MPLS DiffServ

MPLS DiffServ流分类方案

IP QoS实现DiffServ的方法是：在网络的边缘进行流量分类，将流量划分为多个优先级或多个服务类，如使用IP报文头的IP Preference来标记报文，可以将报文最多分成2³ = 8类；若使用DSCP，则最多可分成2⁶ =64类。在报文发送途径中的每一跳通过检查报文的DSCP或IP Preference字段，确定该数据包要求的QoS。

而在MPLS网络中，路由器不会检查IP报文头的内容，因此无法通过ToS或DSCP字段来进行流量分类。相关标准定义了两种方案实现MPLS网络的流量分类。

第一种方案：E-LSP

第一种方案是使用MPLS报文首部的3bit的Exp字段（如图8-1）来承载DiffServ信息。转发时报文根据标签转发，而由Exp字段决定PHB。

图8-1 MPLS报文首部结构

EXP可以从承载在LSP中的IP数据包的DSCP或IP Preference拷贝，也可以由MPLS网络运营商设置。这种从EXP位推导得出PHB的LSP称为E-LSP（EXP-Inferred-PSC（PHB Scheduling Class） LSP）。

这种方案适用于不超过8个PHB的网络。由于IP报文的优先级字段是3bits，与EXP的长度相同，可以直接形成一对一的映射。但IP报文的DSCP字段是6bits，与EXP的长度不一样，因此E-LSP与IP QoS不能完全映射。在IEEE标准的实现中，将DSCP的前3bits（即CSCP）与EXP进行映射，而忽略DSCP的后3bits。

E-LSP方案中，在MPLS报文进设备时进行流分类，将报文携带的EXP统一映射到设备内部的服务等级和丢弃优先级。流量分类后，流量整形、流量监管、拥塞避免等QoS实现方法就和IP网络中的完全相同了。

图8-2 E-LSP

在报文出设备时，再将内部的服务等级和丢弃优先级映射为EXP，以便后续网络设备根据EXP提供相应的服务质量。

在NE20E上，EXP与设备内部的服务等级和颜色之间存在默认的映射关系，详细信息请参见“QoS优先级映射”章节。

第二种方案：L-LSP

第二种解决方案适用于超过8个PHB的网络。由于Exp只有3bit，不能仅用Exp来区分超过8个的PHB，而MPLS报头其他字段中，可用于区分PHB的唯一一个字段只有标签。标签有20bit，可以与IP QoS完全映射。这种使用标签来传输所需PHB信息的LSP被称为L-LSP（Label-Only-Inferred-PSC LSP）。

L-LSP转发期间，标签决定数据包转发路径，并为其分配调度行为（Scheduling Treatment）；而Exp位则携带分配给数据包的丢弃优先级（Drop Precedence）信息，因此PHB由标签和EXP位共同来决定。由于标签与PHB之间存在联系，因此当建立LSP信令时需要传输PHB信息。L-LSP可传输来自单一PHB的数据包，也可以传输采用相同调度策略但丢弃优先级不同的多个PHB的数据包。

两种方案的比较

采用L-LSP方案，必须为入口LSR和出口LSR所支持的不同服务类型分别建立LSP，即一个L-LSP只能提供一种服务类型。

采用E-LSP方案，在入口LSR和出口LSR之间只需要一条LSP便可以支持多达8种服务类型。

L-LSP与E-LSP的使用选择取决于需要的服务种类、丢弃优先级以及是否是ATM节点。

• 基于链路层的考虑：在PPP与LAN上，可以根据需要，选用E-LSP、L-LSP或者两者结合起来使用。而在ATM网络上，由于EXP域不可见，只能够使用L-LSP。
• 基于服务类型多少的考虑：仅仅使用E-LSP，最多只能够支持8 个PHB。如果需要支持多于8个的PHB，必须使用L-LSP，或者E-LSP与L-LSP混合使用。
• 基于网络负荷的考虑：使用E-LSP，节省了LSP的数量、标签资源、信令的负荷；使用L-LSP，相对来说耗费资源。

一般目前网络上提供最多4种类型的服务，E-LSP就可以满足了。只有对于ATM节点，或者有着大量的服务类型与丢弃优先级需求的QoS网络部署需求，才需要利用L-LSP。因此，NE20E只实现E-LSP。

MPLS DiffServ COS处理模式

DiffServ体系结构允许DS域内的中间节点检查并修改IP Preference、DSCP或Exp值，统称COS（Class of Service）值，这会导致报文的COS值在IP网络和MPLS网络传输过程中都可能发生变化。

图8-3 MPLS DiffServ COS处理模式

因此，在报文进入MPLS网络或从MPLS网络离开进入IP网络时，运营商需要在MPLS边缘路由器对COS（Class of Service）处理做出选择：是否信任IP/MPLS报文已经携带的COS信息。相关标准中定义了三种COS处理模式：Uniform、Pipe和Short Pipe。

Uniform模式

当运营商认为可以完全信任IP网络流量携带过来的COS（IP Preference/DSCP）时，可以采用Uniform模式：MPLS入节点将报文携带上来的COS直接复制到MPLS外层标签的EXP字段中，从而保证在MPLS中给予同样的QoS保证。报文离开MPLS网络时，出口节点再将EXP字段值复制回IP报文的IP Preference/DSCP。

图8-4 Uniform模式

Uniform模式，顾名思义，报文在IP网和MPLS网中的优先级标识是统一的，即报文进入MPLS域和出MPLS域都作优先级映射。但这样做的缺点是，如果报文在MPLS网络中改变了EXP字段的值，会导致报文离开MPLS网络后采用的PHB也发生改变，无法保留用户初始设置的COS值。

图8-5 Uniform模式无法保留初始的COS值

Pipe模式

当运营商认为IP网络流量携带过来的COS不可信任时，可以采用Pipe模式：忽略用户携带的COS，在MPLS域入节点为MPLS外层标签的EXP字段重新赋值，从MPLS入节点到出节点，流量都按照运营商的意愿进行QoS调度，直到流量出MPLS域之后再根据其原来携带的COS值转发。

图8-6 Pipe模式

在Pipe模式中，报文在进入MPLS域时，入节点不拷贝IP Precedence/DSCP到Exp。报文出MPLS域时，出节点也不拷贝Exp到IP Precedence/DSCP。如果报文在MPLS网络中改变了EXP字段的值，只在MPLS网络中有效。当报文离开MPLS网络后，报文之前携带的COS继续有效。

Pipe模式中，出节点需要按照运营商自定义的COS值进行QoS调度，因此运营商自定义的COS值需要通过外层标签传递到出节点。

Short Pipe模式

Short Pipe模式是对Pipe模式的改进，报文在MPLS入节点的处理和Pipe模式相同，但在MPLS网络的出节点上，出节点先执行标签弹出操作，再进行QoS调度。即，在MPLS出节点上按照报文之前携带的初始的COS值进行调度，而从报文进入MPLS开始到MPLS倒数第二跳按照运营商的意愿进行QoS调度。

图8-7 Short Pipe模式

使用Pipe或Short Pipe模式，在运营商内部网络，运营商可以根据自己的自身情况来规划QoS，而不改变客户侧的QoS。

Pipe模式和Short Pipe模式的区别在于：PE上CE侧出方向的QoS调度，Pipe模式运营商用自己的QoS标记，Short Pipe则采用用户的QoS标记，如图8-8。

图8-8 Pipe和Short Pipe的区别