IP网络QoS机制与SLA保证_图文

1、科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON2008N O .01SC I ENC E &TEC HN OLO GY I NFO RM ATI O NI T 技术传统的I P 网络只提供“尽力而为”服务,对任何业务均不加区分地公平对待,从而使网络控制管理及网络设备的设计大为简化,正是这种结构设计上的简单性有力地促进了I nt er net 的发展。然而,近年来随着网上视频、音频等实时业务的增加,现有I P 网络的尽力而为服务已完全不能满足这些新兴业务对时延、抖动、带宽等方面的需求。若仅仅依靠增加网络带宽尽管能够解决这一问题,但带宽不可能无限地增加,

2、而新兴的应用又层出不穷,况且增加带宽意味着高昂的投资。对于电信运营商而言,单纯依靠增加带宽实非明智之举。这就需要网络管理者在现有网络资源的基础上,通过对网络资源进行优化配置、合理调度,最终满足用户的QoS 需求。1I P Q oS 结构与机制I E TF 建议了两种QoS 结构模型:综合业务模型(I nt -Se r v与区分业务模型(Di f f -s er v。1.1综合业务模型(I nt -Ser v综合业务模型(I nt -Ser v的主要思想是模拟面向连接的电路交换提供端到端的服务质量保证。为此,综合业务通常采用面向流的资源预留协议在流传输路径上的每个节点为流预留并维护资源。除基本的

3、尽力而为业务外,综合业务模型还定义了两种业务类型:保证型业务与受控负载业务。保证型业务适用于要求固定时延的业务;受控负载业务则保证可达到类似于轻载网络中的尽力而为业务的相应服务质量。综合业务结构模型主要包含四个组件:RS VP 即资源预留协议、允许控制、分类器及调度器。其中RS VP 是信令协议,通过RS VP ,用户可以给每个业务流申请资源预留。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Qo S 保证。允许控制:确定新分组流是否可接受,以确保新加入的分组流不对已有的其它分组流造成影响,这种允许控制通常根据新分组流所要求的服务质量以及当前网络的可用资源情况。分类器:根据预置的一

4、些规则,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 分组里的某些字段,如I P 源地址、I P 目的地址、上层协议类型、源端口号、目的端口号等,分组经过分类以后被送入相应的队列中等待接受服务。队列调度器: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。1.2区分业务模型(D i f f -ser v针对综合业务模型实现复杂、可扩展性差等不足,I ET F 又提出了区分业务模型。RFC 2475中对区分业务模型进行了详尽的描述,R FC 2474中则定义了I P 分组头中D S 字段及一系列的分组转发处理-每跳行为。D S 字段实际上就是原有的8比特TO S 字段,但对其进行了

5、重新定义,后2比特未用,而将前6比特作为D SC P(D if f er ent i at ed S er vi ce C o de p oi nt 字段,这样,理论上至多可定义26=64个业务类别。区分业务模型与综合业务模型的本质不同在于它不是针对每一个业务流进行网络资源的分配与Q oS 参数的配置,而是将具有相似要求的一组业务归为一类,通常又称业务流集合,然后对这一类业务采取相同的处理方式。区分业务模型的基本思想是通常网络边缘的业务流量较小,故此将复杂的分组分类、标记、整形及监管集中在网络边缘设备进行;而网络核心业务流量通常较大,网络核心设备只根据分组流的相应类别信息进行简单的分组转发。除

6、尽力而为业务外,区分业务模型也定义了两种业务类型:确保业务与最优业务。确保业务适用于对可靠性要求较高的应用;最优业务适用于要求低时延、低抖动的应用。图2所示为通常区分业务网络边缘路由器上的业务流调整示意图。其中包含如下组件:分类器、标记器、测量仪、丢失器及整形器。分组分类是网络提供区分业务的基础,分类器可根据分组头中DSCP 字段,或分组头中的多个字段,甚至分组载荷将分组流映射至相应的业务类别;标记器根据分组中的相应字段(如D SC P 字段为分组打上标记,以便于后面的处理;测量仪根据已确定的业务流框架(T r aff i c Pr of il e,对分组流进行监测,以确定分组流是否超出相应的

7、服务等级,若超出,即为out 分组,否则,为i n 分组,out 分组可被丢失器直接丢弃,也可能被送入整形器,经整形后成为i n 分组,还可能被送回标记器重新打标记;整形器通过对分组流中的部分或全部分组做延迟处理,使分组流满足既定的业务流框架;丢失器负责将不符合业务流框架的分组丢弃。2M PL S 技术机理多协议标记交换(M ult i pl e Pr o t ocol L ab elSw i t c hi ng技术起源于Ci sco 公司的T ag 交换技术。宗旨是使用定长的标记来决定分组处理。在M P LS 分组的链路层头与网络层头之间存在一个M P LS 头,这个M PLS 头中包含一个

8、20比特的标记、一个3比特的业务类别(C l as s of Ser vi ce字段、一个1比特的标记栈指示符及一个8比特的生存时间(T i m e t o Li ve 字段。当分组进入M PLS 网络时,入口标记交换路由器(Label Sw i t c hed R out e r 首先要为其分配一个M PLS 标记,标为相同标记的分组属于同一个转发等价类(For w ar di ng E qui val ence C l ass,然后,分组将被转发给下一跳的标记交换路由器。下一跳标记交换路由器将依据分组的M PL S 标记,查找标记转发I P 网络Q oS 机制与SLA 保证姜松(中国人民解

9、放军77608部队850030摘要:近年来,关于I P 网络提供Q oS 的各种技术与机制逐渐成为研究的热点,本文首先讨论了I P QoS 的结构与机制,重点讨论了综合业务(I nt -Ser v及区分业务两种结构模型(D i f f -s er v,然后介绍了M PLS 技术,最后给出了两种适合电信运营商采用的保证Q oS/SLA 的方案。关键词:I P 网络、Qo S 、S LA 中图分类号:TP311文献标识码:A 文章编号:1672-3791(200801(a-0098-0 2图1 综合业务结构图图2 业务流调整图3SL 通用结构98C E C E EC H A out A科技资讯科技

10、资讯S I N &T N OLOGY I N FORM TI ON 2008N O.01SCI ENC E &TEC HNO LO GY I N FO RM A TI ON I T 技术表,将分组转发至相应的输出端口,同时打上新的标记,业务类别CO S 字段用于在输出端口选择正确的业务队列。当分组到达M PLS 网络的出口时,它所携带的标记将被去掉,恢复正常的I P 路由。M PL S 需要一种协议来分配标记以构建标记交换路径(L abel Sw i t c hed Pat h,这个协议就是标记分配协议(L abel D i st r i but i on Pr ot oc o

11、l 。L SP 的构建可以是控制驱动也可以是数据驱动。发送LSR 可以为LSP 指定显式路由,这种构建显式路由的能力,正是M PLS 最有用的特性。另外,M PL S 可以很方便地支持综合业务模型和区分业务模型,从目前的情况看,M PL S+D i f f Ser v 技术最有可能成为I P 网络运营商首选的Q oS 方案。3电信运营商保证SL A 的实用方案业务等级规范(Ser vi ce L evel Speci f i ca t i on是SL A 的重要组成部分,它描述了业务Q oS 性能的技术部分,包含网络边缘业务流分类与调整所用到的业务流调整规范(Tr a f f i c C on

12、di t i oni ng Speci f i ca t i on。T C S 包括相应于每个业务水平的详细的业务参数,具体包括业务性能参数、业务范围、业务流框架、针对不合规范业务将采取的措施及关于标记与整形的具体要求。除了TCS 外,S LS 还对某些业务特性作出明确指定,如可用性、可靠性、认证机制及计费机制等等。3.1通用SL A 结构SLA 结构通常包含三种组件:边缘设备、 图SL 方案集中式与分布式实现策略服务器及性能监视器。边缘设备定义了SLA 支持的边界,边缘设备既可以是路由器,也可以在服务器的TCP/I P 协议栈中实现。通常,边缘设备是网络中的接入路由器。策略服务器负责维护边缘

13、设备配置信息及SLA 中所指定的性能水平信息。性能监视器则从边缘设备处搜集并分析各种统计信息,进而确认SL A 是否得到满足。值得注意的是,这里的策略服务器及性能监视器可以用软件实现。3.2两种实用的保证SL A 的方案对于电信运营商来说,要支持SL A 网络必须具有很好的可扩展性。这就需要将分组流的分类、标记、整形及监管等工作尽量集中到网络的边缘设备上进行,而核心设备所承担工作应尽量简单,如只进行简单的分组转发。基于这一原则,综合前述的I P QoS 结构模型及SL A 通用结构,我们给出两种实用的保证SL A 方案。总体上采用M PLS+D i f f Ser v 结构,这种结构将M PL

14、S 技术简单、快速的分组转发与D i f f Ser v 结构良好的可扩展性有效地结合起来,是现阶段大规模网络运营商支持SL A 的最优方案。集中式实现与分布式实现的不同之处在于:集中式实现中采用一个专门设备-带宽代理(B a ndwi dt h B r oker 来负责网络总体的资源管理,而分布式实现则将带宽代理的相应功能内置于运营商边缘路由器。带宽代理通过批准或拒绝新的SL A 及对现有SLA 进行调整来实现SL A 协商,它掌握着网络拓扑与网络业务流特性的全部信息,这些信息用于允许控制决策。网络拓扑信息包含所有可用网络资源的描述,如节点、链路、链路指标、可分配的链路容量等等。这些拓扑信息

15、通常通过C L I 或SNM P 直接从节点生成,并可手动调整。网络业务流特性通常表示为一组业务流中继,业务流中继主要表示资源要求。这些信息由策略服务器来提供。策略服务器负责维护边缘路由器的配置信息及SLA 中所指定的性能水平信息。性能监视器则从边缘路由器处搜集并分析各种统计信息,从而确认SLA 是否得到满足。对上述两种S L A 实现方案进行综合分析、比较,可以发现采用集中式实现,各模块分工合理、功能明确,使网络的日常维护得以简化。但是,由于采用单一设备BB 来负责整个网络的资源管理,容易造成单一故障点,若BB 发生故障,整个网络的正常工作都将受到影响,因此,网络的总体可靠性较差。采用分布式

16、实现,可避免网络出现单一故障点,网络的可靠性较好。但是,由于将带宽代理的相应功能内置于边缘路由器,客观上增加了边缘路由器的处理负担,有可能造成网络性能的下降。4结语在综合分析了两种QoS 结构的基础上,本文给出了两种SL A 方案:集中式实现与分布式实现。集中式实现中采用一个专门设备带宽代理来负责网络的总体资源管理,各模块分工合理、功能明确,利于网络的日常维护。但是,由于网络中存在单一故障点,因此,网络的总体可靠性较差。分布式实现避免了网络中出现单一故障点,网络的可靠性较好。参考文献1(美T i mS zi geti ,(美C hr i sti na H at ti ngh.端到端Q oS 网络设计专著M .北京:人民邮电出