（电工理论与新技术专业论文）internet中域间可区分流量工程环境下的路由问题研究.pdf

并为之设计了合理的全局优化策略，以弥补因为算法简单而带来的优化 性能损失，该策略的使用是本文简单静态算法的特色所在。 5 给出了与本文1 0 d s - t e 动态路由机制相关的协议扩展，主要是路由协 议( 主要是o s p f 协议、i s - i s 协议以及b g p 协议) 以及信令协议( 主 要是r s v p 协议) 方面的扩展。 关键词：域问流量工程，动态路由，静态路由，可区分的流量工程，协议扩 展，多协议标记交换 a b s t r a c t i tt e n d st ob es u c ha nu r g e n tt a s kt oa d dq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) m e c h a n i s m si nt h ei n t e m e tb e c a u s eo ft h ef o r w a r d i n gp r o g r e s so ft h ed i f f e r e n t n e t w o r ka p p l i c a t i o n s n o w a d a y s ，t h ed i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ( d i f f s e r v ) m o d e l h a sb e e nt h em a i n s t r e a mo fq o ss u p p l y i n g e v e nt h o u g h ，i ti s n te n o u g ht o h a v ea l lt h ep r o b l e m sr e s o l v e do n l yd e p e n d i n go nd i f f s e r v , w ea l s on e e dt h e h e l po ft r a f f i ce n g i n e e r i n g ( t e ) t h e r e r es om a n yr e a s o n sa n ds t r o n g p o i n tt o d e p l o yt ea n dd i f f s e r vi nt h eb a c k b o n en e t w o r ka tt h es a m et i m e ，a n dt h i s h a sb e e ng r e a t l ya c c e p t e di nc o m m o n b e c a u s eo ft h i s ，t eh a sb e e no n eo f t h em o s ti m p o r t a n tm o d u l e so ft h eq o sa r c h i t e c t u r e b u tt h ec u r r e n tt em e c h a n i s mh a ss om a n yl i m i t a t i o n sa td i f f e r e n ta s p e c t s ， s oi tn e e d st ob ee n h a n c e dt om a k ei tm o r ea p p l i c a b l e t oa p p l yt ea n d d i f f s e r vm o r es e a m l e s s i t sn e c e s s a r yt om a k et h ec u r r e n tt et ob e d i f f s e r v - a w a r et e ( d s - t e ) 。f u r t h e r m o r e ，t h es c o p eo ft h ec u r r e n tt ea l s o n e e d st ob ee x t e n d e df r o mj u s to n er o u t i n ga r e at oa c r o s st h ei n t e r n e t b a c k b o n e 。s oa st of o r m i n gt h es o c a l l e de d g e t o e d g ed i f f s e r v a w a r et e i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，i tm a i n l yd i s c u s s e st h ei s s u e so fd y n a m i cr o u t i n g m e c h a n i s m sa n do f f l i n er o u t i n ga l g o r i t h mi nt h ee n v i r o n m e n to fi n t e r - d o m a i n d i f f s e r v - a w a r et e ( i d d s - t e ) a sar e s u l t ，w ep r o p o s et h er e l a t e dp a t h c o m p u t i n gm e t h o d s ，s i g n a l i n ga n dp r o t o c o le n h a n c e m e n ts c h e m e s t h em a j o r a c h i e v e m e n t sa r eo u t l i n e da sf o i l o w s a f t e ra n a l y z i n gt h el i m i t a t i o nr e a s o no ft h ec u r r e n ti n t e r n e tt e ，w e p r o p o s ea ne d g e - t o e d g e d i f f s e r v a w a r et r a f f i ce n g i n e e r i n ga r c h i t e c t u r e b a s e do nt h ed e e p l yi n v e s t i g a t i o no ft h ei n t e m e t sr o u t i n ga r c h i t e c t u r ea n dt h e p r e v a i l e dd i 仃s e n - a w a r et r a f f i ce n g i n e e r i n g b e c a u s eo ft h em u l t i p l e xn e t w o r ks t r u c t u r e ，t h ed y n a m i cr o u t i n gp r o b l e m o fj d d s j t ej ss oc o m p l i c a t e dt h a tj tm u s tb ed e c o u p l e d s ow ef i r s td i s c u s s t h ed y n a m i cr o u t i n gm e c h a n i s m so fi n t e r - a r e ad s t ew h i c hi so n l ye f f e c t i v e b e t w e e ns o m er o u t i n ga r e a so ft h es a m ea u t o n o m o u ss y s t e m ( a s ) t h e n ，t h e d y n a m i cr o u t i n gm e c h a n i s m so fi n t e r - a sd s - t ei sd i s c u s s e dw h i c hi se f f e c t i v e v b e t w e e ns o m ea s e sc o m p r i s i n gj u s to n er o u t i n ga r e a t h em e c h a n i s m s i n c l u d et h ep a t hc o m p u t i n gm e t h o d sa n ds i g n a l i n g b a s e do nt h ed i s c u s s i o no ft h ed y n a m i cr o u t i n gm e c h a n i s m so fi n t e r - a r e a d s - t ea n di n t e r - a sd s - t e w ep r o p o s et h e g e n e m ld y n a m i cr o u t i n g m e c h a n i s m so fi d d s t ew h i c hi se f f e c t i v ei na n yu n i v e r s a ln e t w o r ks t r u c t u r e t om e e tt h ec o m p u t a t i o ns p e e dr e q u i r e m e n to fs o m es p e c i a lo f f l i n e c o m p u t i n ge n v i r o n m e n ts u c ha si nt h en e t w o r kp l a n n i n ga n di ns o m eh u g e n e t w o r k 。w ep r o p o s eas i m p l eo f f i i n er o u t i n ga l g o r i t h mu s e di nt h ei n t e r - a r e a d s - t e b e c a u s et h e s i m p l i c i t ym a yd e e p l yw e a k e n t h e o p t i m i z a t i o n p e r f o r m a n c e ，w ed e s i g na l le f f e c t i v es t r a t e g yt om a k eu pf o rt h i ss oa st o s t r e n g t h e nt h ep e r f o r m a n c eo ft h es i m p l ea l g o r i t h m i no r d e rt od e p l o yo u rd y n a m i cr o u t i n gm e c h a n i s m si nt h er e a ln e t w o r k ，i t m u s tb es c a l a b l ee n o u g hf o rt h ec o r r e l a l e dr o u t i n gp r o t o c o la n ds i g n a l i n g p r o t o c o lt os u p p l y a f t e ri n v e s t i g a t et h ec u r r e n tp r o t o c o l ss u c ha so s p f , b g p a n dr s v p , t h ee x t e n s i o no ft h e s ep r o t o c o l si s p r o p o s e df o ro u rd y n a m i c r o u t i n gm e c h a n i s m s k e y w o r d s ：i n t e r - d o m a i nt r a f f i c e n g i n e e r i n g ，d y n a m i cr o u t i n g ， s t a t i cr o u t i n g ，d i f f s e r v - a w a r et r a f f i ce n g i n e e d n g ，p r o t o c o le x t e n s i o n ， 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 v i - 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤叠盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志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。 学位论文懒名：却伊搠瓤加厂年g 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解基壅盘翌有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞基茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： t # 峰驾 f 签字日期州年月印日 翩鹕：形雨纠 签字日期：撕月) 1 日 第一章绪论 第一章绪论 当前网络发展的一个重要趋势就是电信网与i n t e r n e t 的全面融合，这给传 统的i n t e r n e t 体系结构带来了巨大的变革。 作为大众信息媒体，i n t e m e t 的普及推动着越来越多的电信运营商开始提供 除了传统语音业务之外的多种i p 数据业务。与此相应，i n t e r n e t 也正在广泛而深 入地接受商业化的沈礼，几乎所有的因特网服务供应商( i s p ，i n t e r n e ts e r v i c e p r o v i d e r ) 都在他们的i p 网络上尝试各种新型电信业务( 例如v p n 、i p 丁v 和 v o l p 服务) 。 近年来，移动通讯一直处在高速发展之中，它为电信运营商带来了巨大的业 务量和巨大的财富，同时也带来了巨大的挑战。为了适应新业务的发展以及与 i n t e m e t 融合的需要，电信网络正在不断地趋向于“i p 化”，未来的3 g 似g 网络 将会完全基于i p 体系核心来进行构建。 与此同时，在经历了长期的有线网络发展之后，i n t e m e t 也在迎来它的无线 发展高峰期。各式各样的无线网络技术( 例如m o b i l ei p 、a hh o c 、s e n s o r n e t w o r k 、g p r s 、b l u e t o o t h 、w a p 、r f i d 、8 0 2 ，1 1 等) 和无线网络应用( 包 括个人数字移动终端、车载移动应用、公用热点接入以及数字家庭网络等) 不断 涌现，极大地丰富了现有的网络体系结构( 特别是接入网络结构) ，使得人们享 受无拘无束，随时随地的i n t e r n e t 网络服务成为可能。 无线移动网络通讯的迅猛发展加速了i p 地址的枯竭，促进了i p v 6 的实施。 随着i p v 6 的实施，网络中将会出现更多的新型应用，这些新型应用会给i n t e r n e t 带来新一轮指数级的增长。更多支持无线终端的接入技术的出现将会成为未来 i n t e r n e t 发展晟为显著的特点之一。 随着无线终端以及诸多新型应用的持续增加，网络的核心势必要承受越来越 多各式各样的l p 数据流量，这就给i n t e r n e t 提出了新的要求。首先，骨干网必 须拥有极高的传输速度，因此，主干链路将会越来越多地采用具有极高传输速率 的光纤链路，网络的核心将会逐渐地演变成全光网。其次，多样化的新型应用以 天津大学博士学位论文 及i n t e r n e t 运营网络的商业化需求将会进一步地刺激对于i n t e r n e tq o s 以及 i n t e r n e t 流量工程的研究与应用，现有的q o s 体系和流量工程体系将会进一步 地得到扩展与延伸，更多的新概念与新技术也将在网络中出现，未来的网络将会 变得更加智能、更加安全以及更易于管理和使用。 1 1 。i n t e r n e tq o s 在传统的i p 网络中所有的报文都被无区别地等同对待，每个路由器对所有 的报文均采用先入一先出( f i f o ) 的策略进行处理，它尽最大的努力( b e s t - e f f o r t ) 将报文送到目的地，但对报文传送的可靠性、传送延迟和带宽等性能不提供任何 保证。随着l p 网络上多种商业应用的不断出现，对i p 网络的服务质量也提出了 新的要求。例如，v o l p 业务对报文传送延时具有较为严格的要求，而视频会议 系统则要求网络能够提供稳定、充足的带宽。显然，传统l p 网络的最努力服务 模式已不能满足这些新的应用需求。f 1 】f 2 】 q o s ( 服务质量，q u a l i t y o f s e r v i c e ) 体系的提出为i n t e r n e t 的性能保障问 题找到了一条可行的解决途径。在新的q o s 体系中，网络应用的各种性能需求 ( 延迟、延迟抖动、带宽以及吞吐量等) 都能得到相应的保证。【3 】【4 】 不同的应用具有不同性能要求，因此，进行业务量分类是建立q o s 体系的 基础手段之一。业务量分类以后，如何分配有限的网络资源来满足这些不同业务 量的性能需求就成为q o s 体系中需要解决的关键问题。该问题的解决有赖于多 方面网络机制的有机结合，其中包括拥塞避免与管理、流量监管与流量整形、资 源预留与许可控制、包调度、信令以及路由等等。在i e t f ( 因特网工程任务组， 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 ) 所提出的q o s 供应模型中毫无例外地都包含 了这些技术手段。【5 】【6 】【7 】 为了在i n t e r n e t 中提供系统的q o s 保障，i e t f 先后提出了两种服务模型， 分别是i n t s e r v ( 集成服务，i n t e g r a t e ds e r v i c e s ) 模型和d i f f s e r v ( 区分服务， d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ) 模型。【8 1 【9 1 i n t s e r v 模型在传统的最努力服务外，还提供了两个服务类别：保证服务 ( g u a r a n t e e ds e r v i c e ) 和控制负载服务( c o n t r o l l e dl o a ds e r v i c e ) 。保证服务 2 第一章绪论 用于要求一定的延迟上限的应用，而控制负载服务用于要求可靠的且比最努力服 务好的服务的应用。为了支持i n t s e r v ，路由器必须为每个流进行资源预留。r s v p ( 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 ) 是用于资源预留的协议。 i n t s e r v r s v p 体系改变了传统的i n t e r n e t 体系，使在i n t e r n e t 中提供q o s 成为 可能。但是，i n t s e r v r s v p 体系存在着严重的问题。第一，网络中状态信息的 规模与流的数量成比例增长。规模很大的信息需要很大的存储空问和处理能力， 在主干网中聚集大量流的路由器上更是如此。第二，所有的路由器必须支持 r s v p 、许可控制、多域分类和数据包调度。这样，更新设备的费用很高，而且 对路由器如此多的要求，降低了路由器的转发性能。【1 0 1 1 1 2 】 正是由于i n t s e r v 存在严重的扩展性问题，i e t f 又提出了d i f f s e r v 模型。 d i f f s e r v 模型的基本思想是把业务量分成不同的类别，并根据业务量所属的类别 对业务量区分对待。d i f f s e r v 使用i p v 4 的包头的t o s 字段( 此字段在d i f f s e r v 中称为d s 域) 或者i p v 6 数据包的包头中的业务量类别域( t r a f f i cc l a s s ) 作为 不同的业务量类别的标识。在d i f f s e r v 网络的入口处，路由器对数据包进行分类， 整形等操作，分类的结果在d s 域中标记。在d i f f s e r v 网络的内部，所有对数据 包的操作都基于d s 域进行。d i f f s e r v 相对于i n t s e r v 来说，有以下优点：第一， 在网络中只有有限的服务类别，状态信息的规模与服务类别的数量成比例，而不 是像在i n t s e r v 中那样和流的数量成比例。第二，诸如分类，整形等复杂的处理， 只要求在边界路由器上实现，d i f f s e r v 网络内部的路由器可以有更强的数据转发 能力。【1 3 1 4 1 5 1 6 1 可以看出，i n t s e r v 模型和d i f f s e r v 模型都各有其优缺点：i n t s e r v 可以定量 地实现端到端的q o s ，但却存在严重的扩展性问题，只能适用于流的数目比较 少的接入网环境；d i f f s e n ，可以很好地解决扩展性问题，适用于核心骨干网，但 d i f f s e r v 并不能像i n t s e r v 那样提供定量的q o s ，丽只能是提供相对的服务保证。 由此，一些学者提出了一种混合模型：i n t s e r v 运行于d i f f s e r v 之上的模型。虽 然该模型很好地融合了i n t s e r v 和d i f f s e r v 的优点，但是它需要处理两种模型的 协调转换，因此会加重本来就十分薄弱的i n t e r n e t 管理的负担。【1 7 1 8 1 9 2 0 】 自从i n t e m e t 的q o s 问题被提出以来，已经取得了大量的研究成果。除了 i e t f 的工作外，马庆明在他的博士论文中详细地研究了i n t s e r v 环境下的q o s 3 天津大学博士学位论文 路由问题，并给出了可行的路由算法方案。本实验组的刘振肖博士对d i 仟s e n ， 体系下的路由问题进行了研究，同时也给出了相应的算法方案。萧曦鹏则从网络 的多个层次入手，给出了一个更为全面的q o s 供应框架。【2 1 1 【2 2 】【2 3 】【2 4 】【2 5 1 随着研究的深入，在i n t e r n e t 中提供q o s 也遇到越来越多的挑战，例如无 缝的域间q o s 支持、用户终端的q o s 接入、动态的服务协商机制以及q o s 监 管与验证等等。这些问题都无法在短期内得到很好的解决，需要长期细致的研究， 这也是目前阻碍q o s 在i n t e m e t 中取得广泛应用的主要原因。 1 2 i n t e r n e t 流量工程及其新进展 q o s 体系能够为网络应用提供可区分的性能保障，但那是在基于网络中流 量分布较为均衡的前提下来进行的性能保障，当网络中一部分区域产生拥塞时， q o s 体系所承诺的性能保障未必就能够得到预期的效果。另外，q o s 体系更多 地是从应用的角度来考虑性能保障问题，操作对象往往都是较为微观的流( f l o w ) 或流的聚集( t r a 衔ct r u n k ) ，很少顾及网络本身的利用效率。因此，需要一种更 为宏观的、能够均衡网络流量分布的技术手段，以弥补q o s 体系在保障网络整 体性能方面的不足。 i n t e r n e t 流量工程( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ) 的提出很好地满足了这种新的需求， 成为q o s 体系的有益补充。 2 6 2 7 1 【2 8 2 9 】 流量工程的概念最早出现于电信网中，其目的是优化电信网络的性能。随着 电信网与i n t e m e t 融合步伐的加快，很多电信网中的概念、技术都在向i n t e m e t 渗透，以利于i n t e m e t 的进一步商业化运营。与电信网的情况一样，在i n t e r n e t 中提出流量工程的目的也是为了优化i n t e r n e t 的性能。在当前q o s 体系还亟待 长期完善的情况下，i n t e r n e t 流量工程的提出为q o s 应用增加了新的动力、开 辟了新的途径。i n t e r n e t 流量工程对在i n t e m e t 中提供q o s 具有十分重要的辅助 作用。 在i n t e m e t 中需要流量工程主要是因为传统的i n t e m e t 一般只使用最短路来 转发业务量。因为无法控制业务量在网络中转发通过的路径，容易产生以下问题： 一4 - 第一章绪论 在不同的点对之间的最短路可能在某些链路上重合，从而极易引起这些 链路的拥塞，在传统的i n t e m e t 中从这些链路上转移出一部分业务量是 非常困难的。 在某点对之间的最短路拥塞的情况下，有可能存在着非最短路，而非最 短路可以使用。使用最短路路由无法使用这些非最短路。 i n t e r n e t 流量工程的实施可以控制业务量在网络中的分布，以此避开拥塞节 点或链路，从而优化网络资源使用效率并且提高业务量的性能。 作为一种重要的q o s 辅助手段，流量工程也在不断地适应q o s 发展过程中 出现的新变化。为了建立更为全面而系统的流量工程体系，i e t f 陆续提出了可 区分流量工程( d s - t e ，d i f f s e r v - a w a r et r a f f i ce n g i n e e r i n g ) 和域间流量工程 ( i d - t e ，i n t e r - d o m a i nt r a f f i ce n g i n e e d n g ) 的概念。 1 2 1 可区分的流量工程 为了支持多种服务类型，现在很多i s p 都采用d i f f s e r v 模型以提供可扩展 的q o s 保障。与此同时，基于m p l s 的流量工程也在这些i s p 网络中得到了实 施以优化网络资源的利用效率。 但是到目前为止，基于m p l s 的流量工程的作用对象仍然是简单的流量主 干( t r a f f i ct r u n k ) ，在该流量主干中可能含有属于多种不同服务类型的流量，当 前的流量工程并不能有效地区分这种情况。因此，为了更好地控制i s p 网络的资 源，让流量工程具备区分流量主干服务类型的能力是很重要的。 在具备区分能力的流量工程中，属于不同服务类型的流量主干将被映射到不 同的l s p ，不同服务类型的业务流所允许使用的网络资源也有不同的规定，在 进行约束路由时需要针对不同服务类型制订不同的带宽约束条件。具备这种能力 的流量工程就是所谓的可区分流量工程( d s - t e ) 。【3 0 d s - t e 将区分服务的思想引入到流量工程当中，从而实现了d i f f s e r v 与流 量工程的相互交融。但是，d s - t e 并没有取代d i f f s e r v 提供q o s 保障。从本质 上讲，0 s _ t e 还是流量工程，它仍然是从控制流量分布的角度来优化网络及应 天津大学博士学位论文 用的性能。 在提出d s t e 之前，区分服务模型已经在m p l s 环境中获得了相应的支持。 但是，这种支持只是体现在转发层次上。无论是支持区分服务的e l s p 模式还 是l - l s p 模式，都是在转发时根据m p l s 包头中的e x p 域( 或者根据l a b e l 与 e x p 的组合) 所携带的信息来确定分组的p h b ( 或p s c ) 值，并进而采取相应 的q o s 操作( 排队、调度等) 。与此不同的是，d s - t e 能够在控制层面上利用 流量主干的服务类别信息，并据此反映到相应的约束路由中。 d s - t e 的实现从一种新的粒度级别优化了整个网络的资源利用情况，由此 可以进一步提高网络的灵活性和效率。与传统的基于m p l s 的流量工程相比， d s _ t e 可以对网络带宽资源进行更为精细的舰划，这是通过制定一套针对所有 服务类别的带宽分配策略来实现的。传统的流量工程使得网络中的流量处于一种 总量上的均衡，但是这种流量均衡并不能保证单个服务类别的流量也处于均衡状 态。而d s - t e 能够做到这一点，它不仅能够保证网络流量的总体均衡，还能够 保证各服务类别的流量也得到有效的均衡。因此，可以把d s - t e 看作足传统流 量工程单一流量类型的多类别扩展。 鉴于d s j e 对于网络性能优化的重要意义，目前，i e t f 已经提交了d s t e 的相关需求r f c 文档，针对基于m p l s 的域内d s - t e 的协议扩展d r a f t 草案也 已经发展了多个版本。可以预见，d s - t e 必将成为i n t e r n e t 流量工程研究中的 新热点。【3 1 3 2 1 1 2 2 域间流量工程 随着流量工程不断地在新型网络中得到实施应用，它给网络性能带来的调节 效果也在不断地得到验证。与此同时，随着流量工程实践的增多，人们对流量工 程也提出许多新的需求，域间流量工程便是其中之一。 由于路由协议的限制，目前的流量工程方案( 包括d s - t e 在内) 还仅仅是 局限在单个的a s ( 自治系统，a u t o n o m o u ss y s t e m ) 或者是单个的o s p fa r e a ( 在i s i s 中足l e v e l ) 之中。这足因为，流量工程( 具体地讲是基于约束路由的 需要) 往往需要获得网络链路的有关信息，而目前在i n t e r n e t 中能够散发链路信 6 第一章堵论 息的标准路由协议是链路状态类的协议，例如o s p f ( 开放式最短路优先，o p e n s h o r t e s tp a t hf i r s t ) 协议和i s i s ( 中间系统冲间系统，i n t e r - m e d i as y s t e m - i n t e r - m e d i as y s t e m ) 协议。出于网络规模化以及扩展性的考虑，这两个协议都 被设计成只是在单个的a r e a ( 或l e v e l ) 中散发相关的链路信息，这就使得流量 工程的约束路由计算只能局限在单个的a r e a ( 或l e v e l ) 之内，尚无法实现跨区 域的i n t e m e t 流最工程操作。【3 3 3 4 】 流量工程操作只能局限在单个的区域之内，这给跨区域的网络资源优化带来 了极大的障碍。随着i s p 网络规模的持续扩大( 从单a r e a 或单a s 的模式裂变 为多a r e a 或多a s 模式) 以及跨区域网络应用( 例如v p n 、v o l p 和i p t v 等) 的不断增加，迫切需要研究薪的机制以实现跨区域的流量工程操作，域| 、日j 流量工 程的出发点就在于此。【3 5 3 6 3 7 】 域问流量工程的研究有利于多区域的网络性能与资源优化。将域问流量工程 机制与现有的域内流量工程机制相结合，一个完整的i n t e m e t 流量工程体系便呼 之欲出。域间流量工程对于在i n t e m e t 中提供端到端的q o s 体系以及跨区域的 网络性能优化都具有重要的意义。 综合以上两点，很自然地令人想到，需要一种更加完善的体系。首先，它能 够提供可区分的流量工程服务，以此结合d i f f s e r v 的服务区分能力。此外，它还 必须能够在多区域的i s p 骨干网中实施这种可区分的流量工程操作。我们将这样 一种体系称为端到端、可区分的i n t e r n e t 流量工程体系，本文的研究焦点即 在于此。 1 3 相关研究工作 i n t e r n e t 中的q o s 与流量工程是一个非常广泛的研究领域，本论文以域i 日j 可区分的i n t e r n e t 流量工程为研究重点，与此相关的一些研究主要有：i n t e r n e t 2 研究计划、i s t 的i pp r e m i u m 研究计划、i t u 的q o s 框架、下一代信令研究、 m p l s 环境下的d i f f s e r v 支持以及b g p 的相关协议扩展及其域问流量控制研究 等等。 天津大学博士学位论文 1 3 1 i n t e r n e t 2 为了支持下一代i n t e r n e t 的研究，美国从1 9 9 7 年开始启动i n t e r n e t 2 计划。 作为其中重要的一项内容，i n t e r n e t 2 的q o s 研究q b o n e 的任务就在于通过 使用流量区分来支持高级网络应用的开发与实施。1 9 9 8 年，i n t e r n e t 2 将d i f f s e r v 作为其提供q o s 的基本框架。 3 8 】 经过多年的研究与实验，q b o n e 取得了大量的研究成果： 提出了p r e m i u mq o s 的概念，讨论了在i n t e r n e t 中发展q o s 的基本问 题，对基于资源预留的q o s 方案进行了总结； 提出了一种域间q o s 的信令机制s | b b s ( 简单域间带宽代理信令， s i m p l ei n t e r d o m a i nb a n d w i d t hb r o k e rs i g n a l i n g ) 。该信令协议定义了 网际间的q o s 接口，主要用于带宽代理( b b ，b a n d w i d t hb r o k e r ) 之 f b j 的q o s 通信。由于带宽代理的集中式处理方式，因此该信令存在潜 在的扩展性问题。【3 9 4 0 1 定义了一种新的全局服务类型q b s s ( q b o n e 清道夫服务，q b o n e s c a v e n g e rs e r v i c e s ) ，以便在网络产生拥塞时更高级别的应用可以抢 夺该服务类型应用所拥有的带宽资源。该服务类型的特点是其全局性， 也即这种服务类型在不同的d i f f s e r v 域中的解释是一样的，使用统一的 d s c p 标志代码。f 4 1 j 定义了一种新的q o sa p i ，以促进与q o s 相关的应用程序歼发。 1 3 2 i s ti pp r e m i u m i s t ( i n f o r m a t i o ns o c i e t yt e c h n o l o g y ) 是欧盟委员会( e c ，e u r o p e a n c o m m i s s i o n ) 下属的主管信息与通信事业发展的分委员会，它每年都资助很多 信息与通信方面的研究项目，i pp r e m i u m 是近年来i s t 资助的热点研究领域之 一，其它的一些研究热点包括无线技术、光通讯技术、i p v 8 技术以及网络管理 等等。i p p r e m i u m 中的项目主要是和q o s 及流量工程有关的课题。 一8 一 第一章绪论 a q u l l a ( a d a p t i v er e s o u r c ec o n t r o lo fq o su s i n ga ni p b a s e dl a y e d a r c h i t e c t u r e ) 是i s t 资助的始于1 9 9 9 年的一个q o s 研究项目，该项目旨在提 供一个跨区域的资源控制模型。在该模型中，所有的业务流量分为五类，网络核 心路由器同时实施流量工程与d i f f s e r v 以确保q o s 性能，网络边缘路由器则增 加了个分布式的资源控制层以完成q o s 测量与反馈。该项目提出了一个可扩 展的域间资源预留协议b g r p ( 边界网关预留协议，b o r d e rg a t e w a y r e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) 以支持域间q o s 保障。此外，该项目还对用户终端的 q o s 支持以及q o s 管理进行了一定的探索。 4 2 4 3 1 t e q u i l a ( t r a f f i ce n g i n e e r i n gf o rq u a l i t yo fs e r v i c ei nt h ei n t e m e ta t l a r g e ) 是i s t 资助的始于2 0 0 0 年的一个q o s 研究项目，该项目的研究重点是 对于q o s 与流量工程而言至关重要的s l s ( 服务等级指定，s e r v i c el e v e l s p e c i f i c a t i o n s ) 机制。该项目围绕s l s ，分别从s l s 的定义、协商、监视与执 行等多个方面入手，试图给出标准的s l s 机制，并以此为基础给出进一步的q o s 与流量工程方案。 4 4 1 m e s c a l ( m a n a g e m e n to fe n d - t o - e n dq u a l i t yo f s e r v i c ea c r o s st h e i n t e r n e t a t l a r g e ) 是t e q u i l a 项目的延续，始于2 0 0 2 年，该项目的研究焦点 是域问s l s ，以此提供域间流量工程和域间q o s 。该项目主要研究与域间s l s 密切相关的协议、算法，并通过对b g p 协议进行相关的q o s 扩展来提供动态的 域问流量工程方案。 4 5 1 除了上述三个项目，i s t 还资助了大量与q o s 及流量工程相关的研究项目： 与终端用户的q o s 相关的c a d e n u s 计划；与q o s 计费相关的q o s i p s 计划； 同时考虑i p 与a t m 的q o s 框架s e q u i n ；主要研究q o s 接入的m o i c a n e 计划等等。这些研究项目对在i n t e r n e t 中实施q o s 进行了探索，得到了很多极 具参考价值的思路与建议，为后续更全面、更系统地研究域间流量工程提供了有 益的借鉴。 4 6 4 7 4 8 4 9 】 1 3 3 i t u 的q o s 框架 出于网络融合的需要，电信界对于i p 网络的研究不断得到加强，而q o s 研 天津大学博士学位论文 究更是其中的重中之重。在i t u ( 国际电信联合会，i n t e r n a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 中，主要是由它的电信标准化局i t u - t 负责l p 分组 交换网络的研究。其中，q o s 方面的研究主要是在l t u - t 的s g 2 ( 研究组，s t u d y g r o u p ) 、s g l 2 以及s g l 3 这几个组中进行。与i e t f 更多地关注q o s 协议及 q o s 应用所不同的是，l t u - t 更多地是关注q o s 的功能框架、网络互连与网络 演进，其侧重点在于q o s 的控制与管理。 在传统的电信网络( 主要是以p s t n 为代表的电路交换网和以x 2 5 、帧中 继以及a t m 为代表的虚拟电路网) 中，由于网络本身的连接属性，q o s 的实施 相对较为容易。对于l p 网，由于它的无连接和无状态属性，q o s 问题的解决颇 为棘手。即便如此，i t u t 仍然在i pq o s 方面提交了大量的建议文档 ( r e c o m m e n d a t i o n ) 。2 0 0 3 年6 月，s g l 3 提出了在l p 网络中提供o o s 的体 系框架，如图1 1 所示。【5 0 5 1 】 图1 1 、i t u t 的i p q o s 框架 如图示，整个i pq o s 框架有三大类逻辑面板组成，而每一类逻辑面板中又 包含了多个具体的功能模块。 第一章堵论 控制面板：负责用户数据所流经的路径的控制，主要包括许可控制、q o s 路由以及资源预留等方面的机制。 数据面板：负责用户数据的直接操作控制，主要包括流量的分类、监管 与整形、拥塞避免、包标记、队列与调度以及缓冲区管理等等。 管理面板：负责用户数据的高级管理，主要包括q o s 计量、q o s 策略 设置、服务水平协商以及q o s 服务的灾难恢复等等。 当然，并不是每一个提供q o s 的体系框架都必须或只能包含上述所有的功 能模块。不同的q o s 实现其所包含的q o s 模块可能会有所不同，上面的体系框 架建议只是描述了大部分q o s 实现可能会采用的q o s 机制。对照i e t f 先后提 出的i n t s e r v 和d i f f s e r v 服务模型，i t u - t 的q o s 体系框架包含了这两种服务模 型中所涉及的几乎所有的q o s 功能、机制，因此是比较全面的。可以看出，i t u - t 只是对各种可能的q o s 机制按照层次进行了笼统的分类划分，对各种q o s 机制 本身并没有给出具体的分析，i pq o s 仍然是一个开放性的研究课题。 1 3 4 新一代信令体系 信令是i n t e r n e t 的q o s 框架中不可或缺的部分，占据着重要的地