（计算机应用技术专业论文）supanet中基于服务质量的路径选择技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 本硕士论文的背景是四川省网络通信技术重点实验室进行的有关下一代 i n t e m e t 体系结构的研究工作，即“单物理层用户数据交换平台体系结构 ( s u p a s i n g l ep h y s i c a l 1 a y e ru s e r d a t as w i t c h i n gp l a t f o r m ) 的研究。s u p a 采用带外信令控制思想，将“用户数据交换平台”( u 平台) 和“信控管理 平台 ( s & m 平台) 相分离。s u p a n e t 第一阶段重点研究之一是服务质量 ( q o s q u a l i t yo fs e r v i c e ) 的保障体系，它由s & m 平台和u 平台的服务质 量保障机制共同完成。前者包括服务质量协商机制( q o s n p q o sn e g o t i a t i o n p r o t o c 0 1 ) 、基于服务质量的路径选择机制、呼叫入网控制( c a c c a l l a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 、流量工程( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ) 等技术；后者包括基于 服务质量约定的用户数据的入网控制( u a c u s e r - d a t aa d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 以及高速、高效的交换结构及其调度机制技术等。本文的研究对象是 s u p a n e t 服务质量保障体系中的基于服务质量的路径选择技术。 i n t e r n e t 的路径选择是通过路径协议收集和交换与路径相关的信息，节点 按照指定的路径选择算法构建和更新路径表；每个i p 报文到达路由器输入单 元时，通过查找事先建立的路径表找出该报文到达目的地在本节点的输出端 口。由于每个报文都需要查路径表，因此对于无连接的i p 协议事先构建路径 表是十分必要的。但是，考虑到下一代骨干网的通信技术将以密集波分复用 技术为基础，路由器单个端口上( 即单根光纤内) 有多个波长，路径的选择 将以单个波长能提供的服务质量为基础进行。如果波长和端口数量较大，且 考虑为不同服务质量数据流建立路径表，则可能使“路径表空间 膨胀。本 论文的创新性就在于提出了一种新的基于服务质量的波长路径选择策略 r q o s l r p q o s b a s e dl a m b d ar o u t i n gp o l i c y ) ，该策略针对s u p a n e t 面向连 接的服务特征，将波长端到端优选通路的选择与服务质量协商机制有机地结 合在一起。由于s u p a n e t 提供面向连接的服务，因此只需要在建立连接阶 段进行一次路径选择，路径选择和服务质量协商产生的额外时延开销是可以 接受的。 本文提出的基于服务质量的波长路径选择策略( q o s l r p ) 本质上是“两 次选径法 ，即：a ) 事先以“最少跳数原则 在s u p a 域的边界节点间计算 最佳通路并在s & m 平台上为各节点构建端口转发表；b ) 在建立连接阶段， 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 利用服务质量协商协议( q o s n p ) 沿着最佳端口通路逐级协商最佳波长，协 商成功则建立起一条能保障服务质量的最佳波长通路。q o s l r p 既能够达到 保障数据流服务质量要求的目的，也有利于在同一光纤的多波长之间实现负 载均衡。 对于q o s l r p 的具体实现，本文提出了三种基于服务质量的最佳波长选 择算法并对之进行了初步的分析比较。为了进一步验证q o s l r p 与q o s n p 协同工作的合理性和可行性，本文利用o p n e tm o d e l e r 仿真软件以q o s n p 的两次单向协商( t s d n t w i c es i n g l e d i r e c t i o nn e g o t i a t i o n ) 模式为例，对 其中的两种最佳波长选择算法进行了仿真。仿真结果验证了q o s l r p 的可行 性及其与q o s n p 协同协商流程的正确性，同时表明算法二比算法一具有更 高的连接效率。 关键词单物理层用户数据传输平台体系结构网络( s u p a n e t ) ； 服务质量( q o s ) ： 基于服务质量的波长路径选择策略( q o s l r p ) ； 服务质量协商协议( q o s n p ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第| ii 页 a b s tr a c t t h eg e n e r a lb a c k g r o u n do ft h i st h e s i si st h er e s e a r c hw o r ko n a nn g i a r c h i t e c t u r ec a l l e ds u p a ( s i n g l e l a y e ru s e r - d a t as w i t c h i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e ) p r o p o s e da ts c n e t c o ml a b ( s i c h u a nn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yk e y l a b o r a t o r y ) w i t ho u t o f - b a n ds i g n a l i n gc o n c e p t ，t h e u s e r d a t a s w i t c h i n g p l a t f o r m ( u p l a t f o r m ) i ss e p a r a t e df r o mt h a tf o rc o n t r o la n dm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n ( s & m p l a t f o r m s ) i ns u p a t h ep r i m a r yg o a lo ff i r s ts t a g e d e v e l o p m e n to fs u p a n e ti st of o c u so nah i g h s p e e ds w i t c h i n gs u b s t r a t ea n d e s t a b l i s haq o s p r o v i s i o n i n g f r a m e w o r kb o t hi n s & m p l a t f o r ma n d i n u p l a t f o r m h i g h - s p e e ds w i t c h i n gi ns u p ai sa t t e m p t e db yi n t r o d u c t i o no f e p f t s ( e t h e r n e t - o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m et i m e s l o ts w i t c h i n g ) t om e r g ef r a m i n g ， s w i t c h i n g ，c h a n n e lm u l t i p l e x i n g ，a n dt r a n s m i s s i o nf u n c t i o n si n t oas i n g l el a y e r q o ss y s t e m i ns u p ai n v o l v e s q o sn e g o t i a t i o n ，q o s b a s e dr o u t i n g ，c a l l a d m i s s i o nc o n t r o l ( c a c ) ，t r a f f i ce n g i n e e r i n ga l g o r i t h m si ns & m p l a t f o r m ，a n d q o s b a s e du a c ( u s e r - d a t aa d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) ，s c h e d u l i n ga n ds w i t c h i n g a r b i t r a t i o nm e c h a n i s m si n u p l a t f o r m t h i s d i s s e r t a t i o ni sd e d i c a t e dt o q o s b a s e dr o u t i n gs t r a t e g ya n da l g o r i t h m si ns u p a n e t r o u t i n gi n i n t e r n e ti sf u l f i l l e d b yc o l l e c t i n ga n de x c h a n g i n gr o u t i n g i n f o r m a t i o nt h r o u g hr o u t i n gp r o t o c o l sa n db yc o n s t r u c t i n go ru p d a t i n gr o u t i n g t a b l ea c c o r d i n gt or o u t i n gs t r a t e g i e s l o o k i n gu pr o u t i n gt a b l e si sc a r r i e do u t w h e n e v e ra ni pm e s s a g ea r r i v e sa tar o u t e r c o n s t r u c t i o no fr o u t i n gt a b l e si n a d v a n c ei se s s e n t i a lf o rc o n n e c t i o n l e s si pr o u t i n gs i n c el o o k i n g - u po p e r a t i o nh a s t ob ec a r r i e do u tf o re a c hi p h o w e v e r r o u t i n gt a b l e “s p a c e e x p l o s i o n m a yt a k e p l a c ef o rr o u t e r so v e rd w d m ，s i n c ei t e m sc o r r e s p o n d i n gt oi n d i v i d u a ll a m b d a w i t hd i f f e r e n tq o sr e q u i r e m e n t sc a nb ev e r yl a r g e t h e n o v e l t y o ft h i s d i s s e r t a t i o nl i e s i nan e wq o s - b a s e dl a m b d ar o u t i n g ( q o s l r p ) p o l i c y , w h i c h c o m b i n e sl a m b d ar o u t i n gw i t hq o sn e g o t i a t i o nm e c h a n i s m t i m ed e l a yc a u s e d b yq o sn e g o t i a t i o ni ne s t a b l i s h m e n to fa no p t i m a le n d t o - e n dp a t hi st o l e r a b l ef o r c o n n e c t i o n o r i e n t e ds e r v i c ei ns u p a n e t , s i n c ei tn e e d st ob ed o n eo n c eo n l yi n c o n n e c t i o ne s t a b l i s h m e n tp h a s e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1v 页 t h eq o s l r p p o l i c ye s s e n t i a l l yi sat w o - s t e pr o u t i n ga p p r o a c h ，n a m e l y ：a ) t o c h o o s eap o r t p a t hw i t ht h el e a s t h o p si na d v a n c e ，a n db ) t os e l e c tt h eb e s t l a m b d a 。p a t ht h r o u g hq o s l r pa l g o r i t h m sd u r i n gq o sn e g o t i a t i o np h a s e a p a r t f r o mb e i n gc a p a b l eo fs a t i s f y i n gq o s r e q u i r e m e n t sf o rd i f f e r e n td a t as t r e a m s ，t h e q o s l r pp o l i c yc a na l s op r o v i d eb e t t e rb a l a n c ea m o n gl a m b d a si nt h es a m ef i b e r t h r e e a l g o r i t h m s h a v eb e e n p r o p o s e da n dp r e l i m i n a r ya n a l y s i sa n d c o m p a r i s o na r ea l s op r o v i d e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t of u r t h e rv a l i d a t et h eq o s l r p p o l i c ya n dr e l e v a n ta l g o r i t h m st o g e t h e rw i t hq o s n p ，s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sb y u s eo fo p n e tm o d e l e r h a v eb e e nc a r r i e do u t t w i c e s i n g l e d i r e c t i o n n e g o t i a t i o n ( t s d n ) p r o t o c o lw a se x e r c i s e df o rs i m p l i c i t yw i t ht w oa l g o r i t h m s s i m u l a t i o nr e s u l t sh a v es h o w nt h a t q o s l r pa r ew o r k a b l ei nt h ee p f t s e n v i r o n m e n ta n dt h ec o n n e c t i o ne f f i c i e n c yo f a l g o r i t h m2i sb e t t e rt h a na l g o r i t h m 1 k e y w o r d s s i n g l ep h y s i c a ll a y e ru s e r - d a t as w i t c h i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e ( s u p a ) ； q u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) ； q o s b a s e dl a m b d ar o u t i n gp o l i c y ( q o s l r p ) ； q o sn e g o t i a t io np r o t o c o l ( q o s n p ) 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密影使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：指导老师签名： 日期：知。导萨心 日期：2 0 0 8 6 1 6 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 在分析s u p a n e t 服务质量保障体系的基础上，本论文提出了一种基于 服务质量的波长路径选择策略( q o s l r p q o s b a s e dl a m b d ar o u t i n gp o l i c y ) ， 该策略针对s u p a n e t 面向连接的服务特征，将波长端到端优选通路的选择 与服务质量协商机制有机地结合在一起。 西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 第1 章绪论 1 1 本论文的研究背景与研究对象 i n t e m e t 规模的膨胀、多媒体应用需求的增加以及通信技术的发展，使 i n t e r n e t 面临着高速交换、服务质量保障、网络安全和移动性等方面的挑战。 人们开始研究能够迎接上述挑战的下一代网络( n g n n e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k ) 和下一代i n t e m e t ( n g i ) 。在很长一段时间内，人们曾经把建设下 一代i n t e r n e t 的希望寄托在i p v 6 的身上【2 j 。随着时间的推移，越来越多的人 开始意识到，解决下一代网络的关键在于研究下一代的网络体系结构【3 。5 】。 2 0 0 5 年美国筹建了全球网络创新环境( g e n i g l o b a le n v i r o n m e n tf o r n e t w o r ki n n o v a t i o n ) 并组织了相关机构，2 0 0 6 年在g e n i 相关网站上，也公 开表达了一种观点：具有3 0 多年历史的i n t e r n e t 体系结构已经限制了迎接新 近涌现的威胁和机遇，必须研究从概念上层次清晰的i n t e r n e t 体系结构【6 】。因 此，本研究项目的大背景即是下一代网络( i n t e m e t ) 的体系结构。 本项目的具体研究背景是四川省网络通信技术重点实验室进行的有关 n g i 体系结构的工作，即单物理层用户数据交换平台体系结构( s u p a s i n g l e p h y s i c a l 1 a y e ru s e r - d a t as w i t c h i n gp l a t f o r m ) 【7 。i 】和面向以太网的物理帧时槽 交换( e p f t s e t h e r n e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m et i m e s l o ts w i t c h i n g ) 技术【1 2 小1 。 迄今为止，有关s u p a n e t 的研究工作主要集中于高速、高效交换平台的研 究和服务质量( q o s q u a l i t y o fs e r v i c e ) 的保障体系。s u p a n e t 有一整套 服务质量保障体系。同时根据用户数据流性质的不同，s u p a n e t 还为用户 数据流提供不同服务质量保障程度的服务。对于服务质量要求高的数据流， 可提供基于单个数据流的服务质量保障机制( 永久虚线路p v l 服务或交换虚 线路s v l 服务) ；对于服务质量保障要求相对较低的数据，可以采用多个数 据流共享单个p v l 或s v l 的服务机制；对于实时性要求较低的数据传输， 可以保留类似于i n t e r n e t “尽其所能”的服务方式。 s u p a n e t 的服务质量保障体系由用户数据交换平台( u 平台) 以及信 控与管理平台( s & m 一平台) 的服务质量保障机制共同完成。前者包括高速、 高效的交换结构及其调度机制、基于服务质量约定的用户数据的入网控制 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 ( u a c u s e r - d a t aa d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 技术等；后者包括服务质量协商机制 ( q o s n p ) 、基于服务质量的路径选择机制、呼叫入网控制、不同数据流传 输能力配额( q u o t a ) 动态调度、流量工程( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ) 技术等。本 论文的研究对象是s u p a n e t 服务质量保障体系中的基于服务质量的路径选 择技术。 1 2 基于服务质量的路径选择技术研究现状 q o s 研究的目标是使网络能够有效地实现端到端的服务质量控制和保 证。而q o s 路由的主要任务就是在网络中寻找一条满足用户q o s 请求的网 络路径。因此，q o s 路由被认为是保证网络服务质量的一项不可缺少的路由 技术l l ，17 j 。q o s 路由能够对业务的多种服务需求提供弹性支持，通过提高整 个网络吞吐量达到网络资源的有效利用，并且通过路由优化达到网络负载均 衡的目的。显然，q o s 路由的优化设计对保证网络服务质量起到了非常关键 的作用 1 8 】。但是，i n t e m e t 中现有的路由协议，如r i p 1 9 , 2 0 】、o s p f t 2 1 , 2 2 和 b g p 2 3 , 2 4 的路径选择原则并未考虑如何保障服务质量问题。 上一世纪九十年代末期，i e t f 着手制定与服务质量有关的路径选择工作 的研究，分别对基于服务质量的路由选择模型、路由选择策略和机制等宏观 方面的问题进行了研究。同时还针对o s p f 提出将与服务质量相关的路由信 息的交换作为选项，将o s p f 扩展为支持基于服务质量的路由协议的基本框 架扣川j 。但是，正如过去在i n t e r n e t 中实施以资源预留为基础的集成服务 ( i n t e g r a t e ds e r v i c e ) 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 ) 不成功的经验表明 的那样，在i n t e r n e t 三层用户数据转发交换平台之上实施服务质量保障，在 很大程度上取决于下层的支持服务质量保障的机制，因此，尽量简化用户平 台才能有利于实现服务质量的保障。 i n t e r n e t 在网络层提供无连接的i p 报文转发服务，因此必须为每个报文 提供相应的转发路径。i n t e r n e t 的路径信息交换协议，如r i p 、o s p f 或b g p 事先通过收集和交换需要的路径信息，各路由器节点根据相关的路径算法构 建或更新路径表，各i p 报文通过查找路径表获得输出发端口。但考虑到未来 的骨干网络将以密集波分复用( d w d m ) 技术为基础，单根光纤( 对应于路 由器的单个端口) 内将有多个波长信道，因此，实际的路径的选择不但涉及 端口( 光纤) 还涉及波长。因此，路径表中的表项将随着端口数和波长数的 增大而增大。由于不同服务质量的数据流可能需要不同的波长路径，因此， 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 路径表的数量会进一步增大，最终可能造成路径表空间的“爆炸”。继续沿用 路径表选径的方式能否满足s u p a n e t 路径选择的需要，是否需要新的路径 选择技术，就值得进一步探讨。 在探索s u p a n e t 基于服务质量的波长路径选择策略方面，我院的工程 硕士论文 2 8 】针对s u p a n e t 过渡期中，利用物理上分离的增强型的传统路 由器与高效e p f t s 平台紧耦合实现s u p a 体系结构阶段，提出了利用o s p f 协议获得基于端口的路径表，然后选择波长的s p q l r ( s h o r t e s t p a t h q o s b a s e dl a m b d ar o u t i n g ) 的路径选择技术。本文进一步探讨将来u 平台与 s & m 平台整合在同一物理设备中如何实现波长路径的选择问题。 尽管参考文献 2 8 提出了一些关于基于服务质量的路径选择技术的初 步设想，但是在物理设备分离的s u p a 节点中，由于原路由器节点对应的端 口与u 平台的端口并不一定能保持一一对应关系，直接利用o s p f 生成路径 表与实际需要的端口路径表还存在一定差距，实现起来有较大的难度。此外， 该文对波长选择未提出具体的算法建议，缺少实现的具体方案，也未能进行 相关的仿真实验。因此，有必要进一步探讨高效的、服务质量能够得到保障 的波长路径选择技术与算法。 1 3 本论文研究内容 本论文的研究重点是未来s u p a n e t 基于服务质量的波长路径选择技 术，其具体研究内容主要包括： ( 1 )分析现有i n t e r n e t 与服务质量相关的技术以及其基于服务质量的路 径选择协议，探讨能否为s u p a n e t 路径选择所借鉴。 ( 2 )在分析关键服务质量参数和s u p a n e t 服务质量保障体系的基础上，界 定关键的服务质量参数。服务质量参数种类繁多，必须根据数据流的 特点选择不同的服务质量参数集合作为服务质量参数协商和路径选 择的基础。同一服务质量参数对不同性质数据流，其重要性也有所不 同【2 9 , 3 0 】 ( 3 )探讨s u p a n e t 的选径策略，研究基于服务质量的波长选择算法及其 与q o s n p 协同进行的服务质量协商流程。 ( 4 ) 建立网络模型，应用仿真实验验证q o s l r p 的可行性及其与q o s n p 协同工作的s u p a n e t 服务质量协商流程的正确性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 4 论文组织结构 本论文的后续章节的安排如下： 第2 章从讨论i n t e m e t 的服务质量保障技术着手，分析现有网络体系结 构在服务质量保障方面存在的不足，引出研究s u p a n e t 体系结构及其服务 质量保障机制的必要性。 第3 章在讨论s u p a n e t 体系结构的基础上，研究了s u p a n e t 中所需 保障的关键服务质量参数，重点讨论了s u p a n e t 服务质量保障体系，探讨 如何做到既满足s u p a n e t 对基于服务质量的路径选择的需求，又能够充分 利用s u p a n e t 采用带外信令控制技术的特点以及实验室的相关研究成果， 解决s u p a n e t 的路径选择问题。 第4 章在充分论证了s u p a n e t 中为什么要采用基于波长的路径选择方 式的基础上，进一步详细地讨论了基于服务质量波长路径选择策略，实现该 策略的“两次选径 的原则以及三种基于服务质量的波长路径选择算法，并 对这三种算法的性能进行分析。该章最后讨论了q o s l r p 与q o s n p 相结合 进行服务质量协商和波长路径选择流程。 第5 章以q o s n p 中的两次单向协商( t s d n t w i c es i n g l e d i r e c t i o n n e g o t i a t i o n ) 模式对q o s l r p 进行仿真，并对本文提出的两种主要算法( 算法 1 和算法2 ) 各自的性能特点进行分析比较，实验结果验证了q o s l r p 的可 行性及其与q o s n p 协同协商流程的正确性。 最后对论文进行总结并对今后有待进一步研究的问题进行展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章 in tern e t 的服务质量保障技术 2 10 0 s 的定义 为了在网络上实现q o s 保证的传输，首先需要对q o s 进行定义，然后 再考虑q o s 保证的体系结构和实现机制。不同的组织对q o s 有不同的定义， 但其目的都是为用户提供更好的服务，同时更有效的利用网络资源。以下是 对于q o s 的几种典型的定义。 i e t f 的q o s 定义l j i j i e t f 将q o s 定义为用带宽、时延、抖动和丢失率等参数描述的关于分 组传输的质量。 i e t f 定义的q o s 体系中包括： 网络元素：任何一个可在网络中处理分组的组件，它具有在分组通过时控 制分组的能力，它包括路由器、交换机、主机等。 流：具有相同q o s 要求且服从相同q o s 控制方法的分组集合。 端到端的行为：与q o s 相关的端到端的性能。 o s i 参考模型中的q o s 定义【j 纠 针对计算机通信，国际标准化组织i s o 提出了一套七层的开放式系统互 连的参考模型，这个模型已经被广泛的接受，并在很多系统上得以实现。在 七层模型中，i s o 组织要求每层向其上层提供服务，同时也提供相应的服务 质量保证。表2 1 是o s i 模型中q o s 的定义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 表2 1o s i 参考模型中的q o s 定义 参数含义 吞吐量 单位时间内传输的最大字节数。 从数据传输开始到数据传输完成确认为止的时间间隔， 传输时延 这个参数通常包括两个值，最大传输时延和平均传输时 延。 出错率 服务数据单元( s d u ) 错传、丢失或重传的概率。 连接建立延迟发出“连接请求”到“连接确认”之间的时间间隔。 连接建立失败率 在最大可接受的连接建立延迟之内，连接失败的概率。 在一定的时间间隔内，服务提供者要求释放连接，或重 重置率 置连接的概率。 释放延迟从“释放请求”发出到“释放确认”之间的时间间隔。 在规定的最大释放延迟内，服务提供者不能释放连接的 释放失败概率 概率。 在o s i 参考模型中，q o s 支持仅限于在会话层和传输层定义的统计参 数。如果应用层和表示层要控制q o s ，只能将q o s 参数相应的从上层映射到 下层。在传输层，q o s 参数对应于会话的几个阶段：连接的建立、数据的传 输、连接的释放。 i t u 的q o s 定义p 州 i t u 在其e 8 0 0 的建议书中将q o s 定义为：“服务性能的集中反映，它决 定了用户对服务的满意程度。 i t u 制订了有关宽带i s d n 的q o s 的系列建议。将q o s 分为呼叫控制、 连接，以及数据单元的传输控制3 个不同的层次。 呼叫控制级的q o s 包括呼叫次数、失败率等。 连接级的q o s 包括连接延迟、连接失败率、释放的延迟和释放延迟率等 参数。 数据单元控制级的q o s 包括报文的峰值到达率、峰值持续时间、报文平 均到达率、报文丢失率、报文插入率以及比特出错率等。 这些q o s 定义包括了服务提供者所能为用户提供的不同性能要求，但提 供用户角度的q o s 要求方面不足。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 a t m 论坛对q o s 的定义【3 4 】 a t m 论坛为a t m 交换机定义了一套自己的q o s 参数。a t m 网络的q o s 应用在三个不同的层面上。呼叫控制和连接层主要考虑呼叫的建立、释放， 路径上a t m 节点的资源分配。信元控制层主要涉及媒体传输阶段。表2 2 是a t m 论坛定义的q o s 参数。 表2 - 2 a t m 网络的q o s 参数定义 参数含义 峰值信元速率p c r 用户发送信元的最大瞬间速率 持续信元速率s c r经过一个时间测量得到的平均速率 最小信元速率m c r用户希望达到的最小速率 因为错误和拥寒信元不能到达目的地而导致在网络中 信元丢失率c l r 丢失的信元所占的百分比 信元传输延迟c t d一个信无从进入网络到离开所经历的延迟 信元延迟方差c d vc t d 的方差 突发容许b t决定町以照峰值速率发出的最大速率 a t m 论坛把a t m 网络的服务定义为4 类，即c b r ( c o n s t a n tb i tr a t e ) 恒 定比特率服务、v b r ( v a r i a b l eb i tr a t e ) 变比特率服务、a b r ( a v a i l a b l eb i t r a t e ) 自适应式比特率服务和u b r ( u n s p e c i f i e db i tr a t e ) 未指定比特率服 务。其中v b r 又分为r t v b r ( r e a l t i m ev a r i a b l eb i tr a t e ) 实时变比特率服务、 n r t v b r ( n o nr e a l t i m ev a r i a b l eb i tr a t e ) 非实时变比特率服务。 a t m 论坛也定义了相应的呼叫准入控制c a c ( c a l la d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) ， 以检查用户连接请求的服务类型并根据a t m 交换机中的资源空闲状况决定 接受或拒绝用户的连接请求。 综合上述定义，可以看出服务质量( q o s ) 是对网络和通信系统服务性 能的主观评价或客观评测的结论。主观评价指的是服务用户或观察者的主观 印象；客观评测的对象为可量化的服务质量参数，这些服务质量参数可能包 括：数据吞吐率( t h r o u g h p u t ) 、时延( t r a n s i td e l a y ) 、时延变化抖动( v a r i a t i o n o f d e l a y j i t t e r ) 和数据丢失率等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 2in t ern e t 试图改进q o s 的技术 传统i n t e r n e t 中缺少q o s 保障机制，近年i n t e m e t 工程任务组i e t f 定义 了多种q o s 保障机制和模型，包括集成服务资源预( i n t s e r v r s v p ) 3 5j 、区 分服务( d i f f s e r v ) 4 2 , 4 3 】、多协议标签交换( m p l s ) 技术及其模型 4 5 ，4 6 1 、基于q o s 的路径信息交换协议等。综合业务的特点是资源预留，实时应用在传输数据 前必须首先建立通道和预留资源。r s v p 是用来建立通道和预留资源的协议 p o 川j 。在区分服务中，把数据包加以标记，产生不同的级别，每个级别的数 据包得到不同的服务级别。m p l s 是一种前向转发策略，在进入m p l s 作用 域时给数据包赋予一定的标签，随后包的分类、转发和服务都将基于标签完 成。 2 2 1 综合服务体系结构( 1n t s e r v ) i n t s e r v r s v p 综合( 集成) 服务体系结构的基本思想是：实时应用若要 获得某种服务质量，在传输数据之前必须首先建立通道和预留资源。所以在 会话开始之前，源端和目的端之间首先要建立一条链路。因此从某种意义上 来说，i n t s e r v r s v p 实际上是提供了一种类似于电路级的服务质量，理论上 是可以实现完全的端到端q o s 。 在i n t s e r v r s v p 体系结构中，必须对网络资源进行明确的管理。因此资 源预留( r e s o u r c er e s e r v a t i o n ) 与接入控制( a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 是该体系结构 中的主要构件，这也是对传统网络模型最重要的改变。其中，资源预留协议 ( r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l ，r s v p ) 在i n t s e r v r s v p 体系结构中起着至关 重要的作用，不管是接入控制还是业务流控制，r s v p 都不可或缺。 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为：发 送端给接收端发送一个p a t h 消息，该消息中包含了发送数据流的通信量规 约以指定通信的特性。沿途的每个中间路由器把p a t h 消息转发给由路由协 议决定的下一跳。当接收主机收到p a t h 消息后以r e s v 预留消息作为回应。 分组所需的服务质量类型及中间节点转发分组所需的优先级参数都包含在 r e s v 消息中。沿途的每个中间路由器可以拒绝或接受r e s v 消息请求。如 果请求被拒绝，路由器将发送一个出错消息给接收方，并且中断信令的处理 过程。如果请求被接受，网络的中间节点路由器就以该r e s v 为依据，为该 分组分配链路带宽和缓冲空间，同时维护该分组的状态信息。为了适应网络 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 拓扑路由及q o s 要求的变化，r s v p 请求及路由器维护的状态信息要做周期 性的刷新。至此，预留通路就建立起来了。具有r s v p 的结点收到分组，将 分组分类，按照r s v p 控制通路建立资源预留时的分组分类标准将该分组送 到相应的输出队列中，并由转发机制按一定的优先级算法转发出去。 根据r s v p 的预留资源占所有资源的比例，i n t s e r v 模型定义了以下几种 服务类型： 有保障的服务( g u a r a n t e e ds e r v i c e s ) i j 驯：对带宽、时延、分组丢失率 提供定量的要求和质量保证措施，如v o l p 应用建议可以预留1 0 m 带宽和小 于1s 的时延。 可控负载服务( c o n t r o l l e d - - l o a ds e r v i c e s ) l j 刿：在网络负荷较大的情况 下所能够提供的近似于没有过载时的服务。 i n t s e r v r s v p 模型的优点有： 能够提供有保证的q o s 。因为r s v p 运行在从源端到目的端的每个路 由器上，因此用户可以预先购买需要的资源，由i s p 负责监视每一个 业务流的运行并随时在当前网络节点终止非法的资源占用。 r s v p 在源和目的地之间可以使用现有的路由协议决定流的通路。 r s v p 使用i p 包承载，使用“软状态”的概念，通过周期性的重传p a t h 和r e s v 信息并分析，对网络拓扑的变化做出反应。即对原有路由协 议没有影响。 支持一个源到一个目的地( u n i c a s t ) 和一个源到多个目的地( m u l t i c a s t ) 的q o s 服务【4 u 4 。 不过，随着基于w e b 的业务的出现，i n t s e r s v p 逐渐暴露出弊端： 对现有路由器的改造十分复杂。由于需要进行端到端的资源预留，必 须要求从发送到接收之间所有路由器都支持r s v p 和许可控制协议， 同时每个路由器还要花费大量的资源来维护和更新数据库( 如链路状 态数据库) 。 i n t s e r v 只支持单个微流( m i c r o f l o w ) ，但是，由于数目过多，对骨 干网的处理能力是巨大的考验。 伸缩性差，在w a n 中，各种各样的子网会不断增多，并且随着流数 目的增加，状态信息的数量成比例上升，重传p a t h 和r e s v 信息会 占用大量的路由器存储空间和处理开销。 该模型不适合于短生存期的流。在i n t s e r v 中，r s v p 进行的资源预留 是单向的，因此必须对其规定两个方向的资源预留，从而增加网络开 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 销。在短生存期的流占大多数的网络中，采用i n t s e r v 就得不偿失了。 在i n t e r n e t 中，i n t s e r v 并未收到理想的效果的原因并非思想本身的问题， 而是在i n t e r n e t 的三层用户数据传输与交换平台上实施它要求数据链路层和 物理层相应的服务质量保障机制的支持。由于现有的多数数据链路层和物理 链路层不是为保障各种服务质量而设计的，因此，效果并不十分另人满意。 2 2 2 区分服务体系结构( d if f s e r v ) 针对i n t s e r v 基于单数据流的资源预留和服务质量保障的思路，i e t f 定 义了区分服务( d i f f s e r v ) 模型。它取代了i p 服务类型( t o s ) 字段改名为 d s ，并用它承载i p 包服务所要求的信息，是严格意义上的三层技术，不涉 及低层的传输技术。区分业务主要通过两个机制来完成不同q o s 业务要求的 分类：d s 标记和一个包转发处理库的集合p h b ( p e r - h o p b e h a v i o r 每 跳行为) 。通过对一个包d s 字段的不同标记，以及基于d s 字段的处