（计算机应用技术专业论文）ip+qos业务网管策略管理子系统的研究和实现.pdf

北京邺屯大学硕士研究生毕 业论文n i p 伽s 业务m0rr 策略管理子系统的研究和 实现d 摘 要 随 着电 信业务的引入， i p 网的服务质量q o s ( q u a lit y o f s e r v ic e ) 成为下一 代 因 特网的重要研究课题， 业界己 经提出了多种解决? p 网服务质量的模型和机制。 这些机制的引入， 使操作管理多 个网 络的复杂性也急剧增长， 基于策略的网络管 理被看成是一种新的网络管理方式， 它能够动态改变整个系 统和网 络的行为， 大 大简化网络管理。 本文作者在研究生阶段参加了 北京邮电大学国家重点实验室承担的国 家 8 6 3 项目“ 新一 代 互联网q o s 机 制、 管 理 和 计费” 。 在整 个 研 究 过 程中 ， 本 人 作 为 主 要 成员 完 成了 其中 子 课 题tt i p q o s 业 务网 管 策 略 子 系 统” 的 研究 、 设 计 和实 现 工 作。 本 论 文以 实 际 完 成的 课 题为 基 础， 从i p网 的 各 种q o s 机 制 和 策 略管 理 技 术 背景入手， 讨论了 各种网 络管理系统中 策略服务器的 解决方案， 提出了 策略服务 器的 分类 方式， 最 后实 现了 一 种 管 理区 分 服务d i # i:s e r v ( d iff e r e n t ia te d s e r v ic e s ) 和多 协 议 标 签 交 换、 2 p l s ( m u lt i- p r o to c o l l a b e l s w it c h i n g ) 相结合的网 络的策略服务器， 并对 它的q 0 s 策略、各部分的功能 和策略控制运作机制进行了详细全面的论述。 关 键词: 服务 质量; 策 略: 策 略框架; q o s 策略; 基于 策略的网 络管 理 ab s t r a c t a s i n t r o d u c e d i n t o te l e c o m m u n i c a t i o n s e r v i c e s , 护 q o s h a s b e c o m i n g a n i m p o r t a n t r e s e a r c h i n g t o p i c o f n e x t g e n e r a t i o n n e t w o r k s . n o w , s e v e r a l m o d e l s a n d m e c h a n i s m s h a v e b e e n s e t 叩 a s i p q o s s o l u t i o n s . b u t , t h e c o m p l e x i t y a n d o v e r h e a d o f o p e r a t i n g a n d a d m i n i s t r a t i n g n e t w o r k s i s i n c r e a s i n g e n o r m o u s l y w h i l e t h e s e m o d e l s a r e u s e d i n t o d a y s i n t e r n e t n e t w o r k . a s s u c h , t h e e m e r g i n g p o l i c y - b a s e d n e t w o r k m a n a g e m e n t p a r a d i g m c o u l d b e a s o l u t i o n f o r t h e s e r e q u i r e m e n t s . i t i s a b le t o d y n a m ic a l 妙c h a n g e t h e b e h a v io r o f t h e w h o le s y s te m , a n d g r e a t ly s i m p l i f y t h e m a n a g e m e n t w o r k o f e p - b a s e d n e t w o r k s . t h e a u t h o r o f t h i s d i s s e r t a t i o n h a s t a k e n p a r t i n t h e n a ti o n a l 8 6 3 p r o j e c t q o s m e c h a n i s m 、 m a n a g e m e n t a n d c h a r g i n g o f n e x t g e n e r a t i o n i n t e rn e t , w h i c h is u n d e r t a k e n b y n a ti o n a l l a b o r a to r y成b u p tas a k e y r e s e a r c h m e m b e r , 触 a u th o r h a s j o in e d加 s u b j e c t p o l i c e s u b - s y s t e m o f s e r v i c e m a n a g e m e n t s y s t e m f o r i p - b a s e n e t w o r k s , a n d fi n i s h e d r e s e a r c h , d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n w o r k s .t h e c o n t e n t o f t h i s d i s s e r t a t i o n i s b a s e d o n t h e i m p l e m e n t a ti o n o f t h e 8 6 3 p ro j e c t s . i t b e g in s fr o m t h e in t r o d u c i n g o , q o s m o d e l s a n d p o l i c y - b a s e m a n a g e m e n t te c h n o l o g i e s b a c k g r o u n d a n d d i s c u s s e s s e v e r a l s o l u ti o n o f p o l i c y - b a s e d n e t w o r k m a n a g e m e n t s y s te m . i t a ls o p r o v id e s c a t e g o r iz i n g w a y s o f p o l ic y s e r v e r 可r e s e a r c h in g o n t h e c u rre n t r e a l i z e d p o l i c y s e r v e r s , f i n a l l y , w e i m p l e m e n t a p o l i c y s e r v e r f o r m a n a g i n g d i f s e r v - m p l s b a s e d n e t w o r k s , a n d d i s c o u r s e u p o n f u n c t i o n s o f i t s c o m p o n e n t s , 伽s p o t 吟 a n d t h e p ro g r e s s o f p o l i c y c o n t r o l . k e y w o r d s : q o s ; po l i c y , p o l i c yq o s 州ic y ; p o l i c y - b a s e d n e t w o r k m a n a g e m e n t 第 t页 北京郎电大学硕士研究生毕业论文 f 1 p q g s 业务网管策略管理了系统的研究和实现l 第一章 绪论 1 1引言 自1 9 3 4 年因 特网开始商业化以来， 其流量几乎以 每半年翻一番的 速度增长， 至今没有 任何减缓的迹象。 荃于因 特网的新业务层出不穷，尤 其是引 入的各种新型实时业务对网 络 传输延 迟、 抖动 等 特性较为 敏感， 而i p 网 络传统的 尽力 而为 ( b e s t - e ff o r t) 传 送模式， 对 所有 信息同 等对待， 在网 络发生 拥塞时， 会产生 较大延 迟 或 随 机丢 包， 不 提供任何q o s 保 证， 如不采 取新的 方 法改 普目 前网 络环境就无法大规摸 地发 展新业 务， 这就对网 络特性 提出了 新的质 量要求。 因 此在i p 网上导 入q o s 技 术， 确保 实 时业务的 传输质奎， 是网络 基础 研 究的一个重点， 也是网 络i p 化面临的一大挑战. q o s 是网 元( 如主机、 路由 器或网 关) 在一定 程度 上 具有 满足流童及业务 需求的 能力， q o s 并不能增 加网 络的 带宽 资源， 只是 根据业务的 需 求更 合理 地配置网 络资 源， 优化资 源 使 用。 i f q o s 即i p 网 络的 服务 质最 ， 是 指l p 数 据 流 通 过 网 络时 的 性 能 属 性。 它 可以 用 业 务可 用性 ( 用户到i n t e rn e t 业务之间 连接的 可靠 性) 、 延 迟、 抖动、 吞吐盆以 及丢包率等参 数来 描 述。 ip伽s 的目 的 就 是在网 络中 引 入q o s . 技 术， 通过 控 制q d s 机制 的 各 种参 数 来 保证 业务 在网 络 中 的 性能。目 前， 因 特网 工 程 特 别 任 务 组】 e t f ( i n t e rn e t e n g in e e r in g t a s k f o r c e )已 经定义了多种 i p q o s技术， 其申比 较有名的有综合服务 i n t s e r v ( i s e r v ic e s ) 、 区 分 服 务1j i ff s e r v (i ) iff e r e n t ia t e d s e r v ic e s ) 、 多 协 议 标 签 交 换m p l s ( m u lt i - - p r o t o c a l l a b e l s w it c h in g ) , 流 皿 工 程 和 约 束 路由 。 由 于 这 些q o s 模 型 和 机制的 不断 完 善和日 益 普 及， 如 何 在i p 网 上 实 现q o s 机 制 和 如 何有效地 对i p 网 进行管理成为 研究热点。 i n t e rn e t 从一 开 始就是 一个没 有统一管理的网 络， 它是由 众多的网 络互连 在一 起发 展起来的。 从i n t e r n e t 的 发展过 程来看， 这种 开放、 疏于 管理的特点恰恰促进了工 n t e r n e t 最初的发展壮大， 促进了工 n t e r n e t 的 全球化。 但是随 着 i n t e r n e t 真的在世界推广开来， 网 上应用也已 经不再 仅仅以 教育科研为目 的时候， 它在社 会文 化各异的地区 引发了 一些矛 盾， 如 域名抢 注、 商 标 注册、 垃圾邮 件和信息窃取等， 特 别是随着网 上贸易 活动的日 益增长， 如何保护 合法 的 用 户权益 和为用 户提供有保降的 服务 提上了日 程。 合作、 开放的态度并不能化解这些矛盾， 必须对i p 网 络进行有效地管理。 虽 然目 前 对i p 网 络 管理系统的体系结构、 业务质 it 模型、 采用的协议 和 技术等尚 不清楚， 但 一个公认的观点是护网络管理应拥有先进的强大的网 络管理能力。为了 保证i p 网络的正 常运行，发挥ip网 络的作用，需要对i p网 络进行有效的管理， 功能强大的网 络管理系统 应成为i i i 网络的 重要组成部分。 网络管理系统不仅仅是保证网 络正常运行的基本条件， 也 是保证网 络高效、 可靠、 经济和安全运行的条件， 而且i p 网络的一些特性如网 络智能、 网 络业务质 是保证 和网 络安 全保证 等的使用， 在 很大 程度 上也 取决于相应网 络管理系 统的能 力和质量.因 此必 须着重研究 新一 代网 络的管 理技 术. 8 6 3 项目那 新一 代互 联网q o s 机制、 管 理和 计费 井 正是在 这祥一 个大背景下提出的， 它 要求 提交q o s 体 系结 构、 业务 管 理体 系 结 构 、 网 络 业务 统 计 和 计费 策略 等方 面的 研 究 报告， 为了 评估 和验证研究报告中 提出 的 各 种算 法 和 机制， 要求开 发一个具有i p q o s 管理能力的业务管理系统，针对某种具体业务进行管 理模型设计，并初步实现原型系 统， 这个系统就是我们现在做的i p 网q o 3 业务网管。 它能 够方 便地在i p 网 上部署q o s e 保 障各 种业 务的 服务 质 量， 并 实 现了 对各 种 应 用 伽 v p n . v o i p 等 ) 的 管理。 第 1 页 北京郊电大学硕上 研究生毕业论 文i t p ( u s 业务网管策 路 i q 子系统 研究和实现 在洲i 7 的 业务网 管系 统中， 引 入了一 种新的管理机制: 荃 于策略的 管 理机制。 过去 基 于i p 网的管理主要集中于开发管 理单个网 络设备的机制和协议， 例如s n m p , 这些协议开 始时工 作得很 好 但是 随 着i n t s e r v , d if s e r v , m p l s 等q o s 机 制的 发 展， 操作管 理多个 网络的复杂性也急剧增长，因此有必要开发一种新的机制以 便能 够动态改 变整个系统和网 络的行为。基于策略的管理机制就是一种很好的 解决方案。 策略是一种在高 层指导网络行 为的方法，在策略管理系统中 可以动态地添加、改变和删除管 理逻辑， 而不必像直接管理 硬件那样必须经过详细的 设计、实现、测试和配置。 这就大大地简化和规范了网 络管理， 本文将围绕策略管理展开研究和探讨。 1 . 2论文概要 论 文以q o s 策 略管 理 为 主 线， 首 先 介 绍了 几 种主 要 的q o s 模型 和 机制 ， 包括 综 合 服 务、 区分服务和m p l s , 然后介绍了 策略的信息模型以 及它在护网 管中的应用， 在熟悉这两个 技术背景的前提下， 论文的主要内 容包括:设计并实现了 策略服务子系统; 在分析q究目 前 可 用于i p 网 的 各 种 策 略 信息 模 型的 基 础 上， 设 计出i p 网q o s 管 理的 信 息 模型， 并实 现 了 信息模型到l d a p 的映射方式。 虽然策略早就应用于网 络安全中了，但只 是最近才应用于对网络服务质量的控制方 面， 因此这方面的工作并不是很完善。 由 于不同的 厂商、 研究人员 对策略 控制的控制对象、 策 略控制的范围 和策 略服务在 整个网 管 系统中 的 重要性认识不同， 策 略服务 系统的设 计思 路 也不相同， 尤其随着带宽管 理器b b ( b a n d w id t h b r o k e r ) 的 提出 ，q o s 策略 服务器的 功能更 有待探讨。 论文在 对各种协议和已 经实现了的各种策略服务器 研究总结的 基础上， 设计 出 了 适合 我 们的q a s 业 务网 管 系 统 的 策 略 服务 子 系 统。 它 支 持 管 理 人员 简 单、 快 速 地 创建和配置新的策略， 并在运行时能对策略 进行修改. 目 前关于策略的 概念 还比 较模糊， 对策略与 服务的 概念也经常容易混淆， 在不同的文 档中 给出了 不同的定 义， 这使得 运用 策略对 服务进行 控制变得困 难。 论 文 在详细介绍策 略 模型 后， 拓 展了i e t p 的 策略 核 心 信息 模型p c i m ( p o l ic y c o r e i n f o r m a t io n m o d e l) ， 将p c i m 应用 在q o s 策略管 理中， 设 计出 高 层的i p 网q o s 管理的 信息模型。同 时， p c i m只是 一 个模型， 它并没有定义p c i m的存储方式， 普通文件、 商用数据库和l d a p 数据库都可以 用来存放策略信息，因此论文在p c i m到l d a p 的映射方面也进行了 研究。 2 . 3论文结构 整个论文各部分内容安排如下: 第2 章 详 细 介 绍 了i p 网 的 各 种q o s 技 术 ， 包 括i n t s e r v , d if s e r v , m p l s 等， 并 分 析 了它们的 优缺点， 最后 都q a s 技术的 发展趋势进行了 第3 章详 细介绍了 基于策 略的 控制技 术， 包括策 略的 定义、 模型、 基于策 略的 控制体 系结构 等， 并 讨论了策 略 服务在i p q o s 网 管 领域的应用 情况。 第4 章在前两章背景技米的基础上， 介绍了作者设计的策略服务子系统以 及它的各个 功能模块，详细讲述了 策略服务子系统的 运作机制，并介绍了 对策略服务子系统的测试情 况。 第5 章 用实 验的 方 式 验 证了 业务 网 管 系 统 的q o s 管 理 功能， 并 指出 了 策 略服 务 子系 统 下一步需要做的工作。 第 2页 北京邮电大学顿士研究生毕 业论文o p q g s 业务网管策略管理子系 统的研究和实现 第 二章 l p 网q o s 模 型介 绍 荃于因 特网的 新 业务 层出 不穷， 且由 于 价格因 素的 影响 使它们 都具有很强的市 场潜力。 因特网正在从当 初单纯传 送数据向 可传送数据、 语音、 活动了 静止图 像的多媒体网 络转变， 然而因 特网级初的设计目 的是进行高效的数据传输， 所使用的t c p / i p 协议族是一 种无连 接的、 基于数据报的 传输模式。i p ( i p v 4 ) 所提供的是一种 “ 尽力而为 ( b e s t - e ff o r t ) 的 服务， 无法 保证吞 吐量和传送时延等 服务质 量 ( q o s ) 。 因 此 如何在i p 网上 保 证q o s 成为 业界 关 注 和 研究 的 热点 。 i e t f已 经建 议了 很 多 服 务 模型 和 机 制， 以 满 足q o s 的 需 求。 其 中比 较有名的有综合服务、 区分服务、多协议标签交换、 流量工程和约束路由。 综合服务 的 特点是资源预留， 实时 应用在传输数据前必须首先建立通道和预留资源。 r s v p是用来 建立通道和预留资 源的协议。 在区分服务中，把包加以 标记， 产生不同的级别， 每个级别 的包得到不同的 服务级别。 m p l s 是一种前向 转发策略， 在进入m p l s 作用域时给包赋予 一定的 标签， 随后包的 分类、 转发和服务都将基于际 签 完成。流通工 程是一种安排通信流 量 如何通过网 络的 过程. 约 束路由 在寻 径路由 时 会受到一定的 约 束， 如带宽 或时延的 要求。 由于我们的实脸环境采用了区分服务和m p l s 机制，因此本章将主要介绍这两种模型。 2 . 1综合服务 为 在护网 上 提 供 支 持q o s 的 应 用， i e t f 在 1 9 9 4 年 提出 了 综合 服务 模型 。 综 合 服务 以i p 协议为其网 络层平台 ， 其基本思路是 “ 所有的流相关状态信息应该是在端系统上” 。 它 所使用的资源预留协议 ( r s v p )是一种预留资源的信令协议。 2 . 1 . 2 综合服务参考框架 主机路由器 r s v p r s v 户 处理 策略 控制 路由 管理月 r s v p 处理 策略 控制 应用 数据 接纳 控制 接纳 控制 分组 分类器 分组 调度器 数据 分组 分类器 分组 调度器 数据 图2 - 1 : 综合服务路由 器和主机参 考实现 模型 如图2 - 1 所示，综合服务实现的框架包括分组调度、 接纳控制、策略控制、 分类器和 资源预留协议等组件。 第 3 页 北京鳃电 大学硕士研究生毕业论文u p q o 5 业务 网 管策略管理子系统的 研究和实规孕 在今夭的i n t e r n e t 中，i p 转发是完全的平均主义:所有的分组都获得相同的服务质 量， 而且分组一般都是按一个严格的f i f o 排队原则进行转发. 对于综合服务， 路由 器必须 根据服务模型为每一个流实现合适的 qos . 路由 器创建不同 服务质 量的 功能称为“ 通信量 控 制” 。 相 应的 通信量 控制由 分组调度器、 分组 分类器、 接纳 控 制和策 略控制等组件实 现。 分组调 度器使用多个队列及其它可能的机制如计时器来管理不同 分组流的 转发。 调度 算法的细节可能与特定的输出 介质有关。例如， 输出 驱动器在 面对具有内 部带宽分配机制 的网络技米时需要激发合适的链路层控制。 分类器把每个输入分组映射到某个类，以 便进行通信量 控制 ( 和计费) 。 分组调度器 对同一类的所有分组给予相伺的处理。 类的选择可能 基子已 知分组头的内 容和/ 或某些加入 每个分组的类别号码。 接纳控制决定是否有足够的资源来满足资源预留的 请求。 接纳控制在不影响原来保证 的 服务的前提下决定是否同意一个新流的q n s 请求。 在一个主 机请求实时业务时，接纳控 制在每一个 节点中 都被激活，以 作出 一个本地的 接受 / 拒绝决定。 策略控制决定用户是否有权申 请资源预留。 当策略控制或接纳控制未能 获得许可时， r s v p 处理模块将产生 预留 错误消息并传送给 收发端点， 否则将由r s v p 处理模块设定分类与调 度控制器所需的 参数。 r s v p 通过源端发 出的p a t h 消息 和接收端发出的r e s v 消息进行动态的q o s 协商， 从而实现资源的预约和释 放请求。 2 . 1 .2服务类型 目 前，综合服务的 服务类型有: t ) 保证服务( g u a r a n t e e d s e r v i c e) : 它 要求 保证 一定 的 带宽 和端到 端延迟， 且 保证 数据流中合法的 数据包无排队丢失。 为 可控负 载服务( c o n t r o l l e d - t o a d s e r v i c e ) : 它能 保证在 网 络负载较 重时 提供与负 载 较轻时 相同 的q o s 。 它与 传统的 因 特网 服务的 主要区 别在于 它的 性能 不会随网 络 负载的 加大而下降，负载可控服务-般用子可容忍一定的数据包丢失和延迟的应 用。 3 ) 尽力而为服务: 即 传统路由 器所提 供的 服务， 它对服务 质鱼无 法作出 保证。 2 . 1 . 3资源预留 协议 r s v p协议 是综合服 务的 杨t s , 是综合服 务中 建 议采用的 信令 协议， 它是由 模型中资 源 预留处理模块实 现的。 r s v p 协议是主机为某个应用的数据流向 网络申 请特定的服务质量请 求的控制协议，同时也被路由 器用来向 在数据流经过的路径上的所有节点转发服务质量 请 求， 在相应的 节点 上保留 资 源预留信息， 以 便能 够 提供所 请求的 服务质 量。 r s v p 请求将 在 数据流经过的路径的每个节点上为提出 请求的服务预留资源。 r s v p 会话建立过程如图2 - 2 所示， 图中实线标识p a t h 消息， 虚线标识r e s v 消息， 点 划线标识数据流。 p a t h 消息从发送者沿数据传送的路径到数据接收者， 在其经过的每一个 支持r s v p 的路由 器上 设置p a t h s t a t e ,以 保证接受者的r e s v 消息能够严格按照p a t h 消 息路径的逆向 传送给数据发送者，并设置资源预留， 然后把p a t h消息转发给由 路由协议 决定的下一跳。当收到一个p a t h消息时， 接收方做出的反应是用一个r e s v消息为该流 请求资源。 沿途的每个中间路由器可以 拒绝或接受r e s v消息 请求， 如果请求被拒绝， 路 第 4 页 北京郎电大学硕士研究生毕业论文( i p q o s 业务网管策略管 理子系 统的 研究 和实现 指数加权滑动平均 ( e w卜 认)测量器、漏桶测量器、令牌桶测量器等. 2 . 2 . 1 . 3标记器 标记器根据; f it器的结果为 分组设 置 d s c p 。 标记器可以 进行配置，它可以 将所有到 达它的分组都标记为同一个d s c p 值，也可以按照测童器的结果为不同的分组标记不同的 d s c p 值。当 标记器改变了 分组的d s c p 值时，我们说标记器对分组进行了“ 重标记” 。 2 .2 . 1 . 4整形器 整形器通过延迟业务流中 某些或全部分组的 转发使得业务流遵循s l s 。 通常， 整形器都 有一个大小合适的缓存区暂存分组， 如果缓存区空间不够它也会丢弃分组。 2 .2 . 1 .5丢包器 丢包器用来 抛弃不符 合s l s 定 义的 或对于 缓 存来讲 “ 过多” 的 分组， 这个 过程也叫 做 修正( p o li c in g ) 业务 流。 典 型的 丢 包 器 有 绝 对丢 包 器 和算 法丢 包 器。 绝 对 丢 包 器 没 有任 何 参数， 也没 有输出， 只 是简 单 地 抛弃 分组. 算法丢 包器则依 据一定的抛 弃算法 有选 择地抛 弃分组。 2 .2 .2 p h b及d s c p 值的分配 在 一 条 链 路 上 具 有 相 同 流向 和d s c p 的 包 的 集 合 称为 行 为 聚 集( b e h a v io r a g g re g a t e ) ， 也叫b a . p h b就是d s 节点 对b a的外部可观查的 转发行为的描述. 当多个行为聚集在一 个节点上竟争缓存和带宽资源时， 就可以 看到不同p h b之间的差别。 p h b也可以 看作是 节点为不同的b a分配资 派的 手段. p h b可以 根据资源 ( 如缓存、 带宽)、与 其它p h b 的相对优先权或它们的 业务 特征 ( 如抖动、时延)定义. 多个p h b 可以 构成p h b 组. p h b 组是由 于一 个共同的 约束 ( 例 如队 列 服务 和队列管 理策略) 而只能同时 进行有意义的 定义和实现的一个或一组f h b . p h b 组使得一组相关的 转发行为可以 一起定义。 一个单 独的p h b是p h b组的特例。 e e t f 为d i ff s e r v 定 义 了 一 个 单 独 的p h b和 一 个p h b组 ， 分 别 称 为e f ( e x p e d it e d f o r w a r d 吨) 和a f ( a s s u re d f o r w a r d 吨) . e f p h b 用 来提 供 低 损 失、 低时 延 、 低 抖 动的 服 务， 类似于虚拟专线。 a f p b b 介于b e s t - d ff o rt及e f p h b 之间， 可以 满足多媒体和数据传 输等服务的要求， a f p h b 提供了 四 个分组转发级别，分别记为a f l , a f 2 , a f 3 , a f 4 . 每个 a f级别的分组又可以 有三个丢弃优先级。 这样 a f服务可细分为 1 2个等级，记为 a f m n . 负表示 服务级别， 。 表示丢 弃优 先 级。 在每个a f 级别中， n 越大， 则转 发概率 越 小，同时。 d s 节点 必须能 够识 别 所 有的 ( 3 们丢 弃优先级并且 产生至少两个 不同的 分组丢 失率。 当一个d s 节点为服务级别x 产生 两个丢失率时， 人 f x l 对应低丢失率， a f x 2 和a f x 3 对应高丢失率。 d s 节点不可以 打乱属于同 一微流和同 一人 r 级别的分组的 前后顺序， 即 使 它们的丢弃优先级不同 也不可以。 由 子d s 域中的节点根据d s c p 来选择p h b ， 因此它们之间必然存在映射关系。 d s c p 至p h b的映 射可以 是1 : 1 的， 也可以 是n : 1 的，但是所有的d s c p 必须映射到某个p h b . 当d s c p 无法映射到某个标准的p h b或本地p h b 时， 它应该映射到默认p h b . i e t f 定义 的映射如表2 - 1 所示。 d s c p 部分长度为6 个b i t ， 所以 总计的编码为6 4 个。i e 丁 f 工作组 将编码空间 分为3 个 池， 池1 大小为3 2 , 供 标准的p h b 使用; 池2 的大 小为1 6 ， 供实 验 和本地定义的p h b使用; 池3 大小为1 6 ,暂时供实验和本地定义的p h b使用， 但当池 ! 第 7 页 北京蛆电大 学硕士研究生毕业论文u p q o s 业务网管 策略管理子系 统的 研究和实 现 的空间 用完时，它就供标准的f h b使用。 池号编码点空间值分配策略 1x x x x x o e f1 0 1 1 1 0 af a m 陋 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 af 20 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 人f 30 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 a r1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 b e s t- e ff o rt 如 。 咖。 2x x x x i l实验或本地使用 3x . . + x 0 i 实脸或本地 使用， 但 池飞 值空间不 够时 可将这些 值进 行 标准化 表2 - 1 d s c p 分配情况 2 .2 .3 d i f f s e r v 服务质量机制 d if f s e r v 仅 提 供了 一 种 在 in 特网 上 实 施q o s 的 框架 结 构 而具 体的 服务 质 皿 机 制 则由 不同的厂商决定。服务质全机制主要包括测量标记机制、 缓冲管 理机制和队列调度机制。 2 . 2 .3 . 1 测且标记机制 目 前出 现的 测最标记机制 大体 可以 分为 如下 三类: ( 1 ) 基于令牌桶的标记器， 包括: r f c 2 5 9 7规定的单速率三色标记器( s r t c m ) . r f c 2 5 9 9 定义的双速率三 色标 记器 ( t r t c m ) 等。 该 类标记 器的 优点是: 不需要记录每一 个 流的状态和测里平均速率。 但缺点是实现相对复杂， 而且很难确保t c p 性能。 俘 ) 荃于 速率的 标记器， 最典型的 是时 何滑 动窗口 三 色标 记器t s wt c m。 它首先 估计 分组的平均到达率， 然后与s l s 相比较，并 根据比较结果以 一定的 概率将分组标记为红、 黄、绿三色。 t s wr c m的优点是实现简单，且以 一定的概率给分组打标记，这对t c p 流 非常有益， 减少了同一个窗口 中丢弃多个包的可能性。 此外， 它可以 在一个时同窗口 平滑 突发。 但缺点是速率估计器不能准确地计效业务全速率， 、 ( 3 ) 基子策略的 标记器， 其工作 原理是根 据 可用令 牌数 和流的发 送速率 等参数， 计 算 出 优化的in包标记间隔， 然后根据这个标记间 隔间 叉标记in 和o u t 包。显然， 墓于策 略的 标记器比 单纯的令牌标记更能 改 替性能， 而且 可以 根据应用和i s p 的要 求灵活 地选择 标记策略。 但缺点是很难确定适当的策略。 2 .2 .3 ,2缓存管理机制 在网络发生拥赛时，路由 器必须丢 弃一些分组， 这就要求实施有效的缓存管理机制. 目 前己 经出 现的 缓 存管 理 机 制 有: 阴 值 丢 弃t d ( t h r e s h o l d d r o p p in g ) 、 优先 权调 度p s 少 r io 御 s c h e d u l i n g ) . r e d ( r a n d o m e a r 妙d e t e c t i o n ) - r i o ( r e d w 曲 玩a n d o u t p a c k e t s )、 w r e d ( w e ig h te d r e d ) 等. 比较起来， r e d算法具有较低的排队时延、 较离的分组通过率和 较好的公平性， 其主 要思想是: 路由器计算平均排队长度，当 平均排队长度超过某一门限时，路由 器按照一定 第 8 页 北京邮电 大学硕上 研究生毕业论文 a i p q o s 业务m 1 管策略管理子系统的研究和实w 概率丢弃到达的 分组， 这个丢弃概率与平均排队长度成正比。 r e d算法允许短时的 分组突 发，因而可以 避免因为网 络负荷变化造成的分组丢弃; r e d能 避免多个t c p连接同时的 超时重传，从而保持高的带宽利用率。 r i o 和w r e d 都是在r e d 上的改进或变种。 r i o 在r e d 的基 础上又增加了 一个门限值， 对d i f f s e r v 的研究中多 采用此算法。 在w r e d中，不同丢弃优先级的 分组具有不同的域 值参数和丢弃概率参数， 但它们的队列长度的计算方法是相同的， 它常用在d i f f s e rv网的 核心路由器中，如c i s c o a s 5 2 0 0 , 4 0 0 0 , 4 5 0 0 和4 7 0 0 , 2 .2 . 3 . 3队列调度机制 不论在i n t s e rv还是在d i f f s e rv里， 都涉及到队列调 度问 题。 所谓调度， 就是从多个队 列( 会话 ) 中 选择下一个要 转发的 分组。 一个有效的队 列调 度算 法 应 达到的 性能 指标主 要有 公平性、时延特性、 对恶意业务流的隔离能力、链路带宽的 利用率和复 杂性等，前4 个指 标与q o s 密 切相关. 最常 用的调 度算法是f c f s ( f i r s t c o m e f ir s t s e r v e ) ， 它按 照分组 到达 的先后次序选择下一个要转发的分组.它的优点是实现简单，调度器不需要维护每个队列 的 状态信息， 缺点 是 无法提供时 延和吞吐 量保证，因 此它不能 作为q o s 机制。 目 前己 经出现的队 列调 度算法主要有: 基于循环调度的 算法和 荃于 g p s ( g e n e r a li z e d p r o c e s s o r s h a r in g ) 的 算 法 两 大 类。 基于 循环 调 度的 算 法的 主 要 思 想 是 周 而复 始 地 轮 流 对每 个队列进行服务， 其实现简单，公平性好， 但不能对业务提供时 延保证，目 前主要有 r r ( r o u n d r o b in ) , w r r ( w e i g h t e d r o u n d r o b i n ) 和d r r ( d e f ic it r o u n d r o b in ) 等. 基于g p s 的 调度算法目 前 主要有: 加 权公 平排队 ( w f q ) 、 自 时 钟公 平排队 ( s c f q ) , v c ( v ir t u a l c lo c k ) 等， 它们( 尤其是 w f q ) 能 提 供较好的 公平性、 时 延特性以 及对 恶愈 业务流 的隔离能 力， 但当队列数较多时，其实现复杂度较大。 2 .2 .4 区分服务的优缺点 区分服务体系模型与以 往提出的各种服务质t保障技术相比， 具有许多优点: 1 ) d i f f s e r v 只包含有限 数f的业务级别 ( 一般为 1 4 个) ， 状态信息的 数量正比于 业务级别而不是流的数量，因此扩展性好。 2 ) 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，核心路由 器只 需实现对b a的 分类，因此实现和部署都比较容易。 3 ) 与i n t s e r v 中的 汇聚 流相比 ， d i f f s e r v 中的 汇聚流 不需 要 使 用信令就可以 使用 4 ) 每个d s 子网 区 域 采用自 定的p h b 方式， 只 在子网 间 采用s l s 协商， 使整个网 络 具有良 好的兼容性。 当 然， 作为一种新型的网 络技术， 区分服务体系也有很多需 要改 进和完普的 地方， 如: 区分服务体系仍然是荃于 无连接的网 络技术， 只能在每个子网中尽t提供服务所需的 质量， 但不容易保障全网 各处的 服务 质量， 可能会由 于局部网络较差影响全网的性能; 子网间的 s l s 需要一种体系化的协商机制，便于网 络管理者进行全局管理;另外，区分服务体系与 其它网络技术 ( 如综合服务模型、 r s v p以及m p l s 等) 的结合使 用也 将是下一步的重点 研究方向。 2 . 3多协议标签交换 m p l s是面向大型网络的技术，主要目 标是提供一种将标签交换和网络层技术相结合 第 9 页 北京邮电大学硕士研究生毕业论文 c i p q o s 业务网 管策略管0-子系统的研究和实现 的技 术， 包括 制定一系列分 发和管理 标签的协议， 来支 持单播、 组 播、 q o s 以 及直 接路由， 并能应用到各种不同的链路层技术上，以 达到改进网 络层的 扩展性、提高传递路由 业务的 灵活性、业务量工程能力和性价比的目 标。m p l s的主要思想是用一个固定长度的 标签决 定包的转发，在o s i 的7 层模型中，它位于第2 层和第3 层之间。 2 . 3 . 1 基本概念 mp l s中引入了非常多的新概念和术语，其中比较关键的有: 2 3. 1 . 1 f ec 排入 f e c 转发等 价类f e c ( f o r w a r d e q u i v a l e n t c l a s s ) 是具有相同的 转发行为 ( 如相同的 路径、 相同的转发待遇)的 包的集合， 将包安 是在包进入网络时 1 次完成的。 2 . 3 . 1 .2 标签、标签栈和标签绑定 一个标签是一个短的、 定长、 的物理上连续的 用来标识f e c的 标识符， 这种标识只具 有本地有意义。标签的分发一般由网 络层的目 的地址 ( 部分或全部)决定，但是标签本身 与网 络层的目 的 地址的编码无关. 每个标签交换路由 器自 己负 责对入口 标签进行无二义的 解释. 如果标签的 层次 大于 等于1 ， 则构 成了 后 入先出的 标签栈( l a b e l s t a c k ) ， 如果 标签 栈的 深度为d , ( d 大于等于1 ) ， 那么 称栈 底的 标签为 第1 层 标签， 栈顶的 标签为 第d 层标 签。 为了 方便，可以 把没有标签的数据包看成是标签栈为空，即标签栈深度为0 的数据包。 标 签栈编码格式如图2 . 4 所示。 3 位实验位用于指明服务类型， 在我们的实验网中就利用这3 位来表示区分服务的p h b . s 位指明标签栈底结束位置， 标签栈中标签除找底将s 位置1 以外， 其余标签均将s 位置0 . 8 位t t l ( t i m e - t o - l i v e ) 规定了 此数据包允许经过的最大节 点数，以避免环路。 2 0 3 1 8 月卜-一-一- l a b e l e x p s t t l 图2 一标签栈结构 标签是用来标识f e c的， 因 此标签与f e c间必定 有一个对应关系， 这就是标签绑定。 1 个标签在其作用范围内 只可绑定一个f e c ， 但1 个f e c 可以同时被多个标签标识。 标签 绑定的确立和分发是通过l d p 完成的。 2 .3 . 1 . 3 标签交换路由器l s r ( l a b e l s w it c h i n g r o u t e r ) l s r实际 上是一个能 够转发本地 ( n a t iv e ) 第三层 数据包的n i p l s 结点。 在l s r中， 数 据包既可以在l 2 层进行快速的交换，也可以采用传统的第3 层存储转发方式. 2 . 3 . 1 . 4 标签交换路径 l s p ( l a b e l s w i t c h p a t h ) 某个特定的 f e c在同一级别经过的一个或多个标签交换路由 器所组成的路由 器序列 即 l s p , l s p 的 建立可以 有两 种方式: 独立l s p 控制 ( i n d e p e n d e n t l s p c o n t ro l) 和有序l s p 控制 ( o r d e r e d l s p c o n t r o l ) 。 在独立l s p 控制方式下， 每个标签交换路由器独立决定对转发等价 第10 页 北京郎电大学颐士研究生毕业论义 i p q o s 业务网管策略管理子系 统的研究和实现 类的标签绑定; 而在有序l s p 控制方式下， 标签交换路由 器只 有当自己是某个转发等价类 的出口 路由 器或者是已 经收到了 来自 该转发等价类的下一 跳路由 器的 关于该转发等价类的 标签绑定信息时才对该转发等价类进行标签绑定。 确 定 一 个f e c 的l s p 的 方 法 是 路由 选择。 路由 选 择 有 两 种 方 法: 逐 跳路由 伪 o p 妙h o p r o u t in g ) 和 显 示 路由 ( e x p l ic i