SDN技术分享（十）：GoogleFiber的宽带接入速率控制解决方案

【编者的话】本文系SDN撕X群（微信群，群主Arista服务工程师杨文嘉，诨名：大猫猫）分享整理而成，分享者Arista服务工程师杨文嘉分享的是GoogleFiber的宽带接入速率控制解决方案。

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本次分(zhuang)享(bi)呢，主要探讨一个新兴SP客户的案例。G家，这是非传统的SP。我们一起来看一下G家的市场策略以及使用的关键技术.

内容比较多，我尽量讲得详细一些，大概要耽误大家一个多小时左右的时间。

BNG=BroadbandNetworkGateway，翻译成中文应该是“宽带业务网关”

（有些英文的名词术语呢，我就做一次名词的介绍，后续就并不翻译，以避免翻译带来的混淆）

GoogleFiber是对美国传统电信运营商(ATT,Verizon)发起的一次巨大的挑战

第一个BNG案例是美国本土的，但是这个解决方案仍然适用于其他的地区。Google前几年进入的宽带业务市场，Initiative就叫GoogleFiber，对传统运营商的宽带接入网业务造成了一些威胁。GoogleFiber在2011年开展宽带接入网业务,提供非常高速度的宽带接入，这是他相对其他竞争者的优势所在.这项业务提供1Gbps接入入户，是基于GPON的接入技术。一个有趣的方面就是GoogleFiber的市场策略，是基于社区驱动的模式，这种模式决定了G家到底要进入哪个市场。

在一个社区内部，居民们上网注册并提交请求，基于收集的客户的兴趣点以及特定的市场，G家来决定到底是否值得进入本区域的市场和下期进行部署。除了部署非常高速度的宽带接入以外（这其实就已经足够让大多数社区居民很激动了好伐？），G家也推出其他项目，比如把公共研究机构免费接入GoogleFiber（学校，研究所，医院，图书馆等等）。所以尽管GoogleFiber和TW,ATT,COMCAST,VZ的部署比较起来看似很小，但增长率惊人，但同时也造成了传统电信运营商内部人士的担忧。举例：堪萨斯州的堪萨斯市，有75%的接受率，并且有40%的家庭倾向于使用最贵的DoublePlay服务，那就是1Gbps接入速率的以太网和HDTV(高清晰度电视节目)。GoogleFiber进入的这些市场是直接与时代华纳电信,ATT,COMCAST,CENTURYLINK竞争的，关于G家进入宽带市场有很多推测，最后大多数人相信并且很多分析家已经指出来，G家的目的，就是raisethebar（有点不知道怎么翻译，大概是提高标准吧）并且刺激美国运营商们提供更快的宽带业务。

美国的一家权威机构发布了关于全球范围内高速Internet的的研究。他们发现，与其他国家相比较，大多数美国人花着更多的钱，用着更慢的宽带服务。所以我们其实能看到G家搞这个业务的初衷，部分原因就是激起行业竞争，为最终用户提供更快的网络，更低的价格。

其中一些例子，ATT在2014年中发布了U-verseGigaPower1G的光纤业务，初期速率是300Mbps，在2015年已经达到1G的速率。并且COX公司也在2014年初发布了要为用户提供1G接入服务的消息。

接下来我们从部署的角度来看一下GoogleFiber的情况。之前说过，是比较小范围的部署，目前是3个大城区，Utah地区，Kansas市和Texas州的家发布了消息，将要拓展业务到34个新城市，包括盐湖城。

Again,这是用户需求驱动模式的，用户只要上网注册，并正式提出需求，当需求足够多时，GOOGLEFIBER就会考虑在本地区部署业务。

我们来看一下GoogleFiber的serviceplan（中文翻译应该叫“套餐”），如果大伙儿对美国SP的每月网费有所了解的话，应该能看得出来，G家提供的套餐和速率相比，是非常有竞争力的。

第一个是免费套餐，下载速率5Mbps，上传速率1Mbps，是免费上网哦~，有一个300块一次性安装费，提供一个网络盒子，没有服务费，没有合同费

第二个是70块月费套餐，包括1Gbps互联网接入（上下行都是1Gbps），不包括电视业务，但是提供1TB的免费GoogleDrive，还有路由器网关，这需要用户签合同，承诺使用最少一年。

第三个是120块钱的DoublePlay业务，包括Internet(1Gbps)和高清TV业务，提供2TB的DVRDrive做本地存储，可以支持8路同时录像，免费提供1TBGoogleDrive。所有这些硬件并没有每月的租用费，都包括在120块钱月费里。这需要用户签合同，承诺使用最少两年。

（注：PPT上最高价格已经不是最新的，最新价格是最高价格套餐月费130块，其他都相同，以上最新信息来自北卡和堪萨斯地区网站）

另外，双组播源用来提供冗余，也是一个重要的技术要求，并且必须能通过单一机框和冗余机框部署。

OLT=opticallineterminal,光线路终端，在局方侧使用

PON=passiveopticalnetwork，无源光纤网络，不需要用电源就可以完成信号处理

这些都是光传输网的术语，如果你一时不大明白，暂时先记住就可以了。

好，接下来我们来进入业务部署的具体技术探讨。

我们在本次分享中主要探讨两个技术，一个是层次化用户目标HierarchicalSubscriberTargeting，另一个是层次化组播COS调整HierarchicalMulticastCOSAdjust

我们先集中探讨HierarchicalSubscriberTarget技术。我认为大部分同学都熟悉802.3AD聚合以太网技术。这个技术支持两种部署模式:冗余优化模式VS带宽优化模式。冗余优化模式意味着一个捆绑里最少两个物理链路，但是每个物理链路都有一个冗余链路，数据流在同一时刻是流经一个链路的，另一个链路是处于standby模式的，如果主链路DOWN掉，备份链路就会取而代之。带宽优化模式就是流量流经所有的物理链路，可以使用所有的捆绑的带宽。这是一个非常容易理解的概念

那我们为什么需要HierarchicalSubscriberTarget呢？主要的原因是Shaping的精度。下行流量在AE链路上的分布是通过链路之间的hash算法确定的。有时候数据流并不能均匀分布，直接导致的结果就是shaping比预定时间更早的被调用，这就最终导致你所谓的1G流量业务并不能达到。

那么Targeting到底是什么？这是一个软件的功能呢，可以使得流量在一定时间内在多条物理链路上能得到均匀分布，运营商可以完全使用所有的带宽。

当前JUNIPERMX作为BNG设备所能支持的特性在这个页面列出来了，一个比较新的FEATURE就是HierarchicalSubscriberTargeting.大伙儿可以看到，完全没有targeting的功能的时候（图中底部最左边的情况）每家每户的数据流基本能均匀分布在LAG的多链路上，这就造成了shaping的不准确的问题，targeting就是解决了这个问题，使得每户的流量在只跑在特定物理链路上，以便于被shaping。

这个feature在JUNIPER内部叫作IFLSETTARGETING，这个特性也是为了保证PON级别的流量shaping。从图中可以看到，与其让所有家庭所有PON的流量分布在多物理链路上，我们的采取的方式是直接把多个用户流量汇聚到特定的PON设备上，然后走某一特定物理链路，这就保证了shaping的精度。其他PON设备所带的家庭用户的汇聚流量走特定的其他物理链路。

我们来看一下具体实现方式。主要目标呢，就是均匀分布PON设备的流量（在JUNOS内部叫IFL-SET,多逻辑子接口集合，来均匀分摊AE捆绑链路的多条物理链路）。以前是为每户实现的，现在采用类似的方式是为PON设备以及PON设备下挂多户实现的。所以最后的实现结果就是，每户，每个PON设备以及PON设备下挂用户都可以实现主备链路，使用最轻载链路算法来分配PON。对于GoogleFiber的部署模式来说，最轻载的意思是，对于特定PON设备下，最少的家庭用户流量(CVLAN流量)。

图中有一个例子，以PON1为例，PON1下所带的所有用户业务流量，会在OLTBNG设备中的多物理链路汇聚以太网中选择一个物理链路为主用，然后另一条会被选择为备用链路。

对于一个特定的PON设备，如何选择备份的物理链路呢？各位还记得上面说的，每个PON设备分配AEbundle里的一个主用物理链路和一个备用物理链路，所以备份链路的选择算法是依靠于AE的冗余模式的。这种实现的方式可以支持多板卡甚至跨机框的方式，跨板卡方式中，备份链路不会选择同一块板卡上的接口。跨机框方式中，备份链路总是会选择另一个机框（这是为了将冗余实现最大化）。上面几条配置里最重要的部分是AE聚合接口的备份链路是可以指定的，DOWN掉的链路也是可以被指定的。

举个栗子，一个捆绑端口，四个物理链路，四号链路DOWN掉，与此同时业务新部署了一台PON设备，此时此刻你必须分配主链路，链路选择算法此时并不关心备份链路的分配是否可以利用DOWN掉的链路与否，所以可以选择DOWN掉的链路作为备份。

从运维的角度来说，DOWN掉的链路肯定会在主链路DOWN掉之前被恢复（呵呵，搁国内可不一定了哦）。所以在安排备份链路时，你可能并不想把这条DOWN掉的链路放那儿置之不理。

ConservingCosSchedulerResources

这一页进一步解释了为什么逻辑端口集合(IFLSET)targeting的设计只选择了一个主链路和一个备份链路而不是选择多条备份链路。主要原因就是scalability相关以及内部调度器资源的转换。这个设计其实是为单一链路故障的情景优化的，并延伸扩展为主链路中断以后，L2调度节点对剩余链路资源上的再次优化。所以对下一页图中一个例子，PON1上分配两个shaper，一个给LINK1一个给LINK2（LINK1和LINK2都是属于同一个AEbundle的）。这些shaper的分配是与主备链路的选择相对应的。如果LINK1中断，主链路以及二级调度节点已经在备份链路上应用了，这就使得丢包降低到最少。所以呢，如果一个PON设备DOWN掉，PON1有LINK1和LINK2分别作为主备链路，PON1的shaper分别应用到主备链路。所以如果主链路DOWN掉，备份链路的流量直接可以转发，业务中断最小化（sub-secondlevel）

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