（计算机应用技术专业论文）mpls流量工程提高ip+qos性能的研究.pdf

摘要 摘要 目前互联网尽力而为的服务模型已经日益难以满足运营商实时新业务的发 展、客户对服务质量的要求和网络资源合理分配的问题。因此，l p 技术的q o s 保障和网络资源的合理使用成为当前i p 网与n g i n g n 研究的热点。m p l s 设 计的初衷是实现更高速的路由转发，但随着路由器性能的不断提高，m p l s 更主 要的应用体现在了流量工程与构建v p n 方面，m p l s 在流量工程方面体现出来 的优势已成为m p l s 发展的主要动力与重要方向。 m p l s 将控制平面与转发平面分离，为可扩展能力极佳的无连接的l p 协议 加入了面向连接的转发能力，从而为i p 网络实施流量工程，提高q o s 提供了基 础。m p l s 流量工程通过优化i p 网络资源的使用以提高网络性能，并通过结合 约束路由和面向连接的标签交换路径使i p 网络具备了提供端到端q o s 保障的能 力同时具有较好的可扩展能力。 本文在详细论述i e t f 提出的两种q o s 模型即集成服务模型和区分服务模 型的基础上，总结了m p l s 技术的知识背景和体系结构，进一步深入探讨了 m p l s 流量工程的主要体系结构、实现机制和两种实现m p l st e 的信令协议即 r s v p t e 和c r l d p 。最后，在真实的实验环境中制定了传统l p 和m p l st e 对比的实验方案，分析了m p l s 流量工程在对l p 网络q o s 的提升。 关键字：i pq o s 、m p l s 、m p l s 流量工程、试验分析 摘要 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h eb e s te f f o r ts e r v i c em o d e lo fi n t e r n e th a se v e ri n c r e a s i n g d i f f i c u l t yt om e e tt h er e q u i r e m e n to fi s p sd e v e l o p i n gn e wr e a l - t i m es e r v i c e s ， q o sr e q u i r e m e n to fc l i e n t sa n dt h ep r o b l e mo fr e a s o n a b l er e s o u r c ea l l o c a t i o n a sar e s u l t ，t h eq o sp r o v i s i o no fi pa n ds u f f i c i e n tu s a g eo fn e t w o r kr e s o u r c e b e c o m et h er e s e a r c hh o t s p o to f i pn e t w o r ka n dn g i n g n t h eo r i g i n a l i n t e n t i o no fm p l si st oa c h i e v eh i g h e rs p e e dr o u t i n ga n df o r w a r d i n g ，b u ta l o n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to fr o u t e rp e r f o r m a n c e ，t h em p l st e c h n o l o g yh a sb e e n a p p l i e d i nt r a f f i ce n g i n e e r i n ga n dv p nc o n s t r u c t i o na r e a e s p e c i a l l y , t h e a d v a n t a g eo ft r a f f i ce n g i n e e r i n gh a sb e c o m et h e m a i nd r i v eo fm p l s d e v e l o p m e n ta n dt h ei m p o r t a n td e v e l o p m e n td i r e c t i o n i nt h em p l sa r c h i t e c t u r et h e s ei sas e p a r a t i o nb e t w e e nt h ed a t ap l a n e a n dt h ec o n t r o lp l a n ew h i c hp r o v i d ec o n n e c t i o n - o r i e n t e df o r w a r d i n ga b i l i t yt o e x c e l l e n te x t e n d a b l ec o n n e c t i o n l e s si n t e r n e tp r o t o c o l ，s om p l se n h a n c eip n e t w o r k sw i t ha d v a n c e dt ea n di m p r o v eq o sf u n c t i o n a l i t i e s m p l st r a f f i c e n g i n e e r i n g ( m p l st e ) i m p r o v en e t w o r kp e r f o r m a n c et h r o u g h n e t w o r k r e s o u r c eo p t i m i z a t i o n i na d d i t i o n ，m p l st ei n t r o d u c e se n d - t o e n dq o s a s s u r i n ga b i l i t y w i t hw e l l e x t e n d i b i l i t y t oi pn e t w o r k b yc o m b i n i n g c o n s t r a i n t b a s e dr o u t i n g ( c b r ) a n dc o n n e c t i o n o r i e n t e dl a b e ls w i t c hp a t h ( l s p ) t h i sa r t i c l es u m m a r i z e sk n o w l e d g eb a c k g r o u n do fm p l st e c h n o l o g ya n d s y s t e ma r c h i t e c t u r eb a s e do nd e t a i l e dd i s c u s s i o no nt w oq o sm o d e lv i z i n t e g r a t e d s e r v i c em o d e la n dd i f f e r e n t i a t e ds e r v i c em o d e lo fi e t f f u r t h e r m o r e ，i tp r o b e st h em a i ns y s t e ma r c h i t e c t u r e ，r e a l i z a t i o nm e c h a n i s m a n dt w os i g n a l i n gp r o t o c o lo fm p l st ev i z r s v p t ea n dc r l d p 。a tl a s t t h e i m p r o v e m e n ti n t r o d u c eb ym p l st ei ni pn e t w o r ki sa n a l y z e dt h r o u g ht h e e x p e r i m e n ts c h e m et h a tt r a d i t i o n a i l pa n dm p l st ea r ec o n t r a s t e dl nr e a it e s t e n v i r o n m e n t k e y w o r d ：i p ，q o s ，m p l s ，m p l st r a f f i ce n g i n e e r i n g ，e x p e r i m e n ta n a l y s i s 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼太堂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。 学位论文作者签名- - 琳 签字日期：二留心年7 月3 - 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云洼太堂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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：磷 签字日期：刃町年7 月jf i 导师签名童狮f 9 7 亟 签字日期：两年7 月工日 第一章引论 1 1 引言 第一章引论 业已成为i n t e r n e t 事实标准的t c p i p 协议集起源于美国国防高级研究规 划署( d a r p a ) 在7 0 年代为提高网络的可靠性、抗攻击能力所开发的a r p a n e t 。 采用t c p i p 协议作为通信机制的i n t e r n e t 因其突出的开放性、兼容性、可扩展 性和灵活性在19 9 4 年之后呈爆炸性地发展，现已遍及了全球的每一个角落。 但是t c p i p 协议开发的初衷是高可靠性和健壮性的骨干、而且它的无连接 特性提供的是”尽力而为”( b e s t e f f o r t ) 的服务，缺乏带宽管理和q o s 保障的措 施。过去十年是互连网高速发展，从实验室走向广泛应用的十年，人们对因特 网提供的通信服务期望在此期间也发生剧烈的变化。九十年代中期，互联网的 应用还仅限于获得一些简单的文本信息和收发邮件。而如今使用a d s l 、l a n 和c a b l em o d e m 等技术所支持的最大网络带宽也无法满足用户利用网络观看视 频的需要。另外，网络流媒体等服务具有实时性需求，它不仅仅是简单的要求 高带宽，还需要网络服务质量是稳定的。开发t c p i p 的前辈们没能想到应用它 的i n t e r n e t 会发展到如此的规模( 17 ( 2 7 ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 勖。因此，在业务量突飞猛进、新 业务不断发展的今天，i n t e r n e t 不断面对着新问题的挑战。 新的业务形式对数据传输的实时性要求越来越高。与传统形式的邮件、w e b 浏览等业务不同，i p t v 、v 6 i p 、以软交换为核心的n g n 语音业务、互动游戏 等业务，对网络传输的延时、抖动具有较高的要求。 网络拥塞问题越来越突出。随着宽带接入技术和接入服务的大规模发展， 用户对网络资源使用能力的提高都使得接入网络与骨干网带宽的带宽资源变得 越来越紧张。 带宽资源管理问题。那类用户可以得到多少的带宽资源，带宽资源如何在 用户和不同类型业务中合理的分配，那类业务是应该得到优先保障的，有多少 带宽资源被网络中的垃圾信息( 如：各类蠕虫病毒) 占用等等。 近来出现的多协议标签交换( m p l s ) 9 ) ( 1 0 ) ( 1 1 ) ( 1 2 ) ( 1 3 技术起源于i p 交换和标 签交换技术，通过采用固定长度的标签，实现了高速转发。m p l s 在流量工程方 面体现出来的优势已成为m p l s 发展的主要动力。m p l s 的流量工程主要是通 第一章引论 过它的约束路由能力来实现的，m p l s 能够根据流量的q o s 要求选择一条优化 的边缘到边缘的路径，也能够在网络范围内做负载均衡，甚至可以通过显式路 由来控制业务流。 本文主要在探讨现有i pq o s 的主要技术的基础上，进一步探讨了m p l st e 技术的主要体系结构，通过实验分析了m p l st e 对i p 网络q o s 的影响，得出 m p l st e 对l p 网q o s 有显著提高的结论。 1 2 研究的主要内容和主要技术 目前在各大学术机构、组织和学术期刊中已经有大量的关于i pq o s 和 m p l s 流量工程的研究文章。但是这些文章大多是研究m p l s 流量工程的理论 或在理论层次上论述m p l s 流量工程对q o s 的作用，而鲜有通过实验定量地研 究m p l st e 对i pq o s 的影响，即使有少量文章涉及也只是基于软件模拟工具 而缺乏真实条件下的实验数字。 本文研究的目标是分析、总结m p l s 流量工程技术的体系结构与实现机制 的基础上，在真实的数据通信设备上设计并实现流量工程隧道( m p l st el s p ) 。 同时通过设计基于传统的l p 与实施m p l s 流量工程的真实实验来分析m p l s 流 量工程对网络资源的优化作用和对i pq o s 的提高，实验给出的真实的对比数据 验证了m p l s 流量工程对i p 重要作用。 本文在研究过程中所涉及的主要技术有如下： 1 综合服务( i n t e g r a t e ds e r v i c e s 即i n t s e r v ) ( 1 4 ) ( 1 5 ) ( 1 6 ) ( 1 7 模型和区分服务 ( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s 即d i f f s e r v ，简称d s ) ( 1 8 ) ( 1 9 ) ( 2 0 ) ( 2 1 模型。 2 m p l s 的原理、体系结构及其组成，包括标签格式、l s p 建立、标签分 发协议( l d p ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 舢。 3 流量工程的原理与m p l s 流量工程( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 的体系结构及其实现机制。 4 m p l s 流量工程的信令协议：c r l d p 和r s v p t e 和信息发布协议 i s i s t e 及o s p f t e 。 1 3 论文框架 第一章引论，即本章阐述了当前i pq o s 研究的必要性和研究m p l s 流量 第一章引论 工程从资源优化角度改善i pq o s 的目的，并给出了本文的研究方法与主要技术。 第二章对当前i pq o s 主要的体系结构和研究背景进行了充分论述。 第三章并论述了m p l s 的原理与l s p 的建立，从而引出m p l s 流量工程。 第四章对m p l s 流量工程的体系结构和实现机制进行了研究，分别对其 两种信令机制c r l d p 与r s v p t e 进行了深入探讨。 第五章设计流量工程的实验，分析m p l s 流量工程对q o s 的影响 第六章结论与对m p l s 流量工程的未来展望 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 第二童i pq o s 的体系架构和成熟模型 2 1l p q o s 的概念 随着l p 技术的日益发展，应用范围的不断扩展，i pq o s 的内涵也相应的 得以扩展，i pq o s 不仅是i p 层的概念，而是一个涉及到整个i p 运营嘲络中的 各个网络层面的概念。而日随i pq o s 存通信领域日茄重要的作用，i pq o s 也 成为各个通信研究组织的研究热点，因此各通信研究组织从不同的研究重点和 层面给出了各自的q o s 定义。 1 i t u t 在e8 0 0 建议中把q o s 定义为8 决定崩户满意程度的服务性能的 综合效果”( ”。i t u 是从网络运营的角度，按照网络中各个功能实体( 同时也是运 营实体) 之间所存在的服务灭系的理解来定义q o s 概念的。 2 。i s o 在i s o i i e cj t c l 一s c 6 制定的服务质量框拯一一“q u a l i t y o f s e r v i c e f r a m e w or k ”) 忙”中给出q o s 的定义。l s o 认为各个网络层次之问、对等层次之 间都存在服务和被服务关系，冈此就存在服务质量( q o s ) 的概念。因此，q o s 不只周限于网络层和应用层，它存在于网络的各个协议层次之间，只要有服务 的地方就势必有服务质量的概念。 3 i e t f 在不同建议( r f c ) 或草案( d r a f n 中根据需要分别给出了不同表述 形式的i pq o s 概念。如在r f c 一2 3 8 6 中给ml p 网q o s 的定义是“网络在传输 数据流对能够满足其一套服务需求8 。这里的数据流是指与一套q o s 要求相 关联的从源至目的的一连串数据包。因此，i e t f 所指的q o s 实际上是指网络层 韵0 p 层) q o s ，相应其所指的i pq o s 性能参数也足指i p 层的q o s 性能参数， 土要包括传输时延、时延变化、吞吐量、丢包率等。这些性能参数的行为主体 是i p 包。 本文研究的内容主要是通过采取m p l s 流量工程的技术来改善o s i 七层协 议和t c p i p 协议的网络层中q o s 问题。因此，研究的内容架构在i e t f 的标准 与协议上。研究的基础为i e t f 提出的两种q o s 模型即综合服务模型和区分服 务模型，以及m p l s 技术。 2 2 综合服务模型 2 2 综合服务模型 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 2 。1l pq o s 的概念： 随着i p 技术的日益发展，应用范围的不断扩展，i pq o s 的内涵也相应的 得以扩展，i pq o s 不仅是i p 层的概念，而是一个涉及到整个i p 运营网络中的 各个网络层面的概念。而且随i pq o s 在通信领域日益重要的作用，i pq o s 也 成为各个通信研究组织的研究热点，因此各通信研究组织从不同的研究重点和 层面给出了各自的q o s 定义。 1 i t u t 在e 8 0 0 建议中把q o s 定义为“决定用户满意程度的服务性能的 综合效果”( 3 。i t u 是从网络运营的角度，按照网络中各个功能实体( 同时也是运 营实体) 之间所存在的服务关系的理解来定义q o s 概念的。 2 i s o 在i s o i e cj t c l 一s c 6 制定的服务质量框架一一“q u a l i t yo fs e r v i c e f r a m e w o r k ”) ( 3 1 ) 中给出q o s 的定义。i s o 认为各个网络层次之间、对等层次之 间都存在服务和被服务关系，因此就存在服务质量( q o s ) 的概念。因此，q o s 不只局限于网络层和应用层，它存在于网络的各个协议层次之间，只要有服务 的地方就势必有服务质量的概念。 3 i e t f 在不同建议( r f c ) 或草案( d r a f t ) 中根据需要分别给出了不同表述 形式的i pq o s 概念。如在r f c 一2 3 8 6 中给出l p 网q o s 的定义是“网络在传输 数据流时能够满足其一套服务需求”( 3 劭。这里的数据流是指与一套q o s 要求相 关联的从源至目的的一连串数据包。因此，i e t f 所指的q o s 实际上是指网络层 的( i p 层) q o s ，相应其所指的i pq o s 性能参数也是指i p 层的q o s 性能参数， 主要包括传输时延、时延变化、吞吐量、丢包率等。这些性能参数的行为主体 是i p 包。 本文研究的内容主要是通过采取m p l s 流量工程的技术来改善o s i 七层协 议和t c p i p 协议的网络层中q o s 问题。因此，研究的内容架构在i e t f 的标准 与协议上。研究的基础为i e t f 提出的两种q o s 模型即综合服务模型和区分服 务模型，以及m p l s 技术。 2 2 综合服务模型 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 综合服务( i n t e g r a t e ds e r v i c e s 即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。现有的i n t s e r v 方案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预约状态，在数据路径上执行基于流的分类、调度和 缓冲区管理。具体而言，i n t s e r v 依靠资源预留协议( r s v p ) 逐节点地建立或拆除 每个流的资源预留软状态( s o f ts t a t e ) ；依靠准入控制( 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资源满足q o s 请求；依靠传输控制将i p 分组分 类成传输流，并根据每个流的状态对分组的传输实施q o s 路由、传输调度等控 制。 2 2 1 综合服务体系结构与构成组件 在今天的i n t e r n e t 中，i p 转发是完全的平均主义；所有的分组都获得相同 的服务质量，而且分组一般都是按一个严格的f i f o 排队原则进行转发。对于综 合服务，路由器必须根据服务模型为每一个流实现合适的q o s 。综合服务体系 的思想是资源( 如带宽) 必须得到明确管理，以便达到应用程序的需求。这意 味着“资源预留”和“准入控制”都是这种服务的关键构件。综合服务框架包 括四个组件：分组调度、准入控制程序、分类器和资源预留协议( r s v p ) 。路由 器创建不同服务质量的功能称为“通信量控制”。相应的通信量控制由三个组件 实现：分组调度器，分类器以及准入控制。 资源预留协议是综合服务的核心。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。 2 2 1 1 分组调度器 分组调度的基本功能是对输出队列进行重排序。分组调度器使用多个队列 及其它可能的机制如计时器来管理不同分组流的转发。分组调度器必须根据分 组在何处排队的思想来实现；这是在一个典型操作系统的输出驱动器层次，而 且符合数据链路层协议。 2 2 1 2 分类器 为了便于通信量控制( 和计费) ，必须把每个输入分组映射到某个类；分组 调度器对同一类的所有分组给予相同的处理。这种映射由分类器来执行。类的 选择可能基于已知分组头的内容和或某些加入每个分组的类别号码。 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 2 2 1 3 准入控制 准入控制实现决定算法，路由器或主机用这个算法来决定在不影响原来保 证的条件下是否同意一个新流的q o s 请求。在一个主机请求通过i n t e r n e t 的某 些通路的实时服务时，准入控制在每一个节点中都被激活，以做出一个本地的 接受拒绝决定。准入控制算法必须与服务模型一致，而且它在逻辑上是通信量 控制的一部分。除了确保达到q o s 保证的要求，准入控制还将参与资源预留管 理策略的实施。某些策略会对那些预留请求要求认证。最后准入控制还将在计 费和管理报告中起重要作用。 作为综合服务核心的资源预留协议将在2 2 3 详细讨论。 路由代理预留设置i 管理代理 代理 ii fi j | 1 准入控制i v1 j 路由数据库 = = = = = = = = = = ：= = = ：= = = = = = = ： l = = = = 1分类器 i l 输出i n t e r n e t 驱动i转发器 通信量控制数据库 i l l l 一| = o 分组f 调度器i = = = ll l l = = = 输出驱动器 2 1 ：r f c l6 3 3 综合服务参考实现模型 上图展示了这些组件如何在一个i p 路由器中提供综合服务。由于路由器必 须为每个分组执行路径转发，因此必须将其高度优化。路径转发被分成三个部 分：输入驱动器、网络转发器和输出驱动器。网络转发器为每一个分组执行一 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 个包相关的分类器，然后把该分组及它的类传给合适的输出驱动器。分类器必 须全面而有效。输出驱动器的作用是之一是作为分组调度器。路由代理实现一 个特定的路由协议，而且建立一个路由数据库。路由设置协议实现这个协议以 建立资源预留。如果准入控制同意一个新的请求，分类器和分组调度器数据库 会作出相应的改变以实现要求的q o s 。最后，每个路由器都支持网络管理代理。 这个代理必须能够修改分类器和分组调度器数据库以设置控制链路共享以及设 置准入控制策略。 2 1 2 2 综合服务通信量控制机制 综合服务模型的要求保证业务流的q o s ，那么转发路径的每一跳都必须依 据r s v p 的信令预留足够的资源，而预留资源的保障就有通信量控制机制来实 现。综合服务的通信量控制通过分组调度、分组丢弃、分组分类和准入控制来 实现。 2 _ 2 2 1 分组分类 分组调度和丢包的实现都倚赖于分组的分类，分组的分类有多种实现方 法。一种模型是允许分类器查看i p 分组的原地址、协议号以及端口号等信息， 并依据这些信息分类。因此，对于实时应用可以通过一个u d p 头中特定的一种 端口号而被识别，或者一个特定的流可以通过查看其源端和目的端的端口号来 识别。另一种方法是在i n t e r n e t 层分组头中提供一个“流标识符”域。这个流标 识符可以是一个能够被储存的旬柄，并用其对分组进行快速分类。 关于流分类的实现方法在区分服务中有了进一步的发展，在2 3 部分中将有 进一步的讨论。 一 2 2 2 2 分组调度 分组调度的基本功能是对输出队列进行重排序。分组调度的实现方式有很 多种，包括严格按照优先级排序( p r i o r i t yq u e u e ) 、客户数据队列调度、加权轮循 调度( 3 3 ) 等。 客户数据队列调度( c u s t o m e rq u e u i n g ，简称c q ) ：用户可以和网络管理者 或经营者进行协商，定义一个服务级别协议，从而可以静态的活动态的调整各 种业务分配的带宽。 加权轮循调度( w e i g h t e dr o u n dr o b i n ，简称w r r ) ：基于权重轮流处理每个 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 队列当中的数据，保证每个队列都得到定的服务时间、数据都能够被处理到。 w r r 可为每个队列配置一个加权值，该权值表示获取资源的比重。 2 2 2 3 分组丢弃， 对分组丢弃的控制和对它们的调度一样重要。最明显的是，路由器在它的 缓冲区完全满了时必须丢弃分组，如r e d ( 3 舢。 r e d ( r a n d o me a r l yd i s c a r d ，随机早期丢弃) ：r e d 的思想是预先在缓存 溢出前或发生拥塞前丢弃某些低优先级的非关键数据，从而避免更多的数据丢 失。r e d 算法有较低的排队时延、分组丢失率和较好的公平性。 对于一个队列，丢弃一个分组就可以降低该队列中后面的所有分组的延迟。 丢弃一个数据包可以使多个数据包的传输更高效。分组丢弃不能把队列长度作 为分组在队列中时间长短的衡量。在分级的分组调度模式中，尽管一个短队列 中可能有更旧的分组存在，但低优先级的分组可能会被不确定的先丢弃。 2 2 2 4 准入控制 实时服务依赖于路由器状态的设置以及对确定分组类做出的承诺。为了确 保完成这些承诺，要求发起端有明确的请求，以便在资源无效时拒绝该请求。 对资源有效性的决定被称为准入控制。接入控制要求路由器能了解对它当前所 有资源的需求，一种实现方法为通过使路由器测量现有业务流的实际使用情况， 然后用这些测量所得的信息作为允许新流的根据。 2 _ 2 - 3 资源预留协议r s v p r s v p 是一种提供资源预留设置和控制以实现综合服务的核心协议。r s v p 工作在i p v 4 或i p v 6 上，处于o s i 七层协议中的传输层，但是，r s v p 并不处 理传送层的数据，从本质上看，r s v p 更象是网络控制协议。r s v p 使主机可以 向网络申请特定的q o s ，为特定的应用程序提供有保障的数据流服务。同时 r s v p 在数据流经过的各个路由器节点上对资源进行预留，并维持该状态直到应 用程序释放这些资源。r s v p 支持四种基本消息类型：资源预订请求消息、路径 消息、错误与确认消息和断开消息。 2 2 3 1r s v p 消息的格式 r f c 2 2 0 5 定义的r f c 消息包含三部分：c o m m o nh e a d e r ( 普通包头) 、 第二章l pq o s 的体系架构和成熟模型 o b j e c th e a d e r ( 对象包头) 和o b j e c tc o n t e n t ( 对象内容) 格式如下： 0123 0123 露5 鑫7890234 567&901234 567890 垤m i o n l f l a g sm e s s a g et y p e r s v pc h e c k s u m 雌b i m ) l ( 4 b i t s ) 8 b i t s )( 1 6b i t s s e n d 刀差r e s e r v e dr s v pi e n 衲 ：bb 嘲8 b i t s $ b i t s 图2 2r f c 2 2 0 5 定义的r s v p 普通包头格式 o1 o23 霹5s78 擘0 2 l2345678 雾0 3 234567880 图2 3r f c 2 2 0 5 定义的r s v p 对象包头格式 1 c o m m o nh e a d e r ( 普通包头，8 字节) 普通包头中的m e s s a g et y p e ( 消息类型，1 字节) 字段：指r s v p 消息类 型中的所属类型。 2 o b j e c th e a d e r ( 对象包头，4 字节) l e n g t h 字段：全部r s v p 对象的长度。 c l a s s n u m 字段：用于声明r s v p 对象的级别。 c t y p e 字段：指r s v p 对象的级别类型，1 表示i p v 4 、2 表示i p v 6 、7 表 示l s pt u n n e li p v 4 等等。 3 o b j e c tc o n t e n t ( 对象内容，其长度为非固定) 对象内容为r s v p 消息的核心内容。 2 2 3 2r s v p 的消息类型及对象类型 r s v p 定义了几个讯息的基本类型( r f c 2 2 0 5 ) 女h 下表： 9 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 表2 1r s v p 消息类型及功能表 消息类型消息类型值功能 发送端的主机沿着由单播或多播路由协议提 供的路径发送p a t h 消息。p a t h 消息建立起业务 p a t hm e s s a g el流传送的路径，使路由器知道上一跳与下一跳并在 每一跳保存路径状态( p a t hs t a t e ) 。p a t h 消息被周 期的发送以便不断地刷新p a t h 状态。 接收端主机向上行发送者发送的资源保留请 求，r e s vm e s s a g e s 在资源保留路径的每台路由器 r e s vm e s s a g e2 上建立并维护资源保留状态( r e s e r v a t i o ns t a t e ) 。 r e s vm e s s a g e s 消息被周期的发送以便不断地刷 新资源保留状态。其中的内容包括了带宽大小、服 务等级以及源i p 地址等内容。 p a t h e r r当p a t h 产生错误，路由器会向发出p a t h 消 m e s s a g e 3 息发送者发送p a t h e r r 消息。 r e s v e r r 4 当资源预留请求失败，路由器会向所有涉及到 m e s s a g e的接受者发送r e s v e r r 消息。 沿着资源预留路径移除p a t h 的状态，该消息 p a t h t e a r 5通常由发送者应用程序发出或者由p a t h 状态超时 m e s s a g e 的路由器发出。 沿着资源预留路径移除资源保留状态，r e s v r e s v t e ar 6 m e s s a g e 的反作用消息。该消息通常由接受者应用 m e s s a g e 程序发出或者由资源预留状态超时的路由器发出。 用于确认资源预留的消息。假如接收端需要一 r e s v c o n f i r m 7个确认消息，那么发送端就会发出这个消息给接收 m e s s a g e 端。 r f c 2 2 0 5 定义的消息对象见下表： 表2 2r s v p 消息的对象内容及功能表 对象级别对象名称对象功能 为下面的其它对象定义特定的会话，每个 1s e s s l o n r s v p 消息都会使用到。 承载着转发该消息的最后一跳的端口l p 地 3r s v ph o p 址 承载加密处理的资料以确认原始节点，以及 4ln t e g r 兀y 确认消息的内容 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 消息建立者使用的更新周期值，每个p a t h 5t l m ev a l u e s 或r e s v 消息发送的时间间隔 用以指明p a t h e r r 、r e s v e r r 的错误，或在 6e r r o rs p e c r e s v c o n f i r m 消息中起确认之用 根据消息中所要传送的目的，记录了发送主 7s c o p e机的i p 地址列表，另外会出现在r e s v ，r e s v e r r 或r e s v t e a r 消息中 8s t y l e定义保留的类型，并在每个r e s v 消息应用 9f l o w s p e c指出所需要的q o s ，在r e s v 消息中使用到 指出会话所需q o s 的子集，应用于r e s v 讯 10 f l l t e rs p e c 息中 s e n d e rt e m p包含发送端的i p 地址，在p a t h 讯息中所使 11 w e 用 s e n d e rt s p e指出发送端数据流的流量特性，使用于p a t h 12 c消息中 承载o n ep a s sw i t ha d v e r t i s i n g ( o p w a ) 13a d s p e c 资料，被应用于p a t h 消息中 判定关联性的保留是否为管理上所允许，可 1 4p ol l c yd a t a 用于r e s v 、p a t h 、p a t h e r r 或r e s v e r r 消息 载送要求确认接收端之i p 地址，可能出现 15r e s vc o n f ir m 于r e s v 或r e s v c o n f 讯息中 r s v p 用于m p l s 流量工程的信令后，对其消息类型及对象类型进行了拓 展，进一步的分析见4 4 2 。 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 2 2 3 3r s v p 协议工作的过程 图2 4 ：r s v p 协议的工作过程图 使用r s v p 信令建立数据发送路径以及为业务流预留资源的过程如下： 1 发送端向接收端发送一个p a t h 消息，其中包含了业务流标识( 即目的地址) 及其业务特征，包括所需要的带宽的上下限，延迟以及延迟抖动等。 2 该消息由沿路径的路由器逐跳传送，并且每个路由器都被告知准备预留资 源，从而建立一个”路径状态”，该状态信息包含p a t h 消息中的前一跳源地 址。 3 接收方收到此消息后从业务特征和所要求的q o s 计算出所需要的资源，向 其上游节点发送一个资源预留请求r e s v 消息，该消息中包含了f i l t e rs p e c ， 其主要包含的参数就是要求预留的带宽。 4 r e s v 是沿p a t h 的发送路径原路返回的，沿途的路由器收到r e s v 消息后， 调用自己的准入控制程序以决定是否接受该业务流，如果接受，则按要求为 业务流分配带宽和缓存空间，并记录该流状态信息，然后将r e s v 消息继续 向上游转发；如果拒绝，则向接收端返回一个错误信息给接收端以终止呼叫。 5 当最后的路由器收到r e s v 消息并且接受该请求时，它向接收端发回一个确 认消息。 2 2 3 4 资源预留的类型 资源预留请求中包含制定资源预留类型的选项。 资源预留选项中定义了如何为同一会话( s e s s i o n ) 中的不同发送端的预留资 源以及如何选择发送端。 资源预留模式包括： 第二章i pq o s 的体系架构和i 成熟模型 单独预留：为同一会话的每一个发送端的资源保留请求申请单独的预留资 源 共享预留：为同一会话的不同发送端申请共享的资源使它们同时使用这段 资源 选择发送端的方式有： 明确选择：分别列出所涉及的发送端 通配符选择：利用通配符来选择对话中的所有发送端 资源预留方式与发送端选择方式相结合定义了三种资源预留类型： 表2 - 3r s v p 协议资源预留模式 资源预留模式 发送端选择方式 单独预留共享预留 f i xf i l t e rs t y l e s h a r e e x p l i c i t 明确选择 ( f f 类型)( s e 类型) w _ i d c a r d f i l t e r 通配符选择 ( 未定义) ( w f 类型) 1 w f 类型 w f 类型具有的特性是：共享式的资源预留模式和通配符式的发送端选择方 式。因此，w f 资源预留类型创建单一的预留资源供所有的“上传”数据流使用， 它的大小是所有接收端所申请资源的最大值，而和发送端的数量无关。w f 类型 的保留将通知所有的发送端，当出现新的发送端时，这个值将自动提供给它。 2 f f 类型 f f 类型具有的特性是：独占的资源模式和分别列出的发送端选择方式。因 此，f f 资源预留类型为每个发送端创建唯一的保留资源。而不和其他发送端共 k 旱。 3 s e 类型 s e 类型具有的特性是：共享的保留模式和分别列出的发送端选择模式。因此， s e 资源预留类型创建单一的保留资源供所有的“上传”数据流使用。但矛i w f 不同的是，它允许以分别列出的方式来选择可以使用该保留资源的的发送端。 2 _ 2 4 综合服务模型的不足 1 可扩展能力不佳 因为综合服务模型中要求端到端的信令，每个网络节点都要建立和维护预 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 留信息并根据自身资源状况对用户的预留请求执行接入控制。因此，几乎任何 一项功能都将涉及到所有的网络节点。这种完全分布式的控制造成了极大的复 杂性，令综合服务难以在运营商的网络中实现。 2 该模型不适合于短生存期的流 互联网流量中绝大多数是由短生存期的流( 如d n s 查询包等) 构成的。为短 生存期包预留资源的开销很大而且给网络设备增加很大负担。在短生存期的流 需要一定程度的q o s 保证时，综合业务模型就显得得不偿失了。 2 3 逐跳的区分服务 区分服务( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s p d i f f s e r v ) ( 3 5 ) ( 3 6 ( 3 7 ) ( 3 8 ) ( 3 9 ) 的目标是在因特 网中部署一种能够升级的、对有区别的需求进行区分对待的网络框架与区块构 造。区分服务的框架包含两个部分。一个是相当易于理解的在转发途中的处理 举措，另一个是十分复杂的、还是刚刚显现出来的用来配置在转发过程中所用 参数的后台程序与配置部件。其中，转发举措包括对于接受到的不同包的区别 对待，就如同在队列服务规则与队列管理规则中实现的一样。 2 3 1 区分服务体系结构 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。i e t f 定义了区分服务 的体系结构。在区分服务机制下，用户和网络管理部门之间需要预先商定服务 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，当数据 流通过网络时，路由器会采用相应的方式即逐跳行为( p e rh o pb e h a v i o r ，简称 p h b ) 来处理流内的分组。 区分服务体系结构基于这样一个简单模型：进入网络的业务量在网络边缘 处进行分类和可能的调节，然后被分配到不同的行为集合中去。每一个行为集 合由唯一的d s 编码点标识。在网络核心处，数据包根据d s 编码点对应的逐跳 行为转发。区分服务( d i f f s e n ，) 体系结构由许多在网络节点上实现的功能实体 组成，包括逐跳行为集合，数据包分类功能，和业务量调节功能。其中，业务 第二章i pq o s 的体系架构和成熟模型 量调节功能又有测量，标签，整形，和监察四部分