文/尹建华

1. 导言

流量监管是差分服务QoS体系的五种技术之一，主要用于流量限速，不比业务识别和队列调度技术，被业界普遍关注和研究，而流量整形和拥塞避免则相对关注得比较少。如今，随着H3C对广域网链路资源通道化思想的提出，综合权衡链路资源与业务质量，实现“预先避免业务拥塞，提升带宽效率和服务质量”的新一代智能流量调度设计，传统QoS技术已经不能满足要求，而通过对流量监管技术创新实现的分层CAR，则让这一思想变为现实。

2. 分层CAR原理：

图1 普通CAR原理示意图（单速双色）

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（如图1中的红色报文）进行丢弃“惩罚”，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。

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。例如，可以限制HTTP报文不能占用超过50%的网络带宽。如果发现某个连接的流量超标，流量监管可以选择丢弃报文，或重新配置报文的优先级。

图2分层CAR原理示意图（单速双色）

相比普通CAR技术，分层CAR是一种更精细的流量监管技术，如图2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。

下面以一个入接口流量调度的例子来说明分层CAR的处理过程和效果。

客户需求：有三种业务A、B、C，分别为视频业务、生产业务和办公业务。业务重要程度是A大于B，B大于C，但是A业务带宽需要限制在10M以内，避免过多视频流量对其他业务产生冲击；B业务为第二优先级业务，要保证20M带宽；C业务优先级最低，保证30M带宽。如果某个业务瞬时实际流量小于其保证带宽，空余的带宽可以被其他业务超出保证带宽的流量占用，实现带宽最大化利用。比如视频业务瞬时流量低于10M时，B业务超出20M的那部分流量优先于C业务超出30M的流量获取令牌，优先进行转发。

配置示意：

qos car acl3000 cir 10240Kbps green continue red discard

// acl3000视频业务限定在10M以内，超出部分的流量丢弃。

qos car acl3001 cir 20480Kbps green continue red continue

//acl3001生产业务保证20M，超出部分的流量不丢弃，选择继续进行二次令牌获取。

qos car acl3002 cir 30720Kbps green continue red continue

// acl3002办公业务保证30M，超出部分的流量不丢弃，选择继续进行二次令牌获取。

qos car acl3003 cir 61440Kbps green pass red discard

//acl3003同时包含三种业务，总共保证带宽60M，按照配置顺序和报文颜色，依次是视频业务绿色报文、生产业务绿色报文、办公业务绿色报文获取令牌。如果三种业务的绿色报文瞬间流量之和小于60M，则B和C的红色报文按顺序分别获取令牌，重新成为绿色报文进行转发，未获取到令牌的B或C红色报文依然是红色报文，被丢弃掉。

说明：分层CAR是一种内部令牌优先选取机制，命令字还是CAR。

调度过程：最后一条CAR命令对报文的令牌发放顺序：业务A、B、C绿色报文，业务B、C红色报文。其中由于A业务的红色报文在第一条CAR命令中被discard直接丢弃处理了，因此在最后一条CAR中就没有二次令牌获取的机会了。

图3 分层CAR令牌发放顺序

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。

调度效果：

从上面表格中可以看出，分层CAR对令牌的发放顺序对各个业务之间的带宽分配（通过令牌分发）起到了关键作用。正因为分层CAR这种令牌发放原则，使得其成为了QoS队列的一种替代设计。在本例中，ABC业务的普通CAR实际上是一种按比例分配带宽的CQ机制，而ABC的分层CAR则体现了在CQ机制上的，超出流量的优先抢占的PQ关系。

注意事项：由于分层CAR优先选择绿色报文和未着色报文进行令牌分配（当分层CAR的处理对象全部为未着色报文时，其效果与普通CAR处理是一样的），绿色报文和未着色报文之间是先到先得令牌的关系，因此不建议把未着色的报文和着色报文进行统一分层CAR操作，避免流量调度效果不清晰。

分层CAR令牌分发和处理原则：

首先，分层CAR的处理对象是：普通CAR处理后的，且动作选择为continue的报文。因为只有经过了普通CAR处理后，报文才有红绿颜色之分；并且只有选择了continue，才能进入分层CAR的二次令牌发放过程。（动作选择为pass或者discard的报文直接被转发或丢弃，没有机会进入分层CAR的二次令牌选取过程，continue是因分层CAR技术新产生的报文动作类型。）

其次，分层CAR的令牌发放遵循两个原则：第一、先给绿色和未着色报文发放，后给红色报文发放；第二，在第一原则基础上，对红绿报文，均按照各业务普通CAR的配置顺序进行发放，直到发完为止。

3. 分层CAR优势

从技术上讲，分层CAR在接口出入双方向都可以部署。当在入接口进行部署时，因为能够对业务进行实时流量监测和立即决定是否转发，当瞬时流量超出目标出端口带宽能力时，可以提前丢弃优先级较低的报文，从而避免出端口带宽拥塞，提高调度效率。这是因为出端口拥塞会产生较大的时延和抖动（报文需要被排队后再丢弃或转发，产生了较大的时延和抖动）。因此，分层CAR的流量调度机制，具有实时性好，报文不用排队等待就可以立即判断是否丢弃的能力，有效避免了排队时延和抖动。另外，根据实际测试，在单物理端口上可支持1000条以上CAR操作，相比QoS队列来说，极具性能优势。与传统QoS队列的优势比较如表1所示：

表1 分层CAR调度和QoS队列调度的比较

由于分层CAR具备了如表1中的诸多优势，使其逐渐成为了广域网智能流量调度的核心技术。智能流量调度技术，旨在通过流量调度的创新，实现精确的流量监管、处理和调度，从而提升业务质量和链路资源利用效率。其设计理念就是：流量通道化处理，预先避免目标端口拥塞、实现精确业务调度，使网络QoS部署简单。其应用价值主要体现在以下方面：

 高效的业务调度：对令牌机制提出创新的分层CAR技术，不仅实现了PQ、CQ、CBQ等传统的调度方式，在简化了QoS调度设计的同时，能够几倍、十几倍的降低了业务的时延和抖动，显著提升了业务传输质量水平。

 虚拟的带宽资源：入接口分层CAR部署，配合策略路由动作，创新实现了多端口或链路流量的统一调度设计，从而避免了单链路的带宽拥塞，降低了拥塞时的丢包和时延，是对单链路QoS设计的一个飞跃。

 兼有SDH带宽独占与IP带宽共享的特质：入接口分层CAR和出接口共享带宽限制设计，为企业提供了在多部门间带宽预留和共享的方案。该方案不仅继承了IP承载的带宽共享特征，保证了带宽利用效率，而且体现了SDH传输的带宽独占的可靠承载要求。

 动态批量分层CAR，实现用户带宽均分：基于在线IP用户报文检测的动态分层CAR技术，支持成百上千在线IP终端用户的带宽公平分配和保证。这是QoS队列所无法做到的。

关于分层CAR在这些方面的应用案例，可以参考《广域网智能流量调度》相关介绍，这里不再详细阐述。

4. CAR应用潜力探讨

通过对CAR令牌分发方式的改进，分层CAR实现了类似QoS队列调度的效果，这种创新的流量调度技术与其天然的精确流量评估能力结合，推动产生了一系列的智能流量调度设计方案，并已经在广域网的诸多应用场景和项目中得到了良好应用。

通过技术分析和验证发现，流量监管技术CAR拥有一些天然的优势：比如对业务流量精确的实时监管，对网络设备性能要求低，而且部署位置灵活，还有分层CAR的流量调度能力。所以，利用这些优势，如果再结合和流量处理相关的技术，应该还能做更多的创新设计。比如，把业务的流量监管与路由设计进行结合，就可以实现基于业务流量情况的性能路由，跳出传统QoS仅能在单一链路上调度的局限，实现多出口、多链路的带宽资源动态统一调配，并同时保证服务质量。因此，顺着路由和流量结合这个思路，分层CAR还可以有更多发挥作用的地方，从而设计出更为完善的流量调度方案。

5. 结束语

通过本文对分层CAR技术的介绍，我们看到，看似简单的CAR技术，通过令牌分发环节的一点改进，就可以实现优秀的流量调度能力，而且在广域网的诸多方案中已经得到成功应用。沿着流量调度、服务质量和业务路由这条网络设计主线，我相信，通过对技术的点滴改进还可以创新出更多更优秀的方案，帮助用户提升广域网链路的利用效率、业务质量，并优化路由设计。

缩略语：

CAR：Committed Access Rate，承诺访问速率

CIR：Committed Information Rate，承诺信息速率

CBS：Committed Burst Size，承诺突发尺寸