詳細分析幀中繼流量×××技術

45.3.1  幀中繼服務類別
在幀中繼網絡中,擁塞成爲一個很是值得咱們關注的問題,  對於網絡管理員和用戶而言須要尋求一
種機制使得在不增長帶寬的基礎上,有效地控制擁塞。
幀中繼標準定義幾個服務類別參數,提供設計和實現幀中繼網絡的一個公共基礎。幀中繼服務類別參
數主要處理帶寬可用性,不直接解決延時或變化。幀中繼標準還定義一個基本的數據流管理方案,幫助控
制和×××提供幀中繼網絡的數據流。下面定義這些服務類別和阻塞管理技術。
基於標準的服務類別(standards-based class of service)按各個PVC定義,這意味着物理端口上的每一個PVC
有不一樣的服務類別分配。基於標準的 CoS 參數處理帶寬和帶寬可用性。延時或延時變化的測量和策略不是
幀中繼標準的一部分,幀中繼一般使用CIR/Bc/Be 這3個參數定義服務類別。
額定突發大小(committed  burst  size)Bc 定義了指定時間段內網絡能夠接受的數據量。Bc的單位是二進
制位,與時間間隔一塊兒使用,肯定CIR的值。時間間隔和CIR將在下面描述。詞「突發」的使用容易引發誤
解。記住數據流以實際的物理線訪問速率或端口速率傳送這一點很重要,每一個分組表明該線路上的一個突
發信息。不要與上面PVC的額定速率的突發概念混淆。
額定速率測量間隔(committed rata measurement interval)Tc 指定數據流被測量的時間段。 Tc以秒的分數
定義,它的典型速率在0.5~2秒之間。Tc的值越大,容許的延時和數據流速率的變化越大;而 Tc的值越小,
數據流傳輸速率越一致。
額定信息速率(Committed  Information  Rate,CIR)指定網絡支持的PVC端點之間的最小傳輸速率。CIR的
計量單位是每秒千位(kbps),是Bc與 Tc的比率。它做爲一般狀況下網絡支持的通訊的下限。
Be 定義網絡在給定時間段內想傳輸的超過 Bc 的數據量。與 Bc 同樣,Be 以二進制位爲單位計量,但
不一樣的是,不保證Be數據流可以被傳輸。當數據流超過Bc的贊成值時,它對Be進行計量。多出的數據流
儘量在網絡上傳輸。
額外信息速率(Excess  Information  rate,EIR)指定網絡贊成在給定時間段內傳輸的超過CIR 的數據量。時
間段的長度對於不一樣的實現是不一樣的,一般是 Tc 的一個間隔。EIR 是從 Be 對 Tc 的斜率得來的,相應的計
量單位是kbps。CIR和 EIR相加表明PVC的最大傳輸容量。超過CIR+EIR 的數據流可能被傳輸,但不能保證
必定傳輸。php

Be 的計算方法以下:api

 

從如上公式能夠看出:
1.  下降Tc(提供更大粒度的計量值)要求減小Be,限制了網絡的緩衝能力
2.  增長 Bc 以容許更大的突發性,要求增長 Tc,這致使了更小的粒度計量值,因此幀傳遞的變
化更大。
3.  Bc+Be 表明網絡贊成在任什麼時候間段Tc接受的信息量。
4.  Bc+Be 的和必須小於或等於端口訪問速率。
 緩存

45.3.2    FECN和BECN
幀中繼網絡中基於標準的阻塞管理使用兩個方法處理:設置幀中明確的阻塞通知位和標記幀中可丟棄
位。阻塞通知位告訴幀中繼終端設備 PVC 路徑中的哪一個地方有阻塞,而設置可丟棄位標識在阻塞過程當中交
換機將首先丟棄的數據流。下圖給出了幀中繼幀格式和這些位在幀報頭中的位置。網絡

 

當交換機或網絡在支持虛電路的鏈路上遇到阻塞時,轉發明確的阻塞通知(FECN)位能夠由幀中繼交換
機設置。FECN 通知接收端設備網絡中的阻塞狀態。理想狀況下,接收端將識別到 FECN,並經過壓縮窗口
大小下降發送器的速度。不幸地是,第 2 層 FECN 到高層等效值的映射僅適用於 DECNET 和 CLNS 數據流,
因此在實際應用中,除了統計外,FECN沒有太多的用處。
交換機也能夠設置返回給發送端的幀上的後向明確阻塞通知位(BECN),指示網絡中的阻塞狀態。在這
兩個方法中,BECN更有用,由於它們通知對阻塞有責任的發送端。與 FECN同樣,BECN 的設置不能很好地
映射到高層協議,因此阻塞信息不能回到源站點。可是,由於發送路由器能夠解釋 BECN,它能夠對阻塞情
況做出響應。tcp

 

d FCS Flags
戶 用戶-網絡
LAPF核心 R2
Congested
如上圖: 當擁塞發生時,幀中繼交換機向上遊設備發送BECN 消息,同時也向下游設備發送FECN 消息,
若是接收端路由器支持BECN 回覆功能,則它會向數據發送放發送BECN 消息,使得發送方降速。
當收到 FECN 消息時,路由器將 Tc 時間內 FECN 爲 1 和 FECN 爲 0 的幀進行比較,若是 BECN=1 的幀
號>BECN=0 的幀號,則將其吞吐量降爲原來的87.5%,反之,增長原吞吐量的 1/16,進行慢速的啓動操做。
Tc 設置爲 4 倍的端到端傳輸延遲。當連續收到 N 個 BECN=1 的幀時,來自用戶的流量就會經過必定的步長
減小到低於當前提供的速率。這個步長首先由 0.675 倍的吞吐量進行減小,而後 0.5 倍,最後 0.25 倍。同
樣,流量收到連續N/2個BECN=0的幀後,將會按照0.125 倍增長吞吐量。
 
45.3.3 ForeSight
在 Cisco 的設備上,因爲對 Stratacom 的收購,得到了 ForeSight 的技術。ForeSight 採用了一種閉環控
制的方式,在幀中繼網中,將末端監測到的網絡資源的使用狀況信息,包括擁塞,嚴重擁塞等,反饋到源
端,  控制用戶端口的  PVC 隊列的發放速率。這樣避免了擁塞同時又動態的分配了閒置帶寬。而對於開環
技術,擁塞發生時將丟棄部分幀,  相對於這種模式,ForeSight能夠更好的防止網絡中中繼鏈路的擁塞,同
時避免了丟包。
ForeSight相似於ATM 的ABR 業務,它將用戶幀按照24字節的長度分段封裝(FastPacket),而後在幀中
繼網絡中傳輸。分段的同時標記了起始幀,中間幀和尾幀。在傳輸過程當中,爲了減少延遲,網絡端口對先ide

到的用戶幀的一部分進行打包,並經過幀中繼交換機的 FRM模塊計算CRC值和用戶幀結尾的CRC值進行對
比校驗,爲了減少延遲,支持ForeSight的IGX 交換機經過對緩存的分配減少延遲,在發送端,當PVC創建
時,緩衝區就爲該條PVC創建一個VC隊列,在NNI接口之間一般採用一個Trunk隊列緩衝,而在接收端僅
採用一個公共的TX隊列。以下圖所示:ui

 

ForeSight在幀中繼網絡中造成一個閉環,   由末端IGX中的FRM將網絡中資源的統計信息反饋到源IGX
的 FRM 中,調整 VC 隊列的發包速率。信息反饋使用 FastPacket 封裝中的 RA 字段。RA 字段爲 FastPacket
封裝頭的一個特定字段,當擁塞發生時,標記 FECN 和 BECN 的哦可以使,對 RA 進行調整,  RA 有 2 位。
當爲 00 時,表示 VC 隊列的發送速率不調整,  01 時表示發送速率能夠上升到 MIR(最小信息速率)的 10%,
RA爲10時,表示VC隊列的當前速率降低13%。當RA 爲11時,VC隊列的速率降低50%。
ForeSight一般將擁塞定義爲Trunk隊列使用超過50%或者TX隊列超過門限值,嚴重擁塞定義爲Trunk
使用率超過 50%,而且 TX 隊列已經溢出。當網絡中有空閒帶寬時,RA 定義爲 01,發生擁塞時 RA 定義爲
10,當嚴重擁塞發生時,RA 定義爲11。末端FRM將 RA 比特所載信息反送給源端FRM,控制VC隊列發包
速率。對於VC 隊列的控制,使用用戶申請的CIR設置,並根據CIR 和RA進行Credit發放。this

 

如上圖所示,T0~T1這段時間因爲用戶沒有傳送數據,積累了一些Credit,當發送數據時,首先會借用
全部的 Credit,以端口速率發送。而後速率降低到靜態信息速率 QIR.此時收到來自接收端的反饋,網絡有debug

空閒,RA=01 增長帶寬。通過一段時間後出現擁塞,並收到 RA=10 的消息,速率降低。最後出現嚴重擁塞
使得RA=11消息發出,速率下降爲當前速率的50%。對於調整時間,一般是一個ForeSight閉環的RTD。同
時,若是連路中一直有數據發送,應該保證MIR 在CIR 之上,而上圖使用了MIR=CIR的特例。
 
45.3.4  配置幀中繼流量×××
默認狀況下,Cisco路由器忽視FECN 和BECN字節。能夠經過以下命令開啓幀中繼流量×××:
Router(config-if)#frame-relay traffic-shaping
 
因爲ForeSight爲私有標準,因此默認狀況下流量×××使用BECN的方式,能夠經過以下命令調整流量
×××模式。
Router(config-if)#frame-relay adaptive-shaping {becn | foresight}設計

而後就能夠在接口下或者子接口下配置,按照前文的定義,咱們能夠配置 CIR,Bc,Be
traffic-shape rate bit-rate[burst-size[excess-burst-size]]
bit-rate指定想要的輸出速率,它應被設置爲正應用的DLCI的CIR。
burst-size可選,但應該應用於幀中繼接口,並被設置爲幀中繼網絡供應商使用的Bc 值。
excess-burst-size也是可選的,應設置爲幀中繼網絡供應商使用的Be值。
 
例以下圖:A爲一臺帶有語音功能的路由器,須要向C 發送語音外,還須要向B發送通常數據:

 

此時對於路由器A的配置以下:
Interface Serial3/1.301 point-to-point
Description Voice-PVC
Bandwidth 128
Ip address 172.16.1.2 255.255.255.252
Traffic-shape rate 128000 64000 32000
Frame-relay interface-dlci 301
!

Interface Serial3/1.304 point-to-point
Description Data-PVC
Bandwidth 128
Ip address 192.168.1.2 255.255.255.252

獲得Bc和Be 的值從供應商那裏獲得。假定供應商配置Tc爲0.5秒。使用公式CIR=Bc/Tc  , Bc=CIR×Tc
則得出Bc爲 64000。
由於僅發送數據的 PVC 將發送突發數據流,對它須要進行控制,使得它不會不平等地從傳送語音的
PVC 那裏篡取帶寬。可是,目標是仍然容許接口利用幀中繼傳送突發數據流的能力。爲了達到這個目的,
通常數據流×××將配置峯值速率等於鏈路帶寬減去傳送語音的 PVC的帶寬。
爲了防止嚴重的數據丟失,應配置每一個PVC 對幀中繼阻塞通知做出反應。容許通常數據流×××對 BECN
做出反應的接口命令是:
traffic-shape adaptive [bit-rate]
bit-rate表明在收到BECN時數據流應×××到的最小值。在大多數狀況下,這個值應設置爲與
該PVC關聯的 CIR。經過使用 PVC 的CIR,路由器能夠回到幀中繼網絡支持的傳輸速
對於BECN/FECN工做原理,有時須要接收端路由器接收到FECN消息後,接收端路由器發送BECN:
traffic-shape fecn-adapt
 
45.3.5  流量×××映射類
在不少狀況下,對於接口/子接口定義流量×××過於粗糙,咱們可能但願對每一個VC進行流量×××和速
度限制等功能,同時還能夠對特定的 VC 進行不一樣的 QoS 隊列處理。一般的作法是使用幀中繼流量×××映
射類。首先定義一個Frame-Relay的map-class
Router(config)#map-class frame-relay QOS
進入map-class 模式後,能夠選擇不少參數:
Router(config-map-class)#frame-relay ?

    adaptive-shaping        Adaptive traffic rate adjustment, Default = none
   bc                                   Committed burst size (Bc), Default = 7000 bits
   be                                   Excess burst size (Be), Default = 0 bits
   cir                                  Committed Information Rate (CIR), Default = 56000 bps
   congestion                    Congestion management parameters
   custom-queue-list      VC custom queueing
   end-to-end                    Configure frame-relay end-to-end VC parameters
   fair-queue                    VC fair queueing
   fecn-adapt                    Enable Traffic Shaping reflection of FECN as BECN
   fragment                        fragmentation - Requires Frame Relay traffic-shaping to be
                       configured at the interface level
   holdq                              Hold queue size for VC
   idle-timer                    Idle timeout for a SVC, Default = 120 sec
   interface-queue          PVC interface queue parameters
   ip                                    Assign a priority queue for RTP streams
   mincir                            Minimum acceptable CIR, Default = CIR/2 bps
   priority-group            VC priority queueing
   tc                                    Policing Measurement Interval (Tc)
   traffic-rate                VC traffic rate
   voice                              voice options

若是須要使用自適應的流量速率調整,可使用
Router(config-map-class)#frame-relay adaptive-shaping{becn | foresight}
而後可使用以下命令調整虛電路流量速率,average 爲平均輸出速率,設置爲CIR,peak爲最大輸出
速率,設置爲CIR+EIR
Router(config-map-class)#frame-relay traffic-rate average peak

一般狀況下仍是使用 CIR/Bc/Be/Tc/MINCIR 等參數的調整和使用 ECN/ForeSight 來進行流量控制,默認
狀況下Bc爲 56kbps,Be爲0,CIR爲56kbps,MINCIR爲CIR的一半。
map-class frame-relay QOS
  frame-relay traffic-rate 64000 128000
  frame-relay adaptive-shaping becn
  frame-relay cir 128000
  frame-relay bc 16000
  frame-relay be 0
  frame-relay mincir 64000
此後還能夠在map-class 中配置CQ/PQ等QoS標準隊列,關於這些隊列,參見之前的QoS章節
Router(config-map-class)#frame-relay priority-group 1
Router(config-map-class)#frame-relay custom-queue-list 1
 
定義好map-class 後,咱們就能夠將它們掛載到相應的接口/子接口,或者VC上:
Router(config)#interface serial3/0.1 multipoint
Router(config-subif)#frame-relay class fast_vc
 
Router(config)#interface serial3/0.1 multipoint
Router(config-subif)#frame-relay interface-dlci 100
Router(config-fr-dlci)#class slow_vc

45.3.6 Cisco ELMI
若是路由器鏈接到基於 Cisco-Stratacom 的幀中繼網絡,則可使用 Cisco 的加強本地管理接口(E-LMI)
自動感應 QoS的參數。E-LMI 傳送端口上全部 PVC 的 CIR、Bc 和 Be 的值,而後路由器能夠把它們自動應用
於數據流×××機制。這樣作極大地簡化了路由器的配置,僅需在接口上配置以下命令:
Router(config)#frame-relay qos-autosense
能夠經過如下命令查看:
Router#show frame qos-autosense
ELMI information for interface Serial3/1
IP Address used for Address Registration:0.0.0.0 My Ifindex:7
ELMI AR Status:Enabled
  Connected to switch:SWITCH      Platform:IGX      Vendor:CISCO
SW side ELMI AR Status:Disabled
IP Address used by switch for address registration:0.0.0.0 Ifindex:0
               (Time elapsed since last update 00:02:34)
  DLCI = 100
  OUT:     CIR 64000            BC 6000                  BE 5000                  FMIF 4506
  IN:         CIR Unknown        BC Unknown          BE Unknown          FMIF Unknown
  Priority 0          (Time elapsed since last update 00:01:46)
 
ELMI information for interface Serial3/3
IP Address used for Address Registration:0.0.0.0 My Ifindex:9
ELMI AR Status:Enabled
  Connected to switch:SWITCH      Platform:IGX      Vendor:CISCO
SW side ELMI AR Status:Disabled
IP Address used by switch for address registration:0.0.0.0 Ifindex:0
                (Time elapsed since last update 00:01:32)
  DLCI = 200
  OUT:    CIR 64000          BC 6000               BE 5000                    FMIF 4506
  IN:         CIR Unknown      BC Unknown      BE Unknown            FMIF Unknown
  Priority 0          (Time elapsed since last update 00:01:07)
 

45.3.7  查看流量×××信息
配置完流量×××後能夠經過以下命令查詢流量×××狀態.
首先可使用show traffic-shape

 

另外一種方法是使用show frame-relay pvc dlci
RouterA#show frame-relay pvc 501
PVC Statistics for interface Serial6/1 (Frame Relay DTE)
DLCI = 501, DLCI USAGE = LOCAL, PVC STATUS = ACTIVE, INTERFACE = Serial6/1.501
   input pkts 2308                    output pkts 10031                in bytes 151508
   out bytes 9991964                dropped pkts 3783                in FECN pkts 0
   in BECN pkts 278                  out FECN pkts 0                    out BECN pkts 0
   in DE pkts 0                 out DE pkts 0
   out bcast pkts 56                out bcast bytes 16964
    Shaping adapts to BECN
   pvc create time 00:55:40, last time pvc status changed 00:09:40
   cir 128000          bc 16000          be 0               byte limit 2000      interval 125
   mincir 64000         byte increment 1375      Adaptive Shaping BECN
   pkts 6201              bytes 6161964      pkts delayed 6122            bytes delayed 6115040
   shaping active
   traffic shaping drops 0
   Queueing strategy: fifo
Output queue 40/40, 3790 drop, 6122 dequeued
這種方法還能夠看到使用的是何種×××方式,如上信息爲 BECN的情景  ,下面爲使用ForeSight的情景  
RouterA#show frame-relay pvc 401
PVC Statistics for interface Serial6/1 (Frame Relay DTE)
DLCI = 401, DLCI USAGE = LOCAL, PVC STATUS = ACTIVE, INTERFACE = Serial6/1.401
   input pkts 2138                    output pkts 25249                in bytes 141127
   out bytes 25206155              dropped pkts 9581                in FECN pkts 0
   in BECN pkts 93                    out FECN pkts 0                    out BECN pkts 0
   in DE pkts 0                          out DE pkts 0
   out bcast pkts 55                out bcast bytes 16635
   Shaping adapts to ForeSight                in ForeSight signals 606
   pvc create time 00:54:14, last time pvc status changed 00:08:14
   cir 128000          bc 16000          be 0               byte limit 2000      interval 125
   mincir 64000         byte increment 1125      Adaptive Shaping F/S
   pkts 15611            bytes 15568155    pkts delayed 15532          bytes delayed 15513904
   shaping active
   traffic shaping drops 0
   Queueing strategy: fifo
Output queue 40/40, 9598 drop, 15532 dequeued

對於ForeSight可使用Debug查看ForeSight消息:
Router#debug frame-relay foresight
02:39:50: FR rate control for DLCI 401 due to ForeSight msg
02:39:50: FR rate control for DLCI 401 due to ForeSight msg
 
45.3.8  可丟棄位設置
在幀中繼的地址段有一個專用的字段用於標記在擁塞狀況下優先丟棄的報文,  該字段爲 DE 字段
( Discard Eligibility ).以下圖所示:

 

FCS Flags 用戶-網絡 LAPF核心   如何標記這個字段,一般使用一個ACL來處理.  可丟棄列表使用標準或擴展訪問列表分類數據流,而後 在幀中繼網絡上發送數據前,有選擇地設置幀中繼報頭中的 DE位。正如前面所述,設置DE位的數據流在 交換機遇到阻塞時被首先丟棄,這使得管理員可以控制低優先級數據流被網絡首先丟棄,從而改善高優先 級數據流成功經過的狀況。 DE-List配置方式以下: Router(config)#frame-relay de-list list-number {protocol protocol|interface type number}     characteristic 其中list-number是惟一標識該列表的數,若是選擇interface 字段, de-list僅對經過指定接口的分組進行 操做。若是選擇protocol,該列表能夠更加有識別力。protocol字段的選項包括路由器支持的全部第3層協 議。對於IP網絡,選擇就是IP。 characteristic 字段容許進一步細化第 3 層協議。選項包括:指定 lt(小於)或 gt(大於)操做符後跟大小值 指定最小或最大幀大小;使用TCP或UDP 操做符後跟端口號指定特定的TCP或UDP 端口;或者使用list操 做符經過訪問列表進一步定義。 例如,咱們須要對大於4bytes 小於10bytes 的數據標記DE位: Router(config)#frame-relay de-list 1 protocol ip lt 10 gt 4 或者,使用一個 ACL來對特定流量進行DE標記: Frame-relay de-list 3    protocol ip list 131 ! Access-list 131 deny tcp any any eq 1720 Access-list 131 deny udp any any range 10000 15334 Access-list 131 permit p any any 完成de-list定義後,  就能夠將其掛接到接口上了,掛接方法以下: Router(config-if)#frame-relay de-group group-number dlci DE位的設置還能夠在Policy-map 中進行使用特定的命令實現: policy-map QOS    class class-default     police cir 80000 pir 100000       conform-action transmit         exceed-action set-frde-transmit         violate-action set-frde-transmit

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