PTN同步技术和QoS技术.ppt

PTN技术简介同步技术和QoS技术,2,1 PTN网络的同步技术,内容摘要,分项目录,3,同步的概念,同步的概念,频率同步，就是所谓时钟同步，是指信号之间的频率上保持某种严格的特定关系，其相对应的有效瞬间以同一平均速率出现，以维持通信网络中所有的设备以相同的速率运行相位同步，频率和相位都保持一致。时间同步，每时每刻的时间都保持一致。即时钟的频率和相位以及TOD都一致。TOD：Time of DATE年月日时分秒信息，用UTC计时UTC：Coordinated Universal Time协调世界时，又称世界标准时间,4,同步,三者关系,5,频率同步,相位同步,+0相差,相位同步基于频率同步。时间同步基于相位同步，且要同步于UTC时间。,频率同步,相位同步,2000年,2009年,时间同步实现,6,如何实现时间同步,授时就是“对表”。通过不定期的对表动作，将本地时刻与标准时刻相位同步(中国的授时中心是陕西蒲城）,守时就是前面提到的频率同步，保证在对表的间隙里，本地时刻与标准时刻偏差不要太大,分项目录,7,其中0.5us为空中部分要求，1us为地面部分要求,通信网对同步的需求,8,无线IP RAN对同步的需求,传统固网TDM业务对时钟同步的需求传统固网的TDM的业务主要是语音业务。如果承载网络两端的时钟不一致，长期积累后会造成滑码。ITUT在G.823中定义了对固网TDM业务的需求和测试标准，称为TRAFFIC接口标准。,PTN出现之前时间同步的解决方案GPS,9,GPS组成,狭义GPS简介美国 GPS,全球定位系统（Global Positioning System）。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。通信、时间同步、授时源（目前授时精度可达20ns),10,GPS星座,地面监控系统,GPS信号接收机,广义GPS简介,4套卫星体系的竞争目前太空已有成型或不成型的四套卫星导航系统。美国的GPS俄罗斯的“格罗纳斯”(GLONASS)欧洲的伽利略中国的北斗。中国北斗系列已经发射5颗卫星。北斗全球导航系统将采取“305”模式，即由30颗中轨道移动卫星，加上5颗地球同步轨道静止卫星组成。汶川地震中的应用,11,GPS实现时间同步的缺陷,12,加大天馈施工难度和成本GPS天线对安装站址环境有特殊要求，如120的净空要求馈线距离超过110米需增加中继放大器GPS天线馈线较粗增加设备不稳定因素每台基站都须安装GPS接收机模块，增加基站成本目前GPS时钟模块已成为基站损耗率较高的主要模块，据广东和北京的设备故障率统计，GPS时钟已成为除射频模块外的第二高故障率设备，占总故障数大概在15%左右战争等特殊情况下对TD-SCDMA整网运行带来安全隐患,TD-SCDMA系统高精度时间同步需求导致严重依赖GPS，为建设和运维带来一定困难,PTN网络内的时钟同步技术同步以太,采用类SDH的时钟同步方案，通过物理层串行比特流提取时钟，实现网络时钟（频率）同步。同步以太网时钟精度由物理层保证，与以太网链路层负载和包转发时延无关。时钟的质量等级信息可以通过专门的SSM帧进行传送。相关标准为G.8261,13,PTN网络内的时间同步技术-IEEE 1588V2,14,属于TOP（TIMING OVER PACKET）时间报文方式恢复时钟，即报文中携带了时间信息业务与时间报文分开传送,同步以太与1588V2的关系,15,PTN网络中的1588V2技术,PTN网络中的同步以太技术,频率同步,时间同步,1、作为1588V2时戳信息产生的外部参考频率2、作为时间同步中的精确守时源,分项目录,16,IEEE简介,IEEE:Institute of Electrical and Electronics Engineers 美国电气和电子工程师协会,17,IEEE,是一个国际性的电子技术与信息科学工程师的协会,是世界上最大的专业技术组织之一（成员人数）,制定了全世界电子和电气还有计算机科学领域30%的文献,制定了超过900个现行工业标准,IEEE1588简介,IEEE1588的全称是Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”,18,IEEE1588定义了一个在测量和控制网络中，与网络交流、本地计算和分配对象有关的精确同步时钟的协议（PTP Precision Time Protocol）,IEEE 1588,组成,硬件,软件,作用,版本,V1,V2,PTN网络中采用V2,时间同步精度可达到亚ns,IEEE1588V2组成,19,IEEE 1588V2,普通时钟,边界时钟,端到端,点到点,透明时钟,事件消息,一般消息,SyncDelay_ReqPdelay_ReqPdelay_Resp,AnnounceFollow_UpDelay_RespPdelay_Resp_Follow_UpManagementSignaling,通过主从节点间各种消息的传递实现偏移的校正、时延的测量,提供本地时钟参考源、产生时戳、进行BMC运算、对消息进行运算等,Ordinary clocks,20,Boundary clocks,21,End-to-end transparent clocks,22,Peer-to-peer transparent clocks,23,软件硬件相结合同步的实现,24,步骤一：建立主从体系结构,步骤二：时间同步,三种端口状态,BMC算法或人工配置,BMC算法（Best master clock algorithm最佳主时钟算法）,主,从,不激活,偏移的校正,传输延时的测量,简单主从时钟体系结构,25,破环后的主从时钟体系结构,26,同步的建立1偏移的校正,27,Slave,Master,TM1=1051,TS1=1002,Offset=TS1-TM1-Delay=1002-1051-0=-49,Sync,Link Delay=1S,Tm=1050S,Ts=1000S,Ts=1001,TM1,Follow Up,Not known yet,Adjust Time:Ts-Offset=Ts-(-49),TM2=1053,TS2=1053,Offset=TS2-TM2-Delay=1053-1053-0=0,Sync,Ts=1052,TM2,Follow Up,Adjust Time:Ts-Offset=Ts-0,假设时延是对称的,同步的建立2传输延时的测量,28,Slave,Master,TM4=1083,TS4=1083,Offset=TS4-TM4-Delay=1083-1083-1=-1,Sync,Link Delay=1S,Tm=1070S,Ts=1069S,Ts=1082,TM4,Follow Up,Adjust Time:Ts-Offset=Ts-(-1),TM5=1085,TS5=1086,Offset=TS5-TM5-Delay=1086-1085-1=0,Sync,Ts=1085,TM5,Follow Up,同步实现！,Tm=1081,TS3=1080,TM3=1082,Delay Request,Delay Response,TM3,Delay=(TS2-TM2)+(TM3-TS3)/2=0+(1082-1080)/2=1,假设时延是对称的,分项目录,29,1588V2在PTN网络中的实现,30,PTN网络中的1588V2,各单盘晶振通过同步以太实现全网频率同步，从而达到精度较高的守时特性,硬件部分,软件部分,各单盘（目前主要是FE盘、GE盘和XGE盘、交叉时钟盘）上的PTP模块,PTN网络中的时间同步包,1588V2在PTN网络中的实现方式,PTN网络中，时间同步主要有两种方式：BC（边界时钟）方式TC（透明时钟）方式E2ETC P2PTC,31,BC（边界时钟）方式,32,PTN汇聚环10GE,PTN接入环GE,PTN接入链,CiTRAN S620,1PPSTOD,D,G,F,B,C,A,E,RNC,GPS,NODE B,NODE B,NODE B,时间同步,CiTRANS 660,1PPSTOD,M,M,M,M,M,S,S,S,S,S,S,Slave从,M,Master主,祖母时钟可能是RNC/BTS或GPS等，与祖母时钟直接相连的PTN节点通过外时间同步接口或PTP协议同步到时间同步源上，其后各个节点采用BC模式同步其上一个节点，逐级同步,有节点失效情况下，1588V2采用BMC算法重新建立主从同步链,BC（边界时钟）方式特点,特点：逐级同步，最终PTN全网同步PTN网络中主M、从S端口数量一样，即有一个主M就有一个从S每条链路上的PTP包流量与网络节点数无关在同步以太网基础上，时间同步精度更高同步链的建立需要人为指定或运行PTP协议中规定的BMC算法,33,接口,外时间同步接口 1PPS+ToD1PPS电气特性：上升沿表示新一秒的到来；上升时间优于50ns；高电平宽度为20ms-200ms；1PPS的时间精度要求：正常工作时，与时间同步源的1PPS相比，1PPS 接口输出时间精度应优于1s。ToD（Time of Date)传年月日时分秒信息PTN网络内时间同步接口PTP协议接口PTP协议接口类型包括FE，GE，10GE等各种以太网接口，时间同步信息就是根据1588协议通过这些以太网口进行传递。,34,TC（透明时钟）方式,35,PTN汇聚环10GE,PTN接入环GE,PTN接入链,CiTRAN S620,1PPSTOD,D,G,F,B,C,A,E,RNC,GPS,NODE B,NODE B,NODE B,时间同步,CiTRANS 660,1PPSTOD,M,S,S,S,S,Slave从,M,Master主,仅仅每个同步链的首末两个节点运行主从时钟模式，中间节点运行TC模式,TC（透明时钟）方式特点,特点仅仅需要同步的首末两个节点分别工作在主/从PTP模式在一个时间同步域内，仅有一个主PTP设备，各个从PTP设备同步到该主PTP设备PTN网络内的中间节点需运行TC时钟模式在实际组网应用中，PTN大多为环网结构，因此，可能某些节点的PTN设备需要同时运行TC模式和从时钟模式。这增加了设备的复杂度处于主PTP工作模式的PTN设备，其要处理与每个从时钟模式的节点的PTP信息包，因此，这对其CPU处理能力要求非常高，否则，将造成丢包或延时处于TC工作模式的PTN节点，要计算出每个PTP事件信息包通过此节点的驻留时间，这需要解决节点内PTP端口记录的时戳与其它PTP端口之间传递的问题综上所述，TC模式显然比BC模式实现要困难些，因而烽火公司PTN设备首先支持BC模式。,36,PTP配置（10GE盘）,37,关闭：关闭PTP协议的运行人工：开启PTP功能BMC：开启BMC功能SSM：开启SSM功能,输入：从背板侧获取1PPS和ToD输出：把从端口获取的1PPS和TOD信息传送到背板侧，作为机架的输出源或其它线路盘的输入源。,PTP配置（交叉时钟盘）,38,39,内容摘要,分项目录,40,QoS的概念,41,QoS的基本概念,Qos:Quality of Service（服务质量）是指网络通信过程中，允许用户业务在丢包率、延迟、抖动和带宽等方面获得可预期的服务水平；端到端的质量是关心的重点QoS的量化指标：分组传送传送时延 分组传送传送时延抖动 分组丢包率 获取的带宽 不同应用的具体的QoS指标会有所不同,42,QoS 三种模型,Best-Effort 模型：是目前Internet的缺省服务模型，主要实现技术是先进先出队列(FIFO)-尽力而为的模型。IntServ模型：业务通过信令向网络申请特定的QoS服务，网络在流量参数描述的范围内，预留资源以承诺满足该请求 DiffServ模型：当网络出现拥塞时，根据业务的不同服务等级约定，有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞问题,43,DiffServ 模型体系结构,DiffServ网络,DiffServ网络,SLA/TCA,边界节点,内部节点,边界节点,边界节点,内部节点,边界节点,在网络边缘进行业务分类和流量调整。-业务分类.基于DS域.基于其他特征-流量调整.测量.标记.丢弃.整形,不同DS区域可有不同的PHB，以实现不同的服务提供策略，它们之间通过SLA与TCA协调提供跨区域服务：.SLA：服务等级协定，关于业务流在网络中传递时所应当获得的待遇。.TCA：流量调整协定，关于业务分类准则、业务模型及相应处理的协定。,DS区域的服务提供策略由PHB决定。DS节点根据PHB属性转发。,QoS完整过程,44,分项目录,45,QoS的概念,46,报文分类及标记,报文分类及标记是QoS 执行服务的基础报文分类使用技术：802.1P、IP优先级、源和目的MAC地址等根据分类结果交给其它模块处理或打标记（着色）供核心网络分类使用报文分类后，就可以将其它的QoS特性应用到不同的分类，实现基于类的拥塞管理、流量整形等,MAC，VID,IP优先级,分项目录,47,QoS的概念,48,流量监管,drop,令牌桶,流分类,流量监管（Traffic Policing）的典型作用是限制进入某一网络的某一连接的流量与突发，使用CAR来限制某类报文的流量CAR(Committed Access Rate):约定访问速率，CAR利用令牌桶（Token Bucket,TB）进行流量控制,49,令牌桶的原理,平均速率：向桶中放置令牌的速率，即允许的流的平均速率突发尺寸：令牌桶的容量，即每次突发所允许的最大的流量尺寸评估原则：以令牌桶中的令牌数量是否满足报文的转发为依据的,50,令牌桶的参数,令牌桶的参数：CIR：承诺信息速率PIR/EIR：峰值信息速率/额外信息速率CBS：承诺突发尺寸PBS/EBS：峰值突发尺寸/额外突发尺寸CM：色盲模式选择模式选择：单速率、双速率、MEF,通常情况下，当流量低于CIR 时，报文染为绿色，报文可以正常通过；当流量在CIR 与PIR 之间时，超过CIR 的报文染为黄色，但报文仍可以正常通过；当流量超过PIR 时，超过部分的报文染为红色，直接丢弃。PTN 支持Color-Blind、Color-Aware 两种染色模式。两种模式不同之处在于Color-Aware模式在进行染色时需要考虑报文当前所带的颜色。PTN 支持对不同颜色报文的处理方式进行配置。,51,流量整形,队列,流分类,256Kbps,128Kbps,FR,128Kbps,通用流量整形（Generic Traffic Shaping，GTS）的典型作用是限制流出某一网络的某一连接的流量与突发，使这类报文以比较均匀的速度向外发送。解决链路两边的接口速率不匹配对报文的流量进行限制,对超出流量约定的报文进行缓冲，流量整形可能会增加延迟通常使用缓冲区和令牌桶来完成，当报文的发送速度过快时，首先在缓冲区进行缓存，在令牌桶的控制下，再均匀地发送这些被缓冲的报文,令牌,流量整形令牌桶,52,53,Policing 与 Shaping 的区别,流量整形对流量监管中需要丢弃的报文进行缓存通常是将它们放入缓存区或者队列内流量整形可能会增加时延，而流量监管几乎不引入额外的延迟流量监管一般设置在流量的入口处，而流量整形一般设置在流量的出口处,54,Policing VS.Shaping,55,物理接口总速率限制,物理接口总速率限制 LR(Line Rate):在一个物理接口上，限制接口发送报文（包括紧急报文）的总速率 LR采用了令牌桶进行流量控制,所有经由接口发送的报文首先要经过LR的令牌桶进行处理利用QoS丰富的队列来缓存报文,分项目录,56,QoS的概念,57,拥塞管理,输出队列,流分类,网络拥塞时，保证不同优先级的报文得到不同的QoS待遇，包括时延、带宽等。将不同优先级的报文入不同的队列，不同队列将得到不同的调度优先级、概率或带宽保证算法：FIFO（First In First Out）PQ（Priority Queue）CQ（Custom Queue）WFQ（Weighted Fair Queuing）RR（Round Robin）循环调度DRR（Defivit Round Robin）差额循环调度WDRR（Weighted Deficit Round Robin）加权差额循环调度SPQ（Strict Priority Queue）,58,严格优先级队列调度,严格优先级队列SPQ(Strict Priority Queueing），可以保障高优先级队列的服务质量SPQ分为四个队列：High，Medium，Normal，Low适应于对带宽有特殊要求的应用严格按照优先级的高低次序，优先发送较高优先级队列中的分组，当较高优先级队列为空或者达到了其配置的带宽门限时，再发送较低优先级队列中的分组,drop,流分类,加权公平队列,加权公平队列（Weighted Fair Queuing,WFQ）：在出队的时候，WFQ按流的优先级来分配每个流应占有出口的带宽。优先级的数值越小，所得的带宽越少。优先级的数值越大，所得的带宽越多。这样就保证了相同优先级业务之间的公平，体现了不同优先级业务之间的权值。,59,加权公平队列算法实例,例一：接口中当前有8个流，它们的优先级分别为0、1、2、3、4、5、6、7。则带宽的总配额将是所有（流的优先级+1）之和，即：1+2+3+4+5+6+7+8=36每个流所占带宽比例为：（自己的优先级数+1）/（所有(流的优先级+1)之和）。即，每个流可得的带宽比例分别为：1/36、2/36、3/36、4/36、5/36、6/36、7/36、8/36。例二：当前共4个流，3个流的优先级为4，1个流的优先级为5，则带宽的总配额将是：(4+1)*3+(5+1)=21那么，3个优先级为4的流获得的带宽比例均为5/21，优先级为5的流获得的带宽比例为6/21。,60,拥塞管理技术对比,61,62,拥塞避免,WRED(Weighted Random Early Detection):加权随机早期检测采用随机丢弃的策略，避免了尾部丢弃的方式而引起TCP全局同步根据当前队列的深度来预测拥塞的情况根据优先级定义不同的丢弃策略，定义上限阈值和下限阈值相同的优先级不同的队列，队列长度越长丢弃概率越高,drop,流分类,下限阀值,上限阀值,QoS总结,63,分项目录,64,QoS的概念,报文的分类（GSJ2盘）,65,关联设置 避免VLAN和IP-DSCP共同关联。如果同时关联，则IP-DSCP关联无效。,用户优先级到PHB的映射 IP-DSCP有64级优先级。当配置为IP-DSCP关联时，对IP-DSCP做了64到8的映射。IP-DSCP优先级07对应用户优先级0，IP-DSCP优先级5663对应用户优先级7。然后再映射到内部队列。,拥塞管理及避免（GSJ2盘）,66,出口队列调度策略SP:Strict Prioity按优先级调度。WFQ:Weighted Fair Queue加权公平队列，按权重调度。若端口队列同时配置了SP和WFP两种方式，先调度配置为SP的队列，再按权重调度配置为WFP的队列。,队列缓存管理策略口队列调度策略WRED:Weighted Random Early Detection加权随机早期检测，根据队列深度预测拥塞情况。START门限开始丢弃，END门限全部丢弃。,令牌桶配置（GSJ2盘）,67,CBS、PBS分别配置CIR、PIR的突发长度。CBS、PBS为零时，实际突发长度不是零，而是底层驱动按照CIR和PIR计算的经验值。CBS、PBS为非零值时，实际突发长度为配置值。,