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南京邮电大学硕一j j 研究生学位论义摘要 摘要 随着i n t 】e t 的飞速发展以及v o i p 、v o d 等多媒体应用的层出不穷，i n t e m e t 已逐步由单一的 数据传输网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化。对于这些对带宽、延迟、延迟抖 动等有特殊要求的多媒体应用来说现有的尽力而为服务远不能满足要求。对用户来说，希望网络能 提供更优质、有保障的服务；而对网络运营商来说，希望能够优化网络资源的使用，使网络具有更 好的可控和可管理性。因此，网络的q o s 控制研究引起了广大研究者的重视，而实现q o s 控制也 成了下叫弋i n t e m e t 的重要特征之一。 事实上，网络o o s 控制的本质在于资源的管理。因此，实现网络q o s 控制的关键技术工作就 是：一方面通过有效的接纳控制以保证进入网络的用户流量小于网络资源的服务能力；另一方面通 过队列管理对网络资源实施有效的分配和控制。这两方面是本文的主要研究内容。 本文是基于本校与华为合作的基金项目基于q o s 和s l a 计费的关键技术研究而写成的， 本文的第二章说明了系统的总体设计方案，接下来的三章说明了本人在项目中所做的工作，最后一 章说明了系统的测试与分析。本文的研究点主要包括三个方面。 首先是对业务识别的研究，这部分在分析现有业务识别机制的基础上，提出了一种分层的多重 技术结合的业务识别机制。在理论研究的基础上，借助e t h e r p e e k 和n e t f i l t e r i p t a b l e s 工具，对现有 业务进行了识别，得到了一系列结论。 然后是对接纳控制机制的研究，这部分对现有的接纳控制算法进行了较为全面的研究和比较， 在此基础上提出了自适应的带宽门限接纳控制算法，根据带宽资源使用情况优先满足高权重业务， 再根据自适应分界参数的动态调整，及时地照顾到低优先级业务的接纳。保证了各个优先级业务的 服务质量。 最后是对队列调度的研究，这部分是在基于时延的调度算法的基础上将时间片与优先级相结 合，提出了一种基于时延的动态优先级调度算法。经过研究又在此算法的基础上提出了改进的算法，。 最后的算法不仅避免低优先级分组“饿死”而且保证了高优先级分组的发送，提高了算法的公平性。 关键词：服务质量，控制机制，业务识别，接纳控制，队列调度 南京邮电人学硕上研究生学位论文 a b s t r a c t a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f i n t e m e ta n de m e r g e n c eo f n e wm u l t i m e d i aa p p 删o ms u c ha sv o r p , v o d , i n t e m e th a se v o l v e di n t oa ni n t e g r a t e dt r a n s p o r tn e t w o r kw i t ht e x t , a u d i oa n dv i d e oe t c t h ee x i s t i n gb e s t - e f f o r t s e r v i c ep r o v i d e db yc u r r e n ti n t e m e tw o u l db en ol o n g e rs u f f i c i e n t o no n eh a n d ，e n du s e r sw a n tt og e to o s g u a r m a t e ew h e nt h e yu s ei n t e m e t ；o nt h eo t h e rh a n d , t h ei s p sw a n tt oo p t i l i 妇n e t w o r kr e s o u r c 2a n da c h i e v e m o r ec o n l r o u a b l e ，m o r em a n a g e a b l ei n t e m e t u n d e rt h i sk d ( 印吼d ，n e t w o 水q o sc o n t r o la t t r a c t sl o t so f r e s e a r c h e r s o o sc o n t r o la l s ob e c o m e sa ni m p o r t a n tp r o p e r t yo f t h en e x tg e n e r a t i o ni n t e m e t i n d e e d , t h ee s s e n c eo ft h eq o se o n w o li sr e s o u r o em a n a g e m e n ts ot h ek e yt e c h n i q u e so fq o sa r e a d m i s s i o nc o n t r o la n dq u e u em a n a g e m e n tt h e s et w o a s p e c t sa r et h em a i nc o n t e n t so f t h i sd i s s e r t a t i o n t h i sp a p e ri sw r i t t e na c c o r d i n gt ot h ek e yt e c h n o l o g yb a s e do nq o sa n ds l a b i l l i n g , t h ef u n dp r o j e c t b e t w e e ns c h o o la n dh u a w e ic o m p a n y t h es e c o n d a r yc h a p t e ri l l u s w a t e st h et o t a ld e s i g np r o g r a mo ft h e s y s t e m , t h en e x tt h r e ec h a p t e r se x p l a i nm yw o r ki nt h ep r o j e c t , a n dt h ef i n a lc h a p t e rd e s c r i b e st e s t sa n d a n a l y s i so f t h es y s t e m t h es t u d yp o i n t sm a i n l yi n c l u d et h r e ea s p e c t s f i r s t l y , s t u d y i n gt h es e r v i c ei d e n t i t y , t h i sp a r tb r i n g sf o r w a r dal a y e r e dm e c h a n i s mo f c o m b i n i n gm u l t i p l e t e c h n o l o g i e sb a s e do na r l a j 她t h ee x i s t i n gs e r v i c ei d e n t i t y b yu s m ge t h e r p e e ka n dn e t f i l t e r i p t a b l e s , s e r v i c e sa r ei d e n t i f i e da n ds o m ec o n c l u s i o n sa r eo b t a i n e d a n d t h e n , s e a r c h i n gt h ea d m i s s i o nc o n t r o l ，t h ec u r r e n ta d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h m sa r ec o m p r e h e n s i v e d e s c r i b e da n dc o m p a r e b a s e do nt h i s , a d a p t i v eb a n d w i d t ht h r e s h o l da d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h mi s p r e s e n t e d i tp r e f e r e n t i a l l ys a t i s f i e sh i g h - g r a d es e r v i c e sb a s e do nt h eb a n d w i d t h r e s o u w 咒t h e na c c o r d i n gt o t h ed y n a m i ca a j u s t m e n to ft h ea d a p t i v eb o u n d a r yp a r a m e t e r , i tc a nr e a s o n a b l ya d m i tl o w - g r a d es e r v i c e s b y t h i s ，t h eq o sw i t hk i n d so f s e r v i c e a r eg u a r a n t e e d f i n a l l y , i n v e s t i g a t i n gt h eq u e u em a n a g e m e n t , b a s e do nt h ed e l a ys c h e d u l i n ga n dc o m b i n i n gt i m ec h i p a n dp r e c e d e n c e , t h i sp a aa d v a n c e sd y n a m i cp r i o r i t yq u e u eb a s e d - d e l a ys c h e d u l i n ga l g o r i t h m t h e nb a s e d o nt h i s ，t h ei m p r o v e m e n ti sp r o p o s e d , t h ef i n a la l g o r i t h mn o to n l ya v o i d st h eh u n g r yo f t h el o w - g r a d ep a c k e t s ， b u ta l s og u a r a n t e e st h eh i g h - g r a d ep a c k e t s , a n di tr a i s e st h ef a i rp e r f o r m a n c eo f t h ea l g o r i t h m k e yw o r d s ：q o s ，c o n t r o ls c h e d u l i n g , s e r v i c ei d e n t i f y , a d m i s s i o nc o n t r o l ，q u e u em a n a g e m e n t 南京邮电大学硕士研究生学位论文 缩略词 缩略词 1 ) i f l s e r v d n s d p b d s 缩略词 英文全称 a d a p t i v e b a n d w i d t h t h r e s h o l d a d m i s s i o nc o n t r o l a s y n c h r o n o u sw a n s f e rm o d e b a n d w i d t hb r o k e r b a s e d - d e l a ys c h e d u l i n g c l a s sb a s e dq u e u e 译文 自适应的带宽门限接 纳控制 确保服务 异步传输模式 带宽代理 基于时延的调度 边界网关协议 基于类的队列 静态( 恒定) 匕匕特率 门限截止方式 d y n a m i ch o s t - c o m p u t e rc o n f i g u i a t i o n 一一 动态主机配置协议 p r o t o c o l 。一。一。 区分服务体系 d o m a i nn a m es e r v e r 域名服务器 d y n a m i cp r i o r i t yq u e u eb a s e d - d e l a y 基于时延的动态优先 s c h e d u l i n g级队列调度 d e e pp a c k e ti n s p e c t i o n深度包检测 d i f f s e r vc o d ep o i n t 区分服务标记 f i l et r a n s f e r p r o t o c o l 文件传输协议 6 l 广义处理器共享 分级令牌桶 超文本传输协议 筋 一 船 l 耋 脚 咖 嗽 凹 h 黔 皿 耵 眦 嘲 m 刍 呈耋 m 南京邮电人学硕士研究生学位论文 缩略词 缩略词 i n t s e r v 口 m 田a c n s o t c l p b a c p f q p h 陬 英文全称译文 综合服务体系 互联网协议 m e a s u r e m e n t - b a s e da d m i s s i o nc o n t r o l 基于测量的接纳控制 工具命令语言 基于参数的接纳控制 p a c k e tf a i rq u e u e i n g 分组公平队列 p o p 3p o s to 伍c ep r o t o c o l3 0 p 2 pp e e r t op e e r t c a t c p 6 2 电子邮局传输协议3 o 版 优冼级排序 奖赏服务 电脑间不经过中继设 备直接交换 服务质量 实时传输协议 服务公平指数 会话发起协议 服务等级协定 服务等级规范 简单邮件传输协议 连接可以提供安全的 t e l n e t 访问 传输调节协议 传输控制协议 螂 肿 暑i e l 姒 | ；j 暑| 南京邮电大学硕士研究生学位论文 缩略词 u d p v o d v o i p w f i 缩略词 译文 u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l 用户数据报协议 6 3 网络电话 最坏公平指数 南京邮电大学硕士研究生学位论文图、表目录 图、表目录 图2 - 1 整体拓扑图7 图2 - 2 系统技术实现流程图8 图2 - 3 计费流程1 1 图2 _ 4 主要研究的模块流程图1 l 图3 1 业务识别模型15 图3 - 2 业务识别流程。17 图3 3d n s 协议识别结果1 8 图3 - 4c h i k k a 的特征18 图3 - 5c h i k k a 的识别结果1 9 图3 6 同栩颐的流量隋况2 0 图4 - 1 业务权重的判断2 5 图4 - 2a b t a c 算法流程2 8 图4 3 仿真实验拓扑图2 9 图4 4 平均系统带宽利用率对比3 0 图4 _ 5 业务接纳率对比31 图4 6 前4 0 s 系统实际负载的自适应过程31 图5 1 队列处理举例。3 6 图5 - 2 个时间片后队列的堆实现3 7 图5 3d p b d s 算法流程图3 8 图5 _ 4 各子队列计数器的变化隋况4 1 图5 5 业务优先级与丢弃优先级的对应关系4 2 图5 - 6 低优先级分组端到端延迟4 3 图5 - 7 中优先级分组端到端延迟一4 3 图5 8 商蹴级分组端到端延迟；4 4 图5 - 9 低优先级分组吞吐率4 5 图5 1 0 中优先级分组吞吐率4 5 图5 1l 高蹴级分组吞吐率4 6 6 4 堕室堡垒盔兰堡主翌! 窒竺堂垡堡奎堕：壅旦茎 图每l 实验室环境4 8 图6 - 2 网关业务流程图4 9 图6 - 3 业务识别总体框架51 图6 _ 4 业务乞分q 疯。5 2 图每5 接入判别模块流程图5 4 图6 - 6 队列调度模型5 5 表3 1 常用端口映射表16 表3 2 常用软件净荷特征一19 表4 1 各类型的优先级及带宽值2 4 表5 1 阀值与各子队列中分组存在的情况4 l 表6 1 可行的业务分类法5 0 表6 2 业务识别测试5 6 表6 3 接入判别测试5 7 表6 4 流量整形测试5 8 6 5 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了中文特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 葛竭 日期：竺1 2 ：竺：! ! 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所 送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文：本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论 文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。 论文的公布( 包括刊登) 授权南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：菇叠导师签名：燃隗 南京邮电人学硕士研究生学位论文 第一章引言 第一章引言 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h 衄n e t ，是面向非实时的数据通信( p nf t p 和e - m a i l 的传 输) 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、口可视电话、远程教育) 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，而且要求信息传输的低延迟和低抖动等，同时，这些应用大都能够容忍一定程 度的信息丢失和错误。 目前，在高速网络中按照用户的要求提供q o s 控制是个普遍的要求，也是i n t e m e t 发展的重 要挑战。多媒体信息传输与管理的q o s 控制技术作为下代网络的核心技术之一，是当前计算机网 络中研究与开发的热点问趔。 1 1q o s 技术 q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) ，即服务质量。它有多种等价或互补的定义形式。 r f ( 卫3 8 6 【2 】中描述为：q o s 是网络在传输数据流时要求满足的一系列服务请求，具体可以量化 为带宽、延迟、延迟抖动、丢失率、吞吐量等性能指标。此处的服务具体是指数据包( 流) 经过若 干网路节点所接受的传输服务，强调端到端( e n dt oe n d ) 或网路边界到边界的整体性。q o s 反映了 网络元素( 例如，应用程序、主机或路由器) 在保证信息传输和满足服务要求方面的能力。 另种描述【3 】为：q o s 是指发送和接收信息的用户之间以及用户与传输信息的综合服务网络之 间关于信息传输的质量约定。该约定可以被理解为服务提供者与用户之l 白j 的一份服务契约，即服务 提供者承担支持给定的服务质量，当且仅当用户按照约定的信息流特征产生数据。换句话说，服务 质量包括用户的要求和网络服务提供者的行为两个方面，是用户与服务提供者两方面主客观标准的 统一。用户的要求是指用户在i n t e m e n t 上进行多媒体通信时所要求的服务类型以及相应的传输l 生能 和质量等；网络服务提供者的行为则指i n t e m e t 针对某类服务所能提供和达到的性能与质量。 q o s 的控制和管理问题一直是q o s 研究工作的焦点之一。所谓q o s 控制和管理，是指计算机 网络系统采用一定的方法接受用户应用的服务请求，并保证其q o s 的过程。在这过程中，网络系 统将用户应用的服务请求映射成一些预先定义的q o s 参数，进而与系统的有效资源对应起来，通过 l 堕塞坚生查堂堡主堕壅竺兰垡堡苎翌二兰! ! 童 资源分配和调度，完成用户的应用。 q o s 研究的目标是提供有效的端到端的服务质量控制或保证。近些年来匝，r f 在此方面做了很 多工作，先后提出了两种不同的m 踟1 e tq o s 体系结构：综合服务( i n t e g t a t e ds e r v i c e s , i n t s e r v ) 【4 】和 区分服务( d i f f e r e n t i a t e ds e i v i c e s ，d i f f s e r v ) 网。 1 、l m s e r v 技术及其局限性 在服务的层次上，i n t s c r v 以每个流为基础，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( g u a r a n t e e ds e r v i c e ) 网和可控负载型服务( c o n u o l l e d - l o a ds e r v i c e ) 7 1 ，典型的应用如远程 教学、视频点播等交互式音视频应用。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。 i n t s e r v 模型实质上是一个从端到端行为开始，到网络中各元素如何控制和实现这些行为，为用 户提供满意的q o s 的总称。 传统的网络协议只能提供简单的点到点的尽力而为型服务，而且服务类型唯一。所有应用不 加区分地得到系统的尽力而为型服务，这显然不利于对q o s 需求敏感的实时媒体等业务。为了提供 多媒体通信的多点功能和q o s 支持，就必须对传统的网络结构和服务模型进行扩展，从而提出了质 量保证型服务和可控负载型服务。 i n t s e r v 的产生是为了使口成为新的信息基础设施，一旦实现，必然对人类的通信方式又是一 次巨大变革。虽然i n t s e r v 在经过多年的研究和发展后已初具规模，但其中的问题也逐步显现出来。 i n t s e r v 是基于流的、状态相关的体系结构，依赖于每个流( p e r - f l o w ) 的状态和对每个流的管理。 这种实现机制可以使i n t s e r v 能够提供较状态无关的体系结构，具有更高的灵活性和更好的服务级别 保证，但同时也导致了i n t s e r v 的可扩展性问题和鲁棒性问题，后果是实现复杂，难于应用。 在i n t s e r v 体系结构中，网络中每个节点都要维护各类数据库( 例如，对于使用链路状态协议的 q o s 路由，路由器必须同时维护链路状态数据库和q o s 路由表；网络中的资源管理器必须维护资源 数据库等) 并实现复杂的功能模块( 如资源预留、路由、接纳控制等) 。各网络节点建立和维护预留 信息，并根据自身资源状况对用户的预留请求进行接纳控制：数据传输时各网络节点监控传输流， 并提供相应服务。这种完全分布式的控制带来了极大的复杂陛。 最初i n t s e r v 只面向单个微流( m i c r o - f l o w ) ( 由源地址、目的地址、源端口、目的端口、i p 协议 号五元组描述的应用流) ，在路由器配置和使用多域m f ( m u l t i f i e l d ) 分类准则，这就给路由器尤其 是主干网络核心路由器带来了巨大负荷。近期一些提议试图通过将沿着同一路径的微流聚集成宏流 ( m a c r o f l o w ) 【8 习来减少网络内部传输流的数量。这些提议对于问题是有效的，却不能根本解决问题 2 塑室塑皇盔兰堡主堕壅生兰堡垒塞翌= 童! ! 童 二面s e t - v 体系结构本身已决定了其高度复杂性，而且宏流的数量在具有许多边界路由器的网络中 仍然会很大，因为路径的数量是边界节点数量的平方函数。 2 、d i f t s e r v 技术 在i n t s e r v 体系的发展遭遇巨大障碍的时候，d i f l s e w 应运而生f l o l 。事实上，也证是i n t s e r v 的推 动缔造了o i f t s e r g l - 从这个意义上讲，两者是一脉相承的。 d i f l 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： 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，而流状态信息的保存与 流监控i ! r 悌0 的实现等只在边界节点进行，内部节点是状态无关的。 简化网络内部节点的服务对象。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。 具体而言，边界节点根据用户的流规定和资源预留信息将进入网络的单流分类、整形、聚合为 不同的流聚集，这种聚集信息存储在每个i p 包头的d s ( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ) 标记域中【12 闭，称为 d s 标记( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e sc o d e p o i n t , d s c p ) ；内部节点在调度转发m 包时根据包头的d s c p 选 择提供特定质量的调度转发服务，其外特性称为逐跳行为( p e r - h o p b e h a v i o r , p h b ) 。网络边界对单 流做分类聚合与网络内部对聚集流提供特定质量的调度转发服务，这两个过程通过口包头内的 d s c p 协同起来。 除实现简单以外，区分服务体系还具有以下特点： 层次化结构。分为d s 区域( d s d o m a i n ) 与d s 区( d s r 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 c c o n d i t i o n i n ga g r e e m e n t , t c a ) 协调以提供跨区域服务。这种结构适应了i n t e m e t 中由各i s p 提供接入 服务的商业模式。 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 s 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。 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。例如，服务类 型与边界调节器和内部p h b 相对独立，使得较少种类的边界调节器和内部p h b 可进行各种不同的 组合以实现多种服务类型；而且随着迸一步研究发展可能有更多服务类型出现但仍可以重用已有模 块构造。再如，p h b 与p h b 的具体实现机制相分离，是p h b 可以在发展中保持相对的稳定。 不影响路由。与一些以虚电路方式实现q o s 的方案( a s y n c h r o n o u st r a n s f e r m o d e , a t m ) 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 3 南京邮电大学硕上研究生学位论文第一章引占 由选择机制。 在服务层次上，区分服务模型可以支持多种不同质量的服务，奖赏服务p s ( p r e m i u ms e r v i c e ) 0 4 与确保服务a s ( a 嚣硼觅s e r v i c e ) 【1 习是讨论最为集中的两种典型服务。 ( 1 ) 奖赏服务p s 奖赏服务为用户提供低延迟、低抖动、低丢失率、保证带宽的端到端或网络边界到边界的传输 服务，是目前所第一的服务级别最高的区分服务种类。“三低一保证”的服务承诺使得用户可以享受 类似专线的服务质量，因而奖赏服务也称为“虚拟专线”服务。由于p s 的服务承诺针对用户流的 最高速率，资源预留量也根据最高速率计算，因而p s 也最昂贵。但p s 并非要取代传统的b e 服务， 而是与之共存以提高网络资源的利用率因为p s 没有用尽的带宽可以分配给其他的流，如b e 使 用。实际上，p s 流只会占据很小部分资源。最终结果是，i s p 的收入提高了，资源也不会闲置。 由于延迟、抖动、丢失主要由于分组在传送路途中排队所致，因而“三低一保证”实际上意味 这传输流在传送路途中几乎不排队。而在路由器处出现排队的原因是在某些较短时间段内分组的入 速率超过出速率( 即请求速率超过处理速率) 。则上述推导的最终结论是：任何时刻，在p s 流传送 道路上的任何节点处都要保证“p s 分组的入速率小于出速率”，或进一步地，总体上的最大入速率 要小于最小出速率。因此，提供这种服务要确保两点： 在传送节点处保证p s 流有“良好定义”的最小出速率。“良好定义”意为最小出速率不依 赖于节点状态的动态变化，具体而占，即不依赖于此节点处其他流的强度。 调剂p s 流( 通过整形或丢弃) ，以保证它在任何节点处的入速率都小于此处的最小出速率。 ( 2 ) 确保服务a s 与p s 的相对成熟与稳定相比较，a s 目前仍处于不断改进矛1 1 发展的阶段。a s 的初衷是：在网 络拥塞的隋况下仍能保证用户拥有一定量的预约带宽，使用户摆脱在单一尽量做好时无法把握自己 实际占有带宽量的无奈窘况；着眼点是带宽与丢失率，不涉及延迟、抖动。服务原则是：无论是否 拥塞，保证用户占有预约的最低限量的带宽；当网络负载较轻而有空闲资源时，用户也可以使用更 多的带宽。则用户最终实际得到的带宽分为两部分，预定最小保证值以及与其他a s 流或b e 流竞 争剩余资源获得的额外带宽。但与p s 对带宽的严格承诺不同，a s 定位于统计性保证，这样可以提 高资源利用率并降低价格，但也弱化了a s 的质量保证。大量对a s 的测试模拟【临19 】表明，a s 的实 际服务质量与诸多因素相关，较难达到量化标准，而更多的是一种优化服务。 a s 实现的基本思路是： 分组进入网络时在边界节点给包作标汜，预约带宽以内的流量标为酣( i np r o f i l e ) ，超出预约 带宽的流量标为o u t ( o u to f p r o f i l e ) ： 4 南京邮电人学硕l ：研究生学位论文第一章f 1 i 苦 拥塞时包头标记决定分组的丢弃概率，o u t 的丢弃概率大于n ，从而在一定程度e 保护i n 流：中间节点调度转发时保证源头相同的流不乱序，无论其中分组是n 还是o u t 。 1 2d i f f s e r v 中的q o s 控制机佶l j d i 船c l v 虽能为聚集流提供q o s 支持，解决了i n t s e w 的扩展性问题，但它本身并不包含接纳控 制机制，从而不能限制进入网络的流的数量，网络将会拥塞。所以d i 胚e t v 本身并不能为聚集流提 供端到端的q o s 保证。d j 船e r v 技术仅为网络提供一个支持q o s 的数据转发平台，但还需要一个控 制平台对网络进行有效的管理。 q o s 控制的目标是为i n t e m a 应用提供服务区分和性能保证：服务区分是指根据不同应用的需 求为其提供不同的服务：性能保证则要解决诸如带宽、丢失、延迟、延迟抖动等性能指标的保证问 题。 q o s 控制机制包括刚： ( 1 ) 分类( c l a s s i f i e r ) - 从i n t s e r v 的每个流区分到d i f f s c t v 的流汇聚分类的目的就是根据策略 与服务特定来区别对待服务，它是q o s 控制精度、复杂度和实现代价之间的折衷。 ( 2 ) 接纳控制( a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) ：协调系统资源，需要确保的q o s 承诺、服务能力与服务 策略之间平衡的机制。 ( 3 ) 整形与管制( s h 印i 1 1 9a n dp o l i c i n g ) ：整形与管制的作用是限制或约束某些业务类的不可预 测性。整形是防止过多的、不可预测的业务注入下游：管制则是防止过多的注入导致缓冲不足。整 形可用于路由器及服务器主机，而管制通常只用于路由器。 ( 4 ) 调度( s c h e d u l i n g ) ：调度的目的是确保服务的承诺，同时控制不同类的服务获得有区别的 服务质量。 ( 5 ) 流控制( f l o wc o n t r 0 1 ) ：流控制主要用于端系统中，分为两种方式：丌环方式，按预定的 方式提供服务：闭环方式，根据反馈调节服务的速率。 11 3 论文的主要工作与结构安排 文章所做的工作，即是对d i 】咚e r v 中的o o s 控制机制口1 彩1 进行了分析和探讨，对其中的小点进 行改进，并通过理论计算、模拟仿真和实验分析，证实了新想法的效率、作用和适尉情况。 全文共分为六章，具体组织如下：第一章：引言说明了文章的课题背景、本文工作和论文组织 情况，从q o s 引出i n t s c r v 和d i t t s c r v ，再引出d j t t s c r v 中的q o s 控制卡几锘0 。第二章：对项目的整 个背景进行概述，分析了其中的各个模块，引出本文的三个研究点：业务识别、接纳控制、队列调 5 查塞堂皇查兰堡主型! 壅竺堂竺笙兰笙二量! ! 量 度。第三章：综合的业务识别方法，分析了现有的业务识别方法的弊端，在此基础上提出了将其综 合的思想，并对这种方法进行分析、实验，证明了该方法的优势。第四章：自适应的带宽门限的接 纳控制方法，对现有接纳控制方法进行比皎，在此基础上提出了该方法，对其进行基本思想的阐述， 策略的制定以及具体算法的描述，最后通过实验仿真来证明它的优越性。第五章：基于时延的动态 优先级调度算法，先对现有的队列调度算法进行说明，然后提出了该算法，再对其中涉及的优先级 的制定、用堆表示、时间片内的调整等进行详述，并再对其进行改进，将提出的算法进行仿真，比 较了它的优劣性。第六章：系统的测试与分析，说明实验室的环境、服务器的配置、接入网关各功 能模块的实现和各模块的测试情况。最后是本文的总结与展望。 6 南京邮电大学顶： ：研究生学位论文 第一二章系统总体设计方案 第二章系统总体设计方案 本文是基于我校与华为合作的基金项目基于q o s 和s l a 计费的关键技术研究的基础上写 成的，这一章即是对该系统总体设计方案的研究。针对下叫弋网络的特点，在对网络计费涉及的计 费协议、数据采集技术、计费策略以及相关计费方案、具体实现模式进行全面调研和整体分析的基 础上，我们提出了基于q o s 和s l a 的计费系统这概念，并制订出个合理、可行的计费系统技 术实施方案。该方案将实现如下功能：用户身份认证，s l a 参数管理，q o s 参数管理，接入流量业 务分类，数据包标记，资源管理和调度，计费数据采集，计费数据处理，计费数据管理，用户帐单 管理。本人的主要工作是：业务识别、接纳控制和队列调度。这几点的详细研究将在下面的几章展 开。 2 1 系统拓扑结构 本系统是针对下代网络的特点，综合采用服务等级协议( s l a ) 模式、基于s l a 和q o s 的 接纳控制、基于动静结合的计费策略等内容建立的计费系统。本系统的网络拓扑模型，如图2 1 所 不。 图2 1 整体拓扑图 在本文设计的计费系统中，各个用户的业务流到达网络接入设备时，接入设备都会根据用户与 i s p 签订的s l a 为其调度资源，开展网络服务。在接入网络设备处，需要统计业务流量，并将该统 计数据写入计费中心数据库，进行实时计费：进入网络d i f f s e r v 域以后，每经过一个路由器都会按 7 塑室些皇叁堂堡主堕窒圭兰垡笙奎笙兰皇墨竺垫竺堡生銮塞： 照用户请求的q o s 参数分配网络带宽，并进行路由调度，同时路由器会将这次路由分发的网络资源 的指标参数反馈给计费中心数据库；在业务流到达目的网关之后，目的网关会统计收到的流量，将 统计信息写入计费中心数据库，根据合同调整用户使用费用。计费中心数据库不断地把新产生的计 费信息发送给各对应的i s p ，作为i s p 对用户收费和i s p 相互之间结算的依据。 2 2 系统的处理流程 整个系统的业务处理可以划分为：s l a 签订、用户认证矛i i 配置、接纳控制、数据采集和计费等 部分，项目的整体流程图如图2 - 2 所示。 计费数据库 账单 - 系统的具体流程是：在使用网络之前，i s p 按照已经制定好的s l a 模板与用户签订s l a 协议， 并将每个用户的用户信息和s l a 协议信息录入s l a 数据库：用户登录时，接入网关上的用户认证 和配置模块对用户进行身份认证，若为合法用户，对其授权，非法用户则拒绝其请求。当授权用户 8 塑室! ! ! ! ! 皇盔兰堡：! 堕壅竺兰垡笙兰笙三主墨堑璺堡墼生塑壅 请求服务时，通过接纳控制中的业务识别子模块确定用户使用的业务类型，对其进行标记，送入接 入判别子模块。接入判别子模块查询s l a 数据库，得到用户该业务的服务等级和其q o s 参数要求， 并判断当前的网络资源是否能满足该业务的q o s 需求，若不满足，调整网络资源或降级服务或拒绝 本次业务请求；若满足，则接入并切记该业务流，统计业务流量，将统计值写入计费数据库，并将 其送入对应的服务队列，根据q o s 原则对业务进行合理的资源分配和业务调度，开展业务。业务流 离开接入网关，进入到d i f l s e w 网络，采集网络参数，写入计费数据库。直到经目的网关，到达目 的主机。目的网关将本次眼务的s l a 监控信息写入计费数据库。将从网络和目的网关采集到网络参 数进行处理，按照s l a 协议的内容，生成s l a 监控报告，及时记录进计费数据库。最后根据计费 策略，周期性的调整用户的最终使用费用，生成用户帐单。 2 3 接口描述 接口主要为了完成各功能漠块的匹配和模块所需信息的传递，模块与模块的联系通过接口来实 现。用户与i s p 经s l a 签订模块签定使用业务的协议，在本系统中体现为s l a 数据库。 ( 1 ) 用户认证和配置模块的输入为用户登录的用户名、密码，输出为用户是否合法的信息。 ( 2 ) 接纳控制模块接收用户的业务流，对其进行一系列处理，若接纳该业务，则业务流通过 接纳控制模块的输出接口进入d i 船e r v 域，并为计费模块提供用户使用业务的时长、流量等参数。 若不接纳该业务，输出拒绝服务信息。 ( 3 ) d i f l s e r v 域为其中的数据采集模块提供网络信息。 ( 4 )目的网关接收业务流，为其中的