（计算机应用技术专业论文）支持rsvp的动态分布式qos路由模型研究.pdf

摘要 支持r s v p 的动态分布式q o s 路由模型研究 摘要 q o s 路由是一种动态路由技术，它能够根据网络资源的变化和数据流的q o s 请求计算满足该数据流服务质量的转发路径。与传统的路由技术相比，q o s 路由 算法往往需要考虑数据流的带宽、延时、包丢失率等多个q o s 参数，因而能够 为i p 网络的服务质量提供有效保证。特别是当q o s 路由技术与其他技术( 例如 r s v p 、d i f f s e r v 等) 相结合时，q o s 路由的引入弥补了传统路由协议由于采用面 向无连接的数据包转发机制所产生的缺陷，为实现i p 网络端到端的q o s 保证提 供了一种更好的解决方案。 针对q o s 路由的这种优点，本文提出了一种将r s v p 与q o s 路由相结合， 实现i p 网络端到端q o s 保证的解决方案。r s v p 是i e t f 工作组所提出的综合服 务模型采用的资源预留协议，通过事先在传输层为数据流预留所需的网络资源， r s v p 能够实现数据流在i p 网络中传输的服务质量保证。传统的路由协议由于 只能提供“尽力而为”的数据包转发服务，因此计算所得的路径往往不能满足数 据流的q o s 需要，导致r s v p 沿该路径进行资源预留时失败；而采用q o s 路由 技术则可以根据数据流的q o s 请求动态选择适合的转发路径，不仅提高了r s v p 资源预留的成功率，而且有利于提高整个网络的性能和吞吐量。 本文在深入研究r s v p 工作机制和q o s 路由算法的基础上，提出了一种支持 r s v p 的动态分布式q o s 路由模型。与传统的综合服务模型相比，它在以下几方 面进行了改进：( 1 ) 采用基于带宽和延时的动态分布式q o s 路由算法；( 2 ) 提 出了r s v p 与q o s 路由之间的接口设计和基于“软状态”的路径管理策略。论 文详细阐述了支持r s v p 的动态分布式q o s 路由模型的体系结构，完成了系统 各模块的设计工作和基于带宽和延时的q o s 路由算法的仿真测试，并且对r s v p 与q o s 路由结合过程中产生的控制信息交互、接口设计以及路径管理问题进行 了详细地讨论。结合q o s 路由技术的发展趋势和实际应用的需要。论文提出了 系统进一步的研究方向。 关键字：资源预留q o s 路由路径管理 o s p f 协议 a b s t r a c t r e s e a r c ho f a d y n a m i c d i s t r i b u t e dq o s b a s e d r o u t i n g m o d e lt h a t s u p p o r t s r s v p a b s t r a e t q o s - b a s e dr o u t i n gi sad y n a m i cr o u t i n gm e c h a n i s m w h i c hc a nf i n das a t i s f y i n gp a t hb a s e d o nt h en e t w o r kr e s o u r c ei n f o r m a t i o na n dt h ed a t af l o w sq o sr e q u i r e m e n t s c o m p a r e dw i t h t r a d i t i o n a lr o u t i n gm e c h a n i s m ，q o s - b a s e dr o u t i n ga l g o r i t h mw i l lc o n s i d e rt h ed a t af l o w sq o s r e q u i r e m e n t s s u c ha s b a n d w i d t h ，d e l a y , r e l i a b i l i t ya t e s p e c i a l l y , w h e nq o s - b a s e dr o u t i n g m e c h a n i s mi sc o m b i n e dw i t ho t h e rq o s t e c h n i q u e ss u c ha sr s v p , d i f f s e r ve t c ，i tc a np r o v i d ea b e t t e rs o l u t i o nf o rp r o v i d i n ge n d - t o e n dq o s g u a r a n t e ei ni pn e t w o r k t h i sd i s s e r t a t i o ni s t r e a t i n go fs u c han e ws o l u t i o nb yc o m b i n i n gr s v pw i t hq o s b a s e d r o u t i n gm e c h a n i s m a sw ek n o w , r s v pi s ak i n do fr e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o lu s e di n i n t e g r a t e ds e r v i c em o d e l b yr e s e r v i n gs o m en e c e s s a r yn e t w o r kr e s o u r c ei na d v a n c e ，r s v p c a n p r o v i d es a t i s f y i n gq o sg u a r a n t e ef o re a c hf l o w i no u rd i s s e r t a t i o n ，q o s b a s e dr o u t i n gm e c h a n i s m i su s e dt 0f i n dap a t ht h a tc a nb e t c e rs a t i s f yt h ed a t af l o w sq o sr e q u i r e m e n t s s ot h a tr s v pc a n m a k eas u c c e s s f u lr e s o u r c er e s e r v a t i o no nt h i sp a t h w eb e l i e v et h a tt h i ss o l u t i o nc a nn o to n l y p r o v i d eb e t t e re n d - t o - e n dq o sg u a r a n t e ei ni pn e t w o r k ，b u ta l s oi m p r o v e t h ep e r f o r m a n c eo ft h e w h o l en e t w o r k i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，b a s e do nt h er e s e a r c hi nr s v pa n dq o s b a s e dr o u t i n ga l g o r i t h m ，w e i n t r o d u c ean e wq o s - b a s e dr o u t i n gm o d e lt h a ts u p p o r t sr s v p c o m p a r e dw i t ht h ei n t e g r a t e d s e r v i c em o d e l ，i tm a k e ss o m ei m p r o v e m e n t si ns u c hf i e l d s ：i ) i m p o r tad y n a m i c a ld i s t r i b u t e d q o s - b a s e dr o u t i n ga l g o r i t h mw i t hb a n d w i t ha n dd e l a yl i m i t a i o n 2 ) s u g g e s ta ni n t e r f a c eb e t w e e n r s v pa n dq o s b a s e dr o u t i n gp r o t o c o la n daf l e x i b l ep a t hm a n a g i n gs t r a t e g yb a s e do ns o f t - s t a t e i nt h ed i s s e r t a t i o n ，w ed e s c r i b ei t sa r c h i t e c t u r ea n di m p l e m e n te a c hb l o c ki nd e t a i l w ea l s o d i s c u s st h ei s s u e sp r o d u c e dw h e nc o m b i n i n gr s v pw i t hq o s b a s e dr o u t i n ga l g o r i t h ma n dd o s o m es i m u l a t i o no i lt h eq o s - b a s e dr o u t i n ga l g o r i t h m a tl a s t ，w cs u m m a r i z et h ea d v a n t a g ea n d d i s a d v a n t a g eo f t h eq o s - b a s e dr o u t i n g m o d e la n dd i s c u s st h er e l e v a n tr e s e a r c hf i e l d si nf u t u r e k e y w o r d s ：r s v p ,q o s - b a s e dr o u t i n g ，p a t hm a n a g e m e n t ， o s p f 绪论 绪论 当今的互联网采用的是“尽力而为”( b e s t e f f o r t ) 的数据包投递服务，这种面向无连接 的传输机制决定了i p 网络根本无法为数据流提供q o s 保证。但随着i p 电话、视频会议等 多媒体网络应用的迅速崛起，它们对i p 网络的传输性能提出了更高的要求。与传统的数据 应用相比，新的多媒体应用数据流要求网络能够提供更多的带宽、更小的延时以及更低的数 据包丢失率，所有这些q o s 要求往往比数据包的正确到达更为重要。因此，如何实现t p 网 络的o o s 保证，已经成为i n t e r a c t 发展的当务之急。 其中一种较为有效的解决方案是i e t f 工作组在1 9 9 4 年提出的综合服务模型 ( i n t s e r v r s v p ) ，其核心思想是利用r s v p 协议为多媒体数据流在网络中事先预留部分网 络资源，以保证数据流得到所需的服务质量。r s v p 是运行在i p 路由协议之上的一种信令 协议。路由协议首先按照一定的路由算法计算得到从源端到目的端的转发路径，然后r s v p 协议通过r e s v 消息沿该路径为数据流预留所需要的网络资源。如果路径沿途某个节点不能 满足数据流的资源预留请求，将导致整个数据流传输失败。 目前，r s v p 和路由协议之间仍然存在严重的不兼容。主要表现为传统的路由协议是以 寻找从源端到目的端的最短路径为目标。而不是寻找能够满足数据流带宽、延时等q o s 请 求的路径。这样通过传统路由协议计算所得的路径往往不能够满足数据流的q o s 需求，因 而导致r s v p 沿该路径进行资源预留时失败。为了解决这个问题，要么对r s v p 协议进行改 进，使其改变资源预留机制，以适应这种无连接的i p 网络；要么对当前的路由协议进行改 进，使其能够适应r s v p 资源预留的要求，这就是所谓的o o s 路由问题。 o o s 路由要求路由协议不仅要考虑网络的连通性，还要考虑数据流的q o s 需要，从根 本上改变了i p 网络面向无连接的传输机制。因而，q o s 路由问题已经成为当前人们研究的 热点：尽管很多学者已经提出了大量的观点和解决方案，但q o s 路由问题至今仍未形成一 个统一的标准，原因主要在于：一方面，多个q o s 参数的加入使得q o s 路由算法本身的设 计变得非常复杂，研究表明具有多个q o s 约束条件的路由计算问题往往是一个n p 完全问 题：另一方面，由于不同类型的数据流往往具有不同的q o s 要求，这就使得能够适用于所 有数据流的q o s 路由算法的设计变得更为困难。 正是基于这样的背景本文提出了一种支持r s v p 的动态分布式q o s 路由模型，旨在 通过r s v p 和q o s 路由的有效结合，为i p 网络提供更好的端到端q o s 保证。本文提出的 q o s 路由模型是在原有i e t f 工作组提出的综合服务模型的基础上，对传统的o s p f 路由协 议进行改进，使其能够支持数据流的o o s 请求，其中基于带宽和延时的q o s 路由算法的设 计是q o s 路由模型实现的关键；此外，为了使r s v p 和q o s 路由能够相互配合，本文还对 二者之间的控制信息、接口设计以及路径管理等问题进行了详细的讨论。 n i 论文的结构安排上，本文首先讨论了综合服务模州的体系结构及其核心资源预留协议 r s v p ：然后对q o s 路由所涉及的q o s 参数选择、路由算法及算法代价等问题进行了深入 研究：在此基础上，本文在第三章提出了支持r s v p 的动态分布式q o s 路由模型的体系结 构，详细阐述了系统设计目标和系统各模块的主要功能；在第四章进一步完成了各功能模块 的详细设计和s h o r t e s t - w i d e s t 路由算法的仿真测试；展后，本文在第五章对系统进行了总结 和评价，并结合q o s 路由技术的发展趋势和实际应用的需要提出进一步的研究方向。 第1 章r s v p 应用模型 1 1 q o s 概述 第1 章r s v p 应用模型 随着i n t e m e t 的迅速发展。网络应用也越来越复杂。电子商务、电视会议、远程教学等 新型多媒体应用的不断涌现，使得i n t e m e t 正从传统的数据传输网络转变为可传递数据、语 音、图像、动画等的多媒体网络。”1 然而，传统的i p 网络只能提供“尽最大努力”( b e s t e f f o r t ) 的数据报投递服务；这种方式无法保证数据包传输的实时性、完整性以及到达的顺序性，因 而无法满足实时多媒体网络应用的服务质量( q o s ) 请求。”1 虽然采用增加网络带宽的方 法可以暂时满足实时应用的需求，但不能从根本上解决网络传输中的拥塞、抖动、差错等问 题。所以提供基于i p 网络的服务质量保证就成为目前i m e m e t 迫切需要解决的问题，服务质 量的研究也成为当前研究的热点。 1 1 1 q o s 定义 所谓网络服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e 简称q o s ) ，是指网络与用户之间、以及网络 上相互通信的用户之间关于信息传输与共享的质的约定。“例如，传输延时允许时间、最小 传输画面失真度以及声像同步等。从系统的角度看，考虑的q o s 参数主要包括：“1 可用性：用户与i n t e m e t 应用之间连接的可靠性。 延时；也称为时延( l a t e n c y ) ，指两个参照点之间发送和接收数据包的时间间隔。 延时变化：也称为抖动( j i t t e r ) ，指在同一条路径上发送的一组数据流中数据包之 间的时间差异。 吞吐量：网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。 丢包率z 在网络中传输数据包时丢弃数据包的晟高比率。数据包丢失一般是由网络 拥塞引起的。 不同的数据流对网络服务质量的要求有所不同。对于传统的非实时数据流来说，目前 i n t e m e t 所提供的“尽最大努力”的数据包转发服务就能够满足其基本要求：而对于实时数 据流来说由于它们往往对网络带宽、延时、抖动、丢失率等q o s 参数有比较严格的限制， 因此采用传统的“尽最大努力”投递的i p 网络根本无法保证其服务质量。要在i n t e r n e t 上为 实时数据流提供高质量的q o s 保证，需要解决以下问题：”1 1 q o s 的分类与定义 对q o s 进行分类和定义的目的是使网络能够根据不同类型的q o s 请求管理和分配资 源，同时也方便用户根据不同的应用类型提山不同的q o s 需求。 2 准入控制和协商 准入控制和协商操作是指根据网络资源的使用情况，判断是否允许用户在网络内传输多 媒体数据并对其q o s 参数进行协商。 3 资源预约 为了给用户提供满意的q o s 保证，必须在主机、路由器以及传输网络中进行相应的资 源预约，以确保这些资源不被其他应用所使用。 4 资源调度与管理 对资源进行预约之后，是否能得到这些资源，还依赖于相应的资源调度与管理系统。 2 一 第1 章r s v p 应用模型 1 1 2 q o s 的发展现状 针对i p 网络的q o s 需求，i e t f 工作组已经研究并提出了多种解决方案，主要包括：综 合服务模型( i n t e g r a t e ds e r v i c e ) 、区分服务模型( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ) 、多协议标签交换 技术( 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 ) 等。”1 综合服务模型( i n t s e r v ) 的核心是资源预留协议 r s v p ，通过r s v p 协议在应用数据传输的沿途为其预留所需要的网络资源，实现了在无连 接的i p 网络上提供面向连接的服务，为数据流提供端到端的q o s 保证。但综合服务模型仍 旧存在一些缺点，例如资源预留软状态需要占用部分路由器资源，要求网络中的所有路由器 都必须支持r s v p 协议等。为此i e t f 工作组提出了一个相对扩展性较强的解决方案，就是 区分服务模型。区分服务模型通过重新利用i p 数据报头的服务类型( t o s ) 字段，使骨干 传送网从r s v p 中解脱出来，但这种模型无法提供端到端的q o s 保证。多协议标签交换 ( m p l s ) 技术则通过将灵活的第三层i p 选路和高速的第二层交换技术相结合，来弥补传统 l p 网络的许多缺陷，提供更为可靠的q o s 保证。 本文将主要讨论能够提供i p 网络端到端q o s 保证的综合服务模型，及其核心资源预留 协议r s v p ，并对其局限性进行了进一步的分析。 1 2 综合服务模型 为了保证i p 网络的服务质量，i e t f 工作组在1 9 9 4 年提出综合服务模型( i n t e g r a t e d s e r v i c e m o d e l ) 。”除了支持传统的“尽力而为”( b e s l ，e f f o r ) 服务，综合服务模型还提供 具有q o s 保证的可保证服务( g u a r a n t e e ds e r v i c e s ) 2 和负载可控服务( c o n t r o l l e d l o a d s e r v i c e s ) “”。此外，综合服务模型的“流控机制”为数据流提供了端到端的q o s 保证。 1 2 1 综合服务模型的体系结构 广 一 厂 r s v p r s v pr s v p 瓿薜苗蘼 d a t a lf7 lil。r l l 路由器 图1 1综合服务模型体系结构图 综合服务模型以传统的i p 协议作为网络层的统一平台，在传输层引入资源预留协议 r s v p ，将有q o s 要求的实时应用和传统的“尽最大努力”投递服务都集成到i n t e r n e t 上。 模型的实现主要包括分组调度器、分类器、准入控制和资源预留协议( r s v p ) ，并且在i n t e r n e t 网络的主机和路由器中实现略有不同。 在上述参考模型图中。一条虚线将主机和路由器中的模型结构分为上下两部分：虚线上 部分别描述了主机和路由器中的控制程序，这些后台程序负责完成q o s 控制信息交互、数 据传输管理等工作；虚线下部定义了应用数据的实际传送通道，其中分类器和分组调度器将 根据控制程序发送的命令对数据包进行分类和调度，并选择相应的端口将数据包转发出去。 第1 章r s v p 应用模型 1 分组调度器( p a c r e ts c h e d u l e r ) 分组调度器处于发送通道的输出驱动器部分，通过调度算法将数据分组进行输出排队， 调度算法的具体实现与链路层协议有关。此外，分组调度器还具有两个功能：一是采用队列 机制和定时器来调度发送不同的分组流：二是预估功能，即测量输出业务流的流量特性后， 为调度算法和接纳控制提供统计数据。 2 分类器( c l a s s i f i e r ) 分类器将根据资源预留情况对进入路由器的每个数据分组进行分类，使得分组调度器能 够对不同类型的分组采取不同的操作。相同的分组经过不同的路由器时，可能按照不同的规 则分类，例如主干网的路由器可以按业务流的类型、或目的区域将多个业务流归为一类，而 网络边界的路由器则可能将每个业务流作为一类。 3 准入控制( a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 准入控制在路由器和主机中用于确定是否接纳新的业务流，以及新的业务流是否影响原 有业务流的q o s 。除了确定业务流的q o s 是否得到保障以外，接纳控制还可以加强对资源 预留建立的管理，以及支持计费功能等。 4 资源预留协议( r s v p ，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 ) 资源预留协议是综合服务模型的核心，它负责在业务流所经过的路由器和主机中建立并 维护相关的资源预留信息，目前最有影响的资源预留协议是r s v p 。当业务提出资源请求时， 将所需的q o s 描述为一系列参数存放在r s v p 的流规约( f l o w s p e c ) 参数中，并由r s v p 的 r e s v 消息在沿途路由器中预留相应的资源，沿途路由器则通过准入控制算法确定是否接纳 该业务，如果接纳，则将数据分组传送给分组调度器进行调度和转发。 1 2 2 三种不同的服务类别 综合服务模型并没有改变传统的i n t e m e t 基本结构，而是通过添加资源预留模块为具有 q o s 需求的多媒体应用实施资源预留，从而实现i p 网络端到端的q o s 保证。作为对传统 i n t e m e t 网络的扩展，综合服务模型提供了三种不同类型的服务：可保证服务( g u a r a n t e e d s e r v i c e s ) 、负载可控服务( c o n t r o l l e di o a ds e r v i c e s ) 和传统的“尽力而为”( b e s t e f f o r t ) 的服务。 1 负载可控服务( c o n t r o l l e dl o a ds e r v i c e s ) 1 负载控服务能够保证网络在负载较重时提供与负载较轻时相同的q o s ，而在负载较轻的 网络中实现类似于“尽力而为”的服务。申请负载可控服务必须提供数据流的特征( t s p e c 参数) ，参数主要包括： p b r 卅 m 流的峰值速率( b y t e s s e c o n d ) 漏桶的容量( b y t e s ) 漏桶的令牌生成速率( b y t e s s e c o n d ) 最小控制单元( b y t e s ) 最大数据包长度( b y t e s ) 其中，峰值速率p 不是必须的参数，只是为了与可保证服务的数据流的特征描述相一致。 如果数据流被当作负载可控服务接纳，那么路由器必须提供与负载较轻时的“尽力而为”流 相同的q o s 。负载可控服务与传统的i n t e m e t 服务的主要区别在于它的性能不会随网络负载 的增加而下降，一般可用于能够容忍一定的数据包丢失和延时，但必须保证大批量数据正确 传输的应用。 4 第l 章r s v p 应用模型 2 可保证服务( g u a r a n t e e ds e r v i c e s ) ”“ 可保证服务则要求数据传输具有严格的带宽要求和端到端延时保证。因此，使用可保证 服务能够满足那些对带宽和延时要求严格的实时多媒体应用的需求。耍向路由器申请可保证 服务，必须提供数据流的流特征参数( t s p e c ) 和预留特征参数( r s p e c ) 。其中t s p e c 的内 容与负载可控服务相同，r s p e c 的内容应该包括： r所需带宽 s 进行资源预留时允许的松弛度 3 “尽力而为”( b e s t e f f o r t ) 服务 即传统的i p 数据报服务，路由器只负责将数据包转发到目的地址，如果路由器上的队列 溢山，j i ! l j 丢掉一些不重要或不紧急的数据包。但在网络负载增加时，随着数据包丢火数日的 增加，业务流的性能有所下降，因而“尽力而为”服务无法保证业务流的q o s 需求。 1 2 3 流控机制 路由器的核心任务是对进入它的数据包进行选路和转发工作。然而当大量数据包同时到 达同一路由器时，路由器无法及时处理所有的数据包，必须先将它们暂时存放在缓冲区中排 队等待，然后在适当的时刻再将数据包从队列中取出进行处理。随着网络流量的增大，这种 数据包的延时不断累积，最终会影响整个应用的传输速率。因此，如何有效地控制数据包的 进入和处理，也就是流量控制问题是综合服务模型实现q o s 保证需要考虑的问题。 在综合服务模型中，流控机制是由分组调度器、分类器和准入控制共同协作完成的。”1 分组调度器负责为输出队列中的分组进行重新排序以及管理队列，分组调度算法和分组丢弃 策略是队列管理的核心内容。因此如何指定合理的分组调度算法和分组丢弃策略是当今分组 调度器研究的核心；分类器则按照不同的规则将分组进行分类。以利于分组调度器的调度； 准入控制用于判断路由器能否提供业务流所需要的资源，如果不能，则拒绝接收此业务，这 样可以避免资源不够时，新业务的建立影响已建立业务的服务质量。“” 1 3r s v p 协议 r s v p 是综合服务模型中实现资源预留的关键，它是一种信令协议，利用p a t h 消息和 r e s v 消息携带数据流的流量特征和资源预留请求，在数据传输过程中实现q o s 协商和资源 预留。”1 r s v p 协议是面向接收端的，并且采用“软状态”机制维护数据流在整个传输过程 中的资源预留情况。 1 3 1 r s v p 的工作机制 r s v p 是一种由接收端发起的资源预留协议，通过p a t h 消息和r e s v 消息在通信双方 已经建立的路径上完成资源预留。r s v p 在l p 网络中的具体工作机制如下图所示： 图1 2r s v p ： 作机制 第l 章r s v p 应用模型 r s v p 将具有一定目的地址和传输层协议的数据流称为“会话”( s e s s i o n ) ，并且以会话 为单位处理应用数据。r s v p 协议有两个基本消息：p a t h 和r e s v ，分别用于在主机和路 由器以及路由器之间传递路径信息和资源预留请求。“1 发送方首先利用r s v p 协议向邻近的 路由器发送资源预留请求p a t h 消息，该消息中包含应用数据流的会话类型、数据包格式以 及流量特征等参数。然后p a t h 消息按照路由器为其指定的路由转发到下一跳，同时在本地 路由器中建立相应的“p a t h 软状态”，记录数据流到达时的前一个路由器或主机的i p 地址， 这样当资源预留消息r e s v 到达时就可以利用该记录找到返回源主机的路径了。 当p a t h 消息到达接收方后，接收方将根据数据流的流量特征参数以及自己的情况决定 是否为该数据流预留所需的资源，如果通过则计算相应资源预留信息井生成r e s v 消息， 将该r e s v 消息按照数据流的发送路径逆向返回。 在返回的过程中，r e s v 消息经过的每个路由器都将对其所携带的资源预留请求进行 “接纳控制”和“策略控制”检查，以判断本地路由器是否具有足够的资源满足应用的q o s 请求，以及应用是否有权申请这些资源。资源预留请求只有通过上述两种控制机制的检查后 才能被路由器接受，路由器将会建立相应的“资源预留软状态”，并根据“p a t h 状态”中 所保存的上一跳地址将r e s v 消息转发出去。这样，r e s v 消息将沿着数据流传送的路径逆 向返回发送方，最终由发送方确认该数据流资源预留成功，等待应用数据的传送。 此外在数据流传送期间，发送方和接收方还会定期发送p a t h 消息和r e s v 消息，不断 更新沿途路由器的软状态，保证业务的资源预留。 1 3 2三种资源预留类型 r s v p 协议的资源预留请求由流量说明( f l o w s p e e ) 和过滤器说明( f i l t e r s p e c ) 来定义。 流量说明以定量地形式指定服务需要的q o s 一般包括服务类别和两组数字特征；t s p e c 和 r s p e c 。过滤器说明定义了需要资源预留的流标识，如发送地址和端口号( 针对i p v 4 协议) 或发送地址和流标识( 针对i p v 6 协议) 。流量说明和过滤器说明一起被称为流量描述器。除 了流量描述器，资源预留类型还同资源的请求有关，r s v p 定义了以下三种预留类型：“” 1 通配过滤器( w f - w i l d e a r d - f i l t e r ) 类型 w f 方式中接收方不选择特定的发送方，即所有发送方可以共享预留的资源，其请求资 源预留的表达式为种，q 砂。其中，+ 表示所有发送方q 表示接收方申请的预留资源参 数，即流规约参数。 2 固定过滤器( 1 师 - f i x e d f i l t e r ) 类型 f f 方式中接收方选择特定的发送方进行资源预留，即被选中的发送方独占资源，其表 达式为f 目s 坦拱其中，s 表示选中的发送方。 3 动态过滤器( s e s h a r e d e x p l i e r ) 类型 s e 方式中一个接收方可以选择多个发送方，即预留的资源可以被多个发送方共享，其 表达式为舾俩如，( 圳，其中研，如表示选中的多个发送方。 1 3 3r s v p 消息格式 r s v p 消息通常分为两部分：前面是一个通用的协议头，后面是由个和多个对象 ( o b j e c t ) 组成的协议体。”协议头指明了r s v p 的消息类型，协议体中的对象( o b j e c t ) 也 具有固定的格式，用于描述r s v p 不同类型消息的各种功能。下面我们分别介绍r s v p 协议 头和对象( o b j e c t ) 的格式。 6 第1 章r s v p 应用模型 1 协议头格式 0123 fv e r s f l a g sm s gt y p e r s v pc h e c k s u i i i is e n dt t l( r e s e r v e d )r s v pl e n g t h 图1 3r s v p 协议头格式 各字段含义如下：8 1 v e t s ：4 b i t s r s v p 协议版本号，当前版本为1 。 f l a g s ：4 b i t s 目前没有定义。 r s v pc h e e k s u m1 1 6 b i t s 替代t c p u d p 协议中的c h e c k s u m 字段，统计消息个数。 m s gt y p e ：8 b i t s 定义了r s v p 所定义的七种消息类型，具体类型定义见下表 表1r s v p 消息类型 t y p e 值消息类型类型说明 由发送方发送，包括应用数据流流量特征，以及路径 1p a t h信息等。沿途路由器可以根据p a t h 消息的内容记录 路径状态，供r e s v 进行资源预留时使州。 由接收方发出，携带资源预留信息，沿p a t h 消息的 2r e s v传送路径返回发送方，并在沿途为应用数据流预留所 需要的资源。 当路由器处理p a t h 消息失败时向发送端发出的错误 3p a t h e r r消息。p a t h e r r 消息将利用各节点p a t h 软状态中记 录的上一跳信息返回发送方。 当路由器处理r e s v 消息失败时向接收端返回的错误 消息。r e s v e r r 消息将利用各节点r e s v 软状态中记 4r e s v e r r 录的下一跳信息返回接收方。这类错误信息包括：准 入控制失败、带宽不可用、服务类型不支持、流定义 错误等。 由发送方发起，撤销r s v p 数据传输。该命令将删除 5p a t h t e a r 沿途路由器的所有p a t h 软状态。 由接收方发起，撤销应用数据的资源预留操作。该命 6r e s v t e a r 令将删除沿途路由器的所有r e s v 软状态。 当接收方发送的r e s v 消息中有确认请求时，路由器 在处理完r e s v 消息后，沿原路径向接收方返回 7r e s v c o n f r e s v c o n f 确认消息，该确认消息包括流特征信息、 接收端i p 地址等信息。 第1 章r s v p 应用模型 s e n d j t l ：8 b i t s 封装该r s v p 消息的i p 数据包的t t l 值。 r s v p l e n g t h ：1 6 b i t s r s v p 消息的总长度( 以字节为单位) ，包括通用协议头和所有对象在内。 2 对象格式 0l23 l e n g t h c l a s sn u m c t y p e ( o b j e c tc o n t e n t s ) 图1 4r s v p 协议对象格式 各字段含义如下： l e n g t h 1 6 b i t s o b j e c t 对象的长度，以字节为单位计算。 c t y p e ：8 b i t s 每一种o b j e c t 对象类型的子类，从属于c m s s - n u m 。 o b j tc o n t e n t s ： o b j e c t 对象的实际内容，长度不能超过6 5 5 2 8 字节。c l a s s - n u m 和c - m y p e 字段的值必 须一起使用( 即取1 6 位比特) ，并且符合r s v p 对象类型的定义。c l a s s - n u m 的最高两 位用于确定当无法识别这种对象类型时节点应采取的操作。 c l a s s n u m ：8 b i t s 标明o b j e c t 对象的类型，在r s v p 消息实现中所定义的对象( o b j e c t ) 类型如下 表2r s v p 的对象类型 c l a s s - n u m对象类型 类型说明 这时其c - t 押e 值无效。一个n u l l 类型的对象 on u u 。 可以出现在r s v p 消息o b j e c t 队列的任何位置， 其值将被接收者忽略。 为随后的o b j e c t 对象指明该r s v p 消息所对应的 1s e s s i o n 会话目的地址和目的端口，该o b j e c t 类型必须在 每个r s v p 消息中定义。 3i 璐v ph o p 包含了发送该r s v p 消息的节点的i p 地址。 包括了用于认证原始发送节点以及验证资源预 4i n t e g r j t y 留请求消息的加密数据。 如果存在，则包含了r s v p 状态更新周期和新的 5 t i m e _ v a l u e s ”l 值。 定义了错误信息，该o b j e c t 类型在p a t h e r r 或 6 e r r o r _ s p e c r e s v - e r r 消息中定义。 第1 章r s v p 应用模型 7s c o p e对资源预留请求转发域的精确描述。 定义了资源预留类型和预留类型说明( 非流规约 8s t y l e 说明对象和过滤器说明对象) ，该o b j e c t 类型必 须在资源预留消息中定义。 定义了资源预留请求，该o b j e c t 类型必须在资源 9f l o w s p e c 预留消息中定义。 定义了具有特定q o s 要求的会话数据包子集。 1 0 f i l t e r _ s p e c ( 该对象在资源预留消息中由流说明定义) 包括发送方的l p 地址以及其它能够标识该发送 1 1 s e n d e r j e m p l a t e方的相关信息，该o b j e c t 类型在p a t h 消息中定 义。 定义了发送方发送数据流的特征，该o b j e c t 类型 1 2 s e n d e r _ t s p e c 在p a t h 消息中定义。 包括数据特征广播信息，该o b j e c t 对象在p a t h 1 3a d s p e c 消息中定义。 包括供本地策略模块决定是否允许该资源预留 1 4p o l i c n p a t a请求的信息，该o b j e c t 类型在p a t h 消息或资源 预留请求消息中定义。 包含请求确认的接收方的i p 地址，该o b j e c t 类型 1 5 r e s v _ _ c o n f i r m在资源预留请求消息或资源预留请求确认消息 中定义。 1 3 4p a t h 消息和r e s v 消息 p a t h 消息和r e s v 消息是r s v p 协议中实现资源预留的两个重要信令。通过在p a t h 消息和r e s v 消息中携带数据流q o s 参数以及网络元素的q o s 能力，r s v p 协议实现了在 应用程序和网络元素之间的q o s 协商功能，并且能够为应用数据流提供有保证的资源预留。 r s v p 中参与数据流q o s 控制参数的数据结构主要包括：“ 由 和 两个对象( o b j e c t ) 组成，用于描述应 用数据流的数据格式和q o s 需求。 根据资源预留类型( 在 对象中定义) 的不同， 的组成也有所 不同，可以包括( f l o w s p e c 和 对象，用于描述接收方发出的资源预留申 请和资源预留方式。 a d s p e c 对象随p a t h 消息从发送方向接收方移动，并在沿途收集节点的q o s 信息 供接收方掌握路径沿途节点的资源情况以及制定资源颓留请求。 这些数据结构被封装在p a t h 消息和r e s v 消息中，并随着这两个消息的传送将q o s 控制信息逐站传递下去。p a t h 消息和r e s v 消息具体内容如下： - - 9 - 第1 章r s v p 应用模型 lp a t h 消息 p a t h 消息主要由五部分组成：”1 ；记录发送者的i p 地址、端口号等。 ：记录指定路径上当前节点的上一跳i p 地址。该地址随p a t h 消息的传 递而变化。 ：记录该数据报的r r l 值。 - ：包括 和 两个对象。 ：记录应用数据流的数据报格式。 ：描述应用数据流的q o s 特性，参数包括： 漏稀昀容量b 令罅生或速率r 一最大峰值速率p 最大数据包长度m 一最小控翩单元m ：发送者在生成p a t h 消息时，也生成了最初的a d s p e c 对象，该对象包 括发送者的q o s 能力及应用的q o s 要求。随着p a t h 消息从发送者向接收者的移动， 沿途节点的情况被收集到该对象。到达接收端时，该对象包含了整条路径对q o s 的支 持悄况，这样接收方就可以根据这些信息来决定数据流的预留请求。a d s p e c 可包含 三个内容：1 ) 路径的一般情况：如沿途节点是否均支持q o s 、所经过的路由器数、路 径上的最小可用带宽、最大传输单元、最小路径延时等。2 ) 保证服务( g u a r a n t e e d s e r v i c e s ) 的支持情况：如沿途的路由器是否都支持保证服务。路径上的c 误差和d 误 差的统计，保证服务可用的最小带宽等。3 ) 负载可控服务( c o n t r o l l e dl o a ds e r v i c e s ) 的支持情况：如沿途路由器是否都支持负载可控服务等。其中路径的一般情况必须出现 的，其余两个为可选的。 当每个路由器收到p a t h 消息时，它根据流标识更新存储在本地的p a t h 软状态的计时 器值。如果该软状态不存在，则路由器将创建一个新的p a t h 软状态，并将p a t h 消息的内 容写入该状态。此外，路由器还将更新p a t h 消息中的a d s p e c 值及上一跳地址，并将与 该p a t h 状态对应的计时器值设为0 。”1 2 r e s v 消息 r e s v 消息格式与p a t h 消息类似，主要包括 、 、 、 和 五个部分。“1 其中 对象、 对象和 对象所记录的内容与p a t h 消息类似；但与p a t h 消 息不同的是，r e s v 消息是由接收方产生的，用于在沿途路由器中请求预留相应的资源，资 源预留请求的类型在 对象中声明，请求的具体内容则在 给