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i pq o s 研究与关键技术仿真 摘要 把i p 分组网作为n g n 的承载网，已经被人们所共识。n g n 承 载网能够为公众提供电信级多媒体业务，例如语音、视频、i p t v 。 但是，i p 分组网固有的尽力而为的特性无法满足电信级o o s 的要 求。因此，i p 分组网不可能直接成为n g n 承载网。i p 分组网的端 到端的q o s 问题已经成为网络走向n g n 道路的拦路虎。 以前对于q o s 的研究主要集中在数据平面，关注在路由器上的 具体实现，缺乏从全局网络控制和管理的角度来研究q o s 问题。截 至目前，在i p 网上保证q o s 归根结底有两种基本的模型：i n t s e r v 和d i f f s e r v 。目前采用d i f f s e r v 模型进行q o s 控制较多，但这种 方法不能真正保证流的o o s ，为运营带来了困难。而如果采用类似 1 1 2 t s e r v 模型的方式，又给网络核心节点带来较大的负担。如果把 i l q t s e r v 和d i f f s e r v 二者思想结合，既有由动态信令机制带来的 灵活性，又有按业务进行流分类的简单性，然后，再辅以带宽代理 技术和约束路由技术，那么这样的方案应该是比较完美的。 本课题基于以上各方面问题的综合考虑，提出了三种端到端的 q o s 保证方案：( 1 ) 基于集中式带宽代理的i po o s 架构；( 2 ) 基 于m p l s 的分布式o o s 架构；( 3 ) 基于m p l s 的集中式q o s 架构。我 们对这三种方案进行论证，比较各自的优缺点。最后，用o p n e t 仿 真工具对第一种方案进行仿真，并对仿真结果进行分析。 本文内容主要安排如下：第一章介绍了论文的研究背景，包括 研究意义以及国内外的研究现状。第二章介绍了方案中涉及到的各 种q o s 概念以及q o s 技术。第三章介绍了o p n e tm o d e le r 仿真工具 的仿真思想以及o p n e t 中q o s 的具体实现机制，这些实现机制是进 行方案仿真的基础。从第四章到第七章都是本文的重点。第四章介 绍了三种q o s 保证方案的架构并比较各自的优缺点。第五章介绍了 q o s 信令的进程模型建模以及仿真代码的实现。第六章介绍了接入 控制模块主进程模型的建模以及仿真代码的实现。第七章介绍了带 宽代理的节点建模以及实验方案的网络模型，最后介绍了两个实验 的建模以及对仿真结果进行了分析。可以看出，第五章到第七章的 章节安排符合o p n e t 的三层建模机制和建模顺序。 i pq o s 研究与关键技术仿真 本课题是中兴通讯股份有限公司技术中心研究部的一个预研 项目，课题名称为“下一代网络的q o s 技术及其仿真研究”，作者 参与了方案的讨论、总体设计、详细设计、联调，实现了其中的 q o s 信令模块和接入控制模块主进程，并独自研究了o p n e t 上的 q o s 实现机制。 关键词：n g n 承载网，带宽代理，q o s 信令，c o p s p r ，接入控 制 l i 一堡里! ! 堡塞皇差壁茎查堕塞 a b s t r a c t i t i sw e l l k n o w nt o p e o p l e t h a tt h en g nb e a r e rn e t w o r kis i p n e t w o r k t h en g nb e a r e rn e t w o r ki sa b l et o p r o v i d et h ep u b l i cw i t h t e l e c o ml e v e lm u l t i m e d i as e r v i c e s ，f o re x a m p l ev o i c e 、v i d e os e r v i c e s a n di p t v b u ti pn e t w o r k p r o v i d e sb e s t e f f o r ts e r v i c e ，w h i c hi sh a r d t om e e tt h er e q u i r e m e n to ft e l e c o ml e v e lq o s i pn e t w o r kc a n n o tb e d i r e c t l ya p p l i e d a sn g nb e a r e r n e t w o r k t h ee n d t o e n d q o s g u a r a n t e eo fi pn e t w o r kh a sb e e n h a n d i c a po fi nt h ew a yo fn g n d e v e l o p m e n t r e s e a r c h e r s f o r m e r l y f o c u so nt h ed a t a p l a n e o f q o s a n d c o n c e n t r a t eo nt h es p e c i f i ci m p l e m e n ti nr o u t e r t h e yr a r e l yr e s e a r c h t h ec o n t r o l p l a n ea n dm a n a g e m e n tp l a n e t h e r ea r eo n l yt w ob a s i c q o sg u a r a n t e em o d e l ：i n t s e r va n d d i f f s e r v n o w a d a y s ，n e t w o r k p r o v i d e r sm o s t l y u s ed i f f s e r v m o d e l ，b u td i f f s e r vm o d e li n d e e d c a n n o ta c h i e v eq o s ，w h i c hm a y b r i n gp r o b l e m st on e t w o r kp r o v i d e r s i fu s ei n t s e r vm o d e l ，t h a tm a ym a d e b i gb u r d e no nc o r er o u t e r s t h e q o ss c h e m ew h i c hc o m b i n e st h et h i n k i n go fi n t s e r va n dd i f f s e r v m a yb ep e r f e c t ，b e c a u s et h a tq o ss c h e m en o to n l yh a st h ed y n a m i c s i g n a l i n g w h i c hc a nm a k ei tf l e x i b l eb u t a l s oh a st h e s i m p l e c l a s s i f i c a t i o no f s e r v i c e s ，e s p e c i a l l y b e c a u s ei tu s e sb a n d w i d t h b r o k e rt e c h n o l o g ya n dc o n s t r a i n t - b a s e dr o u t i n gt e c h n o l o g y c o n s i d e r i n gt h e a b o v e p r o b l e m s ，w ep r o v i d e t h r e ee n d t o - e n d q o sg u a r a n t e e s c h e m e s ：( 1 ) i p q o ss c h e m e b a s e do nc e n t r a l b a n d w i d t h b r o k e r ；( 2 ) d i s t r i b u t e d q o s s c h e m eb a s e do nm p l s n e t w o r k d o m a i n ；( 3 ) c e n t r a lq o s s c h e m eb a s e do nm p l sn e t w o r k d o m a i n ，w ea l s od i s c u s st h e i ra d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e s f i n a l l y ， w eu s eo p n e ts i m u l a t i o nt o o lt os i m u l a t et h ef i r s t q o ss c h e m ea n d 1 1 1 p q o s 研究与关键技术仿真 a n a l y z ei t ss i m u l a t i o nr e s u i t s t h e a r r a n g e m e n t o ft h i s p a p e rc o n t e n t a s f o l l o w i n g ：i n f i r s t c h a p t e r ，w e i n t r o d u c et h er e s e a r c h b a c k g r o u n d o ft h i s p a p e r ， i n c l u d i n gs i g n i f i c a t i o no ft h i sr e s e a r c ha n dt h es t a t u so ft h e a r t i n s e c o n dc h a p t e r ，w ei n t r o d u c et h e c o n c e p t i o na n dt e c h n o l o g yo fq o s i n v o l v e di no u r q o ss c h e m e i n t h i r d c h a p t e r ，w e i n t r o d u c et h e s i m u l a t i o nt h i n k i n g o fo p n e tm o d e l e ra n dt h e s p e c i f i cq o s i m p l e m e n t i o n m e c h a n i s m si no p n e t t h e s em e c h a n i s m sa r eo u r s i m u l a t i o nb a s i s e s f r o mf o u r t h c h a p t e rt o s e v e n t h c h a p t e r ，a l l a r e o u rm a i nc o n t e n t i nf o u r t h c h a p t e r ，w e i n t r o d u c eo u rt h r e e q o s g u a r a n t e es c h e m e sa n dd i s c u s st h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s i nf i f t hc h a p t e r ，w ei n t r o d u c et h eq o ss i g n a l i n gp r o c e s sm o d e la n d t h e i rs i m u l a t i o nc o d e i ns i x t hc h a p t e r ，w ei n t r o d u c et h er o o tp r o c e s s o fa d m i s s i o nc o n t r o lm o d u l ea n dt h e i rs i m u l a t i o nc o d e i ns e v e n t h c h a p t e r ，w ei n t r o d u c et h en o d em o d e lo fb a n d w i d t hb r o k e ra n dt h e n e t w o r km o d e lo fo u rl a b ；f i n a l l y ，w ei n t r o d u c eo u rt w ol a b o r a t o r i a l s c h e m e sa n da n a l y z et h e i rs i m u l a t i o nr e s u l t s w ec a nf i n dt h a tt h e a r r a n g e m e n t o ft h ef i f t h c h a p t e r a n ds i x t h c h a p t e r a n ds e v e n t h c h a p t e rc o n f o r mw i t ho p n e t t h r e el a y e rm o d e l i n gm e c h a n i s m t h i s p r o j e c t i sa na d v a n c e dr e s e a r c h p r o j e c t o f d e p a r t m e n t o f a d v a n c e dt e c h n o l o g yo fz t ec o r p o r a t i o n t h ep r o je c tn a m ei s t h e q o st e c h n o l o g yo fn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r ka n dt h e i rs i m u l a t i o n r e s e a r c h t h ea u t h o r p a r t i c i p a t e t h es c h e m e d i s c u s s i o n 、s y s t e m d e s i g n 、d e t a i l e dd e s i g n a n du n i o nt e s t i n g ，a n d i m p l e m e n tt h eq o s m o d u l ea n dr o o t p r o c e s s o fa d m i s s i o nc o n t r o lm o d u l e ih a sa l s o r e s e a r c h e dt h es p e c i f i cq o si m p l e m e u t i o nm e c h a n i s m si no p n e t k e y w o r d ：n g nb e a r e rn e t w o r k ，b a n d w i d t hb r o k e r ，q o ss i g n a l i n g ， c o p s p r ，a d m i s s i o nc o n t r 0 1 i v 附件三 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，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经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它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镀的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 签名：裔鱼2 塑日期：、撕l f 年il 月z ! 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，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。本人授权电子科技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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：! 藿鱼i 旦 ，导师签名： 日期：1 旧午年1 月 y e l i pq o s 研究与关键技术仿真 n g n ： q o s ： s l a ： i e t f ： i n t s e r v ： d i f f s e r v b b ： n s i s ： d s c p ： t o s ： p h b ： m p l s ： r s v p ： i t u t ： c o p s ： e s t i ： i s t ： 缩略词 n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k 下一代网络 q u a l i t yo fs e r v i c e服务质量 s e r v i c el e v e la g r e e m e n t 服务等级协约 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 互联网工程工作组 i n t e g r a t e ds e r v i c e综合服务 d i f f e r a t i a t e ds e r v i c e区分服务 b a n d w i d t hb r o k e r带宽代理 n e x ts t e pi ns i g n a l i n g下一代信令 d i f f s e r vc o d ep o i n t区分服务编码点 t y p eo fs e r v i c e 服务类别 p e rh o pb e h a v i o u r每跳行为 m u l t i p l ep r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g 多协议标签交换 r e s s e a r v a t i o np r o t o c o l预留协议 t h ei t ut e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d i z a t i o ns e c t or i t u 电信标准协议 c o m m o n o p e np o l i c ys e r v i c e 公共开放策略服务 t h e e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e 欧洲电信标准协会 t h ei n f o r m a t i o ns o c i e t yt e c h n o l o g i e sp r o g r a m m e 信息社会技术项目 c a r ：c o m m i t t e da c e s sr a t e承诺接入速率 n s l p ：n s i ss i g n a l i n gl a y e rp r o t o c o ln s i s 信令层协议 n t l p ：n s i st r a n s p o r tl a y e rp r o t o c o ln s i s 传输层协议 a c ：a d m i s s i o nc o n t r o l接入控制 v i pq o s 研究与关键技术仿真 1 1 引言 第一章绪论 目前的i n t e r n e t 仍然以传统的t c p i p 为主要技术，提供的是 尽力而为( b e ，b e s t - e f f o r t ) 的服务模式。这种服务模式尽最大努 力将数据包送达目的地，这适合e m a i l 、f t p 、w w w 等简单的数据 业务，但却无法满足多媒体应用对于传输延时、抖动、丢包率、可 靠性等方面的要求。近年来，网络多媒体技术迅猛发展，多媒体应 用层出不穷，多媒体信息的数量与日俱增，如i p 电话、远程视频 会议、视频点播、网络游戏等等，在i n t e r n e t 上承载多媒体业务已 是不可能。因此，需要采用新的机制来改善i n t e r n e t 的网络环境， 也就提出了网络对服务质量q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 的要求。 从应用的角度来看，q o s 与特定的应用相关，不同的应用有不 同的q o s 需求，q o s 是服务性能的聚集效应，它决定用户对特定 服务的满意程度；从网络的角度来看，可以通过控制一些具体的、 可度量的、可曩化的参数来提供服务质量，如传输时延、抖动、丢 包率、带宽要求、吞吐量等指标。 有些人陷入了一个误区，认为增加带宽就可以解决q o s 闻题， 其实不然。首先，增加带宽成本非常高，这对运营商来说是非常不 合算的。再者，虽然我们可以通过增加网络带宽来缓解网络拥塞， 但这样做并不能消除拥塞。当高速链路汇聚时，仍会造成拥塞。另 外，由于交换机和路由器的接口速率与网络的带宽相比仍较低，当 数据到达接口的速率超过接口转发的速率时，也会发生拥塞。此外， 随着宽带新业务的不断涌现，当这些业务量产生突发的时候，拥塞 也将是难以避免的，如果为了满足突发业务的要求，而购买大量的 带宽显然是不明智的。另外，即使在一个负载相对较轻的i p 网络 上，传输迟延的累积也可能会影响实时应用的程度。因此，只增加 带宽并不能解决服务质量的问题。虽然q o s 管理并不能产生带宽， 但是可以使得带宽的利用更为合理和有效。它通过优化网络资源的 管理和使用使得尽可能满足多种业务的需求。 i pq o s 研究与关键技术仿真 1 2 项目背景 1 2 1 研究的意义 由于目前的网络是多种不同网络来实现不同的业务，不能适应 新业务的部署和发展的要求。n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 是 基于分组技术的网络，能够提供包括电信业务在内的多种业务；在 业务相关功能与下层传送相关功能分离的基础上，能够利用多种宽 带、有q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 户提供无限制接入到多个运营商， 支持能力的传送技术，能够为用 能够支持普遍的移动性，确保用 户的一致的、普遍的业务提供能力。n g n 代替传统网络已经成为 发展趋势。 对于n g n 承载网方面，采用t d m 技术的传统电信网，由于承 载大量突发性分组数据效率低，不可能成为n g n 承载网。现有的 i p 网络近年来发展迅猛，用户量节节攀升，但由于缺乏管理，不能 满足电信业务的q o s 要求，也不可能直接成为n o n 网络的承载网。 世界各国以及各大运营商、设备商都在积极探索、试验、研究n g n 网络承载网的特性。研究结果表明，端到端q o s 是n g n 承载网的 一个非常重要的特性。因此，n g n 承载网端到端q o s 保证技术的 研究已经成为当前业界的热点技术研究课题。 n g n 的发展不仅会带来广泛的经济效益，而且对整个产业链 包括运营、解决方案、网络设备、终端、业务提供等环节都会产生 重要影响。n g n 承载网q o s 关键技术的解决，将极大地推动n o n 业务的发展。 目前推动着网络支持q o s 的研究，可归结为下面的四个主要 因素：第一，多媒体应用迅猛发展，例如p 电话、远程视频会议、 视频点播、网络游戏等，这些应用对于q o s 有严格的要求；第二， 通过研究网络q o s ，可以提高网络资源利用率，降低网络成本；第 三，网络运营商可以通过提供q o s 机制，根据不同用户对q o s 的 不同要求，提供多种有区别的服务，提高客户满意度，同时提高网 络运营商的经营收益；第四，通信网络从电路交换向以软交换为核 心的下一代网络演进已成为不争的事实，n g n 的一个重要概念是 网络的融合，是一个全i p 的网络，因此，它必须能够承载数据、 话音、视频等多种业务的网络，对于运营商而言，保障端到端的 2 i p q o s 研究与关键技术仿真 q o s 是为用户提供多种业务的一个前提，这就要求n g n 必须根据 不同业务的要求提供相应的端到端的q o s 保证。 1 2 2 研究现状 i t u 把q o s 分成三个平蕊：控制平面、数据平面和管理平面。 控制平面主要是完成一些q o s 的控制功能，如q o s 信令处理、q o s 路由、接入控制、资源预留等等；数据平面主要是对数据包进行处 理，对数据包进行标记、整形、排队调度等等。管理平面与其它两 个平面均有交互，它的主要功能是完成服务等级条约( s l a ) 的执 行、流量监管和q o s 计费等功能。以前对于q o s 的研究主要集中 在数据平面，关注在路由器上的具体实现，如队列调度、拥塞避免 等，缺乏从整网的角度去研究。只是从数据平面的角度来研究q o s 是远远不够的。那是因为，q o s 是个全网的概念，是个端到端的概 念，一路呼叫的q o s 保证不是单靠传输路径上某一个路由器就能 单独完成的，它是传输路径上所有节点倾力合作的结果。 由于下一代网络是跨越多个域的网络，不同域间q o s 机制的 不同使得迫切需要域间的互连机制。在国际研究组织如i e t f 、 i t u t 、e t s i 等的q o s 相关工作组中，均把端到端的q o s 作为下 一代网络中的研究重点。下面介绍对q o s 研究有重大影响的几个 标准组织和研究机构以及它们的研究进展情况： ( 1 )i e t f 目前，i e t f 在q o s 方面的研究重点是对下一代信令( n s i s ) 的研究，并专门成立了一卜n s i s 工作组。q o s 信令是端到端q o s 体系架构的核心部件。i e t fn s i s 工作组主要的工作内容有：( 1 ) 研究q o s 信令需求、框架结构和协议；( 2 ) 分析现有q o s 信令； ( 3 ) 分析信令的威胁和安全需求；( 4 ) 解决信令与认证、授权机 制之间的兼容性问题：( 5 ) 解决与已有资源分配算法的互连以及与 其他研究组或者研究机构如d i f f s e r r 、3 g p p 、3 g p p 2 、i t u - t 等有 关q o s 问题的合作。 ( 2 )i t u t 涉及q o s 研究的i t u t 研究组主要有以下几个：s g l 3 主要从 网络总体角度研究i p 网络的q o s ，制定出q o s 的框架；s g l 2 从业 务和应用的端到端传输性能角度研究q o s ，提案主要涉及到语音性 能测量、评价等问题；s g ll 从传送层网络信令的角度研究q o s 信 i pq o s 研究与关键技术仿真 令；s g l 6 则在m e d i a c o m 一2 0 0 4 的框架内研究多媒体通信系统的 q o s 。端到端的q o s 是n g n 的重要的研究领域之一，最近，i t un g n 专题组f g n g n ( f o c u sg r o u po nn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s ) 已将 i p q o s 列为一个重要的研究课题，并成立一个专门的工作组w g 3 对其进行研究。 ( 3 )e t s i e t s it i p h o n ( t e l e c o m m u n i c a t i o n sa n di n t e r n e tp r o t o c o l h a r m o n i z a t i o no v e rn e t w o r k s ) 项目的主要研究内容是研究i p 电话 系统与原有的电路交换系统之间的互操作性，使得运营者可以实现 不同的q o s 级别，并为运营商提供新的计费模式。主要的目标是 规定一套业务互操作性的要求，确定接口和功能方面的体系结构， 对呼叫控制程序、信息流和协议进行规定，研究端到端q o s 参数， 同时规定计费和安全的技术方面问题。其机构分为6 个工作组( w g ) ，端到端q o s 体系架构和信令是其中一个，现在已经到了第四 个版本了。目前，t i p h o n 已成为一个被广泛接受的全球运营实体。 ( 4 )i s t 些e u 的i s t 项目也涉及到端到端的q o s 问题。i s ta q u i l a ( a d a p t i v e r e s o u r c ec o n t r o lf o r q o su s i n g a ni p b a s e d l a y e r d a r c h i t e c t u r e ) 项目的主要目的是动态地为现有i n t e r n e t 用户提供 q o s 。a q u i l a 网络为用户提供了与不同q o s 级别对应的网络服务。 为了支持动态提供q o s ，a q u i l a 在i n t e r n e t 上利用现有技术提出 了一个灵活且可扩展的q o s 架构。在i s tc a d e n u s ( c r e a t i o n a n d d e p l o y m e n to fe n d u s e rs e r v i c e si np r e m i u mi pn e t w o r k s ) 项目中， 提出了公众网上的端到端的q o s 结构，将i s p 的服务和网络级的服 务相分离。i s tt e q u i l a ( t r a f f i ce n g i n e e r i n gf o rq u a l i t yo fs e r v i c e i nt h ei n t e r n e t a tl a r g es c a l e ) 项目的主要目的是研究一系列服务 的定义，研发流量工程工具，通过可扩展的业务量管理技术在 i n t e r n e t 上实现端到端的q o s 保证。 ( 5 ) i n t e r n e t 2 i n t e r n e t 2 是美国一百七十所大学和美国政府合作，为新一代网 络技术的开发而设计的新一代i n t e r e t 的高速实验网，主要为大学 和科研院所提供研究和测试平台。由于网络的核心技术在边缘，而 对于核心技术研究得较少，因此i n t e r n e t 2 推出了q b o n e 核心测试 4 i pq o s 研究与关键技术仿真 网，q b o n e 是由组播核心网m b o n e 以及6 b o n e ( i p v 6 核心网) 合 成的，又称为域间网。m b o n e 是i e t f 推出的组播主干网。q b o n e 的主要目标是为了实现如远程控制、分布式协作、虚拟教学等网络 新技术的测试。它采用i e t f 提出的区分服务模型来提供i pq o s 保 证，q b o n e 为d i f f s e r v 提供跨域的测试环境。q b o n e 信令设计小组 提出了一种域间的q o s 信令协议，也就是在带宽代理( b b ， b a n d w i d t hb r o k e r ) 之间的信令协议s i b b s 。但是近年来已经停止 了q p s 框架研究，转而研究一种不需要接纳控制、策略控制的q s s 框架。 虽然很多研究机构和标准组织都对q o s 的研究投入了极大的 热情，提出了许多保证q o s 的措施，但是截至目前，还没有一个 标准的让业界认可的保证端到端q o s 的体系架构或者解决方案。 要解决端到端的q o s 问题，就要解决接入网和骨干网的q o s 问题。 目前接入技术多种多样，不同的接入网采用的q o s 技术差别比较 大。本课题就是在这种背景下提出来的，我们提出了三种解决方案， 这三种方案注重的是保证i p 骨干网的q o s 。 1 3 课题任务 本课题主要任务是：研究现有的q o s 机制；分析美国专利库 中的各种q o s 专利；跟踪各个q o s 标准组织和研究机构的研究进 展：分析现有的q o s 解决方案，并比较它们的优缺点；最后提出 三种端到端q o s 的解决方案，并对这三种方案进行论证比较，最 后用o p n e t 仿真工具对第一种方案进行仿真，对仿真结果进行分 析。 我们项目组成员共同完成的任务是方案的讨论、总体设计、详 细设计、联合调试。本人在项目中主要负责q o s 信令模块的设计 与实现、接入控制模块主进程的设计与实现、研究o p n e t 的q o s 实现机制。 i pq o s 研究与关键技术仿真 第二章q o s 概念和q o s 技术 2 1in t s e r v r s v p 截至目前，在i p 协议上实现q o s ，归根结底有两种思想。这 两种思想已经被i e t f 作为两种q o s 体系以协议的形式定义下来： 一种是综合服务( i n t s e r v ) ，见r f c1 6 3 3 ；一种是区分服务 ( d i f f s e r v ) ，见r f c2 4 7 5 。 i n t s e r v 借用传统电路交换思想，发送端在发送数据之前，先 通过q o s 信令在发送端和接收端之间建立一条虚连接通路，并在 此通路上事先预留了资源，然后才开始在此通路上传递数据包，这 样就可以达到保证传输质量的目的。i n t s e r v 基本思想在于以资源 预留的方式实现q o s 保障。 r f c1 6 3 3 将r s v p ( 资源预留协议) 作为i n t s e r v 模型中的主 要q o s 信令协议。r s v p 不是路由协议，但它与路由协议结合使用， 它同时支持单播和组播。r s v p 运行在i p 层之上，跟t c p 、u d p 处于同一个层次。r s v p 支持两种基本的消息类型：p a t h 消息和 r e s v 消息，其工作原理如图2 1 所示。 图2 - 1r s v p 工作原理 发送端要传送p a t h 消息给接收端，传送路径与数据传输路径 相同。由此最终在每个路径所经节点上安装路径状态，但这并没有 做真正的资源预留。该状态至少包含前一跳节点的单播i p 地址， 这样才能引导r e s v 消息正确沿逆向路径传输。除了前一跳i p 地 址，p a t h 消息还包含数据流的业务特性( t s p e c ) 、发送端的地址 6 i pq o s 研究与关键技术仿真 ( s e n d e rt e m p l a t e ) 和数据流的目的地址( s e s s i o n ) 。p a t h 消息是作为 数据来发送的，因此其中含有源和目的地址，它们可以正确地被路 由。接收端发送r e s v 消息给上游的发送端，r e s v 消息描述了数 据流的q o s 参数( f l o w s p e c ) ，这些消息的传送路径必须是p a t h 消息所使用路径的逆向路径，它们是按逐跳方式转发的，通过这些 消息，它们就在每一个路径所经过的节点创建并维护了一个r e s v 状态，并最终实现资源的预留。 对于预留资源状态，r s v p 采用软状态的方法管理，r s v p 软 状态是对p a t h 和r e s v 信息保存的一种形式，只是这些信息要做 周期性的刷新，如果在规定的时间内没有收到刷新消息，那么保存 的消息将被删除。保存的状态也可以由拆卸消息删除。软状态的一 个重要特点是它允许r s v p 网络支持组成员的动态的变化以及可能 由此导致的路由变化。当预留资源使用完以后，接收主机应该发送 一个拆卸消息( 包括p a t h 拆卸和r e s v 拆卸两种) ，以释放资源。 i n t s e r v 试图全盘照搬电路交换思想，为每一路呼叫都建立一 条虚通路。相应地，网上的路由器需要为每条数据流维护一个状态。 当网络规模大到一定程度时，维护数据流状态的工作将使核心网路 由器不堪重负。这种方式使i p 网络良好的可扩展性优点大打折扣。 而且，每次发送数据包之前都必须进行的信令传递过程也很耗费带 宽。i n t s e r v 的这两个缺点在当前网络条件下几乎是致命的。i n t s e r v 的一个最大优点就是能够提供绝对的q o s 保证。因此，i n t s e r v 可 以应用在小型的网络上，但是一个运营商规模的网络中几乎不可能 实现。 2 2d i f f s e t v 2 2 1d if f s e r v 简介 d i f f s e r v 体系结构是i e t f 为克服i n t s e r r 体系结构的可扩展性 问题而提出的，能够在i p 骨干网上提供基于汇聚流的不同q o s 的 服务，目前已被广泛认可。它的核心思想是对汇聚流进行转发，提 高网络的可扩展性。按不同的q o s 要求，i n t e r n e t 业务分成三类： e f 、a f 和b e 业务，由不同的d s c p 值( i p v 4 的t o s 字段的前6 个比特) 表示。d s c p 用来对应每一个路由器的外部可见的转发处 理p h b ( 即缓存和调度算法) 。网络核心路由器仅根据分组的d s c p 7 l e o o s 研究与关键技术仿真 值，使用相应的p h b 对其转发，提高效率。d i f f s e r v 将网络的复 杂度推到网络边缘。边缘路由器需要执行的功能有：对业务流的分 类( 基于i p 分组头部中某些字段) 、测量、标记、整形和调度。 d i f f s e r v 模型的优点是： 1 )良好的可扩展性和可升级性 d i f f s e r r 针对不同业务提供的是一种简单、粗糙的分类服务。 这种分类一般是根据五元组( 源i p 地址、目的i p 地址、源端口、 目的端口、协议号) 或者三元组进行分类，而这些分类都是在边缘 路由器上进行。因此，d i f f s e r v 的服务粒度不再是每个流，而是流 的聚合体，这个特点大大地缓解了可扩展性问题。还有，复杂的标 记、整形等复杂工作也是由网络边缘路由器完成。这就使得中闻节 点的高性能核1 3 , 交换机和路由器能以极高的速度转发分组，网络中 也不需要维护每个业务流的信令或状态，从而核心路由器和交换部 件只需要很少的改动或者根本不需要改动就能支持d i f f s e r v 。因 此，d i f f s e r v 具有良好的扩展性和可升级性。 2 )实现简单 d i f f s e r v 将复杂度转移到网络的边缘上，而在网络核心只需实 现最简单的服务保证机制。更为重要的一点是d i f f s e r v 模型通过约 定的d s c p 值来表示不同的服务等级，从而只需在网络边缘进行用 户服务请求到d s c p 的映射，免去了在网络的核心结点上采用显式 资源预留信令的必要，从而降低了其实现复杂度。 d i f f s e r v 模型的的缺点是： 1 ) 不能保证每个流的绝对的服务质量 在d i f f s e r v 模型中，边界路由器对分组做适当的分类和标识； 内部路由器仅仅需要根据其标识作简单的处理。这意味着内部路由 器不认识单个流，而是处理聚合的类，因此，d i f f s e r v 不能保证每 个流的绝对的服务质量。 2 ) 不能保证端到端的q o s q o s 是个全网的概念，是个端到端的概念。在i p 网上传送业 务时，业务的q o s 保证不是单靠链路上某一个路由器就能单独完 成的，它是链路上所有节点倾力合作的结果。 d i f f s e r v 没有办法完全依靠自己来提供端到端的q o s 结构，它 i pq o s 研究与关键技术仿真 需要大量网络单元的协同运作，才能向用户提供端到端的服务质 量。鉴于这些组件高度分散的特点和对它们进行集中管理的需要， 必须有一个全局的带宽管理对全局资源进行动态管理。目前有两种 解决方案：一是用功能强大的全局资源管理器一带宽代理来完成这 一任务；另外一种就是利用m p l s 将第三层的q o s 转换为第二层 的q o s ，通过运营网中m p l s 的第二层交换来实现端到端的服务质 量保证，尽管这可能不是一个真正意义上的i pq o s ，但却是目前可 以实现的方法中比较可行的一个。 2 2 2 区分服务体系结构 经过近几年的发展，d i f f s e r v 中的一些重要概念，如d s c p 的 定义、p h b 服务的定义等已经比较完善，区分服务体系结构也比较 明确，区分服务体系结构如图2 2 所示。 s “：s e r v i c el e v e la g t * e e m m e n t 图2 2 区分服务体系结构 d i f f s e r r 区域( d o m a i n ) 是由一组连续的d s ( d i f f s e r v ) 结点组成， 这些结点按照通用的服务配置策略进行工作，且在每个结点上实现 了一系列的p h b 组。区分服务域通常是由在一个统一管理机构下 ( 如企业的内部网或i s p ) 的一个或多个网络组成。域的管理机构 有责任保证配置或预留了足够的资源以支持域提供的s l a 。每个 d s 区域通过边界节点( b o u n d a r yn o d e ) 与其它d s 区域或者非d s 区域相连，根据不同的数据流传输方向，边界节点可以分为入口节 点和出口节点。这样，当有数据流进入d s 区域时，入口节点对其 进行分类( c l a s s i f i e r ) 、整形( s h a p i n g ) ，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( t r a f f i cp r o f i l e ) 对流进行计 9 i pq o s 研究与关键技术仿真 量( m e t e r i n g ) 、标记( 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 ，同时在包头标记d s c p