（通信与信息系统专业论文）基于ip网络多媒体业务qos分析.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：至：! ：至望；日期：兰：! = ! ：矿 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盟导师签日期：! ! 兰：! 1 7 山东大学硕士学位论文 中文摘要 随着i n t e r n e t 的网络规模和用户数量的迅猛发展，i n t e r n e t 上 的业务种类也与日俱增目前已经在i n t e r n e t 上开展了多种实时业 务，对数据传输提出了低时延，低抖动等要求。为此，需要合理利 用i n t e r n e t 网络带宽资源，使不同的业务都能在满足自己q o s 特性 前提下得到处理。i e t f 为下一代的网络引入了i n t s e r v 和d i f f s e r v 结构体系以解决q o s 问题。 本文首先介绍了在第一章介绍了i pq o s 基本内容和概念，q o s 的度量参数。在第二章。详细介绍了t n t s e r v 、d i f f s e r v 和m p l s 等 q o s 体系结构基本知识，讨论了r s v p 协议，控制和操作以及两种 集成服务类型：控制负载和保证服务。指出i n t s e r v 具有扩展性差 的弱点，d i f f s e r v 是解决扩展性问题的唯一途径。介绍了d i f f s e r v 体系结构中各种基本的功能部件：分类器，标记器，通信速率管理 器，资源分配策略。介绍了m p l s 的基本概念和原理，指出m p l s 是核心网络的关键技术。在通信速率管理器中，详细介绍了令牌桶 算法进行流量控制和流量整型。 在第三章，对i p 网络的关键技术：路由、交换、拥塞控制如 何支持q o s 进行了探讨，q o s 路由主要目标是为接入的业务选择 满足服务质量要求的传输路径，同时保证整个网络资源的有效利 用。度量参数选择问题、寻路问题和路由信息不准确问题是q o s 山东大学硬士学位论文 路由中的几个主要研究内容。介绍了q o s 路出中的主要问题及相 关的解决办法，并探讨了今后q o s 路由可能的研究方向。在交换上 探讨了三种交换机制对交换性能的影响。在拥塞控制上，介绍了四 种基本的网络拥塞控制算法，研究了r e d e c n 算法并对网络拥塞 控制算法，指出它的缺点和不足。 在对比例区分队列( p d s ) 调度算法深入研究的基础上，第四章 改进了比例区分调度算法以解决绝对时延保证并做了仿真，指出队 列调度的实质是在保证用户业务q o s 的基础上，提高网络利用率。 必须使网络各中问节点互相配合，才能在完成绝对q o s 保证的基 础上，提高网络利用率。 本文对影响i pq o s 的关键技术进行探讨，例如路由，调度策 略。在对i p q o s 问题深入了解的基层上，提出了自己的些见解和 看法。 关键词：区分服务；多协议标记交换：服务质量：比例区分 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t ，m o r ea n dm o r e a p p l i c a t i o n s a r e a p p l i e d i n i n t e r n e t i n c l u d i n g s o m e m u l t i m e d i ar e a l t i m e s e r v i c e s t h e s e a p p l i c a t i o n s h a v ea r e q u i r e m e n t o fl o wd e l a ya n dl o wj i t t e r i t i s n e c e s s a r yt o a p p r o p r i a t e l ym a k eu s eo ft h en e t w o r kr e s o u r c e sa n df u l f i l l t h eq o s r e q u i r e m e n to f t h e s ea p p l i c a t i o n s i e t fp r e s e n t st w o n e t w o r km o d e l s ：i n t s e r va n dd i f f s e r vt os o l v et h i sp r o b l e m i nc h a p t e ro n e ，w ei n t r o d u c es o m e c o n c e p t so f i pq o s i n c l u d i n gp a r a m e t e r s a n df u n c t i o n st h e n i n c h a p t e rt w o ， k n o w l e d g eo fi n t s e r v 、d i f f s e r va n dm p l sa r ed i s c u s s e di n d e t a i l s a tt h es a m et i m e w es t u d yt h ep r o t o c 0 10 f r s v pa n d h o wi tc a nm e e tt h ev a r i o u sr e q u i r e m e n t s0 f d i f f e r e n tt r a f f i c s w ea l s o p o i n t o u tt h a ti n t s e r vh a sa s h o r t c o m i n go fw e a k s c a l a b i l i t y w h i l ed i f f s e r vi sa k e yt o s o l v et h i s p r o b l e m t h e r ea r es o m eb a s i cf u n c t i o nu n i t s i n d i f f s e r v ：c l a s s i f i e r m a r k e r ，c o m m u n i c a t i o n r a t e c o n t r o l l e r ，r e s o u r c e a s s i g n m e c h a n i s m w es t u d yt h e ma n dp o i n to u tt h a t m p l sist h e k e yt e c h n i q u ei n c o r en e t w o r k i nc h a p t e rt h r e e ，w ed i s c u s st h e k e yt e c h n o l o g i e so fi p n e t w o r k i n c l u d i n gr o u t i n g 、s w i t c hq u e u em a n a g e m e n ta n d t h e i r s u p p o r tt oq o s t os o l v et h ep r o b l e mo fe o si ni p n e t w o r k ，q o sr o u t i n gi s am a j o rm e t h o dw h o s e p u r p o s ei s t o p r o v i d eai d e a lp a t hf o rt r a f f i c sw h i c h t h e yc a nm e e tt h et h e i r s e r v l c e r e q u i r e m e n t a sw e l l a sm a k es u r e t h a tt h ew h o l e n e t w o r kr e s o u r c e sc a nb eu s e d e f f i c i e n t l y i nq o sr o u t i n g ， h o wt oc h o o s et h em e a s u r e m e n t ，l o o kf o rt h ep a t ha n dm a k e o u tw h a ti st h e u s e f u l r o u t i n g i n f o r m a t i o nist h e m a j o r r e s e a r c h c o n t e n t s w ea l s od i s c u s s t h r e ek i n d so fs w i t c h m e c h a n i s m sa sw e l la st h e i re f f e c t s o ns w i t c h p e r f o r m a n c e 山东大学硕士学位论文 a n df o u rs c h e d u l e ra l g o r i t h m sa n dap a c k e td r o pm e c h a n i s n l b a s e d o nt h e r e s e a r c ho f p r o p o r t i o n a l d i f f e r e n i a t e s y s t e m ( p d s ) ，w ep r o m o t e t h ep d sa l g o r i t h mt o s o l v et h 。 a b s 0 1 u t ed e l a yg u a r a n t e ea n d t e s to u ri d e ab ys i m u l a t i o n tw e f i n do u tt h a tt h e n o d e so fn e t w o r km u s tw o r kt o g e t h e r t o f u lf i l lt h ea b s o l u t eq o sa sw e l la si m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f n e t w o r ku t i l i t y w et r yt od i s c u s st h ef a c t o r sw h i c hc a ne f f e c tt h ei pq o s ， s u c ha sr o u t i n ga n dq u e u es c h e d u l i n g k e y ：d s ；m p l s ；q o s ；p d s 4 山东大学硕士学位论文 a f b r c a r c b s c e f c o s c u c r c b w f q d i f f s e r v d s d s c p e c n e r e f e b s f e c f i f o i e t f i l m i p i s p l d p l e r 缩略语一览表 a s s u r e df o r w a r d i n g b o r d e rr o u t e r c o m m i t t e da c c e s sr a t e c 0 n f o r m e db u r s ts i z e c i s c oe x p e d i t e df o r w a r d i n g c 1 a s so fs e r v ic e c u r r e n t l yu n u s e d c o r er o u t e r c 1 a s s - b a s e dw e i g h e df a i rq u e u e d i f f e t e n t i a t e ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c ec o d ep o i n t e x p l i c i tc o n g e s t i o nn o t i f y e d g er o u t e r e x p e d i t e df o r w a r d i n g e x t e n db u r s ts i z e f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s f i r s ti nf i r s t0 u t i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e i n c o m i n gl a b l em a p p i n g i n t e r n e tp r o t o c o lq u a l i t yo fs e r v i c e i n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r l a b l ed i s t r i b u t i o np r o t o c 0 1 l a b l ee d g er o u t e r 保证转发 边界路由器 承诺接入 顺从突发量 思科快速转发 业务等级 当前末用 核心路由器 基于类的加权 公平队列 区分服务结构 区分服务 区分服务编码 点 显式拥塞通告 边缘路由器 加速转发 扩展突发量 转发等价类 先进先出 因特网工程任 务组 入口表映射 因特网协议 因特网服务提 供商 标记分发协议 标签边缘交换 路由器 山东大学硕士学位论文 6 l i b l s p m p l s p h b p d s p l r q o s r e d r s v p t s t t l w f q w r e d l a b l ei n f o r m a t i o nb a s e l a b l es w i t c hp a t h m u l t i 口r o t o c 0 1l a b l es w i t c h p e r h o p b e h a v i o r p r o p o r t i o n a ld i f f e r e n i a t es e r v i c e p r o p o r t i o n a ll o s sr a t e q u a l i t yo fs e r v i c e r a n d o me a r l yd e t e c i o n r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 t r a f f i cs h a p e t i m et ol i v e w e i g h t e df a i rq u e u e w e i g h t e dr a n d o me a r l yd e t e c i o n w t pt h ew a i tt i m ep r i o r i t y 标签信息库 标签交换路径 多协议标记交 换 每一跳行为 比例区分服务 比例丢包率 服务质量 随机早期检测 资源预留 流量整型 存活时间 加权公平队列 加权随机早期 检测 等待时间优先 山东大学硕士学位论文 前言 随着i n t er n e t 规模的不断扩大，它日益成为人们交流的最受欢 迎的通信平台，人们要求它不仅能够传送数据业务，而且也能传送 多媒体实时业务，例如语音，图象等。由于早期的规划，它只能传 送“尽力而为”的业务，而对实时业务等对低时间延迟、低延迟抖 动、低丢包率业务不能满足其服务质量要求。这就要求采用一定的 技术手段来为之提供有区别的服务。 i e t f 为此引入i n t s e r v 和d i f f s e r v 体系结构。i n ts e r v 要求在网 络节点上为每个流预留资源，根据瓷源预留要求为不同流资源调 度，而d i f f s e r v 则以有相似资源要求的流组成一类，以队列类为单 元分配资源。d i f f s e r v 有教粗的服务质量等级粒度，但易于在大规 模网络上部署，i n t s e r v 则存在扩展性问题。m p l s 是一种快速分组 转发机制，由于其面向连接特性使他具有流量工程能力。m p l s 与 d i f f s e r v 、i n t s e r v 相结合共同向用户提供q o s 保证。 i n t s er v 提出精确的服务要求，d i f f s er v 提出粒度较粗的的服务 要求，但网络并不一定能满足这种要求，还需要网络提供有q o s 功能的网络组件来实现，这些网络组件如q o s 路由，交换，拥塞 控制，队列调度等。本文试图通过探讨这些技术找到最佳的q o s 解决方案。 比例区分模型是一种精确化的d i f f s er v 模型，它能自适应的为 不同业务提供成比例的区分服务，如w t p ( t h ew a i tt i m epr i o r i t y ) 就是一种比例区分调度算法，它以延迟为参数提供不同等级业务成 比例的延迟区分。无论如何，比例区分模型仍是一种相对区分模型， 它不能提供用户端到端的绝对q o s 保证。为此，我们利用比例区 分模型，提出了一种绝对延迟保证算法，使用这种机制，我们就可 以为高等级业务提供绝对的q o s 保证，也提供了比d i f f s e r v 高的 服务质量等级粒度。仿真证明，该算法提高了网络利用率。 山东大学硕士学位论文 第一章lp ( 1 0 8 等级和性能度量2 6 1 服务提供商和企业一般建造并维护不同的网络来承载语音、视 频、关键业务和非关键业务逶信，然而现在越来越趋向将所有这些 网络融合为。体的基于分组的i p 网络。 最大的i p 网络是i n t e r n e t ，它的使用和基于i n t e r n e t 的应用近年 来呈指数级增长。人们f 希望i n t e r n e t 能够支持已有的和新出现的应 用和服务。然而当前的i n t e r n e t 只能提供尽力而为的服务，尽力而 为的服务并不提供关于数据分组何时或是是否传送给接受方的服 务保证。为支持不同网络服务要求的语音、视频、以及数据应用通 信，i p 网络核心需要根据需求区分不同的通信，并为之服务。尽力 而为的服务根本不可能区分i p 网络核心上成千上万种通信流，因 此不能为任何应用通信提供优先级或者保证，使得i p 网络无法运 载对网络资源和服务有特定要求的通信。i pq o s 致力于解决这个 问题。 i pq o s 功能旨在通过给予网络运营商对网络资源和使用的控制 权来传送有保证的区分式i n t e r n e t 服务。q o s 是网络传输流时需要 满足的一系列服务要求，它提供了端到端的服务保证以及基于策略 的i p 网络性能指标的控制，例如资源配置、交换、路由、分组调 度及分组丢弃机制。 下面足i pq o s 的主要优点： 它使得网络能支持已有的和新出现的多媒体服务，应用的要 求，诸如i p 语音等新业务对网络有特定的q o s 要求。 它使的网络运营商可以控制网络资源及其使用。 它提供了网络上的服务保证和通信区分，这正是在单个i p 网络上融合语音、视频、以及数据通信所必须的。 它在诸如虚拟专用网( v p n ) 等新型的网络服务中扮演了重要 角色。 1 1q o s 等级 网络上的通信由源自终端上各种应用的流组成，这些应用对服 务和性能的要求各不相同，而流盼要求决定于它的应用，所以，理 山东大学硕士学位论文 解应用类型是理解网络中不同流的服务要求的关键。 网络提供服务的能力可以分为三种等级，这些能力是在某种程 度上控制性能度量( 如带宽、延迟抖动以及分组丢失) 的网络应 用所需要的。 尽力而为的服务：只提供基本连接，对于分组何时以及是否 被传送到目的地没有任何保证，虽然只有当路由器输入输出缓冲 区队列耗光时分组才会被丢弃。实际上它并没有提供任何服务或传 送保证，这是当前i n te r n e t 提供的唯一的一种服务。 区分服务：在区分服务中，根据服务要求对通信进行分类。 网络根据配置好的q o s 机制来区分每一类通信，并为之服务。这种 提供q o s 的方案通常称之为c o s 。区分服务本身并不提供服务保证， 它只是区分通信，从而优先处理某种通信，因此这种服务也叫软 q o s 。 保证服务：这种服务需要预留网络资源，确保网络能够满足 通信流的特定服务要求。保证服务要求预先保斟连接路径的网络资 源。保证服务也罢被称为硬q o s 因为它要求网络提供严格的保证。 粒度为单个流的路径预聱在in t e r n e t 主干上无法扩展，in t e r n e t 主干在特定时间内为成千上万个流提供服务。而聚合预留只要求在 i n t e r n e t 核心路出器中拥有最少的信息，因此能够提供这种服务， 并具有可扩展性。 需要这种服务的应用包括多媒体应用( 如音频和视频) 。 i n t er ne t 上的交互要求延迟不超过1 0 0 m s ，以满足人类工程学的要 求。对于大量的多媒体应用，这种延迟也是可以接受的。i p 电话 要求带宽至少为8 k b i t s ，往返延迟不超过1 0 0 m s 。因此网络需要预 留资源以满足这些保证服务的要求。 1 2q o s 性能度量 使用q o s 旨在让网络能够提供具有确定性能限定的连接。带 宽、分组延迟和抖动以及分组丢失率是网络中表征连接性能的常用 度量尺度。 1 2 1 带宽 术语带宽( b a n d w id th ) 用来描述给定介质、协议或连接的额定 9 山东大学硕士学位论文 吞吐量，实际上是指应用程序在网络上通信所需的“管道大小”。 通常来说，对保证服务有要求的连接会有一定的带宽要求，并希望 网络专门为它分配最小带宽。 1 2 2 分组延迟和抖动 在每一个中继段中，分组延迟包括串行化延迟、传播延迟和交 换延迟。下面定义将描述各种延迟： 串行化延迟一一输出速率一定的情况下。设备同步一个分组 所需的时间。串行化延迟取决于链路的带宽以及分组的大小。例如， 以3 m b i t s 的速度同步6 4 字节的分组大约需要17 lus 传输。而以 i9 2 k b i t s 的速度同步6 4 字节的分组需要2 6 m s 。 传播延迟一一个数据位从发送方到达接收方所需的时问。 由于即使在最好的情况下，它也比光速小得多，所以这种延迟会很 明显。这种延迟取决于距离和介质。，而于带宽无关。对于广域网链 路，以毫秒计的传播延迟是正常的。贯穿美国大陆的传播延迟在 3 0 m s 左右。 交换延迟一一设备从受到分组到开始传输的时间，通常少于 1o u s 。 并非流中所有的分组的延迟都相同，每个分组的延迟随中转网 络的状况而异。如果网络没有被拥塞，则路由器上没有队列，总的 延迟由每个中继段的串行化延迟和传播延迟所组成，这时候网络延 迟最小。 如果发生网络阻塞，排队延迟将影响端到端延迟，并导致通过 同一连接传输的分组延迟各不相同。分组延迟的变化程度称为分组 抖动。 由于分组抖动可以估算接受方分组的最大延迟，而不是单个的 分组延迟，所以分组抖动是很重要的。接收方可以根据应用，添加 一个能够存储抖动范围内分组的接收缓冲区来补偿抖动。交互式的 语音电话、视频会议都使用该技术。 图l i 描述了随着链路速度的增加，3 种延迟对于总延迟的影 响。从中可以知道，随着链路带宽的增大，串行化延迟与传播延迟 相比变得越来越不重要。如果队列为空，则交换延迟可以忽略，但 山东大学硕士学位论文 随着队列中等待分组的增加，交换延迟将锐增。 96 g b i t s 24 g b i t s 6 2 2 m b it 5 1 5 5 m b i t s 4 5 b i t s 1 5 m b i t 8 0 9 6 5 0 l o o 6 耻迟腑日 比 图卜1 链路上延迟随带宽增加的变化情况 l ，2 3分组丢失率 分组丢失率规定了传输期间网络丢失的分组数量。网络拥挤时 丢弃分组或传输线路破坏分组都会导致分组丢失。通常，当输入的 分组远超过输出队列的限制时会发生丢弃分组现象。当接收分组的 输入缓冲区不够用时分组也会被丢弃。分组丢失率通常指得是在特 定时段内丢失的分组占传输的分组总数的比例。 某些应用在分组丢失后不能很好的工作，甚至无法正常工作 这些应用要求网络提供分组丢失率保证。 设计。良好、正确预定或预定未满的网络通常很少发生分组丢弃 的情况。对于网络已经为之预留了所需资源的保证服务应用，分组 丢失的情况很少发生。对于光纤，其比特差错率为本l o e 一9 。因此 分组丢失主要原因是网络拥塞是的分组丢弃。分组丢弃浪费了网络 资源，因为在它们被丢弃前，已经消耗了一定的网络资源。 山东大学硕士学位论文 第二章0 0 s 体系结构【l 5 卜1 18 ，【2 l 卜【27 】，130 2 1i n t s e r v 体系结构与r s v p i e t f ( i n t e r n e t 工程任务组) 在1 9 9 4 年成立了i n t s e r v3 2 作组， 扩展i n t e r n e t 服务模型，以更好的满足新出现的各种语音视频应用 程序的要求。它的目标是清楚地定义新的增强型i n t e r n e t 服务模型， 并为应用程序提供使用路由器中的支持机制和子网技术表达端到 端资源要求的手段，旨在分别管理需要特定q o s 的流。 为此我们定义了两种服务：保证服务和控制负载服务。保证服 务提供了确定的延迟保证，而控制负载服务提供的网络服务与负载 较轻的情况下尽力而为网络提供的服务类似。i e t f 建议使用资源 保留协议( r s v p ) 作为信令协议来提出端到端服务要求。 i n t s e r v 模型要求在i n t e r n e t 上保证每个流的q o s 。由于现在的 i n t e r n e t 上有成千上万的流。因此路由器需要的状态信息量将非常 大。随着流数目的增加，状态信息量也将增加，这将导致扩展性问 题，从而使得i n t s e r v 难以在i n t e r n e t 上部署。 i e t f 指定r s v p 为集成服务体系结构的信令协议。r s v p 使 得应用程序能够将每个流的q o s 需求告诉网络，服务参数用于为 许可控制量化这些需求。 r s v p 沿网络中可用的路由路径传达资源预留要求，它不执行 自己的路由功能，而被设计成使用i n t e r n e t 现有的强壮的路由协议。 和其他i p 通信一样，其数据通信和控制通信的路径也是由底层的 路由协议决定的。当路由协议信息随网络拓扑变化进行调整时， r s v p 预留将在新的路径上传输，这种模块化有助于r s v p 在任何 底层路由服务上都能高效地工作。在r s v p 中，通信控制和策略控 制消息的传输是不透明的：而通过不支持区域时，r s v p 的操作是 透明的。 2 1 1r s v p 操作 端系统代表应用程序数据用r s v p 向网络请求特定的q o s 。 r s v p 请求在整个网络中传输，访问网络用来传输该数据流的每一 个节点。在每一个节点上，r s v p 都尽力为该数据预留资源。 山东大学硕士学位论文 启用了r s v p 的路由器帮助将正确的流传送到j e 确的地点。 图2 一l 描述了重要的模块以及运行r s v p 的客户和路由器的数据和 控制流信息。 嘉 j 。艇 一7 l 到 l 型 - h & _ - $ 州嘲分组 图2 1 运行r s v p 的客户和路由器的数据和控制流信息 路由器中的r s v p 后台程序( d a e m o n ) 在预留资源前与两个本 地决策模块( 许可控制和策略控制) 进行通信。许可控制确定节点 是否有足够的可用资源来提供所需的q o s ；策略控制确定用户是否 有预留资源的管理权限。如果其中一项检查没有通过，r s v p 后台 程序将在分组分类器和分组调度器中设置参数，以获得所需的 q o s 。分组分类器决定每个分组的q o s 类，而分组调度器则根据分 组的q o s 类确定分组的传输方式。加权公平排队( w f q ) 和加权 随机早期侦测( w r e d ) 规则为q o s 提供了调度器支持。 在许可控制决策期间，如果请求的通信类还有足够的容量， 将预留要求的容量：反之，如果许可请求被拒绝，则将使用该通信 类的默认服务来转发它。在很多情形中，即使许可请求在一个或多 个路由器上被拒绝，提供的质量仍然是可接受的，就像已经成功在 所有出现阻塞的路由器上完成了预留一样，这是因为其他预留可能 没有用完它们的预留容量。 在任何时候必须沿单播路径或多播树进行预留。当链路出 现故障时，路由器应该通知r s v p 后台程序。以便在新路由上生成 p s v p 消息。 可以将预留过程分为5 步： 山东大学硕士学位论文 1 三三三三苎三三苎苎苎三三三三三三三三三三三三三三三三苎三三三三三苎三 第一步数据发送方发送r s v pp a t h 控制消息的方式与 常规数据通信相同，这些消息描述了它们正在发送或打算发送的数 据。 第二步各r s v p 路由器解释p a t h 消息，保存上一中继 段的i p 地址，将自己的i p 地址作为前一中继段地址，并沿应用程 序数据使用的路由发送更新后的消息。 第三步接收站选择一个会话子集它们将接收p a t h 信 息，并使用r s v pr e s v 消息向上一中继段路由器请求r s v p 资源 预留。r s v pr e s v 消息从接收方到发送方所经过的路径与r s v p p a t h 消息到来时完全相同。 第四步r s v p 路由器确定它们是否可以满足这些r e s v 请求。如果不能，就拒绝预留：如果可以，就合并收到的预留请求， 并向上一中继段路由器请求预留。 第五步发送方收到下一中继段路由器的预留请求，指出 预留已经就绪。注意，预留分配是由r e s v 消息完成。 图2 2 描述了r s v p 预留建立机制。 图2 2 r s v p 预留建立机制r s v p 组件 2 1 2 r s v p 组件 3 个r s v p 组件的运行职责如下： r s v p 发送方是在r s v p 会话中发送通信的应用程序，r s v p 发送方可以通过r s v p 网络发送的流规格如下： 一平均数据速率： 一一最大突发量。 。具备r s v p 功能的路由器网络提供r s v p 发送方到r s v p 接 收方之间的路径。 山东大学硕士学位论文 r s v p 接收方是在r s v p 会话中接收通信的应用程序。在会议 和v o i p 应用程序中，同一个应用程序可以同时作为r s v p 发送方 和r s v p 接收方。r s v p 接收方能够通过r s v p 网络发送的流规格 如下： 一一平均数据速率： 一一最大突发量。 一一q o s ，包括： 保证服务：p a t h 消息还描述了网络在最坏情况下的延 迟： 控制负载服务：路由器只保证网络延迟将被最大化。 2 1 3r s v p 消息 r s v p 在操作中使用了7 类消息：两类必需的消息一p a t h 和 r e s v 和5 类可选的消息一p a t he r r o r 、p a t ht e a r d o w n 、r e s v e r r o r 、r e s vc o n f i r m 和r e s vt e a r d o w n 。r s v p 路由器和 客户使用它们来创建并维护预留状态。 r s v p 通常直接运行于i p 之上，因此r s v p 消息是不可靠的数 据报，它们帮助在路由器中创建软状态，需要定期刷新。 下面是发送方的消息类型： 发送方定期发送p a t h 消息。如果可能，发送方使用源和目 标i p 地址、i p 协议以及u d p 或t c p 端口号来描述流。通过指定 平均速率和突发量表示数据的资源要求。这种消息被发送到为之预 留资源的流所对应的多播组或单播目的地，由于它们以u d p 报文 的方式被发送到特定u d p 端口，或者在i p 分组报头中包括i p r o u t e ra i e r t 选项所以r s v p 路由器可以检测到它们。路由器收 到p a t h 消息后创建一个路径状态块( p s b ，p a t hs t a t eb l o c k ) 。 p a t h 消息包含周期性的呼叫问隔( h e l l oi n t e r v a l ) ，指出发送 方发送p a t h 消息的频率。默认的呼叫间隔为3 0 s ，保持小的呼叫 间隔或快速重传方案很重要，因为p a t h 消息的丢失将导致v o l p 的性能非差，延迟在v o l p 呼n q 路径上r s v p 预留的建立。在下述 情况下，p s b 将被丢弃：收到p a t ht e a r d o w n 消息、入口链路 出现故障、4 个呼叫间隔后p s b 还没有被新的p a t h 梢息刷新。 山东大学硕士学位论文 在p a t h 消息中发现错误后，接收方或路由器可以发送可选的 p a t he r r o r 消息，将这个问题告诉发送方。通常，这由于基本格 式或完整性检查没有通过。 当p a t h 必须被从数据库中抹去时( 原因可能是链路出现故 障或发送方正离开多播组) ，将给多播组发送p a t ht e a r d o w n 消息， 其中包含源i p 地址。 下面是接收方的消息类型： 接收方定期发送r e s v 消息。如果可能，接收方使用p a t h 消 息中的消息，以源和居标i p 地址、i p 协议以及u d p 或t c p 端口号 来描述流及其要求的资源保证，它们还使用流规范描述要求的比特 率和延迟指标。这些消息沿着通往发送方的路由路径，穿过所有的 r s v p 路由器。当r e s v 消息( f l o w s p e c ，f i l te r s p e c ) 得到批准后， 路由器将创建预留状态块( r s b ，r e s e r v a t i o ns t a t eb l0 c k ) 。 r e s v 消息包含周期性的呼叫间隔，指出发送方发送r e s v 消息 的频率。在下述情况下，r s b 将被丢弃：收到r e s vt e a r d o w n 消息、 入口链路出现故障、4 个呼叫间隔后p s b 还没有被新的r e s v 消息 刷新。 当r e s v 消息中发现错误时i 发送方或路由器就会发送一个 r e s ve r r o r 消息将问题告知接收方。通常，出现这种问题是由 于基本格式或完整性检查未通过，或没有足够的可用资源来保证请 求。 当r s b 必须被从数据库中抹去时( 原因可能是链路出现故障 或发送方正离开多播组) ，将向多播组发送r e s vt e a r d o w n 消息， 其中包含源地址。 2 1 4 服务类型 r s v p 提供了两种r e s v 消息中要求的集成服务：保证比特率和 控制负载服务。 保证比特率服务( g u a r a n t e e db i tr a t es e r v i c e ) 能够为顺从数 据报提供没有排队丢失的限定延迟服务。在这种服务中，网络确保 尽力而为通信的干扰最小、预留通信之间的隔离以及量化的最将糕 状况延迟。保证服务保证的是最糟糕情况下的排队延迟，而不是数 山东大学硕士学位论文 据报的最小或者平均延迟。另外，为计算数据报的最大延迟，必须 确定路径的固定延迟( 传播延迟和传输延迟) ，并添加到保证的最 糟糕情况下的排队延迟中。 控制负载服务( c o n t r o l e dl o a ds e r v i c e ) 中，网络保证预留的 流到达目的地，受尽力而为通信影响最小。此外，这种服务的c i s c 0 实现确保预留的流之间互相隔离。流隔离使得流预留的运行不受网 络中存在的其他流预留的影响。 控制负载服务主要针对的是当前i n t e r n e t 上运行的许多对过 载敏感的应用程序。这些应用程序在未满载时工作得很好，但是在 过载情况下性能急剧下降，f t p 就属于这种应用。 保证服务适合于重放和实时应用程序。重放应用使用抖动缓 冲区来弥补分组的延迟变化。保证服务通过保证最糟情况下的排队 延迟，帮助估算所需的抖动缓冲区大小。实时应用程序则获得确保 带宽和延迟服务。 控制负载和保证比特率服务都使用令牌简来描述数据流的流 量参数。令牌桶是一种标识平均速率、突发量、以及测量时间间隔 的速率控制机制。在这两种服务中，接收方在r e s v 消息中请求特 定的比特率和突发量。w f q 调度器和具有优先权重大的w r e d 队 列管理技术确保了抵达接收方的通信有一个限制的延迟，但没有规 定延迟界限。控制负载服务只承诺“提供优质服务”，而保证服务 提供了可用来计算延迟界限的信息。 2 1 5r s v p 的扩展性 r s v p 的缺点之一是状态信息量随每个流预留数目的增长而 增长，而现在i n t e r n e t 主干网络上任何时候都存在成千上万的实时 单播和多播流。对i n t e r n e t 主干而言，每个流粒度的状态信息是一 种不可扩展的解决方案。在低速网络上，每个流预留的r s v p 的扩 展性很好，对大型网络来说，可以在网络边界使用大型多播组、大 型静态类或流聚集而不是单流预留来很好的扩展。r s v p 预留扩展 可以将多个入口和出口路由器相同的端到端预留聚集成一个大型 的端到端预留。另一种方法是，在网络边界使用r s v p ，而在网络 主干使用d i f f s er v 。 山东大学硕士学位论文 人们认为未来的服务提供商网络和i n t e r n e t 将有足够的容量 来传输常规的电话通信，如果网络有足够的容量。则可以将所有的 电话通信规定为一个类。根据可用的网络容量，电话通信可以请求 适当的容量一一总容量的一部分，而不是为每个呼叫分配资源。 2 2d j f f s e r v 体系结构 2 2 1 概述 1 9 9 8 年，i e t f 成立了d i f f s c r y 工作组。d i f f s e r v 是联系i n t s e r v 的保证q o s 要求和目前i n t e r n e t 所提供的尽力而为服务的桥梁。通 过将通信分成几类并为之提供相关的服务优先级来区分通信。 d i f f s c r v 方法应用了一组合理定义的小型基本部件使用这些 部件可以构筑一系列的服务。其目标是在i p v 4 报头定义区分服务 ( d s ) 字段和服务类型( t o s ) 字段，在i p v 6 中定义通信类( t r a f f i c c l a s s ) 字段，并标记分组中的d s 字段，使分组在每一个网络节点 得到特定转发处理或单中继段行为( p h b ) 。 区分服务体系结构提供了一个框架在这个框架下，服务提供 商可以为客户提供各种网络服务并根据性能来区分每一种服务。 服务被定义后，提供这种服务的网络上的所有接点都将被指定一个 p h b ，并给p h b 分配一个d s c p 。p h b 是网络节点提供给所有特定 d s c p 值的分组转发行为，需要特定等级的通信，其分组的d s c p 字段将被指定为相应的值。 d i f f s e r v 域中所有的节点都将根据分组的d s c p 字段来遵守 p h b 。另外，d i f f s e r v 域边界的节点还负责调节进入域的通信量。 流量调节涉及诸如分组分类和流量控制( p o l i c i n g ) 等功能，通常 在通信进入域的输入接口中实现。与这两个功能不同资源分配策 略在定义管理控制、过预定资源比率等策略方面担负重要角色。图 2 3 显示常见的q o s 操作模型。 i e t f d i f f s e r v 工作组正在进行使用户可以用i p 报头的t o s 字 节中的6 b i t 来标记d s c p 的标准化工作。当前，最低的2 b i t 未使用 ( c u ) ，d s c p 对i p 优先级使用的3 b i t 进行了扩展。 山东大学硕士学位论文 _ 三苎苎三至三三苎三曼苎三苎苎苎苎兰三三苎苎三三三苎苎兰三三三三三三三 图2 3 常规的q o s 操作模型 i e t f 工作组定义的d s c p 如下： 默认d s c p ：定义为0 0 0 0 0 0 ； 类选择器d s c p ：定义为向后兼容i p 优先级兼容，如表2 1 所示。 类选择器 d s c p 优先级1 o o l 0 0 0 优先级2 o 1 0 0 0 0 优先级3 0 1 1 0 0 0 优先级4 l0 0 0 0 0 优先级5 10 1 0 0 0 优先级6 1 10 0 0 0 优先级7 l l l0 0 0 2 一l 类选择器d s c p 加速转发( e x p e d i t e df o r w a r d i n g ，e f ) p h b ：它定义了奖赏 服务推荐的d s c p 是1 0 1 1 1 0 。 丢弃优先等级1等级2等级3等级4 级 低0 0 10 1o 0 10 0 1 00 1 1 0 l o1 0 0 0 1 0 凼 0 0 1 1 0 00 1 0