（电气工程专业论文）建设银行江苏省分行骨干网服务质量控制研究.pdf

海人学丁程坝l j 学位论文建设银行江苏省分行骨干删胀务质量控制研究 摘要 随着金融业务的发展，金融创新最直接的效果就是新的金融产品不断增加， 承载于银行网络平台上的业务种类趋于多样化，这使得网络流动的数据种类越来 越多，向受网络带宽及传统i p 网络特点的限制，数据包往往在传输中的某。环 节中被不加选择的阻塞或被丢弃，这将对一些延时敏感的应用如i p 电话、视频 信号、营业交易等产生严重的影响，若不加节制地扩大带宽又会大大增加银行的 运营成本。为合理有效地利用网络资源、保证各类业务的服务质量，建设银行实 施网络优化工程，利用网络发展中的最新技术来控制数据流，保证敏感数据流的 通畅，同时又基本保证其他非敏感数据的传输。 在长达一年半的“中国建设银行数据集中一期工程”项目中，本文作者参 与了建设银行江苏省分行骨干网改造系统整体框架、系统设计方案、骨干网改造 详细设计方案以及二级分行接入网改造方案的讨论和制定，对网络流量控制和服 务质量控制的实现策略和相关机制进行了分析和研究，参与相关设计方案的编 写，参加了整个系统的推广与建设工作。 本文对银行骨干网服务质量控制进行了分析和研究。网络服务质量是网络 与用户之问以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质的约定，通 常是指通信网络在承载业务时为业务提供的品质保证它的目的就是向用 户提供端到端的服务质量保证。在金融网络建设过程中，服务质量控制的技术选 择、规划与实施，对保证各类业务数据的可靠传输，最大限度地提高网络资源利 用率有着仆同寻常的意义。 全文分为五章。第一章介绍了项目实施的背景：第二章对网络服务质量的 体系结构进行了描述：第三章详细讨论了建设银行骨干网服务质量的设计与实 现：第四章对骨干网服务质量的性能进行了评价；第五章提出了骨干网服务质量 的改进意见。 关键词：银行、网络、服务质量 v 海人学丁程坝1 1 学位论文建设银行江! ! ：省分行骨干叫服务质量控制研究 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to ff i n a n c i a lb u s i n e s s ，t h ed i r e c te f f e c t so ff i n a n c i a l c r e a t i o na r et h ei n c r e a s eo fn e wf i n a n c i a lp r o d u c t sa n dt h ed i v e r s i t yo ff i n a n c i a l o p e r a t i o n so nt h ep l a t f o r mo fb a n k i n gn e t w o r k ，w h i c hc o n t r i b u t et ot h ei n c r e a s eo f d a t at r a n s m it t e dt h r o u g ht h en e t h o w e v e r ，1i m i t e db yt h eb a n d w i d t ho ft h en e t w o r k a n dt h ec h a r a c t e r is t i c so ft h ec o n v e n t i o n a li pn e t w o r k ，d a t ap a c k e t sw i l lb eb l o c k e d o rd is c a r d e di n d is c r i m i n a t e l yi nt r a f f s m i t t i n g t h i sw i l l s e v e r i t ya f f e c tt h e a p p l i c a t i o n s ，s u c ha si pp h o n e s ，v i d e os i g n a l s ，a n df i n a n c i a lt r a n s a c t i o n s ，w h i c h a r es e n s i t i v et od e l a y n e v e r t h e l e s s t ob r o a d e nt h eb a n d w i d t hi n t e m p e r a t e l yw i l l i n c r e a s et h eo p e r a t i n gc o s t sg r e a t l y i no r d e rt om a k ef u l lu s eo ft h en e t w o r k r e s o u r c e s ，t og u a r a n t e et h eh i g hq u a l i t yo fa l lk i n d so fs e r v i c e s ，c h i n ac o n s t r u c t i o n b a n kisc a r r y i n go nap r o j e c tt oo p t i m i z et h en e t w o r k ，i nw h i c ht h el a t e s tn e t w o r k t e c h n o l o g yi sa p p i i e dt oc o n t r o ld a t as t r e a m ，w h i c he n s u r e st h emjs s i o nc r i t i c a l d a t as t r e a m s a sw e l la sr o u t i n ed a t as t r e a m s ，w i l lb et r a n s m i t t e ds m o o t h l y t h eq u a l i t yo fs e r v i c ec o n t r o lo fb a n k i n gb a c k b o n en e t w o r ki sa n a l y s e da n d s t u d ie di nt h ef o l l o w i n gp a p e r t h es e r v i c eq u a l i t yo fb a n k i n gn e t w o r ki sa q u a l i t a t iv ea g r e e m e n to nt h ei n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o na n dc o m m u n i o na m o n gn e tu s e r s ， w h i c hr e f e r st oq u a l i t yg u a r a n t e ew i t ht h eo p e r a t i o n sb a s e do nt h ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r k i ta i m st oo f f e rt h ec u s t o m e r se n d t o e n ds e r v i c eq u a l i t yg u a r a n t e ed u r i n g t h ec o n s t r u c t i o no ft h ef i n a n c i a ln e t w o r k ，c h o o s i n g ，p r o g r a m m i n ga n di m p l e m e n t i n g t h et e c h n o l o g yo fs e r v i c eq u a l i t yc o n t r o lh a v ee x t r a o r d i n a r ys i g n i f i c a n c et o e n s u r i n gr e l i a b l et r a n s m is s i o no fv a r i o u sd a t a ，a n dm a k i n gf u l l u s eo fn e t w o r k r e s o u r c e s d u r i n gt h ew h o l ep r o c e s so ft h ef i r s ts t a g eo fc c b sd a t ac e n t r a l iz a t i o np r o j e c t w h i c hl a s t e du pt oo n ea n dah a l fy e a r ，t h ea u t h o ro ft h i sp a p e rh a sp a r t i c i p a t e d i nt h ed is c u s s o na n df o r m u l a t i o no fs u c hf o r m u l a sa st h a to ft h es y s t e m a t i c f r a m e w o r ka n dd e s i g n a t i o no ft h eh a n k - b o n en e t w o r ko fc c bj i a n g s ub r a n c h ，t h a to f t h ed e t a l e dd e s i g n a t i o no ft h et r a n s f o r mo ft h eb a n k - b o n en e t w o r k ，a n dt h a to ft h e s u bb r a n c hj o i n i n gn e t w o r kb e s i d e s ，t h ea u t h o rh a sa ls oc o n d u c t e da n a l y s i sa n d r e s e a r c hi nt h es t r a t e g i e sa n dt h er e l e v a n ts y s t e mo fd a t as t r e a mc o n t r 0 1a n dp f t h es e r v i c eq u a l i t yc o n t r o l ，a sw h e r ea st a k i n gp a r ti nt h ec o m p i l a t i o no fr e l e v a n t d e s i g n a l i o nf o r m a l a sa n di nt h ec o n s t r u c t i o na n dp o p u l a r i z a t i o no ft h ee n t i r e s y s t e m t h isp a p e rc o n sis t so ff i v ec h a p t e r s t h ef i r s tc h a p t e ri n t r o d u c e st h e b a c k g r o u n do ft h ep r o j e c t ：t h es e c o n dc h a p t e rd e s c r i b e st h es y s t e ms t r u c t u r eo ft h e v i 海火学t 程颁i 。学位论文 建设银行江苏省分行骨干网服务质量控制研究 q u a l i t yo fs e r v i c e ：t h et h i r dc h a p t e rd e a l sw i t ht h ed e s i g na n di m p l e m e n to ft h e q o so fb a n k i n gn e t w o r ko fc h i n ac o n s t r u c t i o nb a n k ：t h ef o u r t hc h a p t e ra s s e s s e st h e q o so fb a n k i n gb a c k b o n en e t w o r k ：t h ef i f t hc h a p t e ro f f e r ss o m es u g g e s ti o n sa b o u t i m p r o v i n gt h eq o so fb a n k i n gb a c k b o n en e t w o r k k e y w o r d s ：b a n k 、n e t w o r k 、q u a l i t yo fs e r v i c e 建设银行江苏省分行骨干嗍服务质量控制研究 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期：! ? “ 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布沦文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名 1 1 【海人学丁程硕士学位论文 建设银行江苏省分行骨干网旅务质量控制研究 1 1 项目背景 第一章绪论 随着中国加入w t o ，国有商业银行面临着国际金融市场的激烈竞争。提高服 务质量，不断推出新的金融产品，整合现有业务系统成为各大商业银行为提高竞 争力所采取的重要手段。建设银行总行行长指出：科技要成为建设银行发展的动 力。事实上，经过多年的努力，建设银行的科技水平已经得到了高速发展，依托 现代科技推出的金融产品也日益增多，为建设银行业务拓展起到了关键作用。相 应的，网络系统也从行内延伸到行外，承载的数据种类日益增加，数据流量成倍 增长，过去的网络架构在定程度上已经成为新业务发展的瓶颈。尽快疏通网络 渠道、拓宽网络带宽、优化网络结构，已经成为建设银行业务发展的迫切要求。 为了全力支持建设银行经营管理体制向现代化商业银行的转变，为建设银行 的改革提供支持与服务，全面提高我行的集约化经营管理水平、客户服务能力和 服务质量，建设现代化商业银行的管理信息系统，建设银行开始进行数据集中和 系统整合，网络成为总行、省行连接各分支机构和基层网点的纽带，成为建设银 行生存和发展的生命线。 现代通信技术和计算机技术的发展，推动了网络技术的更新，也促进了网络 应用的发展。具体表现在：网络应用已经从传输单一的正文数据，发展到传输语 音数据和视频数据，以及集成多种类型的数据传输的多媒体网络应用i 从传统的 点到点交互，发展到单点到多点交互和多点到多点交互；从传统的集中控制结构 发展到分布控制结构，进步发展到联邦控制结构。从传统的尽力而为的、没有 任何服务质量要求的服务模式，发展到高速运输服务模式和具有服务质量保证的 高性能网络服务。这里的服务质量就包括了传统的数据正确性、传输带宽( 时间 延迟) 、传输连续性( 延迟抖动) 和数据安全性等方面的要求。 随着会融业务的发展，金融创新最直接的效果就是新的金融产品不断增加， 承载于银行网络平台上的业务种类趋于多样化，这使得网络流动的数据种类越来 越多，数据量成倍上升，而受网络带宽及传统i p 网络特点的限制( g - 力传输、 最短路径等) ，数据包往往在传输中的某一环节中被不加选择的阻塞或被丢弃， 海人学t 程 i i j il j 学位论文建设银行江苏省分行骨干嗍服务质量控制研究 这将对一些延时敏感的应用如i p 电话、视频信号、营业交易等产生严重的影响。 若不节制的扩大带宽又会大大增加银行的运营成本，如何合理有效地利用网络资 源、如何保证各类业务的服务质量成为银行业竞争中颇为关注的问题。利用网络 发展中的一些最新技术来控制数据流，保证敏感数据流的通畅，同时又基本保证 其他非敏感数据的传输，在商业银行的信息化建设中备受关注，成为网络优化中 的一项重要内容。 为全面提升银行核心竞争力，提高银行集约化管理水平，2 0 0 3 年起建设银 行开始实施全固数据集中工程。为了满足数据集中的要求，建设银行将在北京和 上海建立丽个数据中心北京中心和上海中心，并建设北京、上海两个数据中 心的本地网络。数据中心网络要求以2 个数据中心为核心。网点将直接与总行两 个数掘中心进行通讯，完成交易。核心业务的相关数据流将存在于总行和网点之 间，只有本地特色业务和非核心业务才在分行范围内完成，因此，对一级骨干网 络的带宽有很高的需求。另外，原有骨干网络结构为树型结构，不能满足数据集 中后北京、上海两个数据中心的通讯需求，网络结构应根据数据流向、可靠性需 求进行相应的调整，现有骨干网络面临进一步发展和改造。在金融网络建设过程 中，q u a l i t yo fs e r v i c e ( 简称q o s ) 服务质量控制的技术选择、规划与实施， 对保证各类业务数据的可靠传输，最大限度地提高网络资源利用率有着非同寻常 的意义。 1 2 论文组织及作者所做的工作 在长达一年半的“中国建设银行数据集中一期工程”项目中，本文作者参与 了骨干网改造系统整体框架、系统设计方案、骨干网改造详细设计方案以及二级 行接入网改造方案的讨论和制定，对网络流量控制和服务质量控制的实现策略和 相关机制进行了分析和研究，参与相关设计方案的编写，参加了整个系统的推广 与建设工作。 本论文是刺作者所做工作的总结，全文共分为五章。 第一章绪论。本章主要讲述了项目的背景和意义、作者所做的工作以及论文 内容的组织。 第二章网络服务质量的体系结构。本章主要介绍了计算机网络服务质量的定 义和描述，并对其控制和管理机制进行了概述。 海人学1 程坝i 学位论文 建设银行江苏省分行骨干嘲服务质量控制研究 第三章骨干网服务质量设计与实现。本章详细介绍了江苏省建设银行骨干网 建设中对业务的分析、骨干网对业务的支撑、流量控制和网络服务质量的设计与 实现方法。 第四章骨干网服务质量的性能评价。本章从理论上讨论了网络服务质量性能 评价的方法，并对骨干网的性能进行了描述。 第五章骨干网服务质量改进建议。本章结合金融系统网络的发展对骨干网的 服务质量提出优化建议。 l 。：海人学t 程颂i 学位论文建设银行江苏省分行骨干嘲服务质量控制研究 第二章网络服务质量的体系结构 2 1 服务质量的定义及概述 服务质量是同常生活中人们再熟悉不过的字眼，顾名思义，服务质量往往体 现了消费者对服务者所提供服务的满意程度，是对服务者服务水平的一种度量和 评价。随着高速网络技术和多媒体技术的飞速发展，人们越来越多地提出了包括 多媒体通信在内的综合服务要求。传统的分组交换网络，如i n t e r n e t ，是为面 向非实时的数据通信而设计的，采用的t c p i p 协议主要是为了优化整个网络的 数据吞吐量并保证数据通信的可靠性。而当今分布式多媒体应用( 如视频会议、 视频点播、i p 可视电话、远程教育等) 不仅包括文本数据信息，还包括语音、 图形、图像、视频、动画这些类型的多媒体信息。分布式多媒体应用不但对网络 有很高的带宽要求，而且要求信息传输低延迟和低抖动等，同时，这些应用大都 能够容忍一定程度的信息丢失和错误。 应用类型q o s 要求参数范围 f t p带宽0210mbps t e l n e t相应延迟8 0 0 m s 带宽 1 6 k b p s 南；壬 端到端延迟o 1 5 0 m s 。= 卧。 端到端抖动l m s 分组丢失率 1 0 。 带宽 1 8 6 m b p s 端到端延迟 2 5 0 m s m p e g l端到端抖动l m s 分组丢失率 带宽 端到端延迟 端到端抖动 分组丢失率 1 0 “( 未压缩的视频) 1 0 “( 压缩视频) 1 g b p s ( 未压缩) 5 0 0 m b p s ( 无损压缩) 2 0 0 m b p s ( 有损压缩) 2 5 0 m s l m s l o 。2 ( 未压缩的视频) 1 0 “。( 压缩视频) 表2 1 典型应用的q o s 需求 表2 1 给出了一些典型应用的q o s 需求。 卜海大学t 程坝l 学位论文 建设银行江苏省分行骨干删服务质量控制研究 第二章网络服务质量的体系结构 2 1 服务质量的定义及概述 服务质量是同常生活中人们再熟悉不过的字眼，顾名思义，服务质量往往体 现了消费者对服务者所提供服务的满意程度，是对服务者服务水平的一种度量和 评价。随着高速网络技术和多媒体技术的飞速发展，人们越来越多地提出了包括 多媒体通信在内的综合月务要求。传统的分组交换网络，如i n t e r n e t ，是为面 自非实时的数据通信而设计的，采用的t c p i p 协议主要是为了优化整个网络的 数据吞吐量并保证数据通信的可靠性。而当今分布式多媒体应用( 如视频会 义、 视频点播、t p 可视电话、远程教育等) 不仅包括文本数据信息还包括语音、 图形、图像、视频、动画这些类型的多媒体信息。分布式多媒体应用不但对网络 确很高的带宽要求而且要求信息传输低延迟和低抖动等，同时，这些应用大都 能够容忍一定程度的信息丢失和错误。 应用奚壅 f t p r e l n e t 电话 h d t v 带宽 端到端延迟 端到端抖动 分组丢失率 5 0 0 m b p s ( 无损压缩) 2 0 0 m b p s ( 有损压缩) 2 5 0 m s l m s 1 0 1 ( 未压缩的视频) 1 0 1 ( 压缩视频) 表2 1 典型应用的q o s 需求 表21 给出 r 一些典型应用的q o s 需求。 表2 1 给出j 一些典型戍用的q o s 需求。 海人学丁程砸i 学位论殳 建设银行江苏省分行骨干网服务质量控制研究 由此可见，当今高速网络中的多媒体应用对网络提出了不同于数据应用的服 务质量要求，需要提供端到端的q o s 控制和保证。 所谓网络服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，简称q o s ) 是网络与用户之间以 及网络上互相通信的用户之问关于信息传输与共享的质的约定，通常是指通信 网络在承载业务时为业务提供的品质保证。不同的通信网络对于服务质 量的定义也各不相同。它的目的就是向用户提供端到端的服务质量保证。它有 一套度量指标，包括业务可用性、延迟、可变延迟、吞吐量和丢包率： 业务可用性：用户到i p 业务之间连接的可靠性。 延迟：也称为时延( l a t e n c y ) ，指两个参照点之间发送和接收数据包的时间间 隔。 可变延迟：也称为抖动( j i t t e r ) ，指在同一条路径上发送的一组数据流中数 据包之间的时i h j 差异。 吞吐量：网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。 丢包率：在网络中传输数据包时丢弃数据包的最高比率。数据包丢失一般是由 网络拥塞引起的。 i s o 最早就开始了计算机网络q o s 问题的研究。针对o s i 参考模型的七层协 议，i s o 组织要求每层协议都在向高层提供相应服务的同时，提供表2 2 所示的 服务质量。 参数含义 吞吐量单位时间内在一个连接上传递的最大字节数 传输延迟从数据传输请求开始到数据传输完成确认为止的时间 间隔 出错率数据单元错传、丢失或重传的概率 建立连接延迟从请求建立连接开始到建立连接确认为止的时间间隔 连接失败率建立连接失败的概率 传输失败率传输失败的概率 重置率在给定的时间内服务提供者释放连接或重置连接的概 室 释放延迟从释放请求开始到释放确认为止的时间延迟 释放失败概率 释放连接时失败的概率 表2 2 服务质量的典型参数 海人学t 程坝1 学位论文 建设银行江苏省分行骨干网服务质量控制研究 可以看出，o s i 参考模型中的服务质量是用参数方式进行定义的，即当高层 协议要求低层协议提供相应的服务质量时，高层协议向低层协议发送包含q o s 参 数值的服务数据单元( 分组) ，低层协议按高层协议的q o s 要求进行操作。 从应用的层面看，q o s 提供四种重要好处：通过保证网络应用更高的可用性， 让网络更加可靠，为用户提供更迅速的应用响应；帮助减轻并非带宽总能解决 的越来越多的网络需求负担，充分利用单位中现有的带宽：让i t 经理们拥有对 网络使用的控制权，有助于避免不良使用；通过提高商业应用在数据网络上的 流动，譬如电话和视频会议，可以有效地利用网络，提供明显的费用节省和更加 有效的工作方式。 2 2 服务质量控制和管理概述 为了实现q o s 的控制和管理，首先必须明确在设计q o s 控制和管理机制时应 遵循的基本原则，其次要对q o s 作准确而细致的描述，然后针对端到端q o s 的控 制过程制定出相应的q o s 控制和管理机制，最后还要了解综合服务网络系统不同 层次的q o s 实现是不同的。 2 21o o s 设计的基本原则 将q o s 控制过程引入网络系统，就必须考虑： ( 1 ) 集成的原则 该原则阐述了为了满足用户的端到端q o s 控制要求，在所有的层次系统上 q o s 都必须是可配置、可预测和可维护的。 ( 2 ) 分离原则 该原则阐述了媒体的传输、控制和管理是系统的不同功能行为。这些任务的 分离。方面是要区分控制信令和媒体数据的传输，另一方面是由于两者所要求的 服务不同。媒体数据流通常要求高带宽、低延迟、低抖动并容许一定丢失率的服 务，控制信令的传输通常要求低带宽、无抖动限制和高可靠性的服务。 ( 3 ) 透明原则 该原则阐述了应用必须被屏蔽在低层复杂的q o s 控制和管理机制之外。透明 性的一个重要方面是用户期望得到的q o s 能够通过一个基于q o s 的a p i 来描述。 透明性的好处表现在三个方面：可以将q o s 功能与多媒体应用设计相分离，从而 上海大学t 程硕i 。学位论文 建设银行江苏省分行骨干网服务质量控制研究 简化应用设计并增强可移植性：可以向应用屏蔽底层网络的服务细节；可以将复 杂的o o s 控制和管理任务交给底层的网络实现。 ( 4 ) 异步资源管理原则 由于在分布式通信环境中不同行为( 如调度、流控、路由以及q o s 管理等) 的产生在时间上是不同的，因此对综合服务网络系统资源的管理是异步的。为了 协调这些被异步管理的资源，从而为用户应用提供一致的端到端q o s 控制，必须 在这些资源之间周期性地交换控制信息。 ( 5 ) 性能原则 该原则阐述了q o s 控制和管理机制的设计必须是以提高网络系统的性能为 目的。换句话说，综合服务网络既要能担保多媒体应用的q o s ，又能灵活地支持 不同的用户应用，具有非常高的网络利用率。 2 2 2o o s 的描述 q o s 描述是为了精确地表达用户应用的q o s 要求和管理策略。从用户应用的 角度来看，q o s 描述应浚包括： ( 1 ) 信息流特征 它描述了用户应用的信息流量特征，如信息流产生的峰值速率和平均速率、 信息流的突发长度以及平均周期等。信息流特征描述是综合服务网络系统为用户 分配和管理资源的依据。 ( 2 ) 信息流性能要求 它描述了多媒体应用对网络性能的要求，如网络系统的吞吐量、信息的延迟、 抖动以及丢失率等。不同多媒体应用对网络性能的要求是不同的，为了进行相应 的端系统和网络资源分配。综合服务网络必须提前了解应用对网络性能的要求。 ( 3 ) 信息流同步要求 它描述了应用多个相关信息流之间的同步程度。例如，同时记录的视频图像 必须被精确地一帧帧同步播放，以便有关的特征能够被同时观察到。 ( 4 ) 服务层次( 1 e v e lo fs e r v i c e ，l o s ) 它描述了端到端q o s 担保的程度，如可控负载型服务、保证型服务以及尽力 而为型服务。尽管信息流性能要求的描述允许用户以量化的方式表达所要求的性 卜海人学t 程颂 j 学位论文 建设银行江苏省分行骨干网服务质量控制研究 能尺度，然而服务层次描述能够对这些要求作质的提炼，以便区分出哪些要求更 强烈，哪些要求不那么强烈，从而使系统能够更细致地分配和调度资源，使综合 服务网络的总体用户满意度最佳。服务层次描述也有助于系统在资源紧张或不足 时采用更灵活而有效的q o s 控制策略。 ( 5 ) q o s 管理策略 它描述了当系统承诺的应用q o s 不能达到时，应用能够忍受的q o s 降级的程 度以及可被采用的管理行为。例如，当网络系统因为某些原因无法满足多媒体信 息的延迟要求时，通过对可得到的带宽做时间和空间质量的折中，或者操纵连续 媒体的播放时间，最大可能地减少音频和视频流在播放设备上产生的失真，使得 感觉仍可接受。q o s 管理策略也包括用户层的q o s 降级指示以及周期性的带宽、 延迟、抖动以及丢失率的通知。 ( 6 ) 服务成本( c o s to fs e r v i c e ，c o s ) 它描述了用户对所要求的服务愿意付出的成本，服务成本是q o s 描述中非常 重要的一个方面，设想一下，如果在q o s 描述中不包含服务成本的描述，那么用 户将没有任何理由不去选择最高层次的服务。 2 2 3o o s 的控$ 1 1 5 n 管理机制 q o s 的控制和管理机制( 也称算法) ，是由用户的q o s 描述、资源能力以及资 源管理策略所驱动的。在对资源的管理上，q o s 机制可以分为静态和动态两种； 静态的资源管理是处理信息流的建立和端到端q o s 的重协商阶段( 也可称为q o s 的提供) ，动态的资源管理是处理媒体传输阶段( 也可称为o o s 的控制和管理) 。 前者通过对系统资源的协商和预留，使系统接受用户应用的q o s 请求，而后者是 在系统接受应用的q o s 请求之后，通过资源调度和流控等机制来保证和维护用户 应用所获得的o o s 。 当用户应用于网络系统达成q o s 约定之后，网络系统就必须提供基于q o s 的 信息流实时拥塞控制。这种控制是通过q o s 控制机制来实现的。基本的q o s 控制 机制有： ( 1 ) 信息流整形机制 它是根据用户所提供的信息流特征描述来调节信息流量。信息流整形可基于 海人学t 程坝j 学位论文 建设银行江苏省分行骨干刚服务质量控制研究 一个简单的固定分组速率( 如分组峰值速率) 或某种形式的统计分组速率( 如可 承受分组速率和分组突发) 来进行。信息流整形的好处是使网络系统可以为该应 用分配足够的端到端资源并且能够适当地配置流调度程序。如果在网络边缘进行 信息流整形，同时在网络中采取适当的调度策略，可以为应用信息流提供非常高 的网络性能保证。 ( 2 ) 信息流调度机制 为了保证应用的端到端q o s ，网络系统必须对每个网络元素( 包括端系统和 网络节点) 中等待处理的数据分组进行排队，根据相应的q o s 要求和级别赋予相 应的优先级而后调度网络资源( 如带宽、缓冲、c p u 、线程等) 执行。而且，在 等待队列超过一定的长度时，还需要按照一定的策略放弃一部分等待的分组。网 络系统的这种控制行为就是信息流调度机制。当前，几种比较常用的分组排队和 调度算法有先入先出排序法、优先级排序法、基于等级的排序法以及加权公平排 序法等。另外，还有避免拥塞发生的随机早期探测法等。 ( 3 ) 信息流监控机制 信息流监控机制用来监视用户的行为是否符合q o s 要求，通常该行为只发生 在管理与收费范围出现交界的地方，例如在一个用户与网络的接口处。一个好的 信息流整型策略允许监控机制轻易地发现不规则的信息流。当发现有不规范的信 息流时，监控机制可以简单地接受它，同时提醒用户，也可以将信息流整型到 q o s 可接受的级别。 ( 4 ) 信息流控制机制 信息流控制机制包括开环和闭环两种模式：开环式流控广泛应用于电话业 务，只要资源已被分配，就允许发送者向网络中按一致认可的速率发送数据；而 闭环流控需要发送者根据接收者或网络的反馈信息调整发送速率。使用闭环流控 机制的应用必须能够适应网络资源的波动。目前的许多多媒体应用具有这种适应 能力并且可以在这种环境中工作。而不具有这种使用能力的其他多媒体应用更适 合采用开环流控策略，即提前预留必要的资源，使得它们的带宽、延迟和丢失率 的要求在会活存在期间都能得到保证。 ( 5 ) 信息流同步机制 该机制用于控制事件顺序和多媒体交互行为的精确定时。唇同步是最常见的 上海大学工程坝i 学位论文 建设银行江苏省分行骨干嘲服务质置控制研究 多媒体同步形式( 多媒体播放设备上视频和音频的同步) ；其他同步形式包括： 有用户参与交互和没有用户参与交互的事件同步，有别于唇同步的连续同步以及 不同的源和接收器之间的连续同步。所有这些都对流同步协议提出了基本的q o s 需求。与流同步有关的动态q o s 管理主要考虑流之间同步的紧密程度。 为了保证应用的端到端q o s ，网络系统只分配资源通常是不够的，还需要经 常维护已担保的应用q o s 。这是由q o s 管理机制来完成的。q o s 管理机制包括： ( 1 ) q o $ 监控机制 允许系统的每一层跟踪在低层所获得的q o s 级。它在维护应用q o s 的管理行 为中起核心作用。监控算法既可以作为调度程序的一部分( 例如一种q o s 控制机 制) 来测量正被处理的单个信息流的性能以便更有效地控制分组调度和接纳控 制，也l i | _ j 以作为传输层反馈机制的一部分。 ( 2 ) q o $ 维护机制 q o s 维护机制将被监控的q o s 与期望的性能作比较，然后调整资源的使用策 略以便维护应用的q o s 。如果当前的网络资源确实无法满足应用的q o s 要求，那 么q o s 的维护将引发q o s 的降级。 ( 3 ) q o s 降级机制 当网络系统低层无法保证应用信息流的o o s 并且q o s 维护机制也无能为力 时，高层的q o $ 降级机制将向用户发出一个q o s 指示。用户可以选择或者适应可 获得的q o s 级或者降低服务级( 如端到端重协商) 来响应该指示。 ( 4 ) q o s 扩展机制 q o $ 扩展机制包括q o s 过滤机制( 当信息流通过通信系统时处理流) 以及q o s 适应机制( 只在端系统上处理流) 。许多传输连续媒体流的应用具有适应端到端 q o s 变化的能力。根据用户接受的q o s 管理策略，端系统中的q o s 适应机制可以 采取一定的措旌来处理不满足要求的信息流。在多媒体组播应用中，不同接收者 的设备处理能力经常是不同的，q o s 过滤机制将弥合这种差异，使信息流能满足 接收者的不同处理要求。 2 3q o s 主要解决的问题 q o s 主要解决的问题包括：实时地把资源分配和管理决定转化为网络行为， 它具有平衡带宽、达到服务质量和流控制要求的功能：服务质量的分析工具可以 1 0 卜海人学t 程坝卜学位论文 建设银行江劳省分行骨干网服务质量控制研究 发现没有达到付费标准却使用优先服务的用户；创建服务质量的经济模式，评估 网络资源，特别是稀缺网络资源的价值。在计算机网络上为用户提供高质量的 o o s 必须解决以下问题： 1 q o s 的分类与定义。对o o s 进行分类和定义的目的是使网络可以根据不 同类型的o o s 进行管理和分配资源。例如，给实时服务分配较大的带宽和较多 的c p u 处理时间等，另一方面，对o o s 进行分类定义也方便用户根据不同的应用 提出o o s 需求。 2 准入控制和协商。即根据网络中资源的使用情况，允许用户进入网络进 行多媒体信息传输并协商其o o s 。 3 资源预约。为了给用户提供满意的o o s ，必须对端系统、路由器以及传 输带宽等相应的资源进行预约，以确保这些资源不被其他应用所强用。 4 资源调度与管理。对资源进行预约之后，是否能得到这些资源，还依赖 于相应的资源调度与管理系统。 2 4 当前主要的i p q o s 技术 当前主要的1 pq o s 技术有集成服务( i n t s e r v ) ，区分服务( d i f f s e r v ) ，o o s 路由和多协议标签转换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 ( 简称m p l s ) 。 1 集成服务( i n t s e r v ) 集成服务的基本思想是在传送数据之前，根据业务的o 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。 在服务的层次上，i n t s e r v 以每个流( 单独的或聚集的) 为基础，提供了两 种端到端的面向实时传输的服务：质量保证型服务和可控负载型服务，典型的应 用如远程教学、视频点播等交互式音频应用。实时性服务的本质在于要求服务提 供保证。为了满足实时应用的需求，必须能够有效地管理资源( 如带宽) 。 在实现的层次上，i n t s e r v 方案需要所有的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，并且在数据路径上执行基 于流的分类、调度和缓冲区管理。 在技术层次上，i n t s e r v 依靠资源预留协议r s v p 提供o o s 协商机制，逐节点 ( h o p b y h o d ) 地建立或拆除每个数据流的路径状态和资源预留软状态( s o f t s t a t e ) ；依靠接纳控制( a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 决定链路或网络节点是否有足够的 1 ：海人学t 程硕 一学位论文建设银行江苏省分行骨干刚服务质量控制研究 资源满足用户的资源预留请求；依靠传输控制( t r a f f i cc o n t r 0 1 ) 将i p 分组分 类成不同的传输流，并根据每个流的状态对分组的传输实施q o s 路由( r o u t i n g ) 、 传输调度( s c h e d u l i n g ) 等控制。事实上，资源预留协议r s v p 是集成服务的核 心。这是一种信令协议，用来通知网络节点预留资源。如果资源预留失败，r s v p 协议会向主机发回拒绝消息。资源预留、准许控制和传输控制是实现i n t s e r v 的 重要基石。 集成服务能够在i p 网上提供端到端的q o s 保证。但是，集成服务对路由器 的要求很高，当网络中的数据流数量很大时，路由器的存储和处理能力会遇到很 大的压力。因此，集成服务可扩展性很差，难以在i n t e r n e t 核心网络实施，目 前业界普遍认为集成服务有可能会应用在网络的边缘上。 2 区分服务( d i f f s e r v ) 区分服务的基本思想是将用户的数据流按照服务质量要求来划分等级，任何 用户的数据流都可以自由进入网络，但是当网络出现拥塞时，级别高的数据流在 排队和占用资源时比级别低的数据流有更高的优先权。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。 d i f f s e r v 的目标在于简单有效，以满足实际应用对可扩展性的要求，其实现 途径是： ( 1 ) 简化网络内部节点的服务机制。在内部节点只进行简单的调度转发， 流状态信息的保存与流监控机制的实现等只在边界节点进行，内部节点是状态无 关的。 ( 2 ) 简化网络内部阶段的服务对象。采用聚集传输控制，服务对象是流聚 集( s t r e a ma g g r e g a t e ) 而非单流，单流信息只在网络边界保存和处理。 除实现简单以外，区分服务体系还具有以下特点： ( 1 ) 层次化结构。分为d s 区域( d sd o m a i n ) 与d s 区( d sr e g i o n ) 两级。 在d s 区域内，服务提供策略与p h b 的语义和实现要一致；但d s 区内的各d s 区 域可以支持不同的p h b 、有不同的服务提供策略，它们之间通过服务层协议 ( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，s l a ) 与传输调节协议( t r a f f i cc o n d i t i o n i n g a g r e e m e n t ，t c a ) 协调以提供跨区域服务。 海人学t 程坝卜学位论文建设银行江苏省分行骨干网服务质量控制研究 ( 2 ) 总体集中控制策略( 与i n t s e r v 分布式控制相对照) 。网络资源的分配 由总体服务提供策略( s e r v i c ep r o v i d i o n i n gp o l i c i e s ) 决定，包括在边界如 何分类聚合流，在内部如何调度转发流聚集。 ( 3 ) 利用面向对象的模块化思想与封装思想，增强了灵活性与通用性。各 逻辑模块相对独立，并有多种组合。少量模块可组合实现多种服务，并在发展过 程中保持模块的可重用性。 ( 4 ) 不影响路由。与一些以虚电路方式实现q o s 的方案( a t m ，m p l s ) 以及 服务类型标记方案不同，区分服务节点处提供服务的手段仅限于队列调度与缓冲 管理，不涉及路由选择机制。 也就是说，在区分服务机制下，用户和网络管理部门之问需要预先商定服 务等级合约( s l a ) ，根据s l a ，用户的数据流被赋予一个特定的优先等级，当数 掘流通过网络时，路由器会采用相应的方式( 称为每跳行为p h b ) 来处理流内的 分组。 区分服务只包含有限数量的业务级别，状态信息的数量少，因此实现简单， 扩展性较好。它的不足之处是很难提供基于流的端到端的质量保证。目前，区分 服务是业界认同的i p 骨干网的q o s 解决方案，但是由于标准还不够详尽，不同 运营商的d i f f s e r v 网络之间的互通还存在困难。 3 q o s 路由 q o s 路由( q o sr o u t i n g ) 的基本任务是为一次连接寻找一条有足够资源、 能够满足q o s 要求的可行路径。q o s 路由通常是面向连接、有资源预留功能，并 且能够提供有质量保证的服务。 现在的i n t e r n e t 路由协议( o s p f 、r i p 等) 都采用单个测度( 如跳数、成 本) 来计算最短路由，没有考虑多个q o s 参数的要求。q o s 路由根据多种不同的 度量参数( 如带宽、成本、每一跳开销、时延、可靠性等) 来选择路由。q o