（通信与信息系统专业论文）ip网络实时业务的服务质量qos技术研究.pdf

摘要 中文摘要 本文首先对q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 的定义和研究内容进行 了阐述随后根据基于疋网络的实时通信的发展要求网络能提供 具有不同( b s 保证的机制这一问题出发，分析了i e t f 组织规定的 集成业务( i n t s e r v ) 和区分业务( d i t t s e r v ) 两种模型的体系结构、 工作原理和服务类型，比较了二者在设计思想、实现机制、q o s 特性等方面的差异和优缺点 对i n t s e r v 与d i t t s e r v 服务模式的对比分析可知，两种模型都 是通过一定的流量控制机制实现不同的q o s l l t s e r v 模型通过 r s v p 协议，为不同的业务流分配不同的资源，并主要通过分组调 度机制实现不同业务流的q 1 0 s 通过这种方式，i n t s e r v 可以提供 一种“软状态”的面向连接的q o s 特陛，包括可量化的由端到端 保证的带宽、时延、抖动和丢失率控制，属于一种细粒度q o s 控 制( f i n e - g r a i n e dq o sc o n l r 0 1 ) 在q o s 的实现上，i n t s e r v 是基于流 的状态相关的体系结构，它依赖各个业务流的状态并据此提供相应 的流量控制这种体系结构可以满足q o s 服务的多样性、灵活性 以及q o s 保证，但是在实现上，它面临巨大的挑战在扩展陛方 面的缺陷使其很难在较大范围内实现 d i 舔e n ，模型通过业务流分类并向属于不同服务类别的分组提 供不同的q o s 它提供的是一类有相对的q o s 差别、但没有绝对 的q o s 保证的服务这种统计意义上的q o s 服务在性能上要比 i n t s e r v 的低，属于一种粗粒度q 0 s 控制( c o a r s e - g a h a e aq o s c o n t r 0 1 ) ，但是在可扩展性上远比i n t s e r v 好另外，在可行行方面， d i _ f t s e r v 也具有i n t s e r v 不可比拟的优势i 厂 摘要 论文还说明了在w m d o w s 2 0 0 0 环境下， 如何利用w m s o c k 2 g q o sa p i 编写基于r s v p 请求的q o s 的应用程序方法以及q o s 模板的使用方法，并随后给出了示例程序 厂支持q o s 的应用程序交互过程应该如下所示： l ( 1 ) 发送进程通过w s a c o n n e c t 、w s a i o c t l 、w s a j o i n _ e a f 等w m s o c k 调用，添加q o s 参数，要求建立连接 ( 2 ) w m s o c k 2 解析本次调用q o s 参数，先调用q o ss p ，再 调用r s v p ( 3 ) r s v p 通过口网络，发出p a t h 数据包给目的地址，对 经过的路由器进行资源预约；路由器接到p a t h 包，进行预约 ( 4 ) 接收进程的主机的r s v p 接到r e s v 包文后，先传给接 纳控制，如果资源许可则接纳成功；同时还要进行策略接纳控制 ( p o l i c ya d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) ，即该用户进程是否有权利欲留这么多 的资源；如果成功，则向发送进程发出r e s v 包，欲留成功 ( 5 ) 发送进程的主机上r s v p 接到r e s v 包文后，r s v p 通 过业务量控制界面( t r a f f i cc o n l r o la p i ) 向p a c k e dc l a s s i f i e r 注册 这次交互的类型( 即b e s t - e f f o r t 、c o n t r o l l e d 1 0 a d 和g u a r a n t e e d ) ( 6 ) 具体执行w s a c o n n e c t 、w s a i o c t l 、w s a j o i n l a a f 等 w m s o c k 2 函数。 ( 7 ) 在具体数据交互过程中，p a c k e ts c h e d u l e r 根据这个数据 包类型( c l a s s ) 号对应不同资源( 调度优先级、缓存大小、延迟 和峰值大小) 进行数据包的发送和接收，以保证实时业务的q o s 要求 、 ， 文中还通过一个例子对r s v p 协议进行了分析办， 最后，本文还对m p l s 技术的发展和组成结构遗行分析介绍， 并对如何利用m p l s 技术实现mq o s 以及区分业务( d i f f s e ) 如何在m p l s 中的实现方案进行探讨和研究 关键词：h n s 帆d i f l s e r v , g q 0 s ，r s v p , m p l s 摘要 ，。；0 0 ，去。0 蠹，： 。a b s t r a c t 蛾 ， ：7 7 誊? ：? 。! 嚣尊。： 一、 学_ ”。” 一幕i i ；k 。l i t h i sp a p e rd e f i n e sq o s ( q 咖i t yo f s e r v i 哟a n d s e tf o m ht h er e s e a r c hc o n t e n t r e a l 妇c o m m u n i c a t i o n s d e v e l o p i n go f t h ei p - b a s a t n e t w o r km q u i r e st h en e t w o r k c a na f f o r dd i f f e a e n tm e c h a n i 盟n o f q o sg u a r a n t e e a c c o r d j l l gt o t h i s , t h ep a p e ra n a l y s e s t h cs y s t e mf r a n m ，t h ew o r v a n g t l x 幻r ya n d t h es o c i t et y p e so f t h ei n t e g r a t e ds e r v i c e s a 耐】i t 呦聆s e f v ) m o d e la n dt h e d i f f e r e n t i a t e ds e a v i c e s a r 曲i t e 咖州砑丘s e ) m o d a l , w 虹c h 骶s t i p u l a t e db yt h ei e l to r g a n i z a t i o n , t h e ni tc o r r a l st h et w o m o d d s d i f f c m m c , t h e i ra d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g ei nd e s i g n i n gi d e a , i g a l i z a t i o n n 砣c h a n i 盟na n dq o sc h a r a c t e r f r o mt h e c o m p a 把a r i da n a l y s i so f t h e t w om o d e l s , w ec a ns m m m e y b o t hu s e 也i 妇i c c o n t r o l m e c h a n i m l t o l e a l i z e d i f f e r e n t q o s i n t s e t v m o d e l u s e r s v p p r o t o c o l t o d i s t n b 心d i f f e r 哑r e s o u l 憾t od i f f e 代m to p e r a t i o nf l o wa n di t m a i n l yt h r o u g ht h e p a c k e to 嘲d 2 i o nm e c h a n i s m t on 翻i i z eq o so f d i f f c r e mo p e r a t i o nf l o w n r o u g ht h i s 卯岛玷嘶c a n a f f o r da 卯eo f s o f t 删w h i c hc 觚b cc o m c c t c dt ot h eq o s d 垴旺眦i n c l u d i n g e n d - t o - e n d g u a r a m i c d b a n d w i d t h , 血n e d e l a y , j i t t 盯a n d l o s t c o n ：h - 0 1 t h e y 鼬at y p eo f f m e - g r a i r e dq o s c o n t r 0 1 i nt h e 凭a l j 枷o f q o s i m s e r vi st h e s y s t 黜f r a m em 墨i sk l s 。do n n f l o ws 蛳巴i td 印蚰凼o ne a c ho p c 血i o nf l o wa n d a f f o z d st h e 蛐c o n 1 t h i st y l 始o fs y s t e mf i a n 舱c a ns a t i s f yt h ev a r i e t ya n d n e 斌脚o f m , eq o ss e l v i c ea n dt l eq o s g i 】越眦阮b u ti nt h er e a l i z 面o n , i tf a c e s t r e m e n d o u sc h a l l e n g e t h ci i i i l i 倒妇o f c x t c n s 如d i t ym a k e si td i 伍c u l tt or e a l i z ei na l a g c r a r m d i l i s c r vm o d e lu s 嚣t h ec l a s s 迈c a f i o no f o p e r a t i o nf l o wa n da f f o r d sd i f f c m n t q o s s d v i c et od i f f c z 曲tp a c k e tt h es 岛v i c ci ta f f o r d si sat y p eo fs e r v i c et h a th a s o p p o s i t eq o s d i f f e r 既x ea n dn oa b s o l i 吐eq o s g u a m r a 眈t h i s s t a f i s 6 c a lq o ss e r v i c ei s l o w e rt h a ni n t s e - r vi nc a p a b i l i t ya n di ti sa t y p co f c o a r s e - g r a i n e dq o s c o r 血o l ，b u ti ti s 5 摘要 b e t t e rt h a ni n t s e r vi ne x t e n s i b i l i t y b yt h ew a y , i nf e a s i b i l i t y , d i t l s e r vi sb 北rt h a n i n t s e r vt o o t h e p a p e ra l s oi l l u m i n a t e sh o w t ou s ew m s o c k 2g q o sa p it ow r i mr s v p - b a s e d a p p l i c a t i o np r o g r a m i nw i n d o w s 2 0 0 0a n dh o wt ou s et h e q o st e m p l a t e , t h e n t h e p a p a - g a v e 锄e x a m p l e t h ei i n 目a 晒v eo p e i 碰o no f t h ea p p h 酬o n p r o g r a m , w h i c h c a n s u p p o r tq o s i s s h o w e db e l o w ： ( 1 ) s e n d i n go p e l 血o n u s e sw s a c o r m e e t , w s a b c t i , w s a j o i n _ e a f a n d s oo n a n da d d s q o sp a a m e t e r st o 越q l 血b u i l d i n g c o n n e c t i o n ( 2 ) w m s o c k 2 r e s o l v e st h ei r a m f e n e dq o s p a r a m e t e r s , f i r s tt r a n s f e r sq o ss p , a n d t h e n t r a n s f e r s r s 0 ) t h r o u g h i pn e t w o r k , r s v ps e n d sp a t h p a c k e t st o 捌n a 五o n a d d r e s sa n d m a k e s 煳憾r e s e r v a t i o ni np a s s i n gr 0 1 r e r s t h ei 。叮6 朗sa c c e p tt h e p a d 【e t sa n d t h e n m a k et h e “笃o u r c s e b a t i o r k ( 4 ) w h e n t h er s v po f t h e a c c e p t i n go p e r a t i o n h o s t s a c c e p t s l h er e s v p a c k e t s , f i r s ti tg i v e sl h e mt oa d m i s s i o nc o r m - o l ，i f f l a er e s o u l c ei sp e r m i 壮e d , t h e o p e r a t i o ni s s u c c e s s f u l a n di nt h es r m et i m e , p o l i c ya d m i s s i o nc o n t r o li sn o 圳t o b en 吨 t h a ti st os a y , w h e f l a e rt h eu s e ro p e 枷o nh a sa b i i i t yt ol e s a f v et h e 托l u r c e i fi t s u c c e e d s , i ts e n d sr e s v p a c k e t t os e n d i n g o p e m f i o m ( 5 ) w h e n t h er s v po f t h e s e n d i n go p e r a t i o n h o s t s a c c e p t sl h er e s vp a 彘嗡 r s v pu s e st r a f f i cc o n w o la p it oe n r o l lt h i si n t e r a c t i v e t y p e ，b e s t - e f f o r t , c o n l m l l e d - l o a da n d g t m 锄t e e d ) i n p a c k e tc l a s s i f i e r c a n yo u t t h ew m s o c k 2f u n c t i o n so f w s a c o n n e c t , w s a i o c t l , w s a j o i n l e a f a n ds oo ni nd e m u i nt h ed e t a i l e di n t e r a c t i v eo p e r a t i o n , p a c k e ts c h e d u l e rs e n d sa n d a c c e p t s d a t ap a c k 如a c c o r c u n gt ot h ec l a s sn u m b e ro ft h ed a t ap a d c e bt h a to nb e h a l fo f d i f f e n m tr e s o 嘴( o p e r a t i o n p r e f e r e n c e ，c a c h es i z e ，d e l a ya n d p e kv a l u es i z e ) s oi t c a n a f f o r d t h e r e a l l i m e q o s g u a r a n t e e 6 摘要 t h e p a p e r a l s oa n a l y s e st h er s v p p r o t o c o lb y a n e x a m p l e h lt h ee n d , t h ep a p e rr e c o m m e n d sa n da n a l y s e st h ed e v e l o p i n go f t l l cm p l s ( m u l f i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) t e c h n o l o g ya n di t s f r a m e w o r k t h ep a p e ra l s o d i s c u s s e sa n d 托s 曩幽0 1 1h o wt or e a l i z ei pq o sb yt h em p l s 慨2 m o l o g y a n dh o w t o u s e d i f l s e r v i n t h e m p l s t e c h n o l o g y 7 前言 前言 2 0 世纪9 0 年代是网络技术大发展的时期，特别是以互联 网( i n t e m e t ) 为代表的口网络更是以惊人的速度在膨胀式发 展。尤其是近几年来，随着i n t e m e t 的快速发展互联网上的应 用出现了由传统的电子邮件( e m a i l ) 、文件传输( f t p ) 、网 页浏览等向电子商务、实时和多媒体应用发展的新趋势 i p 网络规模的不断扩大以及新应用的层出不穷使得传统 的口网络上的一些缺陷逐步暴露出来基于p 网络的实时通 信的发展要求网络能提供具有不同q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 保证的机制由于目前i n t e r n e t 采用面向无连接的口协议，各 个用户建立在平等接入的基础之上，网络只能提供尽力而为 ( b e s t - e f f o r t ) 的服务，无法提供进一步q o s 保证很多应用 如语音和视频传输等服务，目前的i p 网络技术不能够满足对 实时性和带宽等严格的要求这已经成为了i p 网络向综合业 务网方向发展的巨大障碍 有人认为，采用i p d w d m 等p 优化光网络技术，不断 增加网络带宽，当带宽足够宽时，q o s 保证问题自然就可以 做到。但这仅是解决问题的一个方面，因为新的业务不断涌现， 应用需求的发展也是永无止境的在i p 网络中引入q o s 机制 仍是今后礤网络发展的必需 从互联网工程任务组i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 的提案来看，目前的技术可以分为两种服务模式集成业务 模型( i n t s e r v ) 和区分业务模型( d i f f s e r v ) 除此以外，多协 议标记交换( m p l s ) 技术在提供i pq o s 保证上也有其显著特 点三者不是互相排斥的，相互间有融合之处 前言 m i c r o $ o f 【公司在w i n d o w s 2 0 0 0 中，以i e t f 标准为基础 开始在w m d o w s2 0 0 0 的组件中提供q o s 许可控制等，并且 还提供了基于集成业务模型( i n t s e r v ) 的w l n s o c k 2 g q o s a p i ，允许网络应用程序通过i n t e m e t 开展具有q o s 保证的业 务，为建立实用的分布式多媒体环境和分布式实时系统提供了 保证通过g q o sa p i ，用户可以完成复杂的关于q o s 服务的 调用 本文将首先在对q o s 的定义和研究内容进行阐述，并从 目前p 网络实时业务的发展需求入手，对在p 网络上实现m o o s 的两种业务模型一集成业务( i n t s e r v ) 和区分业务 ( d i f t s e r v ) 的组成结构及工作原理进行分析并对其进行比较 第二，给出在w m d o w s 2 0 0 0 环境下，如何利用w m s o c k 2 g q o sa p i 编写基于r s v p 请求的q o s 的应用程序方法以及 q o s 模板的使用方法 最后，对m p l s 技术的发展和组成结构进行分析介绍， 并对如何利用m p l s 技术实现i pq o s 以及区分业务 ( d i f f s e r v ) 在m p l s 中的实现方案进行探讨和研究 本文组织结构为：第一章论文背景知识，介绍q o s 的定 义及其研究内容；第二章i pq o s 体系结构，对集成业务 ( i n t s e r v ) 和区分业务( d i f f s e r v ) 的组成结构和工作原理进 行分析并对其进行比较；第三章q o s 应用程序编写，介绍 g q o s 和q o s 结构、参数说明，如何利用g q o sa p i 编写基 于r s v p 请求的q o s 的应用程序方法以及o o s 模板的使用； 第四章m p l s 技术在i pq o s 中的应用，m p l s 组成结构和 m p l s 的信令协议研究，区分业务在m p l s 系统中的实现方 案 第一章论文背景知识 1 1 ，问题的提出 一一 一 q o s 即q u a l i t yo fs e r v i c e ，是“服务质量”的缩写早在 八十年代就已经提出并制定了有关的q o s 标准，但对其研究 一 多停留在书面上，直到近期才又受到重视。 究其原因，首先是只有当技术发展到一定程度和水平后， 网络服务质量的概念才会被提到议事日程上，这是技术因素； 其次，推动技术进步的根本动力是应用的需要九十年代末， 出现了许多新的网络通信技术，同时，基于网络的各种实时和 多媒体业务也不断涌现，人们对网络的服务质量也提出了新的 要求，希望得到更好的服务 此外，一些基本观点也发生着变化，使得网络面临的问题 发生了改变。例如，随着技术的发展，局域网( l a n ) 和广 域网( w a n ) 的界限出现了模糊，原先各自使用的不同联网 技术出现了融合和发展，传输媒介可以都是光纤，低层协议可 以都用伊或a t m ，网络覆盖的范围已经不再是现有网络技术 的分水岭，新的瓶颈和技术差别更多的体现在网络性能和功能 上从广义的角度看，原先各自独立发展的基于电话业务的电 信网、基于数据传输的计算机网( p 网) 和提供娱乐节目的 有线电视网，随着用户需求的不断发展，三网的相互渗透也在 加强 一个很实际的例子就是p 电话( v o l p ) 目前已经被人们 接受和广泛使用，而在以前只有传统电信网才能提供电话这种 实时语音服务的在i p 网络上提供视频节目的点播( v o d ) 已经可以在小范围局域网上实现，随着带宽的增加和流量控制 o 第一章论文背景知识 技术的发展，在广域网上也会很快实现。 繇名q 晤。曲定义 通信系统中对q o s 的定义有很多方式，q o s 论坛 ( q o s f o r u m ) 对此定义是：所谓q o s 技术，就是指网络元素 ( 如应用服务、主机、路由器等) 为连续的网络数据传输提供 某种等级的保证为实现q o s 要求，需要网络各层以及网络 两端间的各种设备协同工作在网络业务流量出现突发情况 时，会出现拥塞，影响实时业务为此，需要给网络增加一些 “智能”，使其能区别对待对时延、抖动和丢包要求不同的数 据流 q o s 服务质量顺应了时代的需求而发展，是用户和服务 提供者之间以及发送和接收信息的用户之间有关信息传输质量 的约定，包括用户要求和服务提供者的行为两个方面用户要 求是用户进行实时通信所要求的传输性能和表示质量，服务提 供者的行为指系统能够提供和达到的性能，服务质量是否能够 实现是服务申请方和服务提供方共同作用的结果 q o s 技术的目标是更加合理地调度和使用网络资源，充 分提高网络效率，从而为更多的用户提供满意服务 遂硒受麟鹾_ ，h _ ：”三兰要噩= 蚕霆至 q o s 针对使用网络系统和网络资源的过程中出现的各种 问题提出解决方案，覆盖从资源分配到维护控制的全过程 1 q o s 管理 所谓q o s 管理，是指i p 网络按照一定的管理策略，对用 第一章论文背景知识 户应用所需要的q o s 进行分类统计，并调用相应的资源分配 和调度程序去保证用户得到所需的q o s 过程。q o s 管理对用 户提出的q o s 要求进行审查，检验用户是否提出过高的q o s 要求和决定网络系统是否能够提供满足用户q o s 要求所需的 所有资源。当网络系统不具备满足用户要求所需资源时，和用 户协商是否可以降低使用较低的服务 2 q o s 协商和准入控制 q o s 协商是指用户和系统以及用户之间就所传输信息的 服务质量进行交互，最后根据应用和系统资源确定系统和用户 服务质量的过程用户和系统之间的协商过程如图1 1 所示 将用户要求分解为可用 q o s 参数表示的元素 将参数组映射到低层 邑i修改参数组 人 降低o o s 参数位 n 拒绝o o s 要求并解释 图l jq o s 协商过程 第一章论文背景知识 合理地进行资源分配和调度是成功进行q o s 管理的关 键资源分配是一个与q o s 协商密切相关的问题。在q o s 协 商的基础上，系统分配网络带宽和可调配资源。资源分配与q o s 协商过程是一个多次反馈的过程。 4 q o s 维护和监视 q o s 监视是指系统的每一层动态地监视下层的行为是否 保证预期的q o s q o s 维护是指在网络负载不断变化的情况 下，动态地管理资源，以确定在q o s 协商和资源分配过程中 所确定的资源不受其它负载的影响，并对任何越界行为进行强 制性处理 q o s 监视和q o s 维护一起使用，通常使用反馈循环将实 际所得的q o s 与预期值比较，通过调整系统资源来改善q o s 。 5 q o s 重协商 q o s 重协商是对已确定的q o s 级别进行再调整的相应过 程当系统在最上层的用户应用接口处检测到下层已无法保证 用户的q o s 要求时，向用户报告需要进行q o s 降级的消息 用户根据系统报告决定是进行q o s 重协商或终止用户行为 一般来说，q o s 重协商是指整个行为所有q o s 元素由用 户应用级开始往下全部进行q o s 协商的过程 6 新的高速协议 当前，常用的网络传输协议是以t c p i p 和u d p i p 为主， 它们主要的缺点是，对于t c p i p 协议来说，尽管提供了端到 端的可靠连接，但其处理时间过长，无法满足q o s 的实时性 要求；相反，u d p i p 协议处理时间相对要少，但不提供端到 端的可靠连接，在q o s 的可靠性要求方面欠缺构筑新的高 1 1 第一章论文背景知识 速协议支持q o s 就成为迫切问题。 上述q o s 研究内容都是构成q o s 整体的有机组成部分。 图1 2 表示了它们之间的关系。 团团 4 图i - 2q o s 研究内容之间的关系 第= 章i p q o s 体系结构 第二章i pq o s 体系结构 随着通信网络的发展，新一代的p 网络将成为支持所有 电信业务的统一平台首先，利用p 网络传输音频和视频等 实时业务需要对时延和时延抖动等有严格控制；其次有些用户 希望可以选择不同的服务级别，这也促进了网络q o s 的发展 由于传统p 网络只能提供尽力而为( b e s t - e f f o r t ) 的服务，无 法提供进一步q o s 保证，所以如何满足各种不同类型电信业 务对于q o s 的不同要求，是口网络需要解决的迫切问题。 网络q o s 技术已经成为新一代p 网络的热点。针对如何 在p 网络中提供q o s 保证这一问题，互联网工程任务组 i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 提出在不改变网络层协 议的基础上，从端到端的角度提供增强性服务。按对应用流控 制粒度的不同，可分为两种典型的i pq o s 体系结构，分别是： 集成业务模型( i n t s e r v ) 和区分业务模型( d i f f s e r v ) 除此以 外，多协议标记交换( m p l s ) 技术在提供i pq o s 保证上也有 其显著特点 瓣瓢二二= 二= ：二：翟 2 1 1i n t s e r v 服务类型 集成业务模型( i n t s e r v ，i n t e g r a t e ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 由i e t f 在r f c l 6 3 3 中提出 集成业务以口协议为其网络层统一平台，将有q o s 要求 的实时应用和传统的服务综合于i p 网上集成业务将实时应 用看为一个个“流”( f l o w ) 这些流是源于某一用户的特定 第二章j p q o s 体系结构 行为的一串彼此相关的i p 数据包，这些数据包具有相同的q o s 要求。“流”的引入，使得一个个流可以被理解为一条逻辑上 的口连接 集成业务的思想是：首先对网络使用的共享链路进行一定 的资源控制；同时，考虑将网络应用按其q o s 要求分成不同 的种类，并将它们统一实现在对上层应用的服务接口中，使得 路由器或其他网络元素不必考虑该数据对应的应用是什么，实 现了对应用的透明性只要数据流经过的路由器都支持这些服 务类别，那么就能为该数据流提供一定的端到端的q o s 保证 i e t f 定义了三种i n t s e r v 服务类型。 q o s 保证服务类型( g u a r a n t e e ds e r v i c e s ) ：对带宽、 时延、分组丢失率提供定量的质量保证( 详见r f c 2 2 1 2 ) 。 受控负载服务类型( c o n t r o l l e d 1 0 a ds e r v i c e s ) ：给用 户提供一种类似在网络欠载情况下的服务，是为能够容忍一定 数量时廷和丢失的应用而设计的( 详见r f c 2 2 1 1 ) 尽力服务类型( b e s t - e f f o r t ) ：类似目前i p 网络上提供 的服务，是一种尽力而为的服务方式，不能保证分组丢失和时 延，能较好的满足那些没有时延和带宽约束的纯数据应用的要 求。 2 1 2i n t s e r v r s v p 协议工作过程 在r f c l 6 3 3 中，将资源预约协议( r s v p ，r e s o u r c e r e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) 规定为i n t s e r v 的主要信令协议( 需要 与路由协议配合使用) r s v p 协议的引入使得i p 网络为应用者提供所要求的端到 端的q o s 保证成为可能，但为了支持这种能力，数据包所经 过的每个网络元素( 路由器、主机、子网等) 都必须能够支持 r s v p 控制服务质量的机制。也就是说，网络元素在收到r s v p 1 6 第_ - i ti p o o s 体系结构 预留资源请求后，需要为业务流保留所需的“软状态( s o f t s t a t e ) ”( 包括有关业务流的起止地址、路由信息、须占用该路 由器的资源信息等) i n t s e r v 的实现模型可分为主机和路由器两种，内部包括欲 实现r s v p 控制协议所必需的几个模块：决策控制( p o l i c y c o n t r 0 1 ) 、准入控制( a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 、分类控制器( p a c k e t - c l a s s i f i e r ) 、分组调度器( p a c k e ts c h e d u l e r ) 与r s v p 处理模 块主机模型和路由器模型类似，只是多了个应用部分如图 2 1 所示 主机 l 述v p 路由器 r s v p 图2 - 1i n t s e r v 模型 决策控制用来判断用户是否拥有资源预留的许可权准入 控制用来决定一个网络元素是否授予一个新的业务流要求所要 求的q o s 而不影响以前的q o s 保证，可用来减少网络负荷 分类控制器通过判断数据包中的特定域以决定数据流的通信等 第二章l p q o s 体系结构 级，相同的业务类型在分组调度器中得到相同的处理，获得相 同的q o s 分组调度器则根据服务等级进行优先级排队或者 加权公平排队( w f q ，w e i g h t e df a i rq u e u i n g ) ，进行队列和 时钟管理、流量欲估计和流量监管当决策或准入控制未被允 许时，r s v p 处理模块将产生预留错误消息发往源端否则 r s v p 处理模块负责设定分类和分组调度器所需的通信服务质 量参数 在d 网中，i n t s e r v 工作过程是：信源端向信宿端发送一 个路径消息( p a t hm e s s a g e ) ，消息中包含有描述业务流的传 输属性和路由信息。所有途径的中间节点都对路径消息进行传 统的路由转发，并将自身的地址写入路径消息中以便路径的回 溯当信宿端接收到路径消息后，回送一个预留消息( r e s v m e s s a g e ) ，要求沿途的各中间节点进行资源预留各中间节点 如果拒绝资源预留请求，则向信宿端返回错误消息，r s v p 会 晤终结如果接受资源预留请求，则必须为业务流保持所需的 链路带宽和必要的缓冲区等“软状态”( s o f ts t a t e ) ，这种预约 的“软状态”不需要明确的删除请求，而由r s v p 控制信息 周期性地刷新在无刷新信息的情况下，“软状态”会超时并 删除图2 - 2 显示了在i n t s e r v 模型中，r s v p 协议工作流程 第= 章i p q o s 体系结构 图2 - 2r s v p 协议工作流程 关于r s v p 协议的几个基本概念，现解释如下： 流( f l o w ) ：流是以单播( u n i c a s t ) 或多播( m u l t i c a s t ) 方式在源宿间传输的数据码流，它为不同服务提供类似连接的 逻辑通道在r s v p 协议中，发送端简单地以多播方式传送 数据；接收端如欲接收数据，将由网络路由协议系统负责形成 在源宿间转发数据的路由，也就是由路由协议配合形成数据码 流流在r s v p 协议中占有至关重要的位置，r s v p 协议中的 所有操作几乎都是围绕流进行的。 路径消患( p a t h m e s s a g e ) ：路径消息由源端定时发出， 并沿流的方向传输，其主要目的是保证沿正确的路径预约资 源路径消息中合有一个f l o w s p e c ( 流规约) 对象，主要 用来描述流的传输属性和路由信息路径信息可用来识别流， 并使节点了解流的必要信息，以配合预留请求的决策和预留状 态的维护为使下游节点了解流的来源，上游节点将路径消息 中的l a s th o p ( 上级节点) 域改写为该节点的p 地址，预留消 息正是利用路径消息中l a s th o p 的信息实现逐级向上游节点预 留资源 预留消忠( r e s v m e s s a g e ) ：预留消息由收端定时发出， 并沿路径消息建立的路由反向传输，其主要目的收端为保障通 信服务质量请求各级节点预留资源预留消息主要由 f l o w s p e c 和f i l t e r s p e c ( 流过滤方式) 对象组成 f l o w s p e c 是预留消息的核心内容，它用来描述流过滤后所 需通信路径的属性( 如资源属性) ，r s v p 协议通常并不需要 理解f l o w s p e c 含义，而只需沿流的路径在主机和节点之间 传输，由主机和各节点检查f l o w s p e c 信息以决定是否允许 预约资源；f i l t e r s p e c 则指定了能够使用预约资源的数据分 l q 第二章1 p q o s 体系结构 组，即表明了收端希望接收各独立发端流的特定部分，主要由 发端列表和流标描述。 “软状态”( s o f ts t a t e ) ：为能根据终端和应用调整资 源预约，r s v p 协议在各节点中采用软状态维护预留信息。软= 状态是指在节点中可被定时更新的预留信息。在r s v p 协议 中，软状态分为路径状态和预留状态两类状态信息，由发送端 和接收端定时发送基本的r s v p 控制消息以维护节点的软状 态发送端定时发送路径消息以维护节点的路径状态，并使节 点和新的接收端了解流的属性；接收端则定时发送预留消息以 维护节点的预留状态，并使节点了解流的存在及其所需资源的 变化软状态的优点是使预留具有更强的容错性和稳健性 ( r o b u s t ) r s v p 控制消息本身携带了超时( t i m e o u t ) 值， 节点根据此值设置相应的计时器：当主机因故障或退出而停止 发送预留和路径信息时，节点因不能在指定时间内收到更新的 控制消息而删除相应的软状态；当节点因故障而重新启动时， 软状态由定时发出的r s v p 控制消息刷新软状态还使r s v p 协议具有支持动态成员变化和适应路由改变的能力 此外，在与a t m 中的资源预留方式比较，我们可以看出 r s v p 是一种面向信宿端的协议，由信宿端来描述资源需求， 而a t m 是由信源端来要求资源预留；r s v p 中保留的是“软 状态”，需要周期性地更新，而a t m 保留的是“硬状态”，在 通信期间不改变。 2 1 3 基于r s v p 的q o s 参数实现格式 p a t h 类信令被i p 协议或u d p 协议封装后由源端发送， 经路由器后传到接收端并建立数据流的传输路径当接收端收 到p a t h 类信令，且需要预约资源时，返回r e s v 类信令，经 第= 章i p q o s 体系结构 路由器以软状态方式预约资源如果资源预约失败，路由器返 回r e s ve r r o r 信令，以便接收端和源端进行处理。 在网络系统中( 包括主机) ，一个r s v p 信令被看作一个5 员组定义的对象，即： 其中，协议对象具有如图2 3 所示的共用信令头或对象头 012 3 ( b y t e ) v b r s f l a g sm s g t y p e 醛v pc h e c k s u m s e n d t t l( r e s e r v e d ) r s v p l e n g t h l e n g t h ( b y t e s )c l a s s n u m功e 图2 - 3r s v p 共同信令头 信令头为3 个长为3 2 比特的字其中， v e r s ：4 比特，表示r s v p 版本号； f l a g s ：4 比特，未定义； m s gt y p e ：8 比特，表示r s v p 报文类型；l - p 衄h 类信 令，2 = r e s v 类信令，3 = p a t h e r r ( 路径错误) 类信令， 4 = r e s v e r r ( 预约错误) 类信令，5 = p a t h t e a r ( 路径拆除) 类信令，6 = r e s v t e a r ( 预约拆除) 类信令，7 = r e s v c o n f ( 预约确认) 类信令 r e s vc h e c k s u m ：16 比特，校验值； s e n d ”凡：8 比特，被发送信令的p 1 吼值： r s v p l e n g t h ：1 6 比特，以字节形式表示r s v p 信令； l e n g t h ：1 6 比特，总长，以字节形武表示对象的长度，该 长度必须是4 的倍数； ，l 第= 章i p o o s 体系结构 c l a s sn u m ：8 比特，标识对象类型共定义了1 9 类信 令，包括：o = n u l l ( 空信令)