（信息与通信工程专业论文）区分服务中带宽共享公平性问题研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 y 8 3 ；3 1 2 摘要 随着因特网业务量的增长以及各种网络多媒体应用( 如视频会议、视频点播、 i p 电话、远程教育等) 的出现，传统的“尽力而为”服务已经无法满足目前人 们对网络传输的不断增长的需求。i p 网络服务质量( q u a l i t yo fs e m i t e ，q o s ) 成为人们关注的热点，各种国际组织、科研机构、高等学校以及各个公司纷纷提 出自己的能提供网络服务质量保证的网络模型。 在各种各样的q o s 网络模型中，m t f 提出的区分服务体系结构由于具有实 现简单，而且易于扩展，结构层次化明显等优点，越来越受到人们的重视。在区 分服务体系中，边界路由器根据用户的流规格将用户流划分为不同的级别，再聚 合成流聚集，聚集信息存放在i p 包头的d s 标记域( d s c p ) ，核心路由器则根据 d s c p 提供不同质量的调度转发服务。由于区分服务的处理对象是流聚集，所以 处理过程简单，但嗣时也带来了各个流之间的资源共享公平性问题。这里的公平 性包括两个方面：同一流聚集内部的各个微流之间的带宽公平性和流聚集之间的 带宽公平性。目前的很多研究成果基本是围绕流聚集内部的公平性而忽视了流聚 集之间的公平性问题。本文在对比分析了区分服务中已有的队列管理算法基础 上，提出了使用于保证流聚集公平性的自适应主动队列管理算法( d r j 0 ) ，d 王u 0 对具有不同目标速率的流区别对待，使得无论在何种情况下都可以很好地保证各 流聚集在共享带宽资源上的公平性，而且算法实现简单。最后使用网络仿真工具 n s 2 仿真验证了算法的性能。另外，在综合反馈拥塞控制机制和覆盖网络的各自 特点的基础上，提出了基于覆盖网思想的反馈拥塞控制机制( o f c c m ) 。仿真结 果说明，该机制不但大大减少了网络的丢包率，同时很好地保证了各流聚集之间 的公平性。 关键词：q o s ，区分服务模型，标记算法，队列管理算法，d 雎o ，o f c c m 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ea p p e a r a n c e so fm a n ym u l t i m e d i aa p p l i e sv i an e t w o r ks u c ha sv i d e o c o n f e r e n c e ，v i d e o 丘e q u e n c y i pp h o n ea n dt e l e d u c a t i o n , t h eb u s i n e s sv o l u m eo f i n t e m e tg r o w sv e r yq u i c k l y t r a d i t i o n a l ”b e s te f f o r t ”s e r v i c e sc a n tm e e tt h eu s e r s r e q u i r e m e n t s o ，i pq o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) b e c o m e sa l li m p o r t a n ti s s u e v a r i o u so f q o sn e t w o r k sa r c h i t e c t u r e sa r ep r o v i d e db yi n t e r n a t i o n a lo r g a n i z e s ，r e s e a r c hc e n t e r s ， u n i v e r s i t i e sa n dc o m p a n i e s h 也e s eq o sn e t w o r k sa r c h i t e c t u r e s d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e sm o d e lo f f e r e db yi e t f i sv a l u e d i nd i t t s e r vn e t w o r k s ，e d g er o u t e r sc l a s s i f ye a c hp a c k e tb a s e do ni t sp r o f i l e s p e c i f i e sa n dm a r ki ti ni t sd s c p ( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e sc o d e p o i n t ) c o r er o u t e r s d e t e r m i n et h ep a r t i c u l a rf o r w a r d i n gt r e a t m e n tw i t he a c hp a c k e t sd s c r d i t p s e r vh a s s e v e r a la d v a n t a g e s f i r s t ，i ti sp e r f o r m sc o n g e s t i o nc o n t r o lo na l la g g r e g a t et r a f f i c ，s oi t c a nb er e a l i z e ds i m p l y s e c o n d ，i ti se a s yt ob ee x t e n d e dt on e wa p p l i c a t i o n s b u tt h e f a l m e s so fr e s o u r c es h a r i n gi sai m p o r t a n tp r o b l e mi nt h ed i t t s e r v t h i sp r o b l e m c o n t a i n st w oa s p e c t s o n ei st h a tt h ed i f f e r e n tm i c r o f l o ww i t hd i f f e r e n t p r o f i l e s p e c i f i e ss u c ha sc o n g e s t i o nc o n t r o lm a n s h a n i s m ，a n dt r a f f i cr a t ea l w a y sc a l l to b t a i n t h ef a i r n e s so fr e s o u r c es h a r i n g t h eo t h e ro d ei st h a tt h ed i f f e r e n ta g g r e g a t e dt r a f f i c s w i t l ld i f f e r e n tn u m b e ro fm i c r o f i o w s p a c k e ts i z ea n dt a r g e tr a t eu s u a l l yc a l l to b t a i n t h ef a i r n e s so fr e s o u r c es h a r i n g l o t so fr e c e n ts t u d i e sf o c u so nt h eu n f a i m e s so f r e s o u r c e s h a r i n gb e t w e e nd i f f e r e n tm i c r o f l o w , b u tn o tt h a tb e t w e e nd i f f e r e n t m a c r o f l o w i nt h i sp a p e r , w ed e s i g nad i f f e r e n t i a t e dr i o ( d r i o ) b a s e do na r i o t h e a g g r e g a t e dt r a f f i c sw i t hd i f f e r e n tt a r g e tr a t ea r ed e a l tw i md i f f e r e n t l yi nd r i o s ot h a t d r i oc a na s s u r et h ef a i r n e s so fb a n d w i d t hs h a r i n ga m o n ga g g r e g a t e dt r a f f i c sv e r y w e l l o t h e r w i s e ，t h ea l g o r i t h mc a l lb ep u ti np r a c t i c es i m p l y t h es i m u l a t i o nr e s u l t s i n d i c a t et h a tt h ed r i oa l g o r i t h mh a sb e s te f f e c to ni m p r o v i n gt h ef a i m e s so f b a n d w i d t h s h a r i n g b e t w e e n a g g r e g a t e d t r a f f i c s m o r e o v e r , w e p r o p o s e a n o v e r l a y - b a s e df e e d b a c kc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m ( o f c c m ) t h es i m u l a t i o n r e s u l t si n d i c a t et h a tt h eo f c c mn o to n l yr e d u c e sp a c k e tl o s sr a t i og r e a t l y , b u ta l s o i m p r o v i n gt h ef a i r n e s so f b a n d w i d t hs h a r i n gb e t w e e na g g r e g a t e d k e yw o r d s ：q o s ，d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ，m a r ka l g o r i t h m ，q u e u em a n a g e m e n t a l g o r i t h m ，d r i o ，o f c c m i i 浙江大学硕士学位论文 1 1 o o s 的体系结构 第一章绪论 随着 n t e r n e t 规模的不断增长，i p 网上出现了大量的实时业务。由于实时业 务对网络的传输延时、延时抖动等特性较为敏感，因此这些实时业务的出现暴露 了i p 网络技术的两个重要缺陷：一个是传统i p 路由技术的吞吐量不高，这可以 随着a s i c 技术的进步，通过设计专用硬件来解决；另一个就是传统i p 没有服 务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 保证，这与计算机网络产生之初只是为传输 简单的数据业务，因而采用面向无连接的服务有关。i p 网络不能保证业务特定 的q o s 要求已经成为i p 网络向宽带综合服务网络发展的巨大障碍。有人提出可 以用增大带宽来解决q o s 问题，然而由于应用的需求是无止境的，因此不管网 络有多大的带宽都有可能耗尽，所以这种方法并不十分可行。因此如何解决i p 网络的q o s 要求，以使网络能够灵活地根据业务的具体特点提供给客户满意的 服务，是i p 业界亟待解决的问题。在这种情况下，各个研究团体纷纷开始组织 大规模的q o s 研究，一些大的通信厂商也联合成立了q o s 论坛，协商各种q o s 技术标准的实施方案。 到目前为止，业界的不同组织或单位已提出了一些q o s 的体系结构 1 1 ，这包 括m m 公司的h e i d e l b e r gq o s 模型、美国哥伦比亚大学c o m e t 研究组提出的 x r m 模型、美国宾夕法尼亚大学的o m e g a 体系结构、i e t f 提出的业务管理质 量( q o sm a n a g e r ，q m ) 、业务体系结构的质量( q o s a ) 、o s i 的q o s 框架、 加利福尼亚大学伯克利分校的t e n e t 模型、t 1 n aq o s 框架、p i e r r e 大学的m a s i 端到端模型、华盛顿大学的端系统q o s 框架等。下面就几种模型做简单介绍。 h e i d e l b e r gq o s 模型是位于h e i d e l b e r g 的i b m 欧洲网络中心的h e i p r o j e c t 开 发出的在端系统和网络中提供保证的复杂的q o s 模型。该通信体系结构包括连 续的媒体传递系统( h e i t s t p ) ，该媒体传递系统提供q o s 映射和媒体分级。在 传递层之下是基于s t - 2 的互通层，该互通层支持保证的和统计的服务级。另外， 网络支持基于q o s 的选路和q o s 滤波。提供端到端保证的关键是h e i r a t ( 资 源管理技术) 。h e i r a t 是由包括q o s 协商、q o s 计算、准入控制、q o s 强迫和 资源安排的复杂的q o s 管理方案组成的。h e i r a t 操作系统安排策略是速率监视 浙江大学硕士学位论文 方案，同时系统线程执行协议处理与请求的信息速率消息成正比。 i e t f 提出的业务管理质量( 0 m ) 是作为其后来提出的端系统综合服务体系 结构的一部分的早期工作。如图1 1 所示，构成用户接口、业务代理和调度者的 q m 表示为将应用从由q o s 驱动的i n t e m e t 提供的特定业务的详细细节分离出来 而设计的抽象的管理层。在引入q m 的背后的一个驱动因素是在不需要知道前 面所描述的特定网络业务的细节时应用可协商所需要的q o s 。在这种情况下， q m 提供了一定程度的透明性，也就是说，各应用表述所需的q o s 级时使用面 向应用的语言而不是使用特定的通信q o s 细节。q m 负责确定在应用的通信路 径中有效的q o s 管理能力，并选择最适合于该应用的路径。 硝 驻用 ； j 用 誊 慝誊后缀蠢一 。l o 接 睡舅 曩口 誊 i 。滥。一。 梨蓦剿磐i 一善鲁 i ：| | ； i j 囊誊 s ； _ ：1 日磐代理 鲫接口 数据分组 图1 - 1i e t f 业务管理质量结构图 在通信应用和t i n a 分布处理环境( t d p e ) 之间，使用分离的办法来管理 t i n a 体系结构。t d p e 软件可以被看作是支持通信应用执行的分布式操作系统 层。由提供者提供的多媒体业务利用t d p e 与下层计算和通信能力。t i n aq o s 框架解决通信应用支持的q o s 的规范与实现。该框架部分基于a n s a 和c n e t q o s 框架。使用作为计算规范的一部分的业务属性的注释公开地说明q o s 规范。 这已经综合到t i n a o d l 规范语言之中，该语言扩充o m g i d l 。q o s 机制已经 作为用于q o s 条文和q o s 协商的t d p e 的一部分规范化了。在合同签订的q o s 没能达到已经同意的目标的情况下，这些机制考虑从应用级q o s 映射到由t d p e 核和q o s 降级报告提供的o o s 。 浙江大学硕士学位论文 1 2o o s 的定义及量化指标 q o s 是一个综合指标，用于衡量使用一个服务的满意程度。它是网络单元( 例 如，应用程序，主机或路由器) 能够在一定级别上确保它的业务流和服务要求得 到满足。它并没有创造带宽，只是根据应用程序的需求以及网络状况来管理带宽。 q o s 有一套性能参数，主要包括： 业务可用性：用户到i n t e m e t 业务之问连接的可靠性。 传输延迟：指两个参照点之间发送和接收数据分组的时间间隔。 延迟抖动( j i t t e r ) ：指在同一条路由上发送的一组数据流中分组之间的时间 差异。 吞吐量：网络中发送数据分组的速率，可用平均速率或峰值速率表示。 丢包率：在网络中传输数据分组时丢弃数据分组的最高比率。数据分组丢失 一般是由网络拥塞引起的。 1 。3 综合服务模型 相比于以上的十种模型，i e t f 继q m 之后提出的综合服务o m s e n r ) 模型 2 】、 区分服务- ( d i t t s e r v ) 模型3 1 以及后来的多协议标签交换( m u l t i p r o t o c o ll a b e l s w i t c h ，m p l s ) s , 6 1 的影响更为广泛。 综合服务模型在r f c ( r e q u e s t f o rc o m m e n t s ) 1 6 3 3 中进行了定义。它的基 本思想是将资源预留协议( 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 ) 嘲作为i n t s e r v 结构中的主要信令协议，“所有的流相关状态信息应该是在端系统上”，它基于每 个流提供端到端的保证或是受控负载的服务。i n t s e r v 框架使i p 网络能够提供具 有q o s 的传输，以用于对q o s 要求较为严格的实时业务( 声音视频) 。i n t s e r v 使用一种类似异步传输模式( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ，a t m ) 的交换虚电路 ( s w i t c h v i r t u a lc i r c u i t ，s v c ) 的方法，它在发送方和接收方之间用r s v p 作为 每个流的信令。r s v p 信息跨越整个网络，假定从接收方到发送方之间沿途的每 个路由器都要为每一个要求q o s 的数据流预留资源。路径沿途的各路由器包括 核心路由器必须为r s v p 数据流维护软状态。 为了实现上面的服务，i n t s e r v 定义了4 个功能部件，网络中的每个路由器 皆需要实现这4 个部件。 浙江大学硕士学位论文 ( 1 ) r s v p ( r f c 2 2 0 5 ) ：它是i n t e r n e t 上的信令协议。通过r s v p ，用户可 以给每个业务流( 或连接) 申请资源预留，要预留的资源可能包括缓冲区及带宽 的大小。这种预留需要在路径上的每一跳都要进行，这样才能提供端到端的q o s 保证。r s v p 是单向的预留，适用于点到点阱及点到多点的通信环境。 图1 2 示出了r s v p 的工作机理。首先，发送方应该向接收方发送一个r s v p 信息。r s v p 信息同其他i p 包一样通过各个路由器到达目的站点；接收端接收 到发送端发送的路径信息之后，由接收端逆向发起资源预留的过程；资源预留信 息沿着原来信息包相反的方向对沿途的路由器进行逐个资源预留。 图1 - 2r s v p 工作原理 如图1 2 所示，假设一个应用需要预留2 m b p s 的带宽，则资源预留信息逐 个询问沿途的路由器，其现有资源是否可以完全满足该应用数据流的要求。如果 资源预留信息成功地回到发送方，则发送方就可以成功地在这条已经预留资源的 路径上发送应用数据了；否则，应用将无法进行。 r s v p 可以看作是配置业务处理的机制，综合服务则是在r s v p 信令基础上 够用以提供端到端q o s 保证的体系结构。i n t s e r v 设定网络设备支持业务的处理 机制，保证每一个业务流严格独立于其他业务流的服务，并设定提供特定量化资 源的服务。 ( 2 ) 访问控制( a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) ：它基于用户和网络达成的服务协议， 对用户的访问进行一定的监视和控制，有利于保证双方的共同利益。 ( 3 ) 分类器( c l a s s i f i e r ) ：根据预置的一些规则，它对进入路由器的每一个 分组进行分类。分组经过分类以后被放到不同的队列中等待接收服务。这方面的 浙江大学硕士学位论文 技术还不很成熟，是一个有待研究的领域。 ( 4 ) 队列调度器( s c h e d u l e r ) ：它主要是基于一定的调度算法对分类后的分 组队列进行调度服务。这方面的技术目前已比较成熟，常见的调度算法有w f q ( w e i g h t e df a i rq u e u e i n g ) 、w f 2 q ( w o r s t - c a s tf a i rw e i g h t e df a i rq u e u e i n g ) 、 s c f q ( s e l f - c l o c k e df a i rq u e u e i n g ) 、v c ( v r i t u a lc l o c k ) 、w r r ( w e i g h t e dr o u n d r o b i n ) 等。 在服务层次上，i n t s e r v 瓜s v p 提供了3 种级别的服务： 端到端的质量保证型服务( g u a r a n t e e ds e r v i c e ，g s ) 1 9 1 ：保证带宽、限制延 迟、无丢包。 可控负载型服务( c o n t r o l l e d l o a ds e r v i c e ，c l s ) 1 0 】：类似于在当前的一个 负载较轻网络中实现的尽力而为业务的服务质量。 尽力而为的服务( b e s te f f o r ts e r v i c e ) ：类似当前i n t e r n e t 在提供的尽力而为 的服务。 i n t s e r v 的优点是它具有很好的q o s 保证，使用r s v p 的软状态特性可以支 持网络状态的动态改变与组播业务中组员的动态加入，同时利用r s v pp a t h 与 r e s v 的刷新，还可以判断网络中相邻节点的产生与退出节点，并实现网络资源 的有效分配。 i n t s e r v 存在的问题一是网络的扩展性不好。一方面由于i n t s e r v 下的预留状 态信息是与业务流的个数成正比，这使得路由器的负担会随着网络的扩大、业务 流的增加而加重。另一方面资源预留协议还要求沿途的每个路由器为每一个数据 流都维持一个“软状态”( p e r - f l o ws o f l s t m e ) 。这无疑也限制了这种结构的可扩 展性，因为每个路由器的内存有限，可以保存的软状态信息都是有限的。其二是 i n t s e r v 需要进行端到端的资源预留，必须要求从发送者到接收者之间的所有路 由器都支持所实施的信令协议，因此所有路由器必须实现r s v p 、许可控制、多 域( m u l t i f i e l d ，m f ) 分类和包调度，这对路由器的实现要求太高。其三是i n t s e r v 还有一个目前很难解决的问题，那就是资源预留和路由协议之问的矛盾。 此外，如何为资源预留申请授权并确定优先权也是i n t s e r v 结构本身很难克 服的问题。 浙江大学硕士学位论文 1 4 区分服务模型 区分服务模型的基本思想是可以根据预先确定的规则对数据流进行分类，将 多种应用数据流综合为有限的几种数据流等级即流聚集，然后将每个流聚集作为 一个整体进行传输处理。区分服务是由综合服务发展而来的，它采用了i e t f 的 基于r s v p 的服务分类标准，抛弃了分组流沿路节点上的资源预留。区分服务将 会有效地取代跨越大范围的r s v p 的使用。区分服务区域的主要成员有：核心路 由器、边界路由器、资源控制器。在区分服务中，网络的边缘设备对每个分组进 行分类、标记d s 域，用d s 域来携带i p 分组对服务的需求信息。在网络的核心 路由器上，路由器根据分组头上的d s 码点【4 选择码点所对应的转发处理。资源 控制器配置了管理规则，为客户分配资源，它可以通过服务级别协定( s e r v i c e l e v e la g r e e m e n t ，s l a ) 与客户进行相互协调以分享规定的带宽。 q o s 的业务区分结构使用i p v 4 报头中的业务类型( t y p eo fs e r v i c e ，t o s ) 字段，并将8 位t o s 字段重新命名，作为d s 字段，其中6 位可供目前使用，其 余2 位以备将来使用。该字段可以按照预先确定好的规则加以定义，使下行节点 通过识别这个字段，获取足够的信息来处理到达输入端口的分组，并将他们正确 地转发给下一跳的路由器。这里需要注意的是，在i p v 4 网中所定义的t o s 字段 与在d i f l s e r v 中的d s 字段不同。i p 分组头部的区分服务标记域如图1 3 所示。 db6 d s c畦e u j p 嘏 ；字节或者i p 稿流类型字节： u 9 四嚣区羚服务标记。 o j 图i - 3i p 包头的区分服务标记域 d i 妇器e f v 将整个网络分成若干个域。一个d i 目 s e f v 域由一系列支持d i f f s e r v 机制的节点构成。在d i f f s e r v 域中，节点大致分为以下两类：边界路由器和核心 路由器。其中边界路由器根据数据流的方向分为入口路由器和出口路由器。在入 口处设有机制一件是用户是否遵守业务等级协定，分类机制以标志输入的每个业 务包，对每个i p 包指定一个类型以标志d s c p ( d i f f s e r v 代码点) ，并分别将其 分别排入相应的队列。核心路由器负责查看d s c p 值，将进入的分组按级别排队， 并按事先设定的带宽、缓冲处理进行下一跳转发( p e r - h o pb e h a v i o r ，p h b ) 【3 7 】。 d i f f s e r v 模型机制的工作示意图如图1 4 。 浙江大学硕士学位论文 兰至竺皇兰 竺竺竺竺竺 竺! ! ! ! 竺竺竺f 兰茎竺皇兰 图1 4d i f f s e r v 的工作示意图 为了使用户数据流符合s l a 和t c a ，边界路由器要对其进行分类和调节， 因而从功能上可以分为两个模块：分类器( c l a s s i f i e r ) 和调节器( c o n d i t i o n e r ) ， 如图1 ，5 所示。 分类结果 1 习流珲计信导莘 器 e 器l 一o 玉一 图1 - 5 边界路由器对数据包进行分类和调节 分类器根据数据包头部的某些域( 如d s c p 或m f 五元组) 对数据包进行分 类。目前定义了两种类型的分类器： 行为聚集( b e h a v i o ra g g r e g a e ，b a ) 分类器：根据包头的d s c p 来对包进 行分类。 多域分类器：根据包头部中多个域内容的组合来进行分类，如源地址、目标 地址、d s 域、协议标识、源端口号以及目标端口号等。 从功能上，调节器可分为计量器( m e t e r ) 、标记器( m a r k e r ) 、整形器( s h a r p e r ) 和丢包器( d r o p p e r ) 。 浙江大学硕士学位论文 计量器根据t c a 中所规范的业务流要求测量被分类器所选定的业务流的某 些实时属性，并将所测量到的数据包的统计信息送往其它的调节功能模块。 标记器设置报文的d s 域为一特定的d s c p ，并将标记了的包添加到一特定 的d s 行为聚集中。标记器可以将所有送入到它n j d 的包标记为同一个d s c p 值， 也可以配置成根据计量器的统计信息将其标记为同一p h b 组内的p h b 所对应的 d s c p 值。 整形器和丢包器则通过延迟或丢弃业务流中的包使得业务流符合t c a 流规 范。 区分服务中另外一个及其重要的概念时逐跳行为。逐跳行为p h b 是一个d s 节点调度转发特定流聚集行为的外特性描述，本质上，p h b 描述的是单个节点 为特定流聚集分配资源的方式。i e t f 目前已经定义的p h b 有： 加速型转发( e x p e d i t e df o r w a r d i n g ，e f ) m 1 ：可使时延和时延抖动最小并 且可以提供最高级的综合q o s 。 确保型转发( a s s u r e df o r w a r d i n g ，a f ) 1 3 】：超过流量规划值的数据流，不 会按照未超过规划值时那么高的概率传送。这意味着它可以被降级，但是不会被 丢弃。 允许丢包的加速型转发( e x p e d i t e df o r w a r d i n gw i t hd r o p p i n g ，e f d ) 1 ：除 了e f d 允许丢包而e f 几乎没有丢包外，e f d 与e f 的外特性几乎相同。e f d 的 应用主要是在无线移动网络中。 缺省型转发( b e s te f f o r t ，b e ) ：相当于传统的极力而为调度转发行为的 p h b 。 准缺省型转发( l o w e rw i t hb e s te f f o r t ，l b e ) 1 5 】：比b e 优先级还要低的 p h b 行为，其作用是在拥塞时有比b e 更高的丢包优先级，提高b e 的性能。 与i n t s e r v 类似，d i f f s e r v 也定义了三种服务类型： 尽力而为的服务：类似于目前i n t e m e t 上尽力而为的服务。 奖赏服务( p r e m i u ms e r v i c e s ，p s ) s l ：为用户提供低延迟、低抖动、低丢包 率和保证带宽的端到端或者网络边界到边界的传输服务。p s 是目前区分服务模 型中定义的级别最高的服务种类。这种“三低一保证”的服务类似于传统运营商 网络的专线业务，因此也称为“虚拟专线”服务。 确保服务( a s s u r e ds e r v i c e s ，a s ) 6 1 ：确保服务是从统计上保证用户的带宽， 其初衷是在网络拥塞的情况下，也能保证用户有一定量的预约带宽。a s 的着眼 浙江大学硕士学位论文 点是带宽和丢包率，而不太注重延迟和抖动。a s 最具吸引力的是其实现机制较 为简单，只要采用简单的标记和丢弃机制就能实现q o s 。在发生拥塞时，确保服 务通过控制丢包优先级，提供了比“尽力而为”服务更好的服务。确保服务的基 本思路是： 边界路由器对进入d s 域的数据包进行标记，预约带宽内的包标为i n ( i n p r o f i l e ) ，否则标为o u t ( o u tp r o f i l e ) 。 发生拥塞时，核心路由器根据包头的标记决定分组丢弃概率，o u t 分组的 丢弃概率大于i n 分组。从而在统计意义上上保证用户的预约带宽。 区分服务模型的优点一个是伸缩性较好d s 字段只是规定了有限数量的服务 级别，状态信息的数量正比于服务级别，而不是流的数量。另一个是便于实现只 在网络的边界上才需要复杂的分类、标记、管制和整形操作。i s p 核心路由器只 需要实现行为聚集( b a ) 的分类，因此实现和部署区别型业务都比较容易。区 分服务模型的缺点是d i f f s e r v 为i p q o s 奠定了宝贵的基础，但还是没有办法完 全依靠自己来提供端到端的q o s 结构。d i f f s e r v 需要大量网络单元的协同动作， 才能向用户提供端到端的服务质量。鉴于这些组件高度分散的特点和对他们进行 集中管理的需要，必须有一个全局的带宽管理对全局资源进行动态管理。解决这 一问题的方法有两个：一是用功能强大的全局策略管理器来完成这一任务；另外 一种就是利用m p l s 将第三层的q o s 转换为第二层的q o s ，通过运营网中第二 层的交换机来实现端到端的服务质量保证。 区分服务服务( d i f f s e r v ) 定义了一个相对简单而力度较粗的框架系统，为 流量提供有区别的服务级别，并对流量聚合后的每一类q o s 进行控制。 综合服务与区分服务的比较如下表所示： 表1 i 综合服务与区分服务的比较 综合服务区分服务 服务对象单个的流流聚集 服务级别数 3由d s 域决定 状态信息与数据流的数目成比例与服务级别的个数成比例 可测量性无有 配置和实现困难容易，可以逐步增加配置 注 浙江大学硕士学位论文 分类、标记、制定策略以及整形都只是在网络的边界进行，核心路由器只需要实现行 为聚集的分类 逐步增加配置对于确保服务是可行的，对于不能处理d s 域的路由器将会被用于“尽 力而为”服务 1 5 r s v p 与d i f f s e r v 的端对端o o s 模型 d i t l s e r v 服务的一个重要环节就是建立起s l a ，然后各d s 节点根据所建立 的s l a 对业务流进行分类和调节。目前，建立s l a 有两种方法，对应为两种不 同的s l a ：静态s l a 和动态s l a 。静态s l a 是由网络管理员根据一定的协定或 策略制定相应的资源分配方案、流量调节规范等；而动态s l a 则是根据某种信 令协议动态分配资源。常用的信令协议就是r s v p ，目前正在发展中的还有带宽 中介服务器( b a n d w i d t hb r o k e r ，b b ) 技术。 r s v p 的最初设计目标是为微流( m i c r o f l o w ) 提供资源预留，扩展后的r s v p 可以为流聚集提供资源预留。以r s v p 和d i f f s e 九，结构相结合，将可以提供更为 灵活的端对端q o s 。在这种端对端的q o s 模型中，由r s v p 为流聚集提供资源， 而d i t t s e r v 只是简单地对数据包进行标记、分类( 区分不同的优先级) 以及调度 转发，需要注意的是，与i n t s e r v 中的r s v p 预留资源不同，这里是发送请求的 资源预留。 由于r s v p 的高度复杂性，因此，在这种模型中，r s v p 只是布置在边缘网 络( 直接与客户相连的网络) ，而在核心网络( 主干网) 只布置d i 饪s e r v 。端系 统利用r s v p 向网络请求资源( 例如带宽、缓冲区等) ，主干网的入口路由器应 用标记d s 的方法将r s v p 资源预留映射到相应的服务类别上，也即与d s c p 的 对应。而在主干网的出口路由器，重新使用r s v p ，直到接收端。 1 6 本文的主要工作与篇章结构 本文在研究对比区分服务中已有拥塞控制机制基础上，分别从主动队列管理 和反馈两个方面入手提出了二种有利于提高区分服务网络带宽共享公平性的网 络拥塞控制方案。第一种为改进的主动队列管理算法d o ，它在保证网络 稳定性以及提高流聚集之间的带宽公平性上都有很好的效果。第二种是基于覆盖 网思想的反馈拥塞控制机制，当区分服务网络发生或者即将发生拥塞时，将拥塞 浙江大学硕士学位论文 分类、标记、制定策略以及整形都只是在网络的边界进行，核心路由器只需要实现行 为聚集的分类 逐步增加配置对于确保服务是可行的，对于不能处理d s 域的路由器将会被用于“尽 力而为”服务 1 5r s v p 与d i f f s e r v 的端对端q o s 模型 d i f t s e r v 服务的一个重要环节就是建立起s l a ，然后各d s 节点根据所建立 的s l a 对业务流进行分类和调节。目前，建立s l a 有两种方法，刘应为两种不 同的s l a ：静态s l a 和动态s l a 。静态s l a 是由网络管理员根据一定的协定或 策略制定相应的瓷源分配方案、流量调节规范等；而动态s l a 则是根据某种信 令协议动态分配资源。常用的信令协议就是r s v p ，目前正在发展中的还有带宽 中介服务器( b a n d w i d t h b r o k e r ，b b ) 技术。 r s v p 的最初设计目标是为微流( m i c r o f l o w ) 提供资源预留，扩展后的r s v p 可咀为流聚集提供资源预留。以r s v p 和d i f i s c r v 结构相结合，将可以提供更为 灵活的端对端q o s 。在这种端对端的q o s 模型中，由r s v p 为流聚集提供资源， 而d i f f s e r v 只是简单地对数据包进行标记、分类( 区分不同的优先级) 以及调度 转发，需要注意的是，与i n t s e r v 中的r s v p 预留资源不同，这里是发送请求的 资源预留。 由于r s v p 的高度复杂性，因此，在这种模型中，r s v p 只是布置在边缘网 络( 直接与客户相连的网络) ，而在核心网络( 主干网) 只布置d i f f s e r v 。端系 统利用r s v p 向网络请求资源( 例如带宽、缓冲区等) ，主干网的入口路由器应 用标记d s 的方法将r s v p 资源预田映射到相应的服务类别上，也即与d s c p 的 对应。而在主干网的出口路由器，重新使用r s v p ，直到接收端。 1 6 本文的主要工作与篇章结构 本文在研究对比区分服务中已有拥塞控制机制基础上，分别从主动队列管理 和反馈两个方面入手提出了二种有利于提高区分服务网络带宽共享公平性的网 络拥塞控制方案。第一种为改进的主动队列管理算法d 砌o ，它在保证网络 稳定性以及提高流聚集之间的带宽公平性上都有很好的效果。第二种是基于覆盖 网思想的反馈拥塞控制机制，当区分服务网络发生或者即将发生拥塞时，将捌塞 网思想的反馈拥塞控制机制，当区分服务网络发生或者即将发生拥塞时，将拥塞 浙江大学硕士学位论文 分类、标记、制定策略以及整形都只是在网络的边界进行，核心路由器只需要实现行 为聚集的分类 逐步增加配置对于确保服务是可行的，对于不能处理d s 域的路由器将会被用于“尽 力而为”服务 1 5 r s v p 与d i f f s e r v 的端对端o o s 模型 d i t l s e r v 服务的一个重要环节就是建立起s l a ，然后各d s 节点根据所建立 的s l a 对业务流进行分类和调节。目前，建立s l a 有两种方法，对应为两种不 同的s l a ：静态s l a 和动态s l a 。静态s l a 是由网络管理员根据一定的协定或 策略制定相应的资源分配方案、流量调节规范等；而动态s l a 则是根据某种信 令协议动态分配资源。常用的信令协议就是r s v p ，目前正在发展中的还有带宽 中介服务器( b a n d w i d t hb r o k e r ，b b ) 技术。 r s v p 的最初设计目标是为微流( m i c r o f l o w ) 提供资源预留，扩展后的r s v p 可以为流聚集提供资源预留。以r s v p 和d i f f s e 九，结构相结合，将可以提供更为 灵活的端对端q o s 。在这种端对端的q o s 模型中，由r s v p 为流聚集提供资源， 而d i t t s e r v 只是简单地对数据包进行标记、分类( 区分不同的优先级) 以及调度 转发，需要注意的是，与i n t s e r v 中的r s v p 预留资源不同，这里是发送请求的 资源预留。 由于r s v p 的高度复杂性，因此，在这种模型中，r s v p 只是布置在边缘网 络( 直接与客户相连的网络) ，而在核心网络( 主干网) 只布置d i 饪s e r v 。端系 统利用r s v p 向网络请求资源( 例如带宽、缓冲区等) ，主干网的入口路由器应 用标记d s 的方法将r s v p 资源预留映射到相应的服务类别上，也即与d s c p 的 对应。而在主干网的出口路由器，重新使用r s v p ，直到接收端。 1 6 本文的主要工作与篇章结构 本文在研究对比区分服务中已有拥塞控制机制基础上，分别从主动队列管理 和反馈两个方面入手提出了二种有利于提高区分服务网络带宽共享公平性的网 络拥塞控制方案。第一种为改进的主动队列管理算法d o ，它在保证网络 稳定性以及提高流聚集之间的带宽公平性上都有很好的效果。第二种是基于覆盖 网思想的反馈拥塞控制机制，当区分服务网络发生或者即将发生拥塞时，将拥塞 浙江大学硕士学位论文 信息反馈给边界路由器，边界路由器根据反馈信息按照公平原则重新调节各流聚 集的发送速率，最终保证各流聚集的带宽公平性。机制不但大大减少了网络的丢 包率，而且很好地保证了各流聚集之间的公平性。最后使用网络仿真工具n s 2 上仿真验证了以上二种方案的性能。 文章的内容安排如下： 第二章介绍了区分服务进行网络服务质量控制中所使用到的单速率三色标 记算法、双速率三色标记算法以及基于时间滑动窗口的三色标记算法，详细介绍 了他们的算法过程以及他们的性能。同时介绍了区分服务中的队列管理算法尤其 是随机早检测算法以及它的各种衍生算法，列出了他们的算法过程、算法参数设 置以及算法的性能优缺点等。 第三章在简单介绍了网络带宽公平性的评价标准之后，提出了区分服务中的 带宽共享公平性包括了同一流聚集内部的各个微流之间的带宽公平性和流聚集 之间的带宽公平性这两个方面，并在现有的自适应r i o 算法基础上提出了自己 的改进主动队列管理算法( d r i o ) 【”，d r i o 算法在保证网络稳定性以及提高流 聚集之间的带宽公平性上都有很好的效果，最后使用网络仿真工具n s 2 上仿真 验证了算法的性能。 第四章在简单介绍了覆盖网络思想和反馈拥塞控制机制以及在它们提高区 分服务网络公平性的应用的基础上，提出自己的基于覆盖网思想的反馈拥塞控制 机制，当区分服务网络发生