（通信与信息系统专业论文）mpls与diffserv结合模型下的缓冲管理及队列调度.pdf

，t ，! l i 一 最 。0 at h e s i si nt e l e c o m m u n i c a t i o n sa n di n b u f f e r m a n a g e m e n ta n d m o d e lo f c o m b i n i n gm b yt a n gx i a o s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rd ul i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y d e c e m b e r2 0 0 8 嚏 独创性：声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：物崎莎哈 日 期：如9 i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口 一年半口两年口 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士论文摘要 m p l s 与d if f s e r v 结合模型下的缓冲管理及队列调度 摘要 随着多媒体等业务的大量出现，迫切需要i n t e r n e t 提供q o s 服务，i n t s e r v 、 d if f s e r v 及t p l s 等技术应运而生。由于i n t s e r v 扩展性差而不能在网络上大规 模实施；d i f f s e r v 虽然扩展性好，容易部署和实施，但它只在每个节点提供了相 对的服务质量，无法完全解决端到端的o o s 问题；m p l s 能够实现快速转发和流量 工程，被认为是下一代骨干网的关键技术，但实现业务区分的能力较弱。而将m p l s 与d i f f s e r v 结合，充分利用了d i f f s e r v 的可扩展性、对业务的区分能力以及m p l s 的显示路由能力，在扩展性和可实施性方面具有定的优势，是解决骨干网q o s 的有效技术。 本文的重点是对m p l s 与d if f s e r v 结合模型下的缓冲管理及队列调度进行研 究。首先，分析了r e d 、w r e d 、r i o 等现存的缓冲管理算法，在m p l s 与d if f s e r v 结合模型下，使用n s 2 仿真平台，对各种算法进行仿真，通过对仿真结果的比较 得出，丢弃门限采用交错方式的r i o _ c 算法性能最优，能够为各种不同优先级的 分组提供良好的区分服务。其次，结合m p l s 与d i f f s e r v 结合模型的特点，在深 入分析现有队列调度算法的基础之上，对w r r 算法进行了改进，改进算法根据网 络负载的实际状况动态的改变队列权值，实现带宽资源的动态分配，以提高算法 的自适应性。最后，在n s 2 上对w r r 算法和改进算法进行仿真，通过仿真结果的 比较得出，改进算法能减少分组丢包率，提高网络资源的利用率。 本论文的结束语对主要研究内容进行了全面总结，并对未来工作的几个方面 作出展望。 关键词：m p l s ，区分服务，缓冲管理，队列调度 一i i 一 2 东北大学硕士论文 a b s t r a c t b u f f e rm a n a g e m e n ta n dq u e u esc h e d u l ei n m o d e lo f c o m b i n i n gm p l s a n dd i f f s e r v a b s t r a c t w i t ht h eb l o o m i n go fm u l t i - m e d i aa p p l i c a t i o n , i ti si m p e r a t i v e l yn e e d e dt h a tt h e i n t e m e tc a np r o v i d eq o s ，t h e r e f o r e ，m a n yq o sm o d e l ，s u c ha si n t s e r v , d i f t s e r v , a n d m p l sa p p e a r t h ep o o re x p a n s i b i l i t yo fi n t s e r vm o d e lc o n d u c e si ti su n s u i t a b l et ob e d e p l o y e di nl a r g e - s c a l ei n t e m e tb a c k b o n e s a l t h o u g ht h ed i f f s e r vm o d e le x p a n d s f l e x i b l y , d e p l o y sa n di m p l e m e n t se a s i l y , y e ti tc a nn o tr e s o l v et h ep o i n t - - t o - - p o i n tq o s f o ri tc a no n l yp r o v i d er e l a t i v eq o st oc u s t o m e r s ，m p l s ，w h i c he n a b l e sf a s tp a c k e t s w i t c h i n ga n dt r a f f i ce n g i n e e r i n g ，i sc o n s i d e r e da st h ek e yt e c h n o l o g yo ft h en e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ，b u ti to n l yp r o v i d e sp o o rd i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s t h e r e b y , t h e m o d e lo fc o m b i n i n gm p l sa n dd i f f s e r v , w h i c ht a k e sa d v a n t a g eo ft h ee x p a n s i b i l i t y a n ds e r v i c ed i f f e r e n t i a t i o na b i l i t yo ft h ed i f f s e r vm o d e la n dt h ee x p l i c i t l yr o u t i n g a b i l i t yo ft h em p l sm o d e l ，i st h ee f f e c t i v et e c h n o l o g yf o rq o si ni n t e m e tb a c k b o n e s d u et oi t sa d v a n t a g e si ne x p a n s i b i l i t ya n df l e x i b i l i t y t h ep a p e rm a i n l yr e s e a r c h e dt h eb u f f e rm a n a g e m e n ta n dq u e u es c h e d u l ei nm o d e l o fc o m b i n i n gm p l sa n dd i f l s e r v f i r s t l y ，t h ep a p e ra n a l y z e dt h e p r e s e n tb u f f e r m a n a g e m e n ta l g o r i t h m s ，s u c ha sr e d ，w r e da n dr i o ，u t i l i z e dn s 2s i m u l a t i n g p l a t f o r mt os i m u l a t et h ea l g o r i t h m sb a s e do nt h ec o m b i n i n gm o d eo fm p l sa n d d i f f s e r v ，a c c o r d i n gt ot h ec o m p a r i s o no fs i m u l a t i n gr e s u l t ，i ti s s h o w e dt h a t t h e a l g o r i t h mo fr i o cw h i c ha d o p t st h ec r o s s e dd r o p p i n gt h r e s h o l de x c e l so t h e ra l g o r i t h m i np r o v i d i n gg o o dd i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e sf o rp a c k e t 谢t l ld i f f e r e n tp r i o r i t y s e c o n d l y ， c o n s i d e r i n gt h ep r o p e r t yo ft h em o d e lo fc o m b i n i n gm p l sa n dd i f f s e r v , t h ep a p e r i m p r o v e dt h ea l g o r i t h mo fw r r o nt h eb a s i so ft h o r o u g h l ya n a l y z i n gt h ep r e s e n tq u e u e s c h e d u l ea l g o r i t h m ，t h ei m p r o v e da l g o r i t h mc h a n g e sq u e u ew e i g h t d y n a m i c a l l y a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o no fn e t w o r kl o a d ，f u l f i l l st h ed y n a m i c a la s s i g n m e n to f b a n d w i d t ha n di n c r e a s e st h es e l f - a d a p t i o nc o n s e q u e n t l y f i n a l l y ，t h ep a p e rs i m u l a t e d w r ra n dt h ei m p r o v e da l g o r i t h mi nn s 2 ，t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h e i m p r o v e d a l g o r i t h mc a n r e d u c et h ed r o pp r o b a b i l i t ya n di n c r e a s eu t i l i z a t i o no fn e t w o r kr e s o u r c e i nt h ec o n c l u s i o n ，t h ep a p e rs u m m a r i z e dt h er e s e a r c ho v e r a l la n dp r e s e n tt h e f u t u r ew o r k k e yw o r d s ：m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ，d i f f s e r v ，b u f f e rm a n a g e m e n t ，q u e u e s c h e d u l e i v 东北大学硕士论文 目录 目录 声明i 中文摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景及意义1 1 2 本领域国内外发展现状2 1 3 论文组织结构4 第2 章q o s 主要技术模型5 2 1 综合服务模型( i n t s e r v ) 5 2 1 1i n t s e r v 模型概述5 2 1 2i n t s e r v 的缺陷7 2 2 区分服务模型( d i f f s e r v ) 8 2 2 1d i 邢e r v 的体系结构8 2 2 2d i f f s e r v 标签域与d i f f s e r v 标签d s c p 一9 2 2 3d i f f s e r v 中的分类和调节机制10 2 2 4d i f f s e r v 中的逐跳行为10 2 2 5d i f 俗e r v 的优越性及存在的问题1 1 2 3m p l s 技术1 2 2 3 1m p l s 的基本原理1 2 2 3 2m p l s 体系结构13 2 3 3 标记分发协议15 2 3 4m p l s 的技术优势17 第3 章m p l s 与d i f f s e r v 结合模型实现方案1 8 3 1e l s p 方案18 3 2l - l s p 方案l8 3 3 扩展e l s p 方案2 0 3 3 1 扩展e l s p 方案的设计思想2 0 3 3 2 扩展e l s p 方案实现规程2 2 3 3 3 扩展e l s p 方案实现技术2 4 3 4 实现方案性能分析与比较2 7 一v 一 东北大学硕士论文目录 第4 章m p l s 与d i f f s e r v 结合模型下的缓冲管理研究2 9 4 1 缓冲管理算法2 9 4 1 1 尾部丢弃算法3 0 4 1 2 随机早期检测算法r e d 3 0 4 1 3 加权随机早期检测算法w r e d 3 2 4 1 4r i o 算法3 3 4 2 缓冲管理算法分析及仿真3 4 4 2 1 算法分析3 4 4 2 2n s 仿真平台3 7 4 2 3 算法仿真实现及评估4 2 第5 章m l s 与d i f 心e r v 结合模型下的队列调度研究4 7 5 1 队列调度算法4 7 5 1 1 先入先出算法f i f o 4 8 5 1 2 优先级算法p q 4 8 5 1 3 加权公平排队算法w f q 4 8 5 1 4 循环调度算法r r 4 9 5 2 改进的队列调度算法5 0 5 2 1 算法思想5 0 5 2 2 仿真实现5 4 第6 章结束语5 7 6 1 工作总结5 7 6 2 工作展望5 7 参考文献5 9 致谢6 2 一v i 东北大学硕士论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题研究背景及意义 随着i n t e m e t 规模的不断增大，i n t e m e t 已由单一的数据传输网向多、业务承载 网演进。以前那种以e m a i l 、文件传输等为主的单纯的数据传输业务已远远不能 满足用户的需求，各类实时应用信息的数量与日俱增【l 】，如视频点播( v o d ) 、i p 电话( v o i p ) 、远程教学等。由于实时业务对网络传输时延、延时抖动等特性较 为敏感，当网络上有突发性高的f t p 或者含有图像文件的h t t p 等业务时，实时 业务就会受到很大影响；另一方面，多媒体业务占去了大量的带宽，这样，现有 网络要保证的关键业务就难以得到可靠的传输。这就要求i n t e m e t 能够提供服务 质量( q o s ) i r 2 l 保证。 互联网的初衷只是保证报文转发的健壮性，对服务质量没有考虑。互联删发 展初期，i p 协议凭借着其它网络协议所无法比拟的灵活性，得到了迅猛发展，已 经成为计算机网络应用环境中“既成事实的标准和开放系统平台。然而i p 协议 是一个无连接的协议，无法向网络上的应用和各种用户提供很好的服务质量，只 能提供单一的“尽力而为”型服务。 近年来，网络工程任务组i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 成立了专门 的工作小组研究多媒体服务质量的定义及相关的标准，先后提出了以下几种解决 方案：基于r s v p ( 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 ) 协议的综合服务模型( i n t s e r v ) 例、区分服务模型( d i 髑e r v ) 【训、多协议标记交换( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ， m p l s ) 5 1 。 i n t s e r v 扩展性差，不能在网络上大规模实施。m p l s 技术足第3 层路山与第 2 层交换相结合的产物，兼有两者的长处，其转发部分采用了类似a t m 的交换技 术，而控制部分则建立在现有的i p 路由协议之上，使网络既充分利用了网络层路 由选择的灵活性，又能充分发挥链路层交换的效率和优势，但是不能给不同的业 务流提供区分服务。d i f f s e r v 的优势正好是m p l s 技术不足的有力补充，它是一 种适合于大型路由器网络的集中式通信量处理机制，提供的是一种粗粒度的q o s 保证。所以将m p l s 与d i f f s e r v 进行有机结合，能较好的解决网络中的q o s 问题。 但无论采用哪种业务体系结构，其技术的核心都需要在恰当的层次和粒度上 东北大学硕士论文第1 章绪论 对流量进行必要的管理，其中包括接纳控制、流量成形、缓冲管理、队列调度和 拥塞控制等诸多方面，但最基本和最核心的应该是拥塞控制，因为很难想象一个 时常有可能出现严重拥塞且无法及时加以恢复的网络能够实现良好的q o s 保证。 在i n t e m e t 发展初期，设计者遵从了一个技术理念：所有与流相关的状态都应该 尽量在终端系统上实现与维护。这一指导原则的直接结果就是拥塞控制的绝大多 数功能都是在主机端实现的，对网络中间节点所能发挥的作用考虑较少。随着应 用要求的日益丰富和技术的不断发展，研究者丌始认识到，要想完全依赖实现在 终端系统上的策略与算法是很难满足诸如q o s 这样复杂的应用需求的。于是，开 始将部分研究注意力转向网络中的路由器等中间节点设备，期望通过增强它们的 功能来实现终端无法达到的技术目标。就拥塞控制而言，网络中间节点可能更及 时，甚至提前准备了解网络的状态，并依此实施有效的资源管理策略，保证网络 能有效地避免拥塞或尽早从严重的拥塞状态中恢复过来。事实上，现有的路由器 扩展功能主要包括缓冲管理和队列调度，并没有与i n t e r n e t 将流状态信息保存在 主机端的早期设计理念相冲突。队列调度直接管理输出链路的带宽资源，而缓冲 管理通过控制缓冲区与队列的占用间接影响带宽的分配。选择与被要求的q o s 服 务相符的缓冲管理和队列调度、设定相符的参数进行操作，网络就可以给数据流 提供所要的q o s 。 在e v e r y t h i n go v e ri p 的趋势下，基于i p 网络对m p l s 与d i f f s e r v 结合模型下 的缓冲管理及队列调度开展研究，有助于使其更有效地解决网络中存在的q o s 问 题，从而提高整个网络的服务质量。 1 2 本领域国内外发展现状 q o s 技术中，缓冲管理及队列调度至关重要【6 j 。缓冲管理即是对网络传输节 点中队列缓冲资源的管理。在分组传输过程中，其流经的网络传输节点通常采用 队列缓存、延迟转发的服务方式以提高输出链路的带宽利用率。缓冲管理机制在 分组到达队列前端时依据一定的策略和信息决定是否允许该分组进入缓冲队列， 从另一个角度看，也就是做出是否丢弃陔分组的决策。队列调度是指按照一定的 规则来决定从等待队列中选择哪个分组进行发送，使得所有输入业务流能够按照 预定的方式共享输出链路带宽。也就是说，缓冲管理和队列调度机制分别是在队 列的入出口处控制队列入出的机制。缓冲管理和队列调度需要被设置在网络中所 有的节点处，选择与被要求的q o s 服务相符的缓冲管理和队列调度、设定相符的 东北大学硕士论文第1 章绪论 参数进行操作，网络就可以给数据流提供所要的q o s 。节点缓冲管理和队列调度 机构如图1 1 所示。 ，、 ，、 流1 流2 - 队列2 流3 队列n 队列管理缓冲器队列调度 田田 图1 1 中间节点拥塞控制机制 f i g 1 1c o n g e s t i o nc o n t r o li nr o u t e r 缓冲管理也叫队列管理，一种最重要的技术叫主动队列管理( a c t i v eq u e u e m a n a g e m e n t ，a q m ) 【7 】，它经常检测队列的长度，当队列增长到一定的长度时 就认为有发生拥塞的征兆，如果这时缓冲器接纳不下发送来的数据包，就会发生 数据包的丢弃，此时向发送端发出通知，发送端就降低数据流的发送速率，以此 来抑制拥塞的发生，在m p l s 与d i f f s e r v 结合模型中，其控制转发的单位不是某 一个数据流而是一个b a 分组。以此为机理的算法有：尾部丢弃( d r o p t a i l ) 、随 机早期检测( r a n d o me a r l yd e t e c t i o n ，r e d ) 【8 1 、基于i n o u t 标记的r e d ( r e d w i t hi n o u tb i t ，r i o ) 等。 队列调度算法【9 , 1 0 l 仁p 最简单的算法是f i f o 队列实现的f c f s ，因为它按照占 用队列的多少分配带宽，无法实现公平性，于是有了广义处理机共享( g e n e r a l i z e d p r o c e s s o rs h a r i n g ，g p s ) 1 1 , 1 2 1 。数据包位于不同的逻辑队列，在有限的时间间隔， 每一个非空队列都有机会接受至少一次的服务。如果为队列赋予一定的权值，接 受的服务与权值成比例，那么g p s 便可以实现最大一最小比例公平性。g p s 仅仅 是一种理论模型，最简洁的实现是循环调度( r o u n d r o b i n ，r r ) ，它用每次服务 一个数据包代替了g p s 中的无穷小业务量。当为队列赋予权值后，相应的策略称 为加权循环调度( w e i g h t e dr o u n d r o b i n ，w r r ) 1 3 】。为了实现公平的带宽分配， g p s 的另一个近似实现是加权公平队列( w e i g h t e df a i rq u e u e ，w f q ) 【1 4 i ，它无 东北大学硕士论文 第1 章绪论 须知道队列分组的平均大小，而是通过一种新机制仿真g p s ，即给分组一个与服 务时间相联系的完成号( f i n i s hn u m b e r ) ，服务者依f i n i s hn u m b e r 的顺序服务分组。 当分组较小时，在w f q 队列调度的网络中，端到端的时延存在确定的上界，但 w f q 计算开销较大。 这些缓冲管理和队列调度算法各有其特点，需要根据不同的网络应用对其进 行选择或改进。 1 3 论文组织结构 本文共分为六章。 第一章绪论。阐述课题的研究背景和意义，并对本领域国内外的研究现状进 行介绍。 第二章q o s 主要技术模型。主要描述实现q o s 的主要技术模型：基于r s v p 协 议的综合服务模型( i n t s e r v ) 、区分服务模型( d i f f s e r v ) 、m p l s ，并讨论了各种 技术在实现q o s 方面的优势和存在的问题。 第三章m p l s 与d i f f s e r v 结合模型实现方案。主要阐述m p l s 与d i f f s e r v 结合的核心机制，着重介绍扩展e l s p 模型。 第四章m p l s 与d i f f s e r v 结合模型下的缓冲管理研究。首先对现存的各种算 法进行介绍分析，然后在m p l s 与d i f t s e r v 结合模型下对各种算法进行仿真和评 价。 第五章m p l s 与d i f f s e r v 结合模型下的队列调度研究。在深入分析现存的各 种算法的基础上，提出对w r r 算法的改进方法，并进行仿真实现，得出结论。 最后是结束语，对本文工作进行全面总结，对未来工作做了展望。 东北大学硕士论文 第2 章o o s 主要技术模型 第2 章o o s 主要技术模型 2 1 综合服务模型( in t s e r v ) 2 1 1in t s e r v 模型概述 综合服务( i n t s e r v ) 的基本思想是在传送数据之前，根据业务的q o s 需求进行 网络资源预留，从而为该数据流提供端到端的q o s 保证。 在结构层次上，i n t s e r v j 报务模型主要由四个部分构成：信令协议r s v p 、接入 控制器( a d m i s s i o nc o n t r o lr o u t i n e ) 、分类器( c l a s s i f i e r ) 以及包调度器( p a c k e t c h e d u l e r ) 。在实现层次上，i n t s e r v l 报务需要所有路由器在控制路径上处理每个流的 信令消息并维护每个流的路径状态和资源预留状态，在数据路径上执行流的分类、 调度和缓冲区管理。 具体而言，资源预留协议r s v p 负责逐点( h o p b y h o p ) 地建立或者拆除每个 流的资源预留软状态( s o f ts t a t e ) ，也即建立或拆除数据传输路径。接入控制器将 决定是否接受一个资源预留请求，其根据是链路和网络节点的资源使用情况以及 q o s 请求的具体要求。分类器则把传输的数据包分类成传输流，i n t s e r v 常用的分类 器是多域( m u l t i f i e l d ，m f ) 分类器，当路由器接收到数据包时，它根据数据包 头部的多个域( 如5 元组：源i p 地址、目的i p 地址、源端口号、目的端口号、传输 协议) ，将数据包放入相应的队列中。包调度器则根据不同的策略对各个队列中的 数据包进行调度转发。 i n t s e r v 结构中主要使用资源预留协议r s v p 来通知网络节点预留资源，完成综 合服务需要定义的呼叫接纳控制功能和资源预留功能。端点应用程序利用r s v p 消 息向网络提出完成数据传送必须保留的网络资源( 如带宽及缓冲区大小) ，同时 也确定沿传送路径的各个节点传输处理策略，从而对每个业务流实现逐个控制。 如果资源预留失败，r s v p 协议会向主机发回拒绝消息。 r s v p 工作原理如图2 1 。r s v p 资源预留请求包括流规格说明( t s p e c ) 、资 源预留规格说明( r s p e c ) 和过滤器规格说明( f i l t e rs p e c ) ，它们一起称为“流描 述符”( f l o wd e s c r i p t o r ) 。 东北大学硕士论文第2 章q o s 主要技术模型 图2 1r s v p 工作原理 f i g 2 1p r i n c i p l eo fr s v p r s v p 包括两类最基本的控制分组：控制( p a t h ) 类分组和预留( r e s v ) 类 分组。p a t h 类分组由数据源端发出，r e s v 则由数据接收端作为对p a t h 路径中各 网络元素的资源要求沿p a t h 分组设置的路径返回发出。如果接收端不需要资源预 留，则不返回r e s v 分组，而直接沿相应的路径接收来自源端的信息。r s v p 分组 之问的关系如图2 2 。 图2 2r s v p 协议中的路径与消息 f i g 2 2p a t ha n dm e s s a g eo fr s v pp r o t o c o l 图2 3 具体描述了r s v p 协议的路径分组p a t h 和资源预留分组r e s v 在数据流 的发送者和接收者之间实现端到端资源预留的具体过程，步骤如下： ( 1 ) 发送数据的源端确定发送数据流所需的带宽、延迟和延迟抖动等指标( 即 t s p e c 参数) ，并将其包含在p a t h 分组中发给接收端。 ( 2 ) 当网络中的某一路由器接收到p a t h 分组时，它将p a t h 分组中的路径状 态信息存储起来，该路径状态信息描述了p a t h 分组的上一级源地址( 即发来该分 组的上一跳路由器地址) 。 东北大学硕士论文第2 章q o s 主要技术模型 ( 3 ) 当接收端收到p a t h 分组之后，它沿着与p a t h 分组中获取的源路径相反 的方向发送一个r e s v 分组。该r e s v 分组包含为数据流进行资源预留所需要描述 的流量和性能期望等q o s 信息。 ( 4 ) 当某一路由器接收到一个r e s v 分组时，它通过接纳控制来决定是否有 足够的资源满足q o s 请求。如果有，就进行带宽和缓冲区空间的预留，并且存储一 些与数据流相关的特定信息，然后将r e s v 分组转发给下一个路由器；如果路由器 必须拒绝该请求，则它返回给接收端一个错误信息。 ( 5 ) 如果源端接到l 疆s v 分组，则表明数据流的资源预留已经成功，可以丌 始向接收端发送数据。 ( 6 ) 当数据流发送完毕，路由器可以释放先前设置的预留资源。 p a t h 3 组沿着向 下游的数据路径传 向接收端。每个支 持r s v p 的路d 】器 存储p a t h 状态信 息并目将p a t h 分 组转发给玄律接收 端的卜一跳路由 器。 来自发送端 的p a t h 分组 包含对要发 送的数据流 进行配置的 通信针规范 参数t s p e c 。 山 路山器 发送端 学杂 路山器 r e s v 分组 f = r s v p 路由 嚣，这些路由器在资源顶 霈f 链中属十弱链路。 r e s v 分组沿着 p a t h 分组提t j i 的 源路径向卜游传 送，然后傅个支持 r s v p 的路山器或 肯颅霈f 资泺转发 r e s p 分组，或者 l ! 绝陔请求j i 返 给接收端个锚淡 俯息。 r e s v 分组r | i 的资源颅尉请求包含柬臼 发送端的数据流规范参数t s p e c 、描述 期单的q o s 级别的r s p e c 参数以及过滤 器描述参数f i l t e r s p e c 。 接收端j l 彳r 接收剑p a t h 分组( 确定 1 r 向卜游通 往发送端的 路径) 彳。能 发资源颅 留请求。 图2 3r s v p 的p a t h 分组和r e s v 分组在发送端和接收端之间实现资源预留的示意图 f i g 2 3p a t ha n dr e s vp a c k e t so fr s v pr e s e r v er e s o u r c eb e t w e e ns e n d e ra n dr e c e i v e r 2 1 2in t s e r v 的缺陷 这种服务模型有很明显的局限性，主要表现在： ( 1 ) 可扩展性差：其基于流的资源预留、调度处理以及缓冲区管理，有利于 7 - 东北大学硕士论文 第2 章q o s 主要技术模型 提供q o s 保证，但状态信息随业务流数量的增长而增长，沿途的路由器要为每个数 据流都维持一个“软状态”，而路由器的存储器容量有限，可以保存的软状态信息 都是有限的。 ( 2 ) 对路由器的要求过高：网络中所有的路由器都必须支持r s v p 信令协议、 接入控制程序、分类器以及调度器。 ( 3 ) r s v p 中引入每流状态( p e r - f l o ws t a t e ) 的概念，对于数据通信和实时应 用通信而言，i p 网络同时扮演了面向无连接和面向连接网络的两个不同角色，提供 两种功能，这与其简化设计原则相抵触。 ( 4 ) 资源预留不适用于短时流，比女l ：i w e b 流等。 ( 5 ) 信令系统十分复杂，用户认证、优先权管理、计费等也需要一套复杂的 上层协议。 因此，单纯的i n t s e r v 以其现有的形式不会在i n t e r n e t 中得到广泛应用。 2 2 区分服务模型( d if f s e r v ) 图2 4d i f f s e r v ：作原理 f i g 2 4p r i n c i p l eo fd i f f s e r v 区分服务工作原理如图2 4 。d i f f s e r v 的基本思想【1 5 1 是在网络边缘，将用户的数 据流按照服务质量要求来划分等级。区分服务只承诺相对的服务质量，而不对任 何用户承诺具体的服务质量指标。 2 2 1dif f s e r v 的体系结构 d i f f s e r v 体系结构如图2 5 所示。其中的d i f f s e r v 区域是由一些相连的d i f f s e r v 节点构成的集合，它们有统一的服务提供策略，且实现一致的p h b 组。为了保证 东北大学硕士论文 第2 章q o s 主要技术模型 用户能从运营商那罩获得所需要的服务质量，用户必须和运营商之i 日j 签订有服务 等级协定( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，s l a ) ，而运营商之间也必须建立业务流调 节协定( t r a f f i cc o n d i t i o n a g r e e m e n t ，t c a ) ，s l a 规范了运营商对客户端网络所 支持的业务类别以及每种类别的业务流数量，t c a 则规范了运营商之问的数据流 应该满足的一些约定。 蓑芸麓悭i s p f , 彝j s 豢 嗨 边界路由器对数据包进 行分类j 对业务流进行 标记，监控以及整形 n 1 n n r 巡 核心路由器根据数据包 的d s c p 进行相应的转 发处理 边界路由器舣掘d s c p 对数掘包进行分类，莺 新杯记以及橙形 图2 5 区分服务体系结构框架 f i g 2 5f r a m eo fd i f f s e r va r c h i t e c t u r e 这样，当有数据流进入d s 区域时，入口节点对其进行分类、调节，保存流 ( 单流或聚流) 的状态信息，根据事先和用户约定的流规格对流进行计量 ( m e t e r i n g ) 、标签( m a r k i n g ) 、整形( s h a r p i n g ) 、丢弃( d r o p p i n g ) 等，以使输入 流符合s l a ，同时在包头标签d s c p 值，并将其加入相应的行为聚集b a ( b e h a v i o r a g g r e g a t e ) 。出口节点也可能需要对输出流进行调节，以保证其与下游d s 区域的 t c a 相符。 2 2 2dif f s e r v 标签域与dif f s e r v 标签d s c p i p 包头部的d i f f s e r v 标签域( d sf i e l d ) 是d s 区域边界节点和内部节点传输流 聚集信息的媒介，是内部核心路由器转发报文的依据，是连接报文与转发服务 ( p h b ) 的桥梁，也是边界节点与其它d s 区域根据t c a 进行调节的依据。 0 567 图2 6d i f f s e r v 中d s 字段 f i g 2 6d sf i e l do fd i f f s e r v 、，一b 息| 东北大学硕士论文第2 章q o s 主要技术模型 d s 标签域定义为i p v 4 头部的t o s 字节或i p v 6 头部的流类型字节，如图2 6 。 其中d s c p ( 6 b i t ) 即为d i f f s e r v 标签，c u ( 2 b i t ) 在本体系中没有使用。 2 2 3dif f s e r v 中的分类和调节机制 调 分类结果_ 一 - 1 计最器i 流统让熊- 节 器 整形器及 t 毅倨戗 丢包器 分类器 标记器 图2 7 边界节点结构图 f i g 2 7s t r u c t u r eo fl e r 边晃节点从功能上可以分为两个模块：分类器( c l a s s i f i e r ) 和调节器 ( c o n d i t i o n e r ) ，如图2 7 所示。 ( 1 ) 分类器根据数据包头部的某些域( 如d s c p 或m f 五元组) 对数据包进 行分类。 ( 2 ) 从功能上，调节器可分为计量器( m e t e r ) 、标记器( m a r k e r ) 、整形器 ( s h a r p e r ) 和丢包器( d r o p p e r ) 。计量器根据t c a 中所规范的业务流要求测量被 分类器所选定的业务流的某些实时属性，并将所测量到的数据包的统计信息送往 其它调节功能模块。标记器设置报文的d s 域为一特定的d s c p 值，并将标记了 的包添加到一特定的d s 行为聚集中。标记器可以将所有送到它那的包标记为同 一个d s c p 值，也可以根据计量器的统计信息将其标记为同一p h b 组内的不同 p h b 对应的d s c p 值。整形器和丢包器则通过延迟、丢弃等手段强制入流( 或出 流) 符合t c a 流规范。 2 2 4dif f s e r v 中的逐跳行为 逐跳行为p h b 是一个d s 节点调度转发特定流聚集行为的外特性描述，本质 上，p h b 描述的是单个节点为特定流聚集分配资源的方式。 ( 1 ) 尽力而为( b ep h b ) 适用于不需要进行特殊处理的业务流，其d s c p 值为0 0 0 0 0 0 ，如果一个分组 没有标记d s c p ，网络元素对其提供尽力而为的服务。 ( 2 ) 快速转发( e fp h b ) 东北大学硕士论文 第2 章q o s 主要技术模型 适用于延时低、抖动低、丢包率低、需要保证带宽的流量，它是目前所定义 的最高级别的区分服务类型，其d s c p 值为1 0 1 1 0 0 ，由于其“三低一保证”的服 务使得流量在传输路径上几乎不用排队，因此不可能由于拥塞造成抖动、延时和 丢包。 ( 3 ) 确保转发( a fp h b ) 适用于需要速率保证，但不需要延时或抖动限制的流量，每个p h b 按照物理 队列号和丢弃优先级的组合定义，目前i e t f 定义