（计算机软件与理论专业论文）mplste协议及其实现技术研究.pdf

摘要 如今i n t e m e t 应用如火如荼，i p 宽带业务高速发展，网络流量不断的扩张， 骨干网络中采用了流量工程技术来均衡负载，最大化的利用资源，减少拥塞的发 生，以确保应用业务的i pq o s 需求。 m p l 8 技术将控制平面与转发平面分离并提供了面向连接的标签交换路径 ( l s p ) ，为无连接i p 协议提供了面向连接的转发能力，因此为在i p 网络中实施 流量工程提高q o s 奠定了基础，m p l 8 流量工程通过结合面向连接的l s p 与约 束路由机制，能够实现根据流量的q o s 要求选择优化的、边缘到边缘的l s p ， 也能够通过显式路由来优化网络资源的使用，从而显著地提高了i p 网络端到端 的q o s 。 本文在详细论述i t e f 提出的i p q o s 模型及机制，即集成服务模型、区分服 务模型和多协议标记交换模型、约束路由和流量工程基础上，深入分析了 m p l s l i n u x 软件转发模块、r s v p t e ( a t l a n t i s ) 软件、q u a g g a 路由软件、l i n u x t c 模块的实现框架，以此为基础给出了在l i n u x 平台下m p l s - t e 的实现框架，并 实现了网络资源信息收集模块、约束路由计算模块、标签交换路径构造模快、流 量映射模块。最后，对本文所实现的m p l s t e 进行了功能测试，并且通过实验 分析了m p l s - t e 对提升i p 网络q o s 性能的影响。实验表明m p l s t e 能够按照 用户的服务需求构造符合q o s 的标签交换路径( l s p ) ，并且与传统i g p 选路传输 数据相比显著改善了数据的吞吐量和时延。 关键词：网络拥塞、流量工程、m p l s - t e 、q o s 、n e t t i l l e r 、l i n u x a b s t r a c t i n t e m e tg r o w t hi nr e c e n tt i m e sh a sb e e nv e r yi m p r e s s i v e a st h ea m o u n to fd a t a b e i n gc a r r i e do ni pn e t w o r k sg r o w s ，m a n a g i n gn e t w o r kr e s o u r c e s1 0e n s u r er e l i a b l e a n da c c e p t a b l ep e r f o r m a n c eb e c o m e si n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t t r a f f i ce n g i n e e r i n ga r e b e i n gu s e db ym a n yi n t e r n c t s e r v i c ep r o v i d e r s ( i s p s ) t oa c h i e v et h i s g o a lf o r i m p r o v i n gq o so v e ri pn e t w o r k s i nt h em p l sa r c h i t e c t u r et h e r 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 ea n dt h e c o n t r o lp l a n ew h i c h 即、r 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 oc o n n e c t i o n l e s s i n t e r n e tp r o t o c 0 1 m p l s 础q n c ei pn 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 s f u n c t i o n a l i t i e s m p l st r a f f i ce n g i n e e r i n g ( m p l s - t e ) i m p r o v en e t w o r kp e r f o r m a n c e t h r o u g hn e t w o r kr 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 s - t ei n t r o d u c e se n d - 1 0 - e n d q o sa s s u r i n ga b i l i t y 、砸l l l w 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 ef i r s t l ys u m m a r i z e saf r a m e w o r kf o rt h ee m e r g i n gi n t e m e tq u a l i t yo f s e r v i c e ( q o s ) ，a l l t h e i m p o r t a n tc o m p o n e n t s o ft h i s f r a m e w o r k ( i n t e g r a t e d s e r v i c e s r s v p ，d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ，m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ( m p l s ) ，c o n s t r a i n t - b a s e dr o u t i n ga n d 舡a f e n g i n e e r i n g ) t h e ni ta n a l y z e sr e l a t i v e do p e ns o u r c e s o f l w a r e sa n dt e c h n o l o g i e sf o ri m p l e m e n t a t i o no fm p l s - t el i k em p l s q i n u x ， r s v p - t e ( a t l a n t i s ) ，q u a g g a , l i n u xt c a tl a s t , i tp r e s e n t saf r a m e w o r ko fm p l s - t e i nl i n u xp l a t f o r m , a n di l l u s t r a t e st h ei m p l e m e n t a t i o no fi n f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o n m o d u l e ，c o n s t r a i n e d - m u t i n gc a l c u l a t i o nm o d u l e ，l s pc o n s t r u c t i o nm o d u l ea n dt r a f f i c m a p p i n gm o d u l e s u b s e q u e n t l y , t h ei m p r o v e m e n t i n t r o d u c e db ym p l s - t ei ni p n e t w o r ki sa n a l y z e dt h r o u g ht h ee x p e r i m e n tb yc o m p a r i n gt r a d i t i o n a li pa n d m p i s 1 卫 k e yw o r d s ：c o n g e n i o n , t r a f f i ee n g i n e e r i n g ，m p l s - t e , q o s , n e t t i l t e r , l i u u x l i 图表目录 图1 1i g p 选路图1 图2 1r s v p 运行过程图6 图3 im p l s 运行原理图1 3 图3 - 2 m p l s 协议栈图1 3 图3 - 3 m p l s 头1 3 图3 - 4 标记信息库1 4 图3 - 5 m p l s 标签转换图1 5 图3 - 6 m p l s - t e 实现模型，1 7 圈3 - 7 r s v p - t e 构造l s p 图1 b 图4 1m p l ss i g n a l ( r s v p t e ) 流程图2 l 图4 - 2 m p l s - l i n u x 数据转发图2 2 圉o p a q u e l s a 格式2 3 图4 4 1 1 的格式2 4 图4 5 l i i l l 【t l v 的内容2 4 图4 - 6 l i n u x 的t c 控制原理2 5 图4 7 流量控制函数调用流程图2 6 图4 8 c b q 树，2 7 图4 9u 3 2 过滤匹配过程，z 7 图4 1 0 r s v p 与t c 关系图2 8 图4 1 l 构造预约流函数流程图2 8 图4 1 2 策略路由实现原理，3 0 图5 1m p l s t e 工作原理图3 2 图5 - 2 m p l s t e 系统实现框架图3 3 图5 - 3 0 s p f q u a g g a 软件框架3 5 图5 - 4 i 娼v p d 与m p l s t e 通信示意图3 8 图5 - 5 0 s p f - c o n n e c t o r 模块状态迁移图3 9 图5 6 m p l s - l i n u x 流量映射实现原理图4 2 图5 7s e r v i c e 模块状态迁移图“ 图6 i 实验网络拓扑图4 5 圈纯i g p 选路数据流向圈4 9 图6 3 m p l s t e 选路数据流向图5 0 图“i g p 与m p l s - t e 选路p c b 到c 的u d p 数据报吞吐量和时延图5 l 表6 - l 实验设备表目4 6 表6 - 2 i g p 选路吞吐量和时延5 0 表6 - 3 m p l s - t e 选路吞吐量和时延5 0 表6 - 4 i g p 与m p l s w e 选路p c b 到c 的u d p 数据报吞吐量和时延5 1 v 缩略语表 英文解释 i n t e m e ts e r v i c ep r o v i d e r i n t e r a c te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k i n t e r i o r g a t e w a yp r o t o c o l a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e v i r t u a lc h a m e i q i | a l i t yo f s e r v i c e m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s l a b e ls w i t c h e dp a t h l a b e le d g er o u t e r l a b e ls w i t c h e dr o u t e r l a b e li n f o r m a t i o nb a s e o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t c o n s t r a i n e ds h o r t e s tp a t hf k s t r a s m u c er e 辩r v a t i o up r o t o c o l t l 蛹cc o n t r o l t i a 币ce n g i n e e r i n g m p l s - e x t e n s i o uf o rt r a f f i ce n g i n e e r i n g l a b e id i s t r i b u t i o np r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c o i d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c p e r - h o pb e h a v i o r i n t e g r a t e ds e r v i c e 中文解释 因特网服务提供商 因特网工程任务组 下一代网络 内部网关协议 异步传输模式 虚通道 服务质量 多协议标签交换 转发等价类 标签交换路径 标签边界路由器 标签交换路由器 标签信息库 开放最短路径优先 受限路由优先 资源预留协议 流量控制 流量工程 m p l s 流厦工程 标签分发协议 因特网协议 区分服务 每一跳行为 集成服务 v i 撇 研 一 麟 研 一 w 螂一 眦 御 嗽 墩 m 一 一 一 佗 仉 讲 m 一 眦 呶 哪 l i n ks t a t e a d v e r t i s e m e n t 1 蜘h f i g t hv a h 链路状态通告 类型长度值 v 学位论文独创性声明： 本人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。与我一同工 作的同事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。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 学位论文使用授权说明 2 0 0 7 年6 月1 2 日 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 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。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河 海大学研究生院办理 论文作者( 签名) ：珊 参 - 2 0 0 7 年6 月1 2 日 捌 母人竽坝士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着因特网的日益发展，网络用户的数量迅猛增长，同时业务的形式变得日 益多样化。与传统形式的邮件、w e b 刘览等业务不同，i p t v 、v o i p ，以软交换 为核心的下一代网络( n g n ) 语音业务、互动游戏等新业务，对网络传输的延时、 抖动具有较高的要求。网络流量的扩张和服务种类的多样化，对i s p 服务提供商 提出了更高的要求，它们需要从以往的尽力提供服务的角色向如何做到提供更好 的服务角色转变。但是，互联网的基本传输机制却并没有发生变化，t c p i p 协 议族是一种无连接的的传输模式，所有数据报都放以。尽力而为”的方式发往目 的地址，无法保证吞吐量和传送时延等服务质量( q o s ) 。过去的二十多年中，数 据业务主要依托于i p 技术。传统的以l p 包转发为基础的机制具有良好的统一 性、兼容性，i p 融合了各种不同的物理网络，并以尽力传送，服务不分等级的 转发，保证了网络资源的充分利用。然而，今天用户对网络的需求已不仅仅限于 数据，而是进一步上升为语音、视频等的传送。用户对传送的可靠性、时延、时 延变化等传输质量有了更明确的要求。由于以往的传输控制手段，i n t e m c t 缺乏 有效的流量和网络带宽管理手段，网络容易导致拥塞。无法提供服务质量( q o s ) 保证，使得很多应用如语音和视频等，在目前的i p 技术下无法获得很好的服务。 虽然互联网业务量在整个网络中是非均匀分布的，但是现有i p 路由方法仅以静 态链路度量为基础计算端到端的最短路径作为传输通路，完全无视网络负载的动 态特性，在某一观弱点上，互联两业务量的到达过程具有“自相儆”特性而导致 这一区域的资源过度利用，导致网络传输中“热点”，其结果是，当网络的某一 部分因突发负载而发生捌塞时其相邻部分却有大量链路资源闲置。因此网络中流 量的可靠性、对延、时延变化等传输质量得不到很好的保证。 下面，首先分析一下i g p 选路引发的问题，如图1 - l 所示： 图1 - 1i g p 选路图 m p l s - t e 协议及实现技术的研究第一章绪论 在基于i g p 路由技术( 比如o s p f ，且假设各链路的m e t r i c 都相同) 选路的情 况下，通常r 8 到r 5 的流量会选择路径r 8 r 2 r 3 r 4 r 5 ；而r 1 到r 5 的流量会 选择路径r i r 2 r 3 r 4 r 5 ：如图1 1 所示，如果r 8 到r 5 流量为2 0 m ，r l 到 r 5 的流量为4 0 m ；则在r 2 r 3 的链路上存在6 0 m 流量( 由于r 2 r 3 的链路带宽 为1 0 0 m ，所以没有问题) ，然而r 3 r 4 的链路带宽仅为5 0 m ，此时就会有1 0 m 流量被丢弃，所以最后r 5 收到的流量也只有5 0 m ；此时拓扑下方的链路 r 2 r 6 r 7 r 4 处于空闲，这就出现了流量的不均衡。 流量工程主要目是提高运营网络的整体性能，从技术上来讲就是优化网络流 量分布，从而改善流量的各个性能指标，包括时延，抖动，丢包率和吞吐量等， 最大化的利用现有的网络资源，减少拥塞的发生，以确保用户应用业务的q o s 需求。 1 2 研究现状 1 2 1 基于度量流量工程技术 在早期基于路由器的核心网中，流量工程技术是通过简单地调整路由量度值 ( m e t r i c ) 来实现的。即给每条链路规定一个量度值，两点之间的路由是基于链路 量度值计算来确定。其目的是避免某些链路超负荷传输。因为那时无论从路由器 数量、链路数还是业务流量来讲，i n t e r a c t 骨干嬲都是非常“小”的，所以基于量 度的控制是足以胜任的。随着网络规模越来越大，相关性复杂，基于量度的流量 控制显示出它的局限性，已经很难通过修改链路的度量来控制流量走向；而且通 过管理员来修改也变得不实际；同时为全网络中的链路选择一优化的量度值本身 是一个n p h a r d 的问题【i 】。 1 2 2 重叠模型流量工程技术 目前，解决i g p 协议簇的上述缺陷流行的方式是使用重叠模型技术，例如 i p o a 、m p o a 等，它是一种传输i p 数据包的手段。重叠模型在网络的物理拓扑 结构上提供了一个自由的虚拟拓扑结构，从而扩展了网络设计的空间。这种虚拟 拓扑结构由虚电路构成，在i g p 路由协议看来，这些虚电路就相当于过去的物 理链路。传输的实际链路使用a t m ，因此重叠模型能轻易的支持流量与资源控 制，它们包括：d v c 级的约束路由，2 、可由网络管理人员进行配置的显式路由， 3 调 d q 允许控制功能，4 ) 流量整形和流量策略功能。依靠这些功能可以有效的实 现流量工程策略。例如，可以将过度使用的网络链路上的业务流转移到较为空闲 2 删拇犬字坝士学位1 沧文 的网络链路上 这种技术的缺陷【2 】d l ： 1 ) 流量与资源控制部分主要依赖于a t m 链路技术。因此网络服务提供商0 s p ) 希望在光网络中实施流量工程的话，则第2 层( 物理链路) 不能提供流量工程；而 且随着混合媒体网络的增长，要求流量工程在第3 层( i p 层) 实现，以提供一种集 成的途径。 2 ) 可扩展性差。链路状态协议对于实际的m e s h 网络具有极低的可伸缩性，网 络中某一物理链路的失效将导致大量的v c 级虚拟链路的失效，由此引发巨大的 更新报文以取得网络节点链路信息库的一致。 3 ) 网络管理复杂。需要协同好a t m 网络层和i p 网络层来排除和解决网络中出 现的问题。 1 2 3 基于m p l s 的流量工程技术 m p l s 作为能与i p 很好结合的下一代网络技术，它具有类似a t m 技术建立 面向连接传输路径的能力，能预先建立明确路径的显式路由。它的吸引人之处主 要在于通过手工的网管配置或是下层协议的自动配置，可以很容易的建立起不受 传统逐跳路由协议限制的显式l s p ，可以较容易的实现“约束路由”，所以它保 留了重叠模型流量工程技术的优点，又能与i p 网络很好的结合，为流量工程实 施提供了一种新的途径，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。 采用m p l s 来支持流量工程，则有以下方面的优点【2 】1 3 1 1 ) 通过分离转发与控制部件的分离，使得易于功能的扩充，比如只需在控制部 件中增加多播模块，即可获得对于多播的支持； 2 ) 支持显式路径，不受按目的地址转发方法的限制，显式路径可以采用手工管 理配置或利用有关协议自动配置； 3 ) 支持流量的聚集和分离，而传统按目的地址的转发只支持流量聚集； 4 ) 易于和基于约束的路由体系结构相集成； 5 ) 以较低的开销实现流量工程。某一物理链路的失效不会像a t m 那样牵涉大 量的虚拟链路的失效，导致大量的v c 级链路更新泛洪报文，所以泛洪报文的数 据量大大减少，使得网络收敛速度更快； m p l s 流量工程最核心的部分是利用约束路由计算显式路径、利用显式路径 建立标记交换路径( l s p ) 、利用标记交换路径进行流量分配。 本文主要在探讨现有i pq o s 技术的基础上，进一步探讨了m p l s - t e 的实现 原理及其在l i n u x 下的具体实现方案，最后通过实验分析了m p l s t e 对提升i p m p l s - t e 协议及实现技术的研究 第一章绪论 网络q o s 性能的影响。 1 3 本文所作的工作 目前基于m p l s t e 流量工程技术应用的相关研究文章大多是研究m p l s 流 量工程的原理，以及在理论层次上论述m p l s 流量工程对q o s 的作用或者通过 m n s ( m p l sn e t w o r ks i m u l a t o r ) 等软件模拟试验环境获得实验数据。本文工作主 要于l i n u x 平台下m p l s - t e 实现技术的研究，同时通过本平台进行实验分析 k i p l s t e 对提升i p 网络q o s 性能的影响。 具体工作如下： 1 ) 在探讨i pq o s 技术的基础上，分析了m p l s - t e 的技术原理。 2 ) 深入分析了m p l s l i n u x 软件的实现框架，以及在l i n u x 网络协议栈中的运 彳亍原理。 3 ) 深入分析了r s v p t e ( a t l a n t i s ) 软件框架、流量控制模块与l i n u xt c 阃关系。 4 ) 分析了q u a g g a 路由软件的实现框架，并对其扩充的o s p f a p i 进行了详细的 分析。 5 ) 搭建网络实施环境，可分为如下： 安装配置q u a g g a 路由软件，m p l s l i n u x 软件，r s v p - t ea t l a n t i s 软件， 构建一m p l s 网络。 配置l i n u x 内核支持流量控制、报文转发和n e t f i l t e r 。 6 ) 在分析m p l s - t e 技术的基础上，结合o s p f 、r s v p - t e 以及l i n u x 的t c 模 块，设计了l i n u x 下m p l s - t e 的软件系统框架。 7 ) 对m p l s t e 进行了实验测试以及q o s 的性能分析。 4 刊i 母人芋坝士竽位佑又 2 1 i p q o s 介绍 第二章i pq o s 概述 多媒体业务的出现( 数据、音频、视频) ，使得i n t e m e t 从传送数据向传送数 据、语音、视频的多业务网络转变。不同类型业务对服务质量的需求差别很大， 而i p 协议提供的是无差别的、尽力而为的服务，无法提供可区分的、可保证的 服务，因此业界提出了i pq o s 的概念，希望在i p 网络上能对不同业务提供相应 的q o s 保证。关于i pq o s 的概念比较混乱，不同研究组织，如玎u 、e t s i 、i s o 、 i e t f 等对于i p q o s 给出了不同的定义这些定义，出于各制定者自身的服务对 象不同，定义的内涵也不尽相同。 1 ) 1 1 u t 在建议书e 8 0 0 中定义q o s 为【4 】【5 】：q o s 是服务性能的总效果，该效 果决定了一个用户对服务的满意程度。它是从自身做为网络运营的角度来定义i p q o s 这一概念。 2 ) i e t f 关于i pq o s 的定义 4 1 ：i e t f 没有给出统一的有关i pq o s 的定义，其所 指的i pq o s 实际上是指网络层的q o s ( i p 层的q o s ) ，i p 层的q o s 性能参数，主 要包括丢包率、吞吐量、传输时延、时延变化等。这些性能参数的行为主体是l p 包。 3 ) i s o 关于i pq o s 的定义：它在i s o i e cj t c i s c 2 1 的服务质量框架1 5 l - “q u a l i t yo fs e r v i c ef r a m e w o r k ”中给出了完整的q o s 模型和相对完善的q o s 定 义。i s o 认为q o s 不局限于网络层和应用层，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，所以都存在服务质量( q o s ) 的概念。因此，它存在 于网络的各个协议层次之间，只要有服务的地方就有服务质量的概念。 不管从何种角度出发定义q o s ，其最终都可以抽象为如下这么一个概念口 q o s ，它是指i p 分组或流通过网络时的性能，这种性能通过一系列可度量的参 数来描述。它的目标是流或分组提供端到端的服务质量保证，提高网络资源利用 率。 主要参数包括： 带宽( b a n d w i d t h ) ：网络能提供给通信双方的有效带宽，根据用户对网络传输 速度的要求不同。对带宽的需求可以分为峰值带宽、平均带宽 时延( d e l a y ) ：分组的第一个b i t 离开发送端与分组的最后一个b i t 到达接收端 的时间间隔。影响时延的因素主要有：物理传输时延、包处理时延和缓存排队时 m p l s t e 协议及实现技术的研究 第二章i p q o s 概述 延。 时延抖矽j ( d e l a y j i t t e r ) ：时延抖动是指传输数据包的时延变化。数据业务对时 延抖动不敏感，而实时业务对延迟抖动比较敏感，严重时可能导致服务不可用。 丢包率( 1 0 s sr a t e ) ：一定时间间隔内，丢失的分组传输的分组总数。分组丢 失主要因为网络拥塞所导致。 2 2i pq o s 模型分类 i e t f 已经建议了很多服务模型和机制，以满足q o s 要求，主要有集成服务 服务r s v p 模型、区分业务模型( d i f f s e r v ) 。 2 2 1 集成服务( i n t s e r v ) r s v l 模型 现有的互联网i n t e m e t 的i p 协议提供的是一种无连接的网络层传输服务，为 了实现互联网上的端到端q o s 保证，i e t f 在1 9 9 3 年提出i n t s e r v ( i n t e g r a t e d s e r v i c e ) 体系结构。 i n t s e r v 模型又称为综合业务模型，其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。它 使用的资源预留协议( r s v p ) 是一种预留资源的信令控制协议协议，而不是路由 协议。发送端首先向接收端发送p a t h 信息，该消息中包含了描述发送数据流的 流量特性参数。路由器接到p a t h 消息后转发给由路由协议决定的下一跳。当接 收端收到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。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，同时保存该分 组的状态信息。从中可以得出其特点是：呼叫建立和资源预留。 2 2 1 1r s v p 协议的工作过程 r s v p 建立业务流发送路径及资源预留的过程【6 聊如图2 1 所示： 图2 - 1r s v p 运行过程图 1 ) 发送者向接收者发送个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。 6 删j 母_ 人字坝士字位论文 2 ) p a t h 消息根据各节点的路由信息，逐跳传送，每个路由节点建立路径状 态，并转发p a t h 消息。 3 ) 接受者收到p a t h 消息后，发起资源预留请求，并且向上一跳发送r e s v 消息。该消息中包含了预留规格说明、过滤器规格说明等，主要包含的参数就是 要求预留的带宽大小。 4 ) 各路由节点依据路径状态的信息逐跳发送r e s v 消息。各节点在收到 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 息继续转发。 5 ) 当发送者收到r e s v 消息并且接受接受该请求时，它向接收端发回一个 确认消息。表示预留已经成功，发送者可以开始发送数据。 从以上的过程我们可以看出，r s v p 呼叫建立过程有个特色，就是由接受方 驱动资源预留这种方式主要是为了在有不同的接收方数量和接收方有不同的服 务质量要求的情况下具有更高的灵活性。 2 2 1 2 集成服务( i n t s e r v ) r s v i 模型优缺点 i n t s c r v r s v p 提供了i pq o s 中最高级别的保证，它允许应用层以粗的粒度 和可靠性来获得数据传输的服务保证。优点【6 】主要如下： 能够提供绝对保证的q o s 。因为r s v p 需要运行在从源端到目的端之问的每 一个路由节点上，可以监视每个流使用资源的状况，防止其消耗比其请求、预留 的要多的资源。 可以使用现有路由协议决定数据流的通路。它做为一种使用软状态的控制协 议，需要周期性的重传p a t h 和r e s v 消息，所以对网络拓扑的变化能够及时做 出反应。 r s v p 的缺点正是某些优点所形成的，首先它的伸缩性不好，随着预约数据 流的增加，在每个路由节点需要维护的状态信息也成比例上升，占用了路出节点 的大量资源。同时，为了能提供端到端之间的q o s ，必须要求中间节点都支持运 行的信令协议，如中间某一区域不支持r s v p 协议，则在这一区域，数据包将以 尽力而为的方式传输，所以q o s 保证也就因此打了折扣。同时，对于短生存期 的数据流，为其建立一数据通路的开销可能远远大于处理此数据流的开销。正因 为如此，以i n t s e r v r s v p 目前的形式将不会在i n t e m c t 骨干网络中得到广泛部署， 而是比较适合应用在小型网络或无线移动i p 网络中。 7 m p l s - t e 协议及实现技术盼研究 第二章t e q o s 概述 2 2 2 区分业务模型( d i f t s e r v ) 在i n t s e r v r s v p 模型的实施遇到巨大困难的情况下，i e t f 于1 9 9 8 年提出了 区分业务模型( d i f f s e r v ) 1 6 j 嘲，其最大特点就是简单有效、扩展性强，它对网络层 和运输层只做微小的改变，在网络的边缘加上计量、分类和标记的方法，网络核 心只根据数据包的不同标记区别处理，负责数据包的转发而不需保持状态信息。 d i f f s e r v 起源于i n t s e r v 。d i f 鹅e r v 的目的是在因特网上为流量提供有区别的业务 级别。与i n t s e r v 相比，d i f f s e r v 定义的是一个相对简单而粒度粗一些的控制系 统。另外，d i f t s e r v 针对的是流聚合后的每一类o o s 控制，而不是像i n t s e r v 那 样针对每个流。因此，d i f f s e r v 具有可扩展性，能够在大型网络上提供q o s 服务。 2 2 2 1 区分业务模型0 a i f r s e r v ) r 作原理 区分业务通过取代i p 服务类型( t o s ) 字段中的前六位改名为d s t 6 1 1 9 1 ，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，不涉及下层的传输技 术。它主要通过两个机制来完成不同o o s 业务要求的分类：d s 标记和一个包转 发处理库的集合一p h b ( p e rb o pb e h a v i o r 每一跳行为) 。通过对一个包d s 字段 的不同标记，以及基于d s 字段的处理，就能够产生一些不同的服务级别。它依 靠在其域的边缘( i s p 的入e 1 ) 对进入流进行分类，并为每一类型指定个类型标 志d i f p 3 e r v 代码点( d s ) 。域内的核心路由器查看d s 值，并根据每一类的特定逐 跳行为( p h b ) 调度包的转发。它采用边缘监管、分配和业务优先级的结合，为不 同q o s 要求的应用分配不同的服务优先级，从而满足不同业务的q o s 要求。其 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。区分服务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。 2 2 2 2 区分业务模型( d i f f s e r v ) 优缺点 相比较于综合业务模型，其有如下的优点【6 】： 层次简单，伸缩性较好：d s 标记只是规定了有限数量的业务级别，状态信 息的数量正比于业务级别，而不是流的数量。 不影响路由：区分业务模型的节点提供服务的手段只限于队列调度和缓冲管 理，并不涉及路由选择。 便于实现：只在网络的边界上才需要复杂的分类、标记、管制和整形操作。 删坶人竽坝士竽性也又 i s p 核心网络路由节点只需要根据数据包中的d s 标记进行分类，因此实现和部 署区分、分级都比较容易。 由于i t e f 仅仅提出了d i 儡e r r 在一个子网域内实现q o s 的框架，它的不足 之处是很难提供基于流的端到端的严格质量保证。目前，区分服务是业界认同的 i p 骨干网的q o s 解决方案，但是由于标准还不够详尽，不同运营商的d i f t s e r v 网络之间的互通还存在困难。 2 3 存在问题 前面提到的这些技术可以作为基础q o s 技术在相关的网络部件上使用，但 是i e l v 的这些成果没有解决全网的q o s 问题，缺乏一个可以实施的整网q o s 机制，而从路由器等设备来看，已初步具备基本的q o s 能力。因此如何制订整 网络q o s 机制，发挥出路由器的q o s 能力成为很多有影响力的标准组织的关注 热点。包括i n t e m e t 2 、m s f ( 多业务交换机论坛) 、e t s i t i p h o n 、u 等组织目 前都在大力研究和制订i p 网的整网q o s 机制，而美国有线电视工业的标准组织 c a b l e l a b 也在为c a b l e 运营商研究制订i p 网q o s 机制，3 g p p 则为下一代无线 核心网络研究制订q o s 机制。而现在的动态路由协议都会导致不均匀的流量分 布，因为它们总是选择最短路径转发包；结果是在两个节点之问顺着最短路径上 的路由器和链路可能发生拥塞，而沿较长路径的路由器和链路却是空闲的。 流量工程【l0 j 的根本目的在于安排数据流如何通过网络，以避免不均匀地使用 网络资源而导致拥塞，优化全网络资源的利用，以确保用户应用业务的q o s 。因 此，无法指望升级改造目前的路由协议，或者通过在网络中支持集成服务模型与 区分服务模型等方式来达到流量工程的目标。 m p l s - t e 协议及实现技术的研究第三章m p l s t e 技术原理 第三章m p l s t e 技术原理 流量工程( t e ) 主要于优化运行网络的性能，它的一个主要目的就是在促进有 效、可靠的网络操作的同时，优化网络资源的利用率和流量的性能。m p l s 由于 自身路由与转发分离的特点，非常适合与t e 结合，形成m p l s t e 技术。 3 1 流量工程c l r e ) 概述 流量工程的核心思想就是实现全网流量的优化配置。它提供一定的技术手段 帮助i s p s 将阻塞链路上的流量转移到那些没有被充分使用的链路上去，提高已 有网络设旌的利用率，实现利润的最大化。 3 1 1 流量工程性能指标 流量工程的主要性能指标l o l 可以分为两种： 面向流量 面向资源 面向流量的性能指标包括了增强流量q o s 功能的各个方面。在单一q o s 等 级，尽力而为的i n t e m e t 流量模型中，面向流量的性能指标包括：对分组丢失的 最小化、对时延的最小化、对吞吐量的最大化以及对服务等级协定的增强等。在 这一流量模型中，使分组丢失最小化是最重要的性能指标。而在未来的区分服务 的因特网中，一些与统计数据有关的面向流量的性能指标( 如时延峰值变化、丢 失率等) 也将会越来越重要 面向资源的性能指标包括了优化资源利用的各个方面。高效的网络管理是达 到面向资源性能指标的重要途径。通常我们都希望能够确保在其它可选路径上还 有可用资源时，一条路径上的网络资源不会被过度的使用。带宽是当前网络上的 种非常重要的资源。因此，流量工程的一项中心任务就是对带宽资源进行有效 的管理。 无论是面向资源的还是面向流量的流量工程，它们首要的性能指标都是拥塞 的最小化。这里所关心的拥塞主要是长时间的拥塞，而不是由突发的流量所造成 的短时间拥塞。 1 0 删j 母人竽坝士竽位化_ ) ( 3 1 2 流量工程与q o s 流量工程和q o s 是两个非常容易混淆的概念，往往有人将它们混为一谈。 从提供的功能来看，它们之间存在一个“交集”，都希望能够为端用户提供有高 质量保证的服务。但对流量工程技术来说，这仅仅它的目标之一，它更重要的目 标是优化全网流量分布，优化整个网络资源的利用效率。从它们在技术实施的具 体对象上来看，可以发现巨大的差异性，流量工程是一种宏观控制技术，它从网 络整体情况出发，从宏观上控制流量( t r a f f i c ) 在网络的分布，以期避免网络拥塞， 而常见的q o s 技术则往往着眼于某一条具体的数据流( n o w ) ，通过各种手段提高 这条流的q o s 。 流量工程是从优化网络资源和满足约束两个方面从根本上去解决业务流量 与可用资源之间的映射效率不高而导致的q o s 下降问题，弥补单纯的综合服务 ( i n t s e r v ) 与区分服务( d i f l s e r v ) 两种q o s 模型在宏观网络资源利用方面的不足。因 此流量工程和q o s 是两种关系非常紧密的技术，但决不能在它们之间划等号或 认为是一个属于另一个的关系。 3 2 多协议标签交换技术( m p l s ) m p l s ( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t