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基于d i f t s e r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流越调节算法第4 页共51 页 摘要 随着i n t e m e t 互联网的发展，口网络的q o s 问题成为了当前网络研究的热点 之一。m 网络以前采用的尽力而为的服务方式已经不能满足t p 网络q o s 的需要， 新的m 网络q o s 服务模型需要引进以解决当前网络q o s 存在的问题。 目前我们需要的p 网络q o s 服务模型应具备如下特征： l 、能提供当前已存在的各种应用运行环境，而不需要增加额外的编程接口来实 现模型自身提供的特性。 2 、能适应各种p 服务协议，提供良好的q o s 调度机制。 3 、模型是基于网络聚流的，是提供一种无状态信息的调度机制，是集中在网络 核心路由上进行q o s 提供的。 4 、模型应该具有良好的扩展性，能适应各种网络拓扑结构的增长和变化。 本文讨论了目前采用的婵网络q o s 服务模型：集成模型( i n t s e r v ) 、区分 模型( d i f f s o r v ) ：分析了现有的区分服务体系提供服务质量保证中的存在问题， 提出一种新的保证端到端服务质量的拥塞控制方案。本文同时也讨论了影响 d i f l s e r v 确保服务中t c p 性能的因素，在此基础上提出了一种克服t c p 拥塞控 制机制固有缺陷的流量调节算法。算法具有“正记忆”和“负记忆”的速率测量 能力，对三色分组进行适当隔离，并试图保护小窗口t c p 连接、重传分组、r t t 较大和分组较小的t c p 流。采用n s 2 进行网络模拟实验结果表明算法改善了t c p 流获取预约带宽的能力。 本文的最后对全文做了总结并对未来d 网络q o s 模型的发展方向及技术进 行了展望和预测。 关键字 服务质量、区分服务、集成服务、确保服务、逐跳行为、流量调节、拥塞控制、 公平性 复且太学颀士学位论文 基于d i 丘s c r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流量调节算法第5 页共5 1 页 a b s t r a c t w i mt h ed e v o l v e m e n to f t h ei n t e r n e t ，t h en u m b e ro f u s e r sa n da p p l i c a t i o n su s i n g i n t e r a c ti n c r e a s e sv e r yq u i c k l y q o so f l pn e t w o r kh a sb e c o m eo n eo f h o t - p o i n t so f l p r e s e a r c h i n g t h e s e r v i c eo fb e s t e f f o r ti sn o te n o u g hg o o dt os o l v et h ec u r r e n t p r o b l e m so f i pn e t w o r k ，s ot h en e wq o sm o d u l e sa l en e e d e dt os o l v et h ep r o b l e ma s s o o na sp o s s i b l e 硼l ef o l l o w i n gr e q u i r e m e n t sw e r ei d e n t i f i e da n da r ea d d r e s s e di nt h ec u r r e n t m o d u l eo sm q o s a r c h i t e c t u r e ： l 、s l l o u l dw o r kw i t h e x i s t i n ga p p l i c a t i o n s w i t h o u tt h en e e df o r a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n g i n t e r f a c e c h a n g e s o rh o s ts o f t w a r e m o d i f i c a t i o n s ( a s s u m i n g s u i t a b l ed e p l o y m e n t o fc l a s s i f i e r s ，m a r k e r s ，a n do t h e rt r a 街c c o n d i t i o n i n g f u n c t i o n s ) 2 、s h o u l da c c o m m o d a t eaw i d ev a r i e t yo fs e r v i c e sa n dp r o v i s i o n i n ge x c e l l e n tq o s p o l i c i e s 3 、s h o u l dd e e o u p l et r a f f i c c o n d i t i o n i n ga n ds e r v i g ep r o v i s i o n i n gf u n c t i o n s f r o m f o r w a r d i n g b e h a v i o r si m p l e m e n t e dw i t h i nt h ec o r en e t w o r kn o d e sa n ds h o u l db e s t a t i o n l e s si nn e t w o r k a g g r e g a t e df l o w s 4 、s h o u l dh a v e g o o d e x t e n s i v e a b i l i t y a n ds h o u l da c c o m m o d a t ei n c r e m e n t a l d e p l o y m e n t i nt h i s p a p e r , w ed i s c u s st h e i pn e t w o r km o d u l e s ：i n t s e r va n dd i f f s e r v w e a n a l y z e ds o m ep r o b l e m so f c u r r e n td i f i s e r va n dp r o v i d aan o v e ls o l u t i o no fe n dt o e n dc o n g e s t i o n c o n t r o l l i n g w e a l s od i s c u s st h ef a c t o r sw h i c ha f f e c to nt c p p e r f o r m a n c e u n d e ra s s u r e ds e r v i c ei nd i f f e r e n t i a t e ds e r v i c en e t w o r k s t h e np r o p o s ea n o v e lt r a t 强cc o n d i t i o n i n ga l g o r i t h mt oo v e r c o m ei n h e r e n ts h o r t c o m i n g so f c o n g e s t i o n c e n t r e lm e c h a n i s mi nt r a d i t i o n a lt c p t h ea l g o r i t h mi s 曲l et om e t e r m a r kp a c k e t s w i t h p o = t i v em 锄o r y a n d n e g a t i v em e m o r y ，t oi n t e r l e a v eg r e e n ，y e l l o we n dr e d p a c k e t s i t i s s u p p o s e d t o p r o t e c t i n g t c pc o n n e c t i o nw i t hs r n a l l w i n d o w , r e t r e n s m i r e d p a c k e t s ，o rw i t hl a r g er t t o rs m a l ls i z e d p a c k e t s t h es i m u l a t i o nm s u r s o fn s 2d e m o n s t r a t et h a tt h ea l g o r i t h mi m p r o v e st h ea b i l i t yo ft c pf l o wt oo b t m n a s s u r e dr a t e a tm ee n do f p a p e r , w em a k eac o n c l u s i o no ft h ep a p e r w ea l s od i s c u s st h ep o s s i b l e f u t u r eo o sr e s e a r c ho f mn e t w o r k k e y w o r d s q u a l i t yo f s e r v i c e ( q o s ) ，d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ( d i f l s e r v ) ，i n t e g r a t e ds e r v i c e ( i n t s e r v ) 、a s s u r e d s e r v i c e ，p e r h o pb e h a v i o r ( p h b ) ，t r a f f i cc o n d i t i o n i n g ，c o n g e s t i o nc o n t r o l i n g 、f a i r n e s s 复旦大学硕士学位论文 基于d i f f s c r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流量调节算法第6 页共5 1 页 第一章引言 i ii p 网络q o s 的现状和发展趋势 目前使用最为广泛的i p 网络是i n t e m e t ，i n t e r n e t 的使用和各种基于i n t c r n e t 的应用的数量在最近的几年里呈指数绂增长，出于i n t e r n e t 及其应用的持续发展， 人们提出了多种基于i p 的非传统数据应用的需求，例如口语音( v o 口) 、v o d ( v i d e oo i l _ d e m a n d ) 以及视频会议等。i r t t e r n e t 目前正以一种前所未有的方式改 变着人们的生活，这些新出现的各种应用要求i n t e r n e t 不仅支持传统的数据服务， 还需要支持语音、图像等多媒体业务；各种颞的应用对珀网络服务质量( q o s 。 q u a l i t yo fs e r v i c e ) 提出了新的要求，而传统i p 网络所采用的尽力而为( b e ， b e s t e 筋n 1 的服务方式不能较好地满足这些新业务在带宽和时延等方亟的具体需 求，传统的尽力而为的服务方式并不能提供关于数据分组何时或是否被传送给接 收方的服务保证。 1 1 1i n t s e r r 基于对当今p 网络q o s 的各种需求，i e t f ( t h ei n t e m e te n g i n e e r i r l gt a s k f o r c e ) 在1 9 9 4 年成立了i n t s e r v ( 集成服务) 工作组，扩展i n t e m e t 服务模型以 更好地满足新出现的各种语音视频应用程序的需要。它的目标是清楚地定义新 的增强型i n t g r n e t 服务模型，并为应用程序提供使用路由器支持机毒4 和予网技术 表达端到端资源要求的手段，旨在分别管理需要特定q o s 的网络数据流。i n t s e r v 模型的基本思想是“所有的业务流相关状态信息是在端系统上”。它所使用的资 源预留协议是一种信令协议。工作时，发送端给接收端发送一个p a t h 信息，以 指定通信的特性。沿途的每个中间路由器把p a t h 信息转发给由路由协议决定的 下一个节点。当收到一个p a t h 信息时，接收端做出的反应是用一个r e s v 信息 为该业务流请求资源包括带宽、时延等。沿途的每个中间路由器可以拒绝或接 受r e s v 信息请求。如果请求不符合要求( 合同) ，路由器将发送一个差错信息 给接收端，并且中断信令的处理过程。如果请求被接受，就按照事先的约定，为 该流分配链路带宽和缓冲区空间并且把相关的业务流状态信息装入路由器中。 网络在传送过程中为每一个流( f l o w ，由两端的心地址、端口号、协议号决定) 维护状态。同时，基于这个状态执行报文的分类、流量监管、排队调度等。用户 通过i n t s e r v r s v p 协议向网络请求满足特殊服务质量要求的缓存和带宽：中间 节点利用r s v p 信令在数据传输通路上建立起资源预留并维护该通路，以实现相 应的服务质量。 复旦大学硕士学位论文 基于d i f f s e r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流始阋：坩算法第7 页共5 1 页 型： 根据r s v p 的预留资源占所有资源的比例，i n t s e r v 模型定义了几种服务类 k 有保障的服务( g u a r a n t e e ds e r v i c e s ) 文献r f c2 2 1 2 ：对带宽、时延、 分组丢失率提供定量的要求和质量保证措施，如v 0 口应用建议可以预留1 0 m 带宽和小于l s 的时延。 可控负载服务( c o n t r o l l e d - - l o a ds e r v i c e s ) 文献r f c2 2 1 1 】：在网络负 荷较大的情况下所能够提供的近似于没有过载时的服务。 尽力而为的服务( b e s t - - e f f o n ) 和当前互联网向多数用户提供的服务机 制类似，没有任何可以控制的质量保证。 h l t s e r v 瓜s v p 模型的主要优点有： 能够提供有保证的q o s 。因为r s v p 运行在从源端到目的端的每个路由 器上，因此用户可以预先购买需要的资源，由i s p 负责监视每一个业务流的 运行并随时在当前网络节点终止非法的资源占用。 。 r s v p 在源和目的地之间可以使用现有的路由协议决定流的通路。r s v p 使用口包承载，使用“软状态”的概念，通过周期性的重传p a t h 和r e s v 信 息并分析，对网络拓扑的变化做出反应。即对原有路由协议没有影响。 支持一个源到一个目的地( u n i c a s t ) 和一个源到多个目的地( m u l t i c a s t ) 的q o s 服务 i n t s e r v r s v p 模型存在的主要缺点： 对现有路由器的改造十分复杂。由于需要进行端到端的资源预留，必须 要求从发送到接收之间所有路由器都支持r s v p 和许可控制协议，同时每个 路由器还要花费大量的资源来维护和更新数据库( 如链路状态数据库) 。 i n t s e r v 只支持单个微流( m i c r o - - f l o w ) ，但是，由于数目过多，对骨干 网的处理能力是巨大的考验。 伸缩性差，在w a n 中，各种各样的子网会不断增多，并且随着流数目 的增加，状态信息的数量成比例上升，重传p a t h 和r e s v 信息会占用大量 的路由器存储空间和处理开销。 该模型不适合于短生存期的流。在i n t s e r v 中，r s v p 进行的资源预留是 单向的。因此必须对其规定两个方向的资源预留，从而增加网络开销。在短 生存期的流占大多数的网络中，采用i n t s e r v 就得不偿失了。 复旦火学硕士学位论文 基于d i f f s e r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流埘调仃算法第8 页共5 1 页 1 1 2d i f 玛e r v 为了克服1 1 1 t s e r v 瓜s v p 暴露出的种种缺陷，i e t f 于1 9 9 8 年成立了d i f f s e r v ( 区分服务) 工作组。d i f f s e r v 是联系i n t s e r v 的保证q o s 要求和目前h a t e m e t 所提供的尽力而为服务的桥梁，通过将网络数据流分成几类并为之提供相关的服 务优先级来区分网络数据流。d i f f s e r v 是一个起源于i n t s e r v ，但相对简单、粗划 分的控制系统。它取代了m 服务类型( 1 d s ) 字段改名为d s ，并用它承载邛 包服务所要求的信息，是严格意义上的第三层技术，不涉及低层的传输技术。区 分业务主要通过两个机制来完成不同q 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p 船( p e r - h o p b e h a v i o r 每跳行为) 。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。疋 包头中的d s c p ( n 分服务标记字段) 是d s 区域的边缘节点和核心节点之间传递 流汇聚信息的媒介，是连接边界的传输分类和调节机制与内部p h b 的桥梁。 d i f f s e r v 模型完全不同于i n t s c r v 模型，其优点是： 层次简单，伸缩性较好：d i f f s e r v 工作范围分为两个层次：d s 域和d s 区。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。 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 分、分级都比较容易。 不影响路由：d i f f s e r v 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。 但是，d i t t s e r v 仍然还有许多问题亟待解决，比如，d i f f s e r v 体系中是否能 够实现“微公平性”就是一个值得重点讨论的问题。所谓“微公平性”是指在 d i f f s e r v 域中，属于同一个流聚集中的每一个分流是否能享受相同的待遇，这种 微公平性不仅在资源充足时能够表现出来，更重要的是，能否在有额外资源或者 资源总量不足时，各个微流是否能够按照事先约定的等级获得相应的按比例升级 或者降级服务。 目前i e t f 还提出了一些其它的解决当前p 网络q o s 问题的模型：m p l s 流量工程和约束路由等。由于这些不是本文讨论的重点，在此不做重点介绍。 复旦大学硕士学位论文 基于d i f f s e r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流蟮涧，竹算法第9 页共5 1 页 1 2 本文所完成的工作 本文通过分析现有的各种基于d i f l s e r v 模型的确保服务( a s s u r e ds e r v i c e ) 算 法对数据报文处理存在的缺陷，提出了作者自己对相关方面的改进算法；并以改 进的算法为指导，在r e dh a tl i n u x 7 3 下采用n s 2 的模拟环境进行了模拟实验， 并对模拟实验的结果进行分析。 本文提出的改进之处有以下几个方面： 基于d i 胚e r v 域入口和出口节点之间控制信息的网络拥塞控制解决方案。 实现具有“正记忆”( p o s i t i v em e m o r y ) 和“负记忆”( n e g a t i v em e m o r y ) 能 力的m e t e r m a r k e r 方法。 算法应适应分组的三色丢弃优先级。 对三色分组问实现适当的隔离。 算法保护小窗口链接。 算法保护r 1 阿较大的t c p 漉。 算法保护分组较小的t c p 流。 相匹配的队列管理机制应是“无状态”( s t a t e l e s s ) 的。 1 3 本文的组织结构 本文主要是总结作者在研究生期间对基于d i f f s e r v 模型的邛网络q o s 进行 的研究。全文可分为三个部分： 本文首先在第一章介绍当前m 网络q o s 的现状及发展趋势，第二章着重介 绍作者进行研究的区分服务模型体系结构及相关工作原理。2 1 节介绍d i f f s e r v 的体系结构，2 2 节介绍d i l i s e a w 的流量调节机制，2 3 节介绍d i f f s e r v 的特点及 长处。 第三章介绍作者进行算法实现及网络模拟中所采用的各种开发及模拟环境。 3 1 节介绍脚本语言t e l t k 的相关情况，3 2 节介绍l i n u x 下的编译环境g e e ，3 3 节介绍网络模拟环境n s 2 。 第四章主要介绍作者对区分服务所做的研究工作。4 1 节介绍作者提出的 d i f f s e r v 网络拥塞控制方案：4 2 节分析了d i f t s e r v 中m e t e r m a r k e r 模块常采用的 s r t c m 算法和t r t c m 算法存在的缺陷：4 3 节分析了确保服务实现中的t c p 性 能，并在理想状况下进行了公式推导。4 4 节介绍作者提出的基于确保服务的t c p 流量调节算法。4 5 节中以4 4 节介绍的算法为依据进行网络模拟试验并分析实 复旦大学硕士学位论文 k 厶 k “瓢文九耿 基于d i f l s e r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流量调节算法第l o 页共5 1 页 验结果。第五章对全文进行总结并展望了p 网络q o s 的发展方向。 第二章区分服务概述 i n t e r n e t 的最初设计只能提供“尽力而为”服务，无法保证资源分配的公 平性，也不能满足某些用户的特定需求。为了提高网络资源利用率，为用户提供 更高的服务质量( q o s ) ，i e t f 的i n t s e r v 工作组进行了很多改进工作。但i n t s e r v 面向动态虚电路、依赖于网络漉状态的特点决定了其复杂性，最终导致其可扩展 性差、健壮性( r o b u s t n e s s ) 差、实现难度大，因而发展逐渐遇到障碍。i e t f 组织针对i n t s e r v 模型暴露出的种种缺陷制定了相对扩展性较强的d i f f s e r v 来保 证璎网络的q o s ，从这个意义上来讲i n t s e r v 与d i f f s e r v 两者是脉相传的。i e t f d i f f s e r v 工作组提出的区分服务( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ，d i f f s e r v ) 体系 结构及若干相关的r f c 文件，试图避免实现上的复杂性，从而提供一种具有良好 可扩展性的q o s 解决方案。 目前d i f f s e r v 模型被广泛的采用在保证口网络的q o s ，许多厂商的路出器 都支持d i f f i s e r v 模型。我将在本章重点介绍区分服务( d i f f s e r v ) 模型的体系结构、 工作原理及其特征等相关内容。 2 1d i f f s e r v 的体系结构 区分服务( d i f l ! s e r r ) 试图结合尽力而为服务( b e s t - e f f o r 0 模型和集成服务 ( i n t s e r v ) 模型的长处，其主要目标是保持目前i n t e m e t 统计复用的特性，同时用 可扩展的灵活机制提供广泛的m 网络q o s 服务。根据【文献r f c2 4 7 5 ，区分 服务体系结构是由在网络节点上实现的若干功能元素组成的，这些功能元素包括 p h b ( 逐跳行为。p e r h o p b e h a v i o r ) 、分类器( c l a s s i f i e r ) 和流量调节模块( 1 r a 箍c c o n d i t i o n e rb l o c k ，t c b ) ，其中流量调节模块又包括计量器( m e t e r ) 、标记器 ( m a k e r ) 、整形器( s h a p e r ) 和分组丢弃器( d r o p p e r ) 等。 d s 域( d sd o m a i n ) 是由一些相连的d s 节点( d sn o d e ) 组成的集合，其 中d s 节点可理解为实现了区分服务功能的网络设备( 如路由器) 的别称。一般 地，d s 域由属于同一网络管理机构的网络构成。因此d s 域之间有明确的边界。 不同d s 域之间必须有服务级别规范s l s ( s e r v i c el e v e ls p e c i f i c a t i o a ) 和流量调 节规范t c s ( t r a f f i cc o n d i t i o ns p e c i f i c a t i o n ) 定义域间的流量调节规则。 ( 1 ) 分类器 分类器根据口头的某些字段将口分组分成不同的聚集流。目前已定义了两 复旦大学硕士学位论文 基于d i f s e r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流鸯调节算法第11 页共5 1 页 种分类器：b a ( b e h a v i o ra g g r e g a t e ) 分类器和m f ( m u l t i - f i e l d ) 分类器。b a 分 类器仅根据碑分组的d s c p ( d sc o d e p o i n t ) 将分组分类；而m f 分类器则根据 i p 头部的多个域，如源口地址，目的p 地址，d s c p ，源端口地址，目的端口 地址协议d 等等而对礤分组进行分类。 ( 2 ) 流量调节模块 流量调节模块在逻辑上可分为计量器、标记器、整形器和分组丢弃器，如图 2 1 所示。 ； 圈2 1 流量调节模块 夺计量器 计量器根据t c a ( t r a f f i cc o n d i t i o na g r e e m e n t ) 中的流规格计量流的某些实 时属性，如速率等，并将统计信息传给标记器、整形器和分组丢弃器。 冷标记器 标记器在疆分组的d s 字段标记适当臼勺d s c p ，将分组划归某个流聚集。 夺整形器、分组丢弃器 整形器和分组丢弃器通过延迟、丢弃等手段对p 流进行整形。 ( 3 ) p h b 集 p h b 是整个区分服务网络的核心，是一个d s 节点在调度转发特定流聚集这 一行为的外特性描述。目前已有两个标准化的p h b 集：a f ( a s s u r e df o r w a r d i n g ) p r m 文献r f c 2 5 9 7 矛1 e f ( e x p e d i t e df o r w a r d i n g ) p h b 文献r f c2 5 9 8 。 a fp h b 是d s 域为口分组提供不同级别转发保证的一种方法，定义了4 个 a i r 类，d s 节点为每个a f 类分配一定数量的资源( 缓存空间和带宽) 。a f p i - i b 没有推荐的实现机制。 在每个a f 类中，d 分组被标记成三种可能的丢弃优先值之一。在出现拥塞 时，分组的丢弃优先级决定了a f 类中分组的相对重要性，一个拥塞的d s 节点 试图通过丢弃有高丢弃优先值的分组来防止低丢弃优先值的分组被丢弃。 因此，在d s 节点上，口分组的转发保证级别取决于： ( a ) 为该分组所属a f 类分配的转发资源； ( b ) 目前a f 类的负载； 复旦大学硕士学位论文 基丁d i f 硌e r v 确保豫务的u 察控制方案及t c p 流“ 训竹锋浊 ( c ) 在类中出现捌塞时，分组的丢弃优先级。 e fp h b 用于构建d s 域中低丢失、低延迟、低抖动、保证带宽的端到端服 务( 奖赏服务，p r e m i u ms e r v i c e ) ，该服务类型对于端节点而言，类似于一种“租 用专线服务”。在网络上实现e f p h b 后，网络在逻辑上被分成了两个虚拟网络： “虚拟专线网络”和平常的i n t e m e t 网络，可以节省架设专线网络的费用，降低 专线网络的运营成本，因而在i p p h o n e 、i p f a x 及v i d e oo v e r i p 等方面有广阔的 应用前景。e fp h b 的推荐实现机制有带优先缴的队列( p r i o r i t yq u e u e ) 、w r r ( w c i g h t e dr o u n d r o b i ns c h e d u l e r ) 、c b q ( c l a s s - b a s e dq u e u e i n g ) 。 提供奖赏服务( p 。服务) 要保证以下两点： ( a )在传送节点处保证p 一服务流具有“良好定义”( w e l l d e f i n e d ) 的最小 出速率。“良好定义”意为最小出速率不依赖于节点状态的动态变化。 具体而言，不依赖于此节点处其它流的强度。 ( b ) 调节p 服务流( 通过整形或丢弃) ，以保证它在任何节点处的入速率 都小于该处的最小出速率。 p 服务是由一个流( 或流聚集) 的峰值速率确定的，用户必须保证其i p 分组 的发送速率不超过用户与网络提供者签定的峰值速率，而网络必须保证当用户需 要时，p 服务的峰值速率是可用的。 2 2d i f f s e r v 的流量调节机制 传统的p 网络向用户提供“尽力而为”服务，所有的用户分组平等竞争网 络资源。随着口网络使用与普及的目益增长，这种模型给有限的网络资源( 如 带宽和缓存空间) 带来了很大负担，导致网络严重拥塞，对实时及关键任务的应 用十分不利。i e t fd i f f s c r y 工作组提出的区分服务体系结构，是一种基于分组标 记的i pq o s 体系结构，可以根据用户的需求，对用户分组提供不同级别的来进 行处理。 为了解决可扩展性问题，d i f f s e r v 模型将实现的复杂度大部分限制在网络边 界节点上，边界节点根据用户的流规定( p r o f i l e ) 和资源预留信息，将进入网络 的单流分类、整形、聚合为不同的流聚集，这种聚集信息存储在每个m 报头的 d s ( d i f f e r e n f i a t e ds e r v i c e s ) 标记字段( f i e l d ) 中，称为d s c p ( d sc o d e p o i n t ) ； 而在内部节点上，只需根据口报头中的d s c p 选择提供特定质量的调度转发服 务，称为“逐跳行为”( p e r - h o p - b e h a v i o r ，p h b ) 。目前己标准化的p h b 有b e 、 e f 、a f 和c s ( c l a s ss e l e c t o r ) ，尚在研究发展中的有l b e 、e f d 和p i - i b i 。由 于只是定义p h b 的特性而不定义具体的服务或服务类别的实现机制，因而能够 利用一些功能组件灵活地组建多种服务。 复旦大学硕士学位论文 基于d i f f s c r v 确保服务的拥塞控蒂0 方案及t c p 流昔调话算法第1 3 页共5 1 页 在网络边界节点上所需处理的网络流量相对不大，可以采用“状态相关” ( s t a t i e f u l ) 的算法( 比如以每个单流( f l o w ) 为单位) ，对网络流量进行复杂的 分类与调节处理，而不会影响系统的可扩展性。网络内部节点的服务对象是流聚 集而非单流，是状态无关的。内部节点不为单流预留资源( 缓存和链路带宽) ， 资源的分配以p h b 类( e f 类、a f 类、c s 类、b e 类) 为单位进行。网络边界 对单流做分类聚合与网络内部对聚集流提供特定质量的调度转发服务这两个过 程通过1 p 报头中的d s c p 协同起来。因此，边界节点上的传输分类与调节模块 是d i f f s e l v 体系结构的重要组成部分。 逻辑上，边界节点上的传输分类与调节功能可分为分类器( c l a s s i f i e r ) 和调 节器( t r a f f i cc o n d i t i o n e r ) 两大模块；分类器( c l a s s i f i e r ) 的功能是根据p 报头 中的某些域，如d s c p 值或m f 五元值( 包括s r c i p ，s r c p o r t ，d e s t i p d e s t p o r t ， p r o t o i d 五个字段) ，将口分组划归某一类别( a f 、e f 、c s 或b e 等) ，然后交 由相应的调节模块作进一步处理， d i f f s e l v 的工作流程如下：用户会事先与他的i s p 签定一个服务等级协议 ( s e r v i c e l e v e l a g r e e m e n 一s l a ) ，明确所支持的业务级别以及在每个业务级 别中所允许的业务量。它可以是静态的，也可以是动态的。静态s l a 需要定期 协商，动态s l a 的客户用某种信令协议( 如r s v p ) 请求所要求的服务( 注意 复旦入学硕士学位论文 基于d i f f s e r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流鬣调节算法第1 4 页共5 1 页 r s v p 并非是d i f f s e r v 中的一部分，只是二者可以结合使用) 。用户可以标记自 己的d s 编码标记( 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 - - d s c p ) 以指定q o s 的 服务，也可以让边缘路由器根据多字段m f ( m u l t i f i e l d ) 分类来标记。 在i s p 的入口，数据包被分类、计量、标记，也可能被整形。在边缘路由器， 所有的分类和整形规则均依据s l a ，并按照s l a 分为不同的行为聚合b a ( b e h a v i o ra g g r e g a t i o n ) ，每个行为聚合都由d s 编码点标记。这些操作所需要 的缓冲空间也依据s l a 确定。在d i f l s e r v 的核心路由器中经过粗颗粒化的数据 流进行调度分配路由。一个d i f f s e r v 域内的具体处理过程如图2 2 所示。当一个 包从一个域进入另一个域时，它的d s c p 可能会被重新标记，这由两个域之间的 s l a 协商确定。 2 3d i f f s e r v 的特征 与b e s t e f f o r t 及i n t s e r v 相比，d i f f s e r v 体系结构有以下四个特征： ( 1 ) 区分边界路由器内部路由器和端主机 和目前的h l t e m c t 一样，d i f f s e r v 体系结构区分端主机和路由器。另外，它进 一步区分两种路由器：边界路由器和内部路由器。边界路由器保存有关s l a 的状 态信息，对分组分类，将分组标记为不同类，并且根据s e r v i c ep r o f i l e 监控到达的 分组。内部路由器不需要保存每个流的状态，它们只需要在种类相对少的分组中 作区分，并给予不同种类的分组不同的处理优先级。 ( 2 ) 网络和端主机间有明确的服务台同 网络提供给端主机的服务在s l a 中描述，s l a 是长期、静态的服务轮廓。一 个s l a 描述从一个端主机到网络的预期流量规约，来自端主机的流量只要不使网 络拥塞，可以超出指定的s l a 。如果网络拥塞了。端主机应将发送速率降低为指 定的轮廓。s l a 和i n t s e r v q b f l o w s p e e 的不同在于前者是长期、预期的服务轮廓， 而后者是相应于一个明确q o s 请求的流量规约的确切描述。 ( 3 ) 内部路由器提供不同级别的服务 在d i f f s e r v 体系结构中，一旦分组进入网络的中心，它们就被当作聚集流。 内部路由器通过检查口分组的服务类型( t y p eo f s e r c v i c e s ，t o s ) 字段来区分不 同类型的分组，对不同类型的分组区别对待。分组在网络内被聚集，能够实现高 度的统计复用，这和尽力而为服务模型一样，因而保持了来自统计复用的网络效 率。 ( 4 ) 提供给端主机多种服务 按带宽和延迟要求的不同。d i f f s e r v 体系结构期望为聚集流或单个流提供多 种服务，这是通过在网络边缘设置不同的流量调节器来实现的。 复旦大学领士学位论文 基于d i f f s e r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流域调1 y 算法第1 5 页共5 1 页 2 4 本章小结 从体系结构上看，d i f t s e r v 采用的模型方法结合了i n t s e r v ； l l b e s t e f f o r t 这两种 模型各自的优点：来自尽力而为模型的高度聚集和来自i n t s e r v 的q o s 保证。边界 路由器保存每个流的状态，并使用流量调节器标记流量。和目前的i n t e m e t - - 样， 内部路由器仍然是无状态的。这种方法在实现机制上l g i n t s e r v 有更大的可伸缩 性。和h l t s e r v 一样，d i f f s e l w 利用了不少实时应用是可适应( a d a p t i v e ) 而不需要 严格网络保证的特性。但和n t s e r v 不同，d i f f s e r v 不在网络自身支持精确的q o s 规约，而只在网络边缘将这些q o s 规约映射为一些分组级别。在网络内部， d i f f s e r v 区别对待不同类别的分组。这种方案简化了内部网络的设计，并使实现 机制可伸缩。 d i f f s e r v 将可实现的服务( i m p l e m e n t a b l es e r v i c e s ) 和实际的实现机制 ( i m p l e m e n t i n gm e c h a n i s m s ) 分离。d i f l s e r v 试图支持多种灵活的服务，不管它 们是用于细颗粒度、单个流还是聚集流，也不管它们是基于发送方还是接收方。 而在实际实现上，这些服务可以由一种或多种机制来实现。比如，可以有多种方 法为应用提供不同级别的带宽，每种方法提出一组实现机制。从i s p 角度看，这 提供了实现上的可选择性。从用户角度看，只要实现机制能达到轮廓中的规定， 应用就能在不同实现机制之上透明地运行。 最近，“逐域行为”p d b ( p e r - d o m a i nb e h a v i o r ) 在i e t fd i f f s e r v 工作组得到 了比p h b 更多的关注。p d b 定义为一组可确认的( i d e n t i f i a b l e ) 分组从d s 域的边 界到边界( e d g e t o e d g e ) 所预期获得的处理行为。p h b 用于描述单个路由器上 的转发行为，p d b 贝t j 用于描述经过d s 域的转发行为，图2 3 表示了d s 域中p h b 和 边界 路由器 ：pdb j 图2 3d s 域中p i i b 和p d b 的关系 p d b 的关系。 p h b 标准化且统一了d s 节点上的资源分配和队列优先级划分，因为有效的区 分服务是通过基本的逐跳资源分配来实现的，每个路由器上的标准行为是必须 的。p d b 的定义是p h b 作用的扩展，当某种网络服务在i n t e r n e t 上应用时，端到端 复且大学硕士学位论文 基于d i 脑e r v 确保服务的拥塞控制方案及t c p 流量调协算法第1 6 页共5 1 页 的服务连接通常经历多个管理域，由于d i f f s e r v 是由每个管理域控制的，每个d s 域有不同的转发策略。为了控制和保障多个d s 域蚓的服务质量。备域间应就分 组的转发特性进行协商。p h b 局限于描述路由器的行为，而p d b 表示了d s 域中 分组转发的完整过程。 第三章模拟环境介绍 3 1 脚本语言t c l t k t c f t k 是安装在u n i x l i n u x 环境下的两个工具包，它们一起构成了一套开发 系统应用程序和图形用户界面接1 2 1 ( g u i ) 应用程序的环境。t c l t k 自身是一种 简明、高效、可移植性好的脚本编程语言，在u n i x l i n u x 平台下具有广泛的应 用。本章描述了t c l t k 的发展过程、语言特点、语言优势及应用范围，阐述了 t c f t k 的语言总体结柯图，详细阐述了t e l t k 的编程语法，并最后介绍了t k 的 工具箱。 3 1 1t c l t k 简介 t e l t k 是由伯克利大学的教授j o h no u s t e r h o u t ，在其教学过程中，发现在集 成电路c a d 设计中，很多时间是花在编程建立测试环境上。并且，环境一旦 发生了变化，就要重新修改代码以适应。这种费力而又低效的方法，迫使 o u s t e r h o u t 教授力图寻找一种新的编程语言，它即要有好的代码可重用性又要 简单易学，这样就促成了t e l ( t o o lc o m m a n dl a n g u a g e ) 语言的产生。 t e l 最初的构