【通信行业标准(YD)】 基于以太网的IP接入网QoS控制架构

ICS33.040
中华人民共和国通信行业标准
YD/T 2027-2009
基于以太网的IP接入网QoS控制架构A QoS control architecture for ethernet-based IP access networks(ITU-T Y.2.112:2007,A QoS control architecture for Ethernet-basedIPaccessnetworks,MoD）
2009-12-11 发布
2010-01-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前
范围·
规范性引用文件
术语、定义和缩略语·
基于以太网的IP接入网网络参考模型·动态QoS控制的需求
支持动态OoS控制的功能架构
参考点要求
支持动态QoS控制的过程
9应用场景
10安全考虑·
附录A（资料性附录）基于以太网的IP接入网和QoS附录B（资料性附录）最后一公里用户接入技术·附录C（资料性附录）应用案例
YD/T2027-2009
YD/T2027-2009
本标准修改采用了国际电信联盟（ITU-T）建议Y.2112《基于以太网的IP接入网QoS控制架构》，主要差异为：
-对附录C中的VoIP、VoD、BoD业务流程进行了修改。本标准在制定过程中还注意了与以下标准的协调统一：YD/T1703-2007《电信级IPQoS体系架构》。本标准的附录A、附录B和附录C为资料性附录。本标准由中国通信标准化协会提出并归口。本标准起草单位：华为技术有限公司、工业和信息化部电信研究院。本标准主要起草人：王琪、于德雷、杨道彦。I
1范围
基于以太网的IP接入网QoS控制架构YD/T2027-2009
本标准规定了基于以太网的IP接入网QoS控制架构和需求，包括基于以太网的IP接入网资源预留、接纳控制和门控，还给出了基于以太网的IP接入网网络参考模型描述。本标准适用于基于以太网的IP接入网。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。ITU-TY.1541
ITU-TY.2111
IEEE802.1Q
IEEE802.1ad
IEEE802.1AB
IETFRFC 2474
IETFRFC2475
3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
针对基于IP业务的网络性能目标NGN网络的资源和接纳控制
虚拟桥接局域网
虚拟桥接局域网-—修订4：运营商桥工作站和媒体访问控制连接性发现协议IPv4和IPv6差分服务域的定义
一种区分服务的架构
下列术语和定义适用于本标准。3.1.1
绝对QosabsoluteQos
流量传送服务中，部分或全部的OoS参数具有具体数值表示的范围。这个范围既可以是物理限制，也可以是通过速率策略实现的限制。该范围可以为报文传输的某个具体网络性能对象。3.1.2
门控gatecontrol
打开或关闭门的操作。当门打开时，媒体流中的包可以通过；当门关闭时，媒体流中的包不许通过。3.1.3
IP接入网IPaccessnetwork
在IP用户和IP服务提供商之间提供接入能力的网络。IP用户和IP服务提供商是终结IP层和IP相关功能的逻辑实体，也可能包括部分低层功能。3.1.4
IP核心网IPcorenetwork
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IP服务提供商的网络，包含个或多个IP服务提供商。3.1.5
媒体流mediaflow
由两个终端节点的标识、带宽以及业务等级确定的单向媒体流。3.1.6
相对QoSrelativeQoS
流量传送服务中，对获得的带宽、数据包延迟、数据包丢包率没有绝对的限制，不同流量类型采用不同的处理方式从而获得不同水平的QoS。3.1.7
会话session
业务层中一组对象中的临时通信关系，在一段时间内共同完成一项工作。在生命周期内，会话的状态可能改变。基于会话的通信可能不一定由中介协助，该通信可以是一对一、一对多、多对一或多对多。3.1.8
边缘路由器edgerouter：
作用在接入网边缘的路由器，从接入网汇聚P数据包到核心网。3.1.9
基于以太网的IP接入网Ethernet-basedIPaccessnetwork由以太汇聚网、接入节点（如DSLAM)、边缘节点（如BRAS)，甚至IP汇聚网组成的IP接入网。边缘节点通常具有IP能力，接入节点可能具有IP能力。3.1.10
IP流IPflow
从特定源发出到特定终点的一系列包，通常采用路由的方法。注：如果采用IPv4，流由IPv4的五元组确定，包括源/目的IP地址、协议标识和源/目的端口号。如果采用IPv6，流由IPv6的三元组确定，包括源/目的IP地址和流标签。3.1.11
最后一公里用户接入lastkilometeruseraccess用户驻地设备和接入节点之间的接入网部分。3.2缩略语
下列缩略语适用于本标准。
Authentication, Authorization and AccountingAccess Node
Application Layer
BestEffort
BandwidthonDemand
BroadbandRemoteAccess ServerContent Delivery Network
Central Office
认证，授权，计费
接入节点
应用层
尽力而为
按需分配带宽
宽带远程接入服务器
内容分发网络
中心机房
CustomerPremisesEquipment
CustomerPremisesNetwork
Dynamic Host Configuration ProtocolDifferentiatedServicesCodePointDigital Subscriber Line
Digital Subscriber Line Access MultiplexerDestination
Extensible Authentication ProtocolEdgeNode
EdgeRouter
Experimental bits
GenericRoutingEncapsulation
HyperText Transfer Protocol
Identifier
InterMediate Node
Interriet Protocol
Layer 2Tunnelling Protocol
Link Layer Discovery ProtocolLabel SwitchedPath
Media Access Control
Management Information Base
Multi-Protocol Label SwitchingNetwcrkAttachmentControlFunctionNetworkAddress Translation
PolicyDecisionFunctional EntityPolicyEnforcementFunctionalEntityPer Hop Behaviour
Physical Layer
Point-to-Point Protocol
Quality of Service
Resource and Admission Control FunctionResourceReSerVation ProtocolServiceControlFunction
Session Initiative Protocol
Service Level Agreement
Simple Network Management ProtocolSource
用户驻地设备
用户驻地网络
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动态主机配置协议
差分服务码点
数字用户线路
数字用户线接入复用器
可扩展鉴权协议
边缘节点
边缘路由器
实验比特位
通用路由封装
超文本传输协议
中间节点
互联网协议
二层隧道协议
链路层发现协议
标记交换路径
媒质访问控制
管理信息库
多协议标记交换
网络附着子系统
网络地址转换
策略决策功能实体
策略执行功能实体
每跳行为
物理层
点到点协议
服务质量
资源和接纳控制功能
资源预留协议
业务控制功能
会话初始协议
服务水平协议
简单网络管理协议
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S-VLAN
TRC-FE
TRE-FE
SpanningTreeProtocol
ServiceVirtual LocalArea NetworkTransmissionControlProtocol
Transport Resource Control Functional EntityTransportResourceEnforcelatFunctionalEntityUser Datagram Protocol
Universal Mobile Telecommunications SystemVideoonDemand
Voice overIP
VirtualPrivateNetwork
Virtual Local Area Network
Wireless Local Area Network
4基于以太网的IP接入网网络参考模型生成树协议
业务虚拟局域网
传输控制协议
传输资源控制功能实体
传输资源执行功能实体
用户数据报协议
通用移动通信系统
视频点播
网络电话
虚拟专用网
虚拟局域网
无线虚拟局域网
本标准假设基于以太网的IP接入网包括：最后一公里用户接入设备、以太汇聚网、接入节点（如DSLAM）、边缘节点（如BRAS），也可能包括IP汇聚网。其中接入节点可能具备IP能力，如图1所示，同时假设基于以太网的IP接入网可能支持多种不同类型的用户接入技术。例如，基于以太网的IPDSLAM可能支持LAN/xDSL/WLAN用户接入，可以部署不同类型接入节点并汇聚到同一BRAS。另外，BRAS可以用作边缘路由器，在这种情况下不进行IP层的汇聚。本标准中边缘节点是上行流量的出口，连接P接入网和核心网，该边缘节点可以是BRAS或边缘路由器。PR
最后一
太汇聚网络
P汇聚网络
基于以太网的IP接入网
图1基于以太网的IP接入网络通用架构和拓扑模型IP核心
通常二层或三层交换机用于用户以太层流量汇聚，三层交换机或IP路由器则基于QoS类别或者业务类型进行IP层汇聚。
家庭网关可能包含调制解调器和IP路由器，由于最后一公里用户接入技术的不同，具体见附录B，调制解调器和IP路由器都是可选的。接入节点在网络侧终结用户接入设备，物理上可以是一个设备或一串设备。接入节点可位于CO或远端站点或两者均可，当它位于基于以太网的IP接入网内时必须包含一个或多个以太上行接口。宽带远程接入服务器（BRAS）终结用户接入链路（如PPP、EAP、VLAN等），进行网络访问控制，汇聚用户流量到VLAN、VPN或隧道。当它位于基于以太网的IP接入网内时须包含一个或多个以太下行接口并可以终结以太网层。BRAS还可以提供：策略管理、AAA、DHCP、用户接入控制等功能。4
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边缘路由器（ER）是位于IP接入网和一个或多个运营商之间的IP路由器，可以从一个或多个BRAS汇聚IP流量，也可能包含NAT和防火墙功能。以PPP协议为例说明基于以太网的IP接入网的分层协议模型，如图2所示。P
Router
图2一个基于以太网的IP接入网分层协议模型示例5动态QoS控制的需求
基于以太网的P接入网需要满足如下必选需求：IP
1）支持多种业务的动态QoS控制，如VoIP、VoD、BoD；动态QoS控制过程可以被应用层协议激活，如SIP、H.323、HTTP等协议。
2）支持基于业务类型和用户的QoS。3）支持绝对QoS和相对QoS。
4）支持基于每流的接纳控制，业务层向传输层通知流描述（IPv4五元组或IPv6三元组），根据业务类型、服务水平协议（SLA）或用户显示的QoS请求决定媒体流的QoS需求，并将QoS需求通告传输层。基于以太网的IP接入网还需要满足如下可选需求：1）对于有QoS需求的媒体流，支持基于用户属性、服务水平协议（SLA）、运营商策略规则和网络资源可用性的接纳控制。传统的策略控制框架（见IETFRFC2475）仅支持基于服务水平协议和策略规则的每用户或每网络层次的接纳控制。2）动态或静态收集网络拓扑和资源信息。6支持动态QoS控制的功能架构
6.1概述
本架构适用于不同传送技术的接入网络。业务控制功能（SCF）进行业务请求的处理。SCF通过检查应用层信令（如SDP）中的业务类型或用户显示指定QoS请求判断媒体流QoS需求，然后通过Rs参考点向资源和接纳控制功能实体（RACF）发送资源请求。SCF是业务相关的，可以在任何需要控制传送资源的业务子系统中实现，如IMS。从设备形态上说，SCF可以是一个独立的设备或嵌入的其他设备中的一个功能模块。RACF处理IP流包含具体QoS需求的资源请求。RACF收到从SCF发送的QoS请求并且把业务QoS参数和优先级映射到传输层QoS参数和优先级。RACF基于用户属性、服务水平协议、运营商策略规则和网络资源可用性，进行接纳控制、路经选择和为媒体流分配网络资源。值得注意的是，在RACF中，路径选择指的是在一个域内选择入口点和出口点以满足QoS资源需求而不是网络路由选路。假如SCF的QoS请求被接纳，RACF将QoS接纳决策安装到接入节点/边缘节点。在网络拓扑和资源状态发生变化时，RACF维护网络拓扑和资源状况信息。RACF可以作为一个独立的设备或一个功能模块嵌入其他设备中。5
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基于以太网的IP接入网传输功能包含3种类型网络节点：接入节点（AN）、边缘节点（EN）和中间节点（IMN），其中中间节点表示位于IP接入网的以太汇聚网中的网元，如图1所示。本标准中采用用户驻地设备（CPE）表示用户住址网络（CPN）中的所有设备，通常CPE对应一个用户终端，如SIP终端。在本标准中，不考虑用户驻地网络的拥塞，即假设用户驻地网络可以无阻塞地转发用户数据包，并且在用户驻地网络中确保数据流的QoS。图3为基于以太网的IP接入网中支持动态QoS控制的功能架构。业务控制功能(SCF)
业务平面
传送苹面
控制功能
(NACF)
6.2QoS机制
6.2.1支持相对QoS
(PE-FE
.TRE·FE
基于以太网的IP接入网
TRE-FE
图3支持动态QoS控制的功能架构核心网
支持相对QoS，RACF通过Rn或Rw参考点在汇聚层或数据流层执行接纳控制决策。接入节点或边缘节点需要根据QoS设置对进入或离开接入网络的流量进行分类、标记、策略、整形、排队和调度，中间节点根据接入节点/边缘节点标记的优先级转发数据包。Rn、RW、Rc参考点的需求要符合策略控制架构，具体见IETFRFC2475。
6.2.2支持绝对Qos
支持绝对QoS，除了要在网络边缘进行带宽策略和流量整形之外还要避免网络中带宽争夺和流量阻塞，方法如下：
令RACF掌握整个接入网络逻辑树状网络拓扑和链路资源信息，基于这些信息进行接纳控制以确保当前具有绝对QoS请求的媒体流可以获得足够的资源。逻辑树状网络拓扑可以通过生成树协议或静态配置（如静态配置在RACF中的VLAN拓扑数据）获得，或者从网管系统获得拓扑和资源状态信息。假如接入节点是一个没有IP功能的二层设备，RACF应该通过Rw参考点在边缘节点进行门控；假如接入节点是IP设备，RACF应该通过RW在接入节点和边缘节点进行门控。6.3资源接纳控制功能（RACF）
RACF包含两个功能实体：策略决策功能实体（PD-FE）和传输资源控制功能实体（TRC-FE），具体见ITU-TY.2111。
6.4策略决策功能实体（PD-FE）PD-FE处理通过Rs参考点从SCF或通过Rw参考点从策略执行功能实体收到的QoS资源请求。6
6.5传输资源控制功能实体（TRC-FE）YD/T2027-2009
TRC-FE负责控制传输技术相关的资源，基本功能描述具体见ITU-TY.2111。基于以太网的IP接入网中的TRC-FE包含下述功能。
网络拓扑维护：在IEEE802.1Q/802.1ad以太网中，大部分节点用MAC桥接或基于MAC地址的虚拟桥接和VLANID来处理数据包。一般来说，网络拓扑无环路，并通过生成树协议完全连接，具体见IEEE802.1Q。TRC-FE可以用Rc参考点或静态配置收集拓扑。网络资源维护：通过Rc参考点收集并维护传输资源状态信息。QoS映射技术相关：根据特定传输策略规则，将通过Rt参考点从PD-FE获得的网络QoS参数和类别映射到传送（技术相关）QoS参数和类别，并且支持多种传送技术。在基于以太网的IP接入网中，TRC-FB将网络QoS参数和类别映射到IEEE802.1Q/802.1adVLAN优先级和流量类别（如ITU-TY.1541中QoS类别和VLAN优先级/流量类别之间的映射）。特别指出，根据EEE802.1Q，指定端口有一个或多个队列，每一个队列对应不同流量类型，每一个以太顿用端口的流量类别表和顿优先级映射到一个流量类别。最多可支持8个流量类别，允许每个优先级使用独立的队列。技术相关决策点：通过Rt参考点接收并回应来自PD-FE的QoS请求。传输资源执行控制：通过Rn参考点在技术相关的汇聚层控制TRE-FE执行传输资源策略规则。传输资源策略规则可能包含带宽分配/速率限制、标记/重标记、整形/策略等，所有这些策略规则应基于EEE802.1Q/802.1adVLAN。具体见附录A。6.6传输功能
基于以太网的IP接入网的传输功能包含3种类型网络节点：接入节点、边缘节点和中间节点。PE-FE和TRE-FE可以位于接入节点和边缘节点。PE-FE和TRE-FE的定义具体见ITU-TY.2111。6.6.1接入节点（AN）
接入节点直接连接到CPN并终结最后一公里链路信号，如以太、xDSL、Cable、GPON/EPON等，通常它是一个感知IP的二层设备。接入节点中的PE-FE在媒体流层上执行网络策略，接入节点中的TRE-FE在汇聚层上执行传输资源策略。接入节点的QoS机制包括缓存管理、队列和调度、包过滤、流量分类、标记、策略和整形。接入节点中的PE-FE/TRE-FE通过Rn或RW参考点在RACF管理下在流层或汇聚层执行QoS管理功能。
6.6.1.1AN中的PE-FE
如果PE-FE位于接入节点中，它在上行方向在媒体流层执行传输资源策略规则。PE-FE的功能包括：1）开/关门；bzxz.net
2）速率限制和带宽分配；
3）流量分类和标记；
4）流量策略和整形；
5）映射IP层QoS信息（如DSCP）到IEEE802.1Q/802.1adVLAN优先级/流量类型；6）收集并报告资源利用信息（如开始时间、结束时间、发送数据量等）。接入节点中的PE-FE的定义具体见ITU-TY.2111。6.6.1.2接入节点中的TRE-FE
如果TRE-FE位于接入节点中，它在上行方向在汇聚层执行传输资源策略规则。TRE-FE的功能包括：7
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1）速率限制和带宽分配；
2）流量分类和标记；
3）流量策略和整形；
4）映射IP层QoS信息（如DSCP）到IEEE802.1Q/802.1adVLAN优先级/流量类型；5）收集并报告资源利用信息（如开始时问、结束时间、发送数据量等）。TRE-FE应可在汇聚层上，如用户端口（物理或逻辑端口）、以太类型、VLANID和VLAN优先级的基础上执行以上功能。
6.6.2中间节点（IMN）
IMN指在基于以太网的IP接入网的边缘节点和接入节点之间的所有节点，通常为以太交换机。根据EEE802.1ad，以太汇聚网中的节点应该是S-VLAN桥并且是在每一S-VLAN可配置的。-个中间节点包含以下功能。
排队和调度：中间节点必须支持至少4个流量类型，并且可以进行配置，从8个可能的VLAN优先级映射到这些流量类型；必须支持严格的优先级调度和加权优先级调度，为映射差分服务每跳行为和VLAN优先级提供支持。
收集和报告支援状态信息，包括：物理端口资源信息、S-VLAN端口资源信息。6.6.3边缘节点（EN）
边缘节点作为上行流量的出口，连接IP接入网和核心网，是具有路由功能的P设备。位于边缘节点中的PE-FE运行QoS机制直接处理用户流量，包括缓存管理、排队和调度、包过滤、流量分类、标记、策略和整形。
作为支持动态QoS控制的关键注入点，具有PE-FE的边缘节点通过Rw参考点由RACF控制在流层上运行QoS控制功能。TRE-FE可以位于边缘节点中，在每汇聚流的层面上执行传输资源策略规则。6.6.3.1EN中的PE-FE
边缘节点中的PE-FE与6.6.1.1中定义的功能相同。如果接入节点中没有PE-FE，则边缘节点中的PE-FE在上行和下行方向上执行传输资源策略规则。6.6.3.2EN中的TRE-FE
边缘节点中的TRE-FE与6.6.1.2中定义的功能相同。TRE-FE在下行方向执行传输资源策略规则。7参考点要求
7.1SCF和PD-FE间的RS
Rs参考点定义见ITU-TY.2111。
7.2PD-FE和TRC-FE间的Rt
Ru参考点定义见ITU-TY.2111。
7.3PD-FE和NACF间的Ru
Rt参考点定义见ITU-TY.2111。
7.4PD-FE和PE-FE间的RW
Rw参考点定义见ITU-TY.2111。
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