（控制理论与控制工程专业论文）基于qos的网络拥塞协调控制研究.pdf

c o n g e s t i o n m a s t e rc a n d i d a t e ：h ux i a o q i n g s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gy u n j u n e2 0 1 0 f a c u l t yo fa u t o m a t i o n g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u , g u a n g d o n g ，p r c h i n a , 5 10 0 9 0 if ir iiii 6 61 摘要 摘要 随着互联网规模的不断发展，人们对网络服务质量( q o s ) 的需求越来越高，当 今高速网络中的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，需要提供端到端的q o s 控制和保证。网络拥塞是影响网络服务质 量的重要因素，实施拥塞控制也是其它q o s 控制正常工作的必要前提，而目前的拥 塞控制算法由于不具备服务质量保障特性，不能预留带宽，不能限定网络延迟，因 此，研究基于q o s 的网络拥塞控制具有十分重要的意义。 本文主要研究网络路由器中的队列管理和队列调度算法。队列管理是对路由器 中的缓冲资源进行管理和分配，而队列调度是对链路带宽进行管理和分配。本文的 主要工作和研究内容如下： 1 针对目前r e d 队列管理算法参数设置主要依赖于使用者的经验并且其相关 理论指导存在着一定的缺陷，本文通过对t c p r e d 拥塞控制机制建立离 散模型，分析其稳定状态行为，并在推导出网络稳定状态期望值与r e d 参 数之间关系的基础上，提出一种通过解析法全面设置r e d 参数的方法。仿 真结果表明，该模型可以提供准确和有效的r e d 参数设置方法。 2 提出一个基于q o s 的网络拥塞控制协调算法。在协调算法的模型中，队列 管理和调度是一个机制的两个模块，两者之间相互影响，使系统的吞吐量 和分组延迟的综合性能最优。 关键词：r e d ；t c p ：q o s 拥塞控制；协调算法 a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t s c a l e ，p e o p l e i n c r e a s i n g l yd e m a n d h i g h e rq u a l i t yo fs e r v i c eo nt h en e t w o r k ，a n d n o w a d a y sh i g h s p e e dn e t w o r k so f m u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n sn o to n l yn e e dh i g h e rb a n d w i d t h ，a n dr e q u i r e sl o wt i m ed e l a ya n d l o wji t t e ro fi n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o na n ds oo n ，n e e dt o p r o v i d et h ec o n t r o la n d g u a r a n t e eo fe n d t o e n dq o s t h ei m p a c to fn e t w o r kc o n g e s t i o ni sa ni m p o r t a n tf a c t o rt o q o sa n da l s oi san e c e s s a r yp r e r e q u i s i t ef o ro t h e rq o sc o n t r o lw o r k i n gn o r m a l l y b u t p r e s e n tc o n g e s t i o nc o n t r o la l g o r i t h ma sar e s u l to fl a c k ss a f e g u a r dc h a r a c t e r i s t i co f q o s ， c a n n o tr e s e r v et h eb a n dw i d t ha n dl i m i tt h en e t w o r k d e l a y t h e r e f o r e ，q o s b a s e d c o o r d i n a t e dc o n t r o lo fn e t w o r kc o n g e s t i o nh a st h ev e r yv i t a ls i g n i f i c a n c e t h i sp a p e rp r i m a r i l ys t u d i e st h eq u e u em a n a g e m e n ta n dq u e u es c h e d u l i n gi nt h e n e t w o r kr o u t e r q u e u em a n a g e m e n ti st o m a n a g ea n da l l o c a t eb u f f e rr e s o u r c e si nt h e r o u t e r , a n dq u e u es c h e d u l i n gi st om a n a g ea n da l l o c a t et h el i n kb a n d w i d t h t h i sm a jo r w o r ka n dr e s e a r c hc o n t e n ta l ea sf o l l o w s ： 1 i nc o n n e c t i o nw i t hc u r r e n tp a r a m e t e rs e t t i n ga b o u tr e dq u e u em a n a g e m e n t a l g o r i t h md e p e n d so nt h eu s e r se x p e r i e n c ea n di t sr e l a t e dt h e o r e t i c a lg u i d a n c e a l s oh a ss o m ec e r t a i n d e f e c t s ，t h r o u g he s t a b l i s h i n gd i s c r e t em o d e lo ft h e t c p r e dc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m ，t h i sp a p e ra n a l y z ei t s s t e a d y s t a t e b e h a v i o r , a n db a s e do nt h ed e r i v e dr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee x p e c t e dv a l u eo f t h en e t w o r ks t a b l es t a t ea n dr e dp a r a m e t e r s ，p r o p o s e sac o m p r e h e n s i v e a n a l y t i c a lm e t h o ds e tb yr e dp a r a m e t e r s t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e m o d e li saa c c u r a t ea n de f f i c i e n tm e t h o do fr e d p a r a m e t e rs e t t i n g 2 t h i sp a p e r p r o p o s e saq o s - b a s e dc o o r d i n a t i o n a l g o r i t h m f o rn e t 、o r k c o n g e s t i o nc o n t r 0 1 i nt h em o d e lo ft h ec o o r d i n a t i o n a l g o r i t h m ，q u e u e m a n a g e m e n ta n ds c h e d u l i n ga r et w om o d u l e so fao v e r a l lm e c h a n i s mw h i c h i n t e r a c te a c ho t h e r , t om a k et h e o p t i m a lo v e r a l lp e r f o r m a n c eb e t w e e nt h e s y s t e mt h r o u g h p u ta n dp a c k e td e l a y k e yw o r d s ：r e d ；t c p ；q o s ；c o n g e s t i o nc o n t r o l ；c o o r d i n a t i o na l g o r i t h m h 目录 目录 摘要i a b s t r a c t j i i 目录i i i c o n t e n t s v 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外相关的研究现状2 1 3 研究内容及论文组织4 第二章网络服务质量的基础理论5 2 1q o s 的定义及性能指标5 2 1 1q o s 的定义5 2 1 2q o s 的性能指标6 2 2 综合服务i n t s e r v 7 2 2 1i n t s e r v 模型7 2 2 2i n t s e r v 的服务类别8 2 2 3i n t s e r v 的组成部分9 2 2 4 资源预留协议( r s v p ) 9 2 2 5i n t s e r v 的优缺点1 0 2 3 区分服务d i f f s e r r 1 1 2 3 1d i f f s e r v 的简介1 1 2 3 2d i f f s e r v 的基本原理1 2 2 4 小结15 第三章网络拥塞控制机制16 3 1 拥塞与拥塞控制1 6 3 1 1 网络拥塞产生的原因及危害1 7 3 1 2 拥塞控制的概述一1 9 i i i 广东工业大学硕士学位论文 3 2t c p 拥塞控制机制2 0 3 2 1t c p 拥塞控制的工作原理2 l 3 2 2 t c p 拥塞控制的实现算法2 3 3 3i p 层拥塞控制机制2 4 3 3 1 队列管理算法2 5 3 3 2 队列调度算法3 0 3 4 小结3 3 第四章基于t c p r e d 离散模型的拥塞控制。3 5 4 1 问题的提出3 5 4 2t c p r e d 离散模型3 6 4 2 1t c p r e d 离散模型瞬态分析3 6 4 2 2t c p r e d 离散模型稳态分析3 9 4 3r e d 参数设置及仿真4 2 4 3 小结4 5 第五章基于q o s 的网络拥塞控制协调算法4 6 5 1 网络q o s 控制策略的性能标准4 6 5 2 协调算法设计4 7 5 2 1 协调算法模型及算法的设计4 8 5 2 2 协调算法整体性能分析5 1 5 3 仿真实验5 3 5 3 1n s 2 仿真实验基本流程5 3 5 3 2 算法在n s 2 上的仿真及实验分析5 5 5 4 小结6 8 总结和展望6 9 参考文献7 1 攻读硕士学位期间发表的论文7 6 独创性声明7 7 致 射7 8 i v c o n t e n t s co n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i ，l l b s t r a c t i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) i i i c o n t e n t s v c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n i 1 1 d e v e l o p m e n tb c k g r o u n d 1 1 2r e s e a r c hd o m e s t i ca n df o r e i g n r e l a t e d 2 1 3r e s e a r c hc o n t e n ta n do r g a n i z a t i o n ：4 c h a p t e r2b a s i ct h e o r yo fq u a l i t yo fs e r v i c e 5 2 1d e f i n i t i o no fq o sa n dp e r f o r m a n c e 5 2 1 1d e f i n i t i o no f q o s 5 2 1 2p e r f o r m a n c eo fq o s 6 2 2i n t s e r v 7 2 2 1m o d e lo fi n t s e r v 7 2 2 2s e r v i c ec a t e g o r yo fi n t s e r v 8 2 2 3c o m p o n e n to fi n t s e r v 9 2 2 4r s v p 9 2 2 5a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fi n t s e r v 10 2 3d i 髑e r v 1 l 2 3 1i n t r o d u c t i o n lo fd i f f s e r v 1 l 2 3 2b a s i cp r i n c i p l e so f d i f f s e r v 1 2 2 4s u m m a r y 11 c h a p t e r3n e t w o r kc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m 1 6 ：；1c o n g e s t i o na n dc o n g e s t i o nc o n t r o l 1 6 ：；1 1c a u s e sa n dd a m a g eo f n e t w o r kc o n g e s t i o n 1 7 3 1 2o v e r v i e wo f c o n g e s t i o nc o n t r o l 1 9 3 2t c pc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m 2 0 v 广东工业大学硕士学位论文 3 2 1w o r kp r i n c i p l eo f t c p c o n g e s t i o nc o n t r 0 1 2 1 3 2 2i m p l e m e n t a t i o n a l g o r i t h mo f t c p c o n g e s t i o nc o n t r 0 1 2 3 3 3i pl a y e rc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m 2 4 3 3 1q u e u em a n a g e m e n t a l g o r i t h m 2 5 3 3 2q u e u es c h e d u l i n ga l g o r i t h m 3 0 ：；4s u m m a r y 3 3 c h a p t e r4b a s e do nt c p r e dd i s c r e t em o d e lf o rc o n g e s t i o nc o n t r o l 3 5 4 1p r o p o s a lo f p r o b l e m 3 5 4 2t c p r e dd i s c r e t em o d e l 3 6 4 2 1t r a n s i e n ta n a l y s i so f t c p r e dd i s c r e t em o d e l 3 6 4 2 2i m p l e m e n t a t i o na l g o r i t h mo f t c pc o n g e s t i o nc o n t r 0 1 。3 9 4 3r e dp a r a m e t e rs e t t i n g sa n ds i m u l a t i o n 4 2 4 3s u m m a r y 4 5 c h a p t e r5q o s - b a s e dc o o r d i n a t i o na l g o r i t h mf o rn e t w o r kc o n g e s t i o nc o n t r o l 4 6 1 ；1w e bq o sc o n t r o ls t r a t e g yp e r f o r m a n c es t a n d a r d s 4 6 5 2c o o r d i n a t i o na l g o r i t h m 4 7 5 2 1m o d e la n da l g o r i t h md e s i g no fc o o r d i n a t i o na l g o r i t h m 4 8 5 2 2o v e r a l lp e r f o r m a n c eo fc o o r d i n a t i o na l g o r i t h m 51 5 3s i m u l a t i o n 5 3 5 3 1b a s i cp r o c e s s e so f n s 2s i m u l a t i o n 5 3 5 3 2a l g o r i t h ms i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a la n a l y s i si nn s 2 5 5 5 4s u m m a r y 6 8 s u m m a r ya n dp r o s p e c t 6 9 r 】b ：f e r e n c e 7 1 p u b l i s h e dp a p a e r s 7 6 p r o m e t h e a nd e c l a r a t i o n 。7 7 a c k n o w l e d g e m e n t s 。7 8 v i 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着i n t e r n e t 的普及，网络同人们的生活和工作己经密切相关。通过网络进行 的数据和信息传输已经成为现代商业社会重要且不可缺少的组成部分和赖以生存的 基础。近年来，人们对于在i n t e r n e t 上传输分布式多媒体应用的需求越来越大，一 般说来，用户对不同的分布式多媒体应用有着不同的服务质量要求，这就要求网络 应能根据用户的要求分配和调度资源，而传统的“尽力而为 转发机制，已经不能 满足用户的要求。因此，以提高网络资源利用率、为用户提供更高服务质量 ( q o s ，q u a l i t y o f - s e r v i c e ) i 口- j 题己经成为新一代计算机网络最重要的研究领域之一，对 未来网络技术的研究、应用具有十分重要的意义。网络拥塞控制技术l lj 则是解决计 算机网络q o s 问题的关键技术。 实施拥塞控制可以提高计算机网络的鲁棒性，是各种管理控制机制和应用的基 础【2 1 ，同时也是其他q o s 控制正常工作的必要前提。拥塞控制算法为互联网的发展 提供了良好的保障机制。由于互联网的迅速发展及规模不断扩大，尤其是当前网络 中的一些新应用( 如多媒体应用，组播应用等) 不仅增加了网络流量，更因为这些 应用改变了以往互联网上的流量性质，因而它们提出了新的服务质量要求。而目前 的拥塞控制算法由于不具备服务质量保障特性，不能预留带宽，不能限定网络延迟， 因此，研究基于q o s 的网络拥塞控制具有十分重要的意义。 根据算法的实现位置可以将网络拥塞控制算法分为两大类：源算法( s o u r c e a l g o r i t h m ) 和链路算法( 1 i n ka l g o r i t h m ) 。源算法在源主机中执行，作用是根据反馈信 息调整发送速率。链路算法在中间节点设备( 如路由器和交换机) 中执行，作用是检 测网络拥塞的发生，产生拥塞反馈信息。路由器能够全面地审视各个流对拥塞造成 的影响，从而决定将拥塞信息通知造成拥塞的源主机，降低数据发送速度。源算法 主要是基于t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 协议的网络拥塞控制，通过调整发 送窗口来减轻网络中的拥塞程度。当前计算机网络中的链路算法，也称i p 层拥塞控 制算法主要是d r o p t a i l 算法、r e d ( r a n d o me a r l yd e t e c t i o n ) 算法、w f q ( w e i g h t e df a i r q u e u i n g ) 算法。并且随着多媒体在计算机网络中的广泛应用，网络的q o s 也对现 1 广东5 - 业大学硕士学位论文 有的拥塞控制算法提出了更高的要求。 1 2 国内外相关的研究现状 。 t c p 的流量控制是i n t e m e t 正常运行的基础，围绕着t c p 流量控制的拥塞控制 一直是i n t e m e t 研究的一个热点。在i n t e r n e t 发展初期，拥塞控制主要是通过t c p 协议中端到端基于滑动窗口的流量控制完成的【3 1 。随后，t c p 的流量控制中也逐步 增加了慢启动、拥塞避免、快速重传与快速恢复等算法，以实现更平稳的流量控制。 随着网络应用的日益增长，研究者开始认识到完全在终端系统上进行端到端基 于滑动窗口的流量控制越来越困难。于是，人们把注意力转向网络中的中间节点设 备( 主要为路由器) ，期望通过增强它们的功能来实现源主机无法达到的性能。就拥 塞控制而言，网络中间节点有可能更及时，甚至提前准确了解网络的拥塞状态，并 依此实施有效的资源管理策略，使网络能有效地避免拥塞，或尽早从严重的拥塞状 态中恢复过来。当然，对路由器功能的扩展要受继承性和延续性的限制，否则将影 响技术的实用性。事实上，现有的路由器扩展功能，主要包括调度和队列缓存管理。 调度( s c h e d u l i n g ) 直接管理下次发哪个分组和分配各个流的带宽。而队列管理算法管 理路由器缓冲区中分组队列的长度，即在必要或适当的时候丢掉一些分组。 f l o y d 等人提出的随机早期检钡l j ( r a n d o me a r l yd e t e c t i o n ，r e d ) 算法【4 】，是最早 的一种主动队列管理算法( a c t i v eq u e u em a n a g e m e n t ，a q m ) 。它不是等队列满时才 丢弃分组，而是在队列长度达到一定值时就按一定概率来丢弃，丢弃概率随着队列 长度的增加而增大。r e d 试图用一种“提前通知 的手段来避免网络进入拥塞的状 态，从而提高网络的性能。r e d 算法的性能对参数十分敏感，在某些情况下会造成 队列的振荡【5 】。后来的研究者提出了很多r e d 的改进算法，如s r e d ，f r e d ，b l u e 等。这种通过一定概率丢弃数据包来“提前通知 源主机改变发送速率的方法成为 后来几乎所有a q m 算法的核心思想。不同的a q m 算法主要区别就在于用不同的 方法来估计网络的拥塞状态，并据此计算丢包概率。目前a q m 主要通过两种参数 估计网络的拥塞状态：平均队列长度和平均分组到达率。比如，r e d 及其改进算法 都是根据平均队列长度来计算丢包概率的；s r i s a n k a rk u n n i y u r 等人提出的 a q ( a d a p t i v eq u e u i n g ) ，a v q ( a d a p t i v ev i r t u a lq u e u i n g ) t 6 , 7 1 等算法则是利用平均分组 到达率来更新一个虚拟链路( v i r t u a ll i n k ) 的带宽，从而决定丢包概率；s a n j e e w a 等 人提出的r e m ( r a n d o me x p o n e n t i a lm a r k i n g ) 算法【8 】同时采用了平均队列长度和平均 2 第一章绪论 分组到达率这两种参数来计算丢包概率，因而取得了更好的效果，但由于步长固定， 使得队列长度在目标值附近仍然有较大幅度的振荡。2 0 0 0 年v i s h a lm i s r a 等研究者 提出了t c p 的非线性模型后【9 1 ，该模型成为分析和设计a q m 控制器的主要方法。 h o l l o t 利用此模型分析了r e d 的稳定性u o ，并为a q m 设计了比例积分 ( p r o p o r t i o n a l i n t e g r a t o r ，p i ) 控制器，仿真显示p i 与r e d 相比，p i 的确增强了队列 的控制能力，但由于其参数严重依赖于网络环境，比如连接数目、往返时间( r o u n d t r i pt i m e ，r t t ) 1 1 1 等，这使得p i 控制器不能适应动态变化的网络环境，健壮性较 差。 队列调度算法是实现网络服务质量( q o s ) 控制的核心机制之一，是系统资源 管理的重要内容，通过控制不同类型的分组对链路带宽的使用，使不同的数据流得 到不同等级的服务。早期的调度算法只有先进先出( f i r s ti nf i r s to u t ，f i f o ) 排队 算法，实现先来先服务，但是这种排队算法既不利于带宽的合理利用，也无法体现 各个客户端数据流的公平性，只是一种非常简单的排队方法。后来，产生了优先级 排队( p r i o r i t yq u e u i n g ，p q ) 算法和通用处理器共享( g e n e r a l i z e dp r o c e s s o rs h a r i n g ， g p s ) 的公平算法等一些分组调度算法。其后，在g p s 算法的公平分组调度机制的 基础上，众多学者提出了一系列的分组公平队列( p a c k e rf a i rq u e u i n g ，p f q ) 算法【1 2 1 。 1 9 8 9 年，d e m e r sa 等人就提出了加权公平队列算法( w e i g h t e df a i rq u e u i n g ， w f q ) ，是一种从分组模型角度逼近g p s 流模型调度效果的调度算法f 1 2 】。w f q 算 法的调度器使用最小虚拟完成时间( s m a l lv i r t u a lf i n i s ht i m ef i r s t ，s f f ) 机制，但 是由于w f q 算法所实现的性能与g p s 算法所描述的仍有不少差别，而且w f q 算 法也还存在不少缺陷，尤其是在最坏状况下公平性比g p s 差得爹1 3 】。后来b e n n e a 和h z h a n g 提出了一个更为逼近g p s 的p f q 算法：最坏情况加权公平队列算法 ( w o r s t c a s ef a i rw e i g h t e df a i rq u e u i n g ，w f 2 q ) ，该算法使用最小合格虚拟完成时 间( s m a l le l i g i b l ev i r t u a lf i n i s ht i m ef i r s t ，s e f f ) 机制，实现了g p s 模型中两个重 要的性质：( 1 ) 严格的延迟上界；( 2 ) 最坏状况公平属性。虽然w f 2 q 已经在所有 的p f q 算法当中性能已经是非常好，但是由于此算法在最坏状况下的算法复杂性与 w f q 相同，都需要计算g p s 系统的虚拟时间。因此，b e n n e t t 和h z h a n g 在w f 2 q 算法的基础上又进行了一些改进，提出了改进的最坏状况加权公平队列( w o r s t - c a s e f a i rw e i g h t e df a i rq u e u i n gp l u s ，w f 2 q + ) 。w f 2 q + 算法基本和w f 2 q 算法基本一样， 同样使用s e f f 机制，计算复杂度比w f 2 q 算法大大减少 1 4 , 1 5 1 。 广东工业大学硕士学位论文 1 3 研究内容及论文组织 虽然最初拥塞控制技术不是为了解决q o s 问题而出现的，但是随着q o s 的提 出，网络的拥塞控制和服务质量q o s 成为了密不可分的研究课题，鲁棒的拥塞控制 机制是保证网络正常运作的基础，也是保障网络服务质量的基础。没有鲁棒的拥塞 控制机制，保障网络的服务质量根本无从谈起。本文的研究目的对现有的拥塞控制 机制进行改进，使得既能降低网络的拥塞程度，同时又满足网络的q o s 要求。 本文研究内容组织如下： 第一章介绍课题研究背景、课题研究的意义、论文研究内容及组织结构。 第二章介绍网络服务质量q o s 的两种体系结构：综合服务体系结构i n t s e r v 和 区分服务体系结构d i f f s e r v 及其几个重要概念。 第三章介绍网络拥塞产生的原因，网络拥塞的现象及拥塞控制的基本机制，并 对t c p 拥塞控制机制和i p 层拥塞控制机制进行了详细阐述。 第四章针对目前r e d 队列管理算法参数设置主要依赖于使用者的经验并且其 相关理论指导存在着一定的片面性，通过研究t c p r e d 拥塞控制离散模型，分析 其稳定状态行为，并在推导出网络稳定状态期望值与r e d 参数之间关系的基础上， 提出一种通过解析法全面设置r e d 参数的方法，最后通过仿真实验对进行了验证。 第五章考虑到目前通常将拥塞机制中队列管理和队列调度两种算法分离，导致 两类算法缺乏相关性，缓冲资源和带宽资源的分配相互独立，协作性差，并只有当 缓冲资源和带宽资源的分配相互一致时，才能最大程度地利用缓冲队列的特性，使 得系统吞吐量和分组延迟的综合性能最优【_ 7 1 。本章基于最优化决策的思想提出了一 个队列管理和调度相结合的模型，并在该模型的基础上设计了协调算法。 第六章总结了本文的研究工作，并提出进一步深入研究的方向。 4 第二章网络服务质量的基础理论 第二章网络服务质量的基础理论 服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 的研究目标是有效地为用户提供端到端的服 务质量控制或保证。近些年来i e t f ( 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 ) 在此方面做了 大量的工作，先后提出了两种不同的i n t e r n e tq o s 体系结构：综合服务和区分服务。 此后学术界相继提出了一些折衷的结合模型如i n t s e r v 与d i f f s e r v 来实现端到端的 q o s 。 2 1q o s 的定义及性能指标 2 1 1q o s 的定义 q o s 是指网络服务提供商与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息 传输与共享的质量约定( 例如，传输延迟允许时间、最小传输画面失真度以及声像 同步等) ，而且在使用时它们必须是固定不变的、可预测的。为了满足各种用户应用 的需要，构建具备各种q o s 机制的网络是完全必要的。 实现q o s 的一种方法是按照服务水平的要求分配资源给每一个数据流。这种采 用“资源预留 进行带宽分配的方法并不适合“尽力而为 型应用。由于带宽资源 是有限的，q o s 的设计者引入了优先级概念，使得在资源预留后“尽力而为服务 的数据流的传输也能得到一定的保障。因此，q o s 可以分为两种基本类型。 基于资源预留：网络资源按照某个业务的q o s 要求进行分配，制定资源管理策 略。互联网工程任务组i e t f 提出的综合服务( i n t s e r v ) 【1 6 体系结构便是基于这种策 略，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 0 1 r s v p ) 1 7 1 是其核心部分。i m s e r v 通过r s v p 能够提供很好的确定q o s 保证，但是它需要在整个路径上进行资源的预 留，这种资源预留是基于软状态机制对每个业务流实施的，软状态需要周期性地进 行更新，当业务流数目很多时，扩展性受到很大的影响，这是i m s e r v 最大的缺陷。 基于优先级：网络边界节点对业务流进行分类、整形、标记。核心节点按照资 源管理策略分配资源，对q o s 要求高的业务给以优先处理。i e t f 提出的区分服务 ( d i f t s e r v ) 便是基于这种策略1 9 1 。d i f s e r v 是为解决i n t s e r v 不足和缺陷提出的，它 在业务的q o s 保证和算法的复杂性方面做了定的折衷。在d i f f s e r v 里，引入了 s 广东工业大学硕士学位论文 d i f f s e r v 域的概念，把支持相同规则d i f f s e r v 功能的路由器集合称为一个d i f f s e r v 域。d i f 略e r v 域由边界路由器和中间路由器组成。边界路由器主要完成业务量调节 的功能，包括业务的测量、标记和丢弃处理，经过边界路由器后，i p 分组被打上相 应的标记( d i f f s e r vc o d e p o i n t d s c p ) 。然后进入d i f f s e r v 域内。中间路由器每收到 一个i p 分组，就查看其d s c p 值，然后进行相应的调度处理，这种调度处理与d s c p 值是一一对应的，在d i f f s e r v 体系结构里，称为逐跳行为( p e r h o p b e h a v i o r , p h b ) 【2 0 1 。 2 i 2q o s 的性能指标 q o s 是用来衡量网络传输各种业务时的性能，用来定性和定量描述应用对服务 质量的要求，由于不同的应用对网络的性能要求不同，所以各种具体应用对网络的 期望值也不同( 见表2 1 ) 。q o s 通常包括以下常用的性能参数【2 1 儿2 2 1 。 表2 1 几种应用的q o s 需求 t a b l e 2 - 1q o sr e q u i r e m e n t so fs e v e r a la p p l i c a t i o n s 应用类型