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姿 8 c, ? 3 斤 i p网络上基于策略的q o s 北京交通大学硕士学位论文摘要 i p 网络上基于策略的q o s 计算机与信息技术学院硕士研究生 王海伟 ( 2 0 0 4 . 1 ) 随着i n t e r n e t 规模的 不断扩大， 网 上的各种实时业务量不断 增长，网上的应用多种多样，不同的应用对网络的需求不同。现 有的i p 网 络采用的是“ 尽力而为” 型的 服务机制， 这种机制的特 点是先来先服务，转发过程中对所有的应用数据包不加区分，数 据包间不存在优先级关系。这种类型的服务机制能很好的满足 e - m a i l 、 文件传输等传统i n t e r n e t 应用， 这类应用的特点是要求 底层能够提供绝对可靠的传输服务，至于要花多长时间则要求不 是很严格，因此网络传输导致的延迟和抖动对它们影响不大。但 这种传输机制不适用于实时性强、带宽需求大的多媒体应用等， 因为这种传输机制不能保证可靠的传输质量， 所以需要额外的机 制来解决这个问 题， 也就是i p 网络本身的特点决定了对此无能为 力， 在这 种 情况 下， 服 务 质 量( q o s , q u a l i t y o f s e r v i c e ) 技 术 被提出，用来改善网络的传输性能. 现有的q o s 技术主要有综合服务和区分服务等， 都可以 在一 .定程度上改善网 络的传输性能， 但是如果网 络中 存在 多个转发节 点， 各转发节点 采用的q o s 技术不一样的 话， 就不能对具体的应 用实现端到端的服务质量，因此本文提出了基于策略的q o s 技术 来解决端到端的服务质量问题。 基于策略的q o s 技术是在掌握整个网络运行状态的基础上， 疑 协愁件 诊 稀瀚 愈 第 1 ?j ，共8 5 页 i p 网络上基于策略的q o s 通过策略决策实现对整个网 络的统一管理和控制。也就是说，基 于策略的q o s 技术可以对整个网络的所有设备进行统一控制，而 传统的i p 网络中各个网络设备之间没有任何的协调， 无法确保某 一个应用的服务质量。 本文在基于策略的q o s 技术的基础上， 设计了一个具体的基 于策略的q o s 控制系统，并且通过实际的例子对该系统做了定量 的测试，结果表明:以策略为中心对整个网络进行统一的控制， 可以比较好地解决对不同应用的端到端服务质量. 关键词:q o s 、策略、 策略服务器、 综合服务、区分服务、l d a p . c o p s . s n m p . 策略执行点、策略执行代理 第 2 页，共8 5 页 i p网络 e 基于策略的q o s p o l i c y - b a s e d q o s o f i p n e t w o r k mr . wa n g h a i w e i c o m p u t e r a n d i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y s c h o o l b e i j i n g j i a o t o n g u n i v e r s i ty m a s t e r th e s i s 2 0 0 4 , 1 abs t r a c t wi t h t h e e n l a r g e m e n t o f i n t e rn e t s c a l e ,r e a l - t i m e o p e r a t i o n o f c o n t i n u o u s l y i n c r e a s e , a p p l i c a t i o n s o f n e x t g e n e r a t i o n w i l l b e v a r i o u s , d i ff e r e n t a p p l i c a t i o n s h a v e d i ff e r e n t r e q u i r e m e n t s o f n e t w o r k r e s o u r c e s , b u t c u r r e n t i pa d o p t s b e s t - e ff o rt s e r v i c e m e c h a n i s m w h o s e c h a r a c t e r i s fi r s t c o me , f i r s t a l l k i n d s o f a p p l i c a t i o n d a t a p a c k e t w i t h s a m e s e r v e ,a n d p r o c e e d s 面o r i t y .t h i s t y p e o f s e r v i c e m e c h a n i s m c a n w e l l s a t i s f y t r a d i t i o n a l a p p l i c a t i o n s s u c h a s e - m a i l , f i l e t r a n s f e r .t h e s e a p p l i c a t i o n s r e q u ir e a b s o l u t e l y r e l i a b l e t r a n s f e r s e r v i c e , b u t d o n t c a r e o f t r a n s f e r t i m e i n t h e e x t r e m e , s o d e l a y a n d j i tt e r r e s u lt i n g fr o m t r a n s f e r m e c h a n i s m h a s l i tt l e i n f l u e n c e o n t h e m. b u t t h i s t r a n s f e r me c h a n i s m d o e s n t d o we l l wi t h r e a l - t i me a p p l i c a t i o n s s u c h a s m u l t i m e d i a .b e c a u s e t h i s t r a n s f e r m e c h a n i s m c a n t e n a b l e r e l i a b l e t r a n s f e r q u al i t y ,e x t r a m e c h a n i s m n e e d s t o b e 第 3 页，共 8 i 页 i p m络上基于策略的q o s p r o v i d e d t o s o l v e t h i s p r o b l e m .i n o t h e r w o r d s ,i p c a n t s o l v e t h i s p r o b l e m i t s e l f .u n d e r t h i s c i r c u m s t a n c e ,q o s( q u a l i t y o f s e r v i c e ) w a s b r o u g h t f o r w a r d t o i m p r o v e p e r f o r m a n c e o f n e t w o r k t r a n s f e r . c u r r e n t q o s t e c h n o l o g y i n c l u d e s i n t - s e r v a n d d i f f = s e r v e t c w h i c h c a n i m p r o v e p e r f o r m a n c e o f n e t w o r k t r a n s f e r a t s o m e d e g r e e .b u t i f t h e r e a r e s e v e r a l n o d e s i n t h e n e t w o r k a n d e a c h n o d e a d o p t s d i ff e r e n t q o s t e c h n o l o g y e n d t o e n d q o s f o r d i ff e r e n t a p p l i c a t i o n s c a n t b e i m p l e m e n t e d .t h i s a r t i c l e p u t s f o r w a r d s o l v i n g t h e p r o b l e m o f e n d t o e n d q o s u s i n g p o l i c y b a s e d q o s t e c h n o l o g y . b a s e d o n g r a s p i n g r u n n i n g s t a t u s o f e n t i r e n e t w o r k ,p o l i c y b as e d q o s t e c h n o lo g y i m p l e m e n t s u n i fi e d m a n a g e m e n t a n d c o n t r o l o f e n t i r e n e t w o r k 饰 p o l i c y d e c i s i o n s .i n o t h e r w o r d s , p o l i c y b a s e d q o s t e c h n o l o g y c a n c o n t r o l a l l d e v i c e s o f t h e n e t w o r k u n i f o r m l y ,d i ff e r e n t fr o m t r a d it i o n a l n e t w o r k w h o s e d e v i c e s h a v e n o re l a t io n s h ip a n d w h i c h c a n t as s u r e a p p l i c a t i o n s e n d t o e n d q o s . t h i s a r ti c l e d e s i g n e d a p o l i c y b a s e d q o s c o n t r o l s y s t e m , a n d t e s t t h e s y s t e m p e r f o r m a c e b y a c t u a l e x a m p l e .t h e re s u l t s h o w e d t h a t u n i f o r m c o n t r o l o f e n t i r e n e t w o r k c a n w e ll s o l v e e n d t o e n d q u a l it y o f s e r v i c e o f d i ff e re n t a p p l ic a t i o n s . k e y wo r d s : q o s , p o l i c y , i n t - s e r v , d i f s e r v , l d a p . c o p s , s n mp . p o l i c y s e r v e r , p o l i c y e n f o r c e m e n t p o in t . p o l i c y e n f o r c e m e n t a g e n t 第4 页，共8 5 页 i p 网络上基于策略的q o s 序言 0 - 1 i p 网络上q o s 提出的背景 随着i n t e r n e t 规模的不断扩大， 网上的实时业务量也在不断 增长， 下一代i p 网络上的应用类型将会是各种各样。 不同的应用 对网络的需求也有所不同， 应用业务发展的速度突飞猛进， 也希 望网 络以相应的速率传输这些业务量。另外，不同的应用对网络 传输的延时和延时抖动的敏感程度不一样，有的应用能容忍少量 的业务量流失， 有的应用则要求可靠传输.例如:实时话音传输 有严格的延时要求， 却能容忍少量的分组丢失;f t p应用不能容 忍分组的丢失， 但对延时没有严格的要求.更进一步地说，由于 实时业务对网络传输的延时、延时抖动等特性较为敏感，当突发 性高的f t p 或含有图像文件的h t t p 等业务量在网络上传输时， 实 时业务会受到影响。这些高速率的多媒体实时业务 ( 如动态图 像 传输) 既占 用网络的大量带宽资源，又不能容忍网络的延时.因 此应在工 p 网络上导人q o s 技术， 以确保实时业务的通信质量， 使 网上资源获得最佳利用，降低成本，改善对用户的服务。 0 - 2 i p 网络上q o s 的基本概念 服务质量( q o s ) 是指用户要求网络传输系统所必须保证的关 于信息传输的质和量的特征集，它反映服务提供者 ( 系统) 和服 务使用者 ( 用户) 之间的能力和需求关系， 是用来描述网络性能 的。网络系统通过q o s 体系来支持多媒体应用， 提供服务质量保 证。通过 q o s ，网 络能够对数据包进行合理的排队，对其中特定 的数据包赋以较高的优先级， 从而加速 传输的进程，并实现实时 交互。 q o s所追求的传输质量在于:数据包不仅要到达其传输的 目的地址，而且要保证数据包的 顺序性、完整性和实时性。 各大标准化组织也相应制定了q o s 的定义以及一系列相关的 协议和标准。 1 . o s l 参考模型中的q o s 定义 o s l 参考模型中的服务质量是用参数的形式进行定义的。即 第8 页.共8 5 贞 i p 网络上基于策略的q o s 高层协议要求低层协议提供相应的服务质量时， 高层协议向 低层 协议发送包含q o s 参数值的服务数据单元， 低层协议按高层协议 的q o s 要求进行有关操作。 o s i 参考模型中的q o s 参数主要针对数据传输。这些定义即 未考虑服务类型， 也未考虑传输错误的概率分布和传输峰值变化 等因素。而且， o s i 参考模型的q o s 定义未给出实现q o s 控制的 方法和框架. 2 . a t m 的q o s 定义 a t m 论坛不仅把服务质量q o s 的概念引入了a ，交换机中， 而 且根据应用对a t m 的服务进行了分类. a t m 的服务可以分为五类: i .恒定比特率服务 i i .实时可变比 特率服务 i i i .非实时可变比 特率服务 i v .自适应式比特率服务 v .未制定比特率服务 3 . i e t f 的q o s 定义 i e t f 在r f c 2 2 1 6 中 对q o s 进行了定义:q o s 是用带宽、 分 组延迟和分组丢失率等参数描述的关于分组传输的质量。 i e t f 的 q o s 控制主要是为了在i n t e r n e t 提供综合服务， 为此， i e t f 定义 了综合服务模型( i n t - s e r v , i n t e g r a t e d s e r v i c e ) 以及与此相关 的实现协议。 综合服务模型实质上是一个从端到端的性能到网络中元素如 何控制和实现这些性能为用户提供满意的服务质量的总称。i e t f 的综合服务模型出发点是网络延迟，i e t f认为网络延迟是衡量 q o s好坏的主要标准。根据应用对延迟的要求，综合服务模型把 i n t e r n e t 提供的 服务分为 与传输时间无关的 尽力而为型服务、 保 证型服务以及负载受控型服务. i e t f 还制定了 与q o s 实现相关的协议和策略: 主要包括资源 分配和如何实现保证型服务和控制负载服务. i p网 络的q o s 有一 套度量指标， 包括带宽、 延时、 延时抖动、 第9 页，共8 5 页 冲网 络上基于策略的q o s 分组丢失率: i带宽:网络能提供给用户的资源发送速率。 2延时: 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。 ( i ) 传输延迟 ( t r a n s m i s s i o n d e l a y ) :设备同步一个分组 所需要的时间，即接收到分组的第一个b 认与接收到分组的最后 一个b i t 的时间间隔。 取决于接收速度和分组大小。 ( 2 ) 传播延迟( p r o p a g a t i o n d e l a y ) : 一个b i t 从发送方到 接收方所需要的时间。 取决于介质和距离。 ( 3 ) 交换延迟 ( e x c h a n g e d e l a y ) : 设备从收到分组到开始 传输分组之间的时间间隔。 取决于设备中的队列长度和调度策略。 3延时抖动:分组之间的延时差异。 4分组丢失率: 一定时间间隔内， 丢失的分组/ 传输的分组总数， 它主要因为 网络拥塞时丢弃的分组， u - 3 i p 网络q o s 的发展及现状 因特网取得成功的一个重要理 念是它所使用的 i p协议的简 单性.工 p 的基本设计 原理来自 端到端的思想: 把 “ 智能” 尽可能 的 放到网 络的边缘节点( 源和目 的网络中的主机) 中， 留 下 “ 傻” 的核心网络。 网络中间节点( 路由器) 除了把工 p 包的目的地址与 路由 转发表对照， 确定它的下一跳并作路由 转发外， 几乎不需要 做其它任何工作， 如果下一跳的队列较长， 则i p 包的转发可能被 延迟;如果下一跳的队列缓冲区满或不可用，则允许 路由 器丢弃 i p 包。因此因特网上提供的是一种 “ 尽力而为”的服务， 服务质 量 ( q o s ) 无法预知. i p 网提供服务质量的方法可以 有多种。 现在的计 算机处理能 力正在飞 速提高， 因此人 们最容易想到的， 也是最简单的方法就 是增加网络资源， 如带宽 资源无法解决全部问题， 、内存、c p u处理能力等，但增加网络 这除了经济方面的考虑外 ( 网络资源永 远会是有成本的， 不会是免费的)，另外一个重要原因是因特网流 第 1 0 页共8 5 页 i p网络上基于策略的q o s 量不仅随着用户和应用的增加而几乎同步增长，并且流量的特点 也在发生着巨大的变化. 很多新出现的i p 网上的多媒体应用， 要 么要求巨大的带宽，要么需要严格的延迟保证，要么要求一点到 多点或多点到多点的通信能力。 这些新业务要求i p 网除了提供简 单的 “ 尽力而为”服务以 外， 还需要新的服务方式，因此单靠增 加网络资源无法解决q o s 间题， i p 网结构本身也需要根据改变引 人能够支持q o s 的一些机制。 随着人们认识问题的逐步探入， i p 网络上q o s技术的发展 经历了一个漫长、曲折的过程. 1 ) 2 0 世纪8 0 年代，当时的i n t e r n e t 主要承载数据传输业 务，网 络采用尽力而为的服务、 无q o s 保障。 2 ) 到了2 0 世纪9 0 年代初期，由 于受到v o i p 等实时业务的 驱动， i e t f 组织在 i p q o s 领域做了第一次尝试， 在 1 9 9 4 年推出 了 基于资源预留 协议 ( r s v p , r e s o u r c e r e s e r v a t i o n p r o t o c o l ) 的综合服务 ( i n t - s e r v , i n t e g r a t e d s e r v i c e ) 解决方案，这是 一种端到端基于流的q o s 技术. 3 ) 为了寻求扩展性和简易性， i e t f 组织在1 9 9 8 年推出了基 于d s c p 的 区分服务( d i f f - s e r v , d i f f e r e n t i a t e d s e r v i c e )解 决方案，这是一种基于类的q o s 技术，主要用于骨干网， 业界同时提出了一种将i n t - s e r v 与d i f f - s e r v 结合的思路: 即在用户网络仍使用r s v p 协议、 在运营商的d i f f - s e r v 网络边界 将i n t - s e r v 的 业务 类型映 像为d i f f - s e r v 的业务类型， 这样解决 了端到端的q o s ，同时也具有很好的扩展性。但这种方法并没有 解决d i f f - s e r v 的部署问 题，同时也存在i n t - s e r v 的信令复杂、 管理困难等问题，该方法仍处于一种理论的研究阶段. 4 ) m p l s ( m u l t i - p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g ，多协议标记 交换) 网络本身的q o s 技术可以采用两种思路， 首先可以采用 i n t - s e r v 方案， 提供基于流的q o s ， 但由 于i n t - s e r v 存在的问题， 这条路在一开始就没有走通。 m p l s q o s的另一种思路是采用d i f f - s e r v 方案。 第 1 1 页，共8 5 页 i p网 络上基于策略的q o s m p l s 与d i f f - s e r v 都具有很好的可扩展性、 处理过程也类似 一一一在网络边缘聚合、 在网络核心处理; 如果将d s 字节的设置 融人m p l s 的标记分配过程中，m p l s 的标记将具备区分分组服务 质量的能力。 m p l s 与d i f f - s e r v 的结合称为m p l s c o s ( c l a s s o f s e r v i c e ， 服 务 等 级) 。 现在，i p 网络如何提供服务质量q o s 支持这一问题现已成 为业界关注的焦点。 如何由q o s 控制来实现q o s 保证，国际上不 同组织和团体提出了不同的控制机制和策略，比较著名的有: 1 ) a t m 论坛提出了q o s 控制的策略和实现， a t m 控制是 “ 连 接预定”型 ( c o n n e c t i o n a n d r e s e r v a t i o n ) ， 它的核心内容是在 服务建立之前， 通过接纳控制和资源预留来提供服务的q o s 保证， 而在服务交互的过程中，用户进程和网络要严格按照约定的 q o s 实现服务q o s 保证; 2 ) i e t f组织也已 经提出了 多种服务模型和机制来满足对 q o s 的需求， 其中比 较典型的有:r f c 2 1 1 5 , r f c 2 1 1 7 以 及1 9 9 8 , 1 9 9 9 年提出的r f c 2 6 x x 系列中的综合服务模型 ( i n t - s e r v ) 、区 分服务模型( d i f f - s e r v ) 、 多协议标记交换( m p l s , m u l t i - p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g ) 、流量z程 ( t r a f f i c e n g i n e e r i n g ) 和 q o s 路由 ( q o s - b a s e d r o u t i n g ) 等均用于解决 i n t e r n e t 网络的q o s 控制和管理。 0 - 4本论文要解决的间题 由于不同的q o s 技术产生不同的服务质量， 在一个i p 网络上， 如果各转发节点采用的q o s 技术不同， 数据流的分类规则、优先 级设置规则也各不相同， 那么对一个应用来说， 它在每个节点上 获得的服务质量也不相同，这样就不能实现端到端的 q o s 。为了 实现端到端的 q o s ， 可以采用基于策略的控制方法， 基于策略的 控制就是在掌握网络中单个流和设备的运行状态的 基础上， 通过 策略决定从宏观上实现对整个网络的统一管理和运作。 本文所要解决的问题就是如何通过基于策略的控制来保证端 到端的 q o s ， 实现了一个具体的策略控制系统，并且通过定量分 析测试了系统的性能( 与没有采用策略控制的情况进行比较) ， 证 第 1 2 页，共 8 5 页 i p 网络上基于策略的q o s 明通过策略控制的方法确实能够保证端到端的q o s , 在系统实现上，系统主要由策略服务器、目录服务器和策略 实施者 路由器、交换机等) 组成。策略服务器是整个系统的核 心， 负责与策略相关的操作 ( 包括策略制定、 分发等) ， 接收策略 实施者的策略请求， 根据策略规则 存放在目录服务器中) 制定 策略决定发给策略实施者执行;目录服务器存放策略规则，策略 规则为策略服务器制定策略提供依据;策略实施者提交策略请求 给策略服务器，并且最终执行策略服务器制定的策略决定。 第 玛页，共8 5 页 i p网络 f . 基于策略的q o s 第一章 i p网络q o s 技术的基本理论 1 一 1 q o s 技术分类 i e t f 建议了数种支持q o s 方案， 主要有: 综合服务( i n t - s e r v , i n t e g r a t e d s e r v i c e )/ 资源预 留协议 ( r s v p, r e s o u r c e r e s e r v a t i o n p r o t o c o l ) ; 区分服务( d i f f - s e r v , d i f f e r e n t i a t e d s e r v i c e ) ;多协议标记交换 ( m p l s , m u l t i - p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g ) ; 业务流量工程 ( t r a f f i c e n g i n e e r i n g ) 和基于约束 的寻路.综合服务模型的主要特征就是资源预留， 它使用 r s v p 作为 信令协议来建立信道和进行资源预留.区 分服务通过给分组 打上不同的标记，把分组分成不同的类别，对不同类别的分组给 予不同的服务。m p l s 是一种转发方案。分组在进人 m p l s 域时被 赋予一个标签，以 后就根据这个标签对分组流进行分类、转发、 服务。业务量工程的目的是让网络上的业务流量更加均衡。基于 约束的寻路要解决的是根据某些约束条件， 如: 带宽和延时要求， 寻找一条合适的路径. q o s 技术可分为 “ 保证型”和 “ 尽力型” 。 保证型的q o s 在终 端双方通信之前先要预留资源， 确保通信过程中的网络带宽.如 a t m 业务类型、 i p 网 络中的r s v p 。 一旦资源预留的请求被网络接 受， 通信中 所需的带宽就能保证， 与连接相关的应答时间、 时延 要求也能保证。如果网络不能提供所需的带宽，它就会拒绝资源 预留 请求.因此，这种技术的线路利用率相对要低一些。 在非连接型通信中，常常使用的是一种不能确保带宽的尽力 型q o s 技术。 例如， 在i e e e 8 0 2 . 1 q / p 的标记帧或i p 分组头中的 t o s 域有3 比 特的 优先级， 供l a n 交换机或路由 器进行优先级控 制，由于采用这种方法不能在通信中确保带宽，只是按优先级顺 序进行交换或转发，因 此也称为 “ c o s ( c l a s s o f s e r v i c e ) ，以 区别能保证带宽的 狭义q o s 技术。 这种方法的线路利用率高， 但 具体的效果难于预测。 下面主要介绍最常用的综合服务模型和区分服务模型。 第 1 4 页，共8 5 页 i p 网络上基于策略的q o s 1 - 2综合服务 ( i n t - s e r v ) 模型 1 - 2 - 1 .综合服务模型的 基本概念 综合服务 模型( i n t - s e r v : i n t e g r a t e d s e r v i c e ) 的基本思 想是 “ 所有的流相关状态信息应该是在端系统上”， 它基于每个 流 ( 单个的或是汇聚的) 提供端到端的 保证或是受控负载的 服务 ( c o n t r o l l e d l o a d s e r v i c e ) . i n t - s e r v 框 架 使i p 网 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a t m 的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一一包括核心路由 器一一必须为r s v p 数据流维护软状态。 在i n t - s e r v 流中， 定义了三种类型的业务，即: 1 .保证业务 ( g u a r a n t e e d s e r v i c e , g s ) :对于 g s 业务流 的最大时延是受到控制的，路由上的任何时延都会影响最大排队 时延。 2 .受控负载业务 ( c o n t r o l l e d l o a d s e r v i c e , c l s ) :c l s 没有固定的时延保证，但业务流要与在网络轻载情况下的流质量 相当，实际上c l s 要求有长期的带宽保证. 3 .尽力而为的业务 ( b e s t e f f o r t ) : 类似当前i n t e r n e t 在 多种负载环境 由轻到重) 下提供的尽力而为的业务。 1 - 2 - 2 .综合服务模型的 构成 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。 1 . r s v p ( r f c 2 2 0 5 ) : r s v p 即资源预留协议，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 第 飞 5 页，共 9 5 页 i p 网络上基于策略的q o s 1 - 2 综合服务( i n t - s e r v ) 模型 1 - 2 1 综合服务模型的基本概念 综合服务模型( i n t s e r v ：i n t e g r a t e ds e r v i c e ) 的基本思 想是“所有的流相关状态信息应该是在端系统上”，它基于每个 流( 单个的或是汇聚的) 提供端到端的保证或是受控负载的服务 ( c o n t r o ll e dl o a ds e r v i c e ) 。i n t - s e r v 框架使i p 网能够提供 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a t m 的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一一包括核心路由 器一一必须为r s v p 数据流维护软状态。 在i n t s e r v 流中，定义了三种类型的业务，即： 1 保证业务( g u a r a n t e e ds e r v i c e ，g s ) ：对于g s 业务流 的最大时延是受到控制的，路由上的任何时延都会影响最大排队 时延。 2 受控负载业务( c o n t r 0 1l e dl o a ds e r v i c e ，c l s ) ：c l s 没有固定的时延保证，但业务流要与在网络轻载情况下的流质量 相当，实际上c l s 要求有长期的带宽保证。 3 尽力而为的业务( b e s te f f o r t ) ：类似当前t n t e r n e t 在 多种负载环境( 由轻到重) 下提供的尽力而为的业务。 卜2 2 综合服务模型的构成 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。 1 r s v p ( r f c 2 2 0 5 ) ：r s v p 即资源预留协议，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 笫1 5 负，共8 5 页 i p 网络上基于策略的q o s 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，适用于点到点以及点到多点的通 信环境。 2 访问控制( a d m iss 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 1 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。这可能需要查看i p 分组里的某些 域：i p 源地址、i p 目的地址、上层协议类型、源端口号、目的端 口号；分组经过分类以后被放到不同的队列中等待接收服务。这 方面的技术还不很成熟，是一个有待研究的领域。 4 队伍调度器( 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。下面主要介绍r s v p 协议。 r s v p 是用于资源预留的信令协议。为了适用于组播环境， r s v p 协议规定了预留由接收方发起，当一个组成员要加入或退出 组播组时，网络能灵活地控制组播树上的预留资源进行资源共享， 在已存在的组播树上添加或删除一个节点。 资源预留的过程如图卜1 所示，发送端在发送业务流之前向 接收端发送个路径报文( p a t i tm e s s a g e ) ，报文中包含了发送端 用于描述业务流特征的参数t s p e c ( t r a f f i cs p e c i f e r ) 和携带 沿途节点q o s 控制能力与需求信息的描述参数a d s p e c 。t s p e c 描 述参数将业务量看作个令牌桶模型，主要由( r ，b ，p ，咀，m ) 参数组成，其中r 表示令牌桶令牌产生速率( 字节秒) ，b 为桶 的容量( 字节) ，p 为突发业务进入网络的最大速率( 字节秒) ， m 为最小分组长度( 字节) ，m 为最大分组长度( 字节) 。p a t h 报 文在沿途各网络节点的传输过程中，a o s p e c 被随后的网络节点修 改，在沿途每一个节点中，a b s p e c 从r s v p 模块传送到业务量控 制模块，由业务量控制模块更新a d s p e c ，如果业务量控制模块发 现a d s p e c 所描述的q o s 控制服务不能在本节点上实现，它就在 a o s p e c 上设置一个标记，然后再传递到下一个中继点。p a t h 报文 到达接收端后，接收端用这些参数并结合自己的状况选择资源预 留参数。 第1 6 页，共8 5 页 p 同络t 基于策略的q o s 图卜1r s v p 信令传送过程 接收端收到路径( p a t h ) 报文并准备为此业务流预留资源时， 它响应一个资源预留报文( r e s vm e ss a g e ) ，r e s v 报文中包含了 描述接收端预留的资源参数f l o w s p e c ，资源参数f l o w s p e c 由业 务量描述参数t s p e c 和所要求的服务描述参数r s p e c 组成。沿途 每一个中间节点都可以拒绝或接受此r e s v 报文提出的请求，如果 中间节点拒绝请求，则向接收端发送一个错误报文，终止信令的 传送。如果中间节点接收请求，则根据p a t h 中的t p e c 和r e s v 报文中的f l o w s p e c 参数为此业务流预留链路带宽和内存空间，并 继续转发此r e s v 报文。 在多媒体实时通信业务中，组播技术是简便而又有效地实现 资源共享的重要技术。r s v p 协议是为组播业务而设计的，在组播 组的通信中，新的接收端点通过因特网组管理协议( i g m p ) 请求 加入组播组，由组播路由协议形成转发路由，然后将组播分组和 p a t h 报文以普通方式转发给接收端。接收端利用接收到的p a t h 报文中包含的业务量描述信息和节点自身的情况产生一个r e s v 报文给发送端。沿途节点对r e s v 报文进行检查，当节点已为此业 务量预留了资源时，它只需在它的组播树上添加一个节点；否则， 中间节点需逐级向上游节点预留资源，直到沿途各节点都预留了 所需的资源。 在组播通信中，不同的组播接收端根据自身的网络或终端情 况预留的资源也会有所不同，在组播的分支节点上，预留的资源 一般取其最大值，如图卜2 所示。 第1 7 砸，共8 5 页 i p 网络卜基于策略的q o s 图卜2 组播分支节点的资源预留 由于i p 网络的非连接性，r s v p 资源预留采用了一种称为“软 状态( s o f ts t a t er 的预约方式，在p a t h 报文和r e s v 报文中有 刷新间隔和最大刷新间隔域，表示了预留资源要每隔一段时间进 行一次。这样，即使在数据流传输途中网络出了故障，资源也可 以在一条新的路径上预留。 在 p v 4 网络中，r s v p 报文通过u d p 协议传输，而在i p v 6 网 络中，r s v p 报文与互联网控制报文( i c m p ) 一样，直接用i p 分 组封装，分组头标上的下一头标值为46 。 在资源预留和分组的路由之间存在着密切的关系，因为当分 组的传输路径改变时，必须沿着新的路径建立起资源预留链路， 因此支持资源预留协议的网络节点面临着以下四个问题： 寻找一个支持资源预留的路由。要求每一个支持r s v p 的 结点知道相邻节点是否支持r s v p 。 寻找一条提供足够资源的路径。这就需要寻路协议能够 选择带宽大、负载轻的路径。 对路由失败的响应。当某个节点或链路出错时，路由协 议要迅速找到另一条支持资源预留的路径，用资源预留 的“软状态”方式在新的路径上预留资源。 对路径改变的响应。i p 网络上分组的传输常常会沿不同 的路径到达目的端，当某些分组途径没有预留资源的节 点转发时，用户可能会觉察到q o s 的下降。为了保持预 第1 8 页，共8 5 贞 i p 网络上基于策略的q o s 留的服务质量， 在使用资源预留的 服务中 应沿着资源预 留的路径转发分组。 1 - 2 - 3 .综合服务中资源的分配 支持综合服务的网络需要将网络的资源合理地分配给三种服 务， 保证型服务、负载受控服务和尽力而为型服务.对保证型服 务来说，必须为数据流提供有严格延时上限的高质量数据传输， 并且在该服务中， 每个数据流所享受的资源是相互独立的;负载 受控服务为数据流提供类似于轻负载网络的尽力服务，只要控制 负载数据， 享受该服务的 数据流可以 部分共享属于该服务的资源; 尽力而为 服务则是不需要事先预留资源的， 但如果不为 这部分数 据分配一定的带宽，当前两种服务的数据增加时，尽力而为服务 的数据就会得不到服务， 因此应该为这部分数据分配一定的带宽， 这部分数据的带宽是完全共享的. 为了实现资源的分配， 支持综合服务的网络节点设备( 如路由 器) 必须包含接纳控制模块、分类模块和调度模块。 在网络接收某种服务请求时， 需要网络节点上的接纳控制模块 判断是否有足够资源接收此服务请求。在接纳控制算法中，针对 不同的服务有两种接纳控制算法:基于资源预留参数的接纳控制 和基于资源实际使用情况的接纳控制。对于保证型服务，由于采 用了r s v p 进行资源预留， 且每一个接受此服务的数据流所使用的 资源都相互独立，因此可采用基于资源预留 参数的接纳控制;而 在资源受控服务中，为了提高资源的利用效率，可采用基于实际 使用情况的接纳控制。 对于保证型服务， 当网络设备收到新的预留 请求时， 它必须检 测 r + r p d p 请求 p e p 建立一个请求状态客户旬柄，远程p o p 使用这个句柄指 向交换信息和决定。 2 p d p 一 p e p 决定 第4 6 页，共8 5 负 i p 网络上基于策略的q o s p d p 使用决定消息对请求作出响应。 3 p e p - p d p 状态报告 p e p 用状态报告消息来通知p d p 其自身执行p d p 决定成功或 失败。 4 p e p - p d p 删除请求状态 当发送删除请求状态消息时，由客户句柄所标识的状态不再 可用。 5 p d p - p e p 同步状态请求 同步状态请求消息表示远程p d p 希望客户重发其状态。 6 p e p - p d p 客户打开 p e p 用客户打开消息来通知p d p 其支持的客户类型。 7 p d p - p e p 客户接受 客户接受报文用来响应客户打开消息。 8 p d p 一 p e p ，p e p 一 p d p 客户关闭 p e p 或p o p 用客户关闭报文来通知其它的p d p 或p e p 不再支 持特定类型的客户。 9 p d p 一 p e p ，p e p - p d p 保持存活 p e p 在最小定时器间隔时间内传送保持