速。为了达到对用户和业务的细致区分限速的目的，针对不同应用场景，可以有两种手段实现：分层QOS和分层CAR。
- 分层QOS
分层QoS的典型应用场景是运营商通过多个UNI接口连接多个企业，对这多个企业分配总带宽，同时对每个企业和企业内部的业务又进一步限速。例如下图组网中，QoS业务分类有三级，第一级为物理端口，第二级使用VLAN ID区分用户，第三级使用IP COS区分不同的业务类型，具体需要如下：有三个用户接入运营商设备，运营商分配给这三个用户的总带宽为500M。其中，
用户A的流量策略：
Service VLAN ID = 9
总带宽150 MB
分三个业务类：
– 最优先业务: 例如语音，其802.1p优先级 6、7
– VPN业务: 其 802.1p优先级 3、4、5，要求保证60%带宽
– Internet业务: 其 802.1p优先级 0、1、2，要求保证20%带宽
用户B的流量策略与用户A相同，Service VLAN ID = 10；
用户C的流量策略：
Service VLAN ID = 15
总带宽：CIR: 75 MB, PIR: 100 MB
使用两个不同的用户VLAN承载不同业务类:
– Customer VLAN 2
VPN业务: 其802.1p优先级 6、7，要求保证70%可用带宽
数据业务: 其他，要求保证20%可用带宽
– Customer VLAN 100
Internet业务: 永远不超过10 MB
分层QOS（H-QOS）技术通过将队列分级排列，每一级对应一个子调度器，前级队列出来的流量汇聚到后一级队列之后再按照该级调度器的算法进行调度；从而可以精细区分不同用户和不同业务的流量，提供区分的带宽管理；通过分层调度的机制，可以避免普通QoS实现上的弊端，保证不同用户上的相同业务互不干扰，且能为不同的用户提供不同的SLA，在多业务承载时能够充分满足不同用户不同业务的要求。
HQoS与传统QoS相比，最大的区别是可以将调度队列划分为如物理级别、逻辑级别、应用或业务级别等多个调度级别，每一级别可以使用不同的特征进行流量管理。例如，物理级别用于管理整个物理接口的带宽，而逻辑级别可以用于管理接口上各用户的带宽，业务级别可以用于管理某一用户各种不同业务的带宽。这样通过不同级别的队列调度，实现了多层次的流量管理，从而可以更好地帮助运营商实现多用户、多业务的服务管理。
分层QOS技术通常部署在设备的出端口上，对出流量进行调度。适用于运营商设备多个UNI接口连接多个企业时在NNI口（网络侧接口）上进行统一调度。
- 分层CAR
CAR作为流量监管的技术，就是对流量进行控制，通过监督进入网络的流量速率，对超出部分的流量进行丢弃，使进入的流量被限制在一个合理的范围之内，以保护网络资源和用户的利益。如下图所示：
CAR技术采用令牌桶控制流量，当令牌桶中存有令牌时，可以允许报文取令牌进行传输；当令牌桶中没有令牌时，必须等到桶中生成新的令牌后才可以继续发送报文。即报文的流量不能大于令牌生成的速度，以此达到限制流量的目的。
相比普通CAR技术，分层CAR是一种更精细的流量监管技术，如下图所示。它对取C桶令牌的报文进行了细分，根据报文颜色（红色、绿色或未着色的报文）和命令行配置先后决定取令牌的优先顺序，这是与普通CAR的根本区别，因为普通CAR仅按照报文到的时间先后取令牌，是不区分颜色和配置顺序的，因此也没有优先获取令牌的概念。
利用分层CAR这一针对获取令牌环节的优先顺序的改进，用户就可以在为每个流单独配置CAR动作的基础上，再通过分层CAR对多个业务的流量总和进行限制，实现带宽的二次分配了，从而可以实现对业务、用户和端口的限速。
分层CAR通常部署在设备的入端口上，对入流量进行监管。适用于针对每个UNI接口连接的用户业务进行单独限速。
2、支持CIR、EIR等参数来满足IP分组业务的承载要求
MEF组织除了定义限速的不同层次要求，对限速本身还定义了4个参数：CIR、CBS、EIR、EBS，实际上是通过双速三色算法（RFC2698）来实现对业务流的承诺速率和突发速率。如下为一个CIR、EIR的模型：
3个EVC共享整个端口带宽
3个CIR需要一直满足，各EVC内低于CIR的数据流始终保证可以通过
3个EIR则不会一直满足，在出现3个EIR并发情况时可以进行丢弃。
CIR、EIR等参数可以为分组业务提供更细致的服务，提高带宽的利用率。而SDH类刚性管道专线则无法通过这种手段来更好的利用带宽。
3.、端到端QOS保证
虽然可以针对用户和业务进行带宽限制，但是当多个用户的多个业务流出现突发时，还是有可能造成瞬间的网络拥塞。而分组业务本身的特点决定了这种突发不可避免，因此为了更好的保证用户端到端带宽可用，运营级以太网可以充分发挥以太网自身的高带宽优势，在部署上采用两种方式：城域网轻载运行和合理的业务调度。
运营级以太网利用全光纤组网，在不同层次能够分别采用GE/10GE/40GE/100GE技术来构架网络，如接入层采用GE接入用户，10GE连接汇聚的方式来进行部署，这样可以满足用户高带宽的接入需求。而与其以太网高带宽对应的是，其硬件成本非常低，可以大大降低了运营商的网络建设成本，即使在设备不能支持40GE/100GE的情况下，也可以很容易的通过链路聚合来进行带宽升级，完全能够建立一个高带宽轻载的城域网
在业务QOS调度方面，运营级级以太网技术通过各种技术，组合成为一套完善的QoS体系，包括灵活业务分类、流量策略整形、合理拥塞避免、多优先级队列及组合调度、COS/DSCP/EXP间的优先级映射等等方式，保证了用户数据在进入运营商网络后，可以以较低的延迟、抖动和丢包率进行传输，满足各类用户业务的需要。
结束语
电信级以太网技术通过在QOS上面的种种改进，不仅可以提供不弱于传统SDH专线的业务体现，而且在带宽升级、带宽利用率、多点互连、业务细分和控制上更是优于SDH传统专线，同时还保留了成本低、维护简单、扩展灵活等以太网传统优势，随着技术的进一步成熟和IP/以太网业务量的日益增加并成为主导，运营级以太网技术将成为多业务运营、城域网络优化的主要解决方案。
