计算机网络-MPLS

第7章,MPLS与服务质量控制,7.1标记交换原理,7.1.1标记交换的概念标记交换就是根据入分组中的“标记”检索交换机内部的转发信息库，使用转发消息库给定的出口信息完成该分组的转发。所谓“标记”就是一个短且长度固定的数字，且只具有本地意义。,7.1.2标记交换的特点,标记交换的最大特点便是面向无连接的业务。标记交换还是一种支持多协议的技术图7.1标记交换的多协议,7.1.3标记交换中的几个基本概念,标记交换路由器（LSR）：具有标记交换能力的路由器。它是标记交换的基本构成单元。标记交换通道（LSP）：允许包以标记交换的方式从一个LSR转发到另一个LSR的一条路径。转发等效类（FEC）：以相同方法转发的一组网络层数据分组。,Stream：沿着同一路径、属于同一FEC的一组分组被为一个“stream”。Flow：一个应用到应用的数据流称为“flow”。Upstream（上游）和Downstream（下游）：“上游”和“下游”是根据“stream”的流向而定的。Stream是有流向的，就如同河流一样，从源到目的。这与电信中通常的“双向通信”的概念不同。从A用户到B用户的一个流与从B用户到A用户的流是完全独立的，无论是路由的选择还是标记的分配，都互不相关。,7.1.3标记交换中的几个基本概念,7.1.3标记交换中的几个基本概念,图7.2流的上游和下游,FIB（转发信息库）：转发信息库用于存放下一跳的相关信息。流分类：在业务流进入LSR时首先需要进行分类，也就是将业务流划分为不同的转发等效类（FEC）。,7.1.3标记交换中的几个基本概念,标记交换的封装：当标记交换以ATM或帧中继作为其链路层协议时，就借用ATM和帧中继的封装，标记也相应地采用VPI/VCI或DLCI。但当标记交换的链路层是FDDI、Ethernet或PPP时，因为它们原有的格式中完全不具备标记信息，必须加上额外的封装，标记交换采用的是被称为shim的格式，shim有一个或多个如图7.3所示的标记栈条目组成。,7.1.3标记交换中的几个基本概念,标记交换的封装,1.路由协议建立路径；LDP建立标记-目的网络映射,MPLS工作过程,2.LER:接收分组、FEC/标记,4.LER:去掉标记,3.LSR:转发、标记转发信息表,LSP,路径建立,LSR1,LSR2,LSR3,UDP,Hello,UDP,Hello,TCP连接，初始化,TCP连接，初始化,FEC=A,标记=4,FEC=A,标记=6,LIB,LIB,LIB,标记请求/映射,标记请求/映射,撤销,撤销,1.发现阶段,2.会话建立与维护,3.LSP建立与维护,4.会话撤销,LDP标记-目的网络映射由四个阶段构成,标记分配,标记的分配是指LSR分配一个标记并与某个FEC绑定的过程。标记分配分为:上游分配;下游标记请求分配;下游标记主动分配。,LSR1,LSR2,请求绑定,标记与FEC绑定,图1.下游标记请求分配,LSR1,LSR2,标记与FEC绑定,图2.下游标记主动分配,标记分配,LSR1,LSR2,LSR3,路由表,路由表,LIB,LIB,FEC:47.0.0.0/8标记：10,请求,映射,LSP的建立,LSP,3,3,3,1,1,1,2,2,2,请求,请求,47.1,47.2,0.40,0.40,0.50,0.50,映射,映射,LSR2,LSR1,LSR3,LSR4,加标记的过程,3,1,1,0,LER：FEC、加标记,46.0.0.0,47.0.0.0/8,LSR2,LER3,LER4,LER1,转发,3,5,1,1,0,LSR:根据标记转发,46.0.0.0,47.0.0.0/8,LSR2,LER3,LER4,LER1,MPLS基本原理,5,1,1,0,LER:去掉标记,46.0.0.0,47.0.0.0/8,LSR2,LER3,LER4,LER1,基于MPLS的QoS的工作过程,1.LDP和传统路由协议（如OSPF、ISIS等）一起，在各个LSR中为有业务需求的FEC建立路由表和标签映射表；2.入节点Ingress接收分组，完成第三层功能，判定分组所属的FEC，并给分组加上标签，形成MPLS标签分组，转发到中间节点Transit；3.Transit根据分组上的标签以及标签转发表进行转发，不对标签分组进行任何第三层处理；4.在出节点Egress去掉分组中的标签，继续进行后面的转发。由此可以看出，MPLS并不是一种业务或者应用，它实际上是一种隧道技术，也是一种将标签交换转发和网络层路由技术集于一身的路由与交换技术平台。这个平台不仅支持多种高层协议与业务，而且，在一定程度上可以保证信息传输的安全性。,7.6多播,IP多播具有和其他网络（如ATM或帧中继）上的多播不同的特性，那就是它具有多源性，也就是说，IP多播组内的任意成员都有发言权，成员间是平等的。这与ATM的多播不同，在ATM为多播所提供的点到多点连接中，根和叶是不平等的，叶没有发言权，数据流只能从根流向叶。正因为如此，MPLS为IP多播设计了两种多播发布树：有源树和共享树。,CBR:ConstantBitRateVBR:VariableBitRateUBR:UnspecifiedBitRateFRF:FrameRelayForumTOS:TypeOfServiceDiff-serv:DifferentiatedserviceRTP:Real-timeTransportProtocolRTCP:RTPControlProtocolRTSP:RealTimeStreamingProtocol图7.10QoS控制技术在不同层上采用不同的方式,7.8.2服务质量参数定义,IPQoS的最终目的是要为各种业务（包括数据、图像、多媒体与语音业务等）提供可靠的端到端的服务质量保证，而实现这一目标的前提是要对各种QoS参数进行清楚地定义。,7.8.2服务质量参数定义,（1）业务可用性用于表明网络是否可以使用的参数。IP业务可用性参数有两个，一个是IP业务可用百分数，另一个是IP业务不可用百分数，并且IP业务可用百分数100IP业务不可用百分数。IP业务不可用百分数：不能应用IP业务可用性功能的时间间隔占IP业务全部时间间隔的百分数。IP业务可用百分数：能够应用IP业务可用性功能的时间间隔占IP业务全部时间间隔的百分数。,7.8.2服务质量参数定义,（2）IP分组传输时延IP分组传输时延定义为穿过一个或多个网络段，传送IP分组所经历的时间(不考虑传送成功与否)。平均传输时延指一个数据流中所有IP分组传输时延的算术平均值。（3）IP分组丢失率IP分组丢失率是丢失的IP分组传送结果与所有IP分组的比值。,7.8.2服务质量参数定义,（4）IP时延变化(即抖动)连续传递时，分组与分组之间的时间延迟的变化。IP分组时延变化参数非常重要。在数据分组传送应用中，利用IP分组时延变化范围的信息可以避免出现结点缓冲的溢出和读空；IP分组时延变化也会引起TCP层重传定时器门限的增高，也可能引起数据分组重传的时延或造成没有必要的数据分组重传。（5）IP分组误差率IP分组误差率是错误IP分组传送结果与成功IP分组传送结果加错误IP分组传送之和的比值。,7.8.2服务质量参数定义,（6）虚假IP分组率一个出口测量点的虚假IP分组率指在一个特定时间间隔内在测量点上观测到的虚假IP分组数量除以该时间间隔。,7.8.2服务质量参数定义,（7）流量参数目前定义了两种类型的吞吐量。一是根据成功传递的IP分组的速率，二是根据传递的这些分组中的字节数：IP分组吞吐量：一个出口测量点上的IP分组吞吐量等于一个特定时间间隔内在该测量点上观测到的所有成功IP分组数量除以该时间间隔。基于字节的IP分组吞吐量：一个出口测量点的基于字节IP分组吞吐量等于一个特定时间间隔内在该测量点上观测到的所有成功IP分组中的所有字节数量除以该时间间隔。,7.9综合服务和区分服务,Intserv面向动态虚电路、依赖于网络流状态的特点决定了其高复杂性,最终导致其可扩展性差、鲁棒性差、实现难度大,因而发展逐渐受阻。近年出现的区分服务（Diffserv）是IETF在QoS领域所做的最新尝试,初衷就是避免高复杂性,提供一种具有良好可扩展性的QoS解决方案。,7.9综合服务和区分服务,1综合服务（Intserv）简介为了满足Internet多媒体应用实时传输的需求,IETF定义了Intserv模型。综合服务体系结构(IntegratedServicesArchitecture,ISA)的目的是在基于IP的互联网上能够提供QoS支持,ISA的主要设计问题是在发生拥塞时如何共享可用的网络容量。对于只提供尽量做好服务的基于IP的互联网,拥塞控制和提供服务的工具是有限的。,2综合服务（Intserv）的局限性,综合服务的优点在于以下两方面:（1）能够提供绝对有保证的QoS;（2）RSVP协议能够支持多播环境;,2综合服务（Intserv）的局限性,RSVP和Intserv在整个Internet网络应用,存在如下的根本局限:（1）状态信息数与流的个数成正比,这就需要在路由器中占有很大的存储空间,因此,这种模型不具有扩展性;（2）对路由器的要求高,所有的路由器必须实现RSVP、接纳控制、MF分类和分组调度;（3）该服务不适合于短生存期的数据流,因为对短生存期的数据流来说,资源预留所占的开销太大,降低了网络利用率；,2综合服务（Intserv）的局限性,（4）许多应用需要某种形式的QoS,但是无法使用Intserv模型来表达QoS请求；（5）必要的策略控制(policycontrol)和价格(pricing)机制,如访问控制(accessconrol)、鉴别(authentication)、记账(accounting)等,目前尚处于发展阶段,无法付诸应用。,7.9.2区分服务的体系结构,区分服务是由综合服务发展而来的,它采用了综合服务中的分类标准,抛弃了分组流沿路结点上的资源预留。DiffServ的最大特点就是简单有效、扩展性强。其实施特点是采用聚合的机制将具有相同特性的若干业务流聚合起来，为整个聚合流提供服务，而不再面向单个业务流。,7.9.2区分服务的体系结构,其基本实现方法如下。（1）简化网络内部结点的服务机制。在网络内部的核心路由器中只保存简单的DSCP（DifferentiatedServicesCodePoint）与PHB的对应机制，在数据流进入核心路由器时只根据数据分组头部DS（DifferentiatedServices）标记域(field)中的DSCP进行转发，而业务流状态信息的保存与流监控机制的实现等都在网络边界结点进行，内部结点是状态无关的。,7.9.2区分服务的体系结构,（2）聚合网络内部核心路由器的服务对象。采用流聚集的方式进行传输控制，具有相同DSCP的业务流组成一个宏流（macro-flow），核心路由器的服务对象是宏流而不是单流（micro-flow），单流信息只在网络边界结点保存和处理。,7.9.2区分服务的体系结构,DiffServ大大降低了信令的工作，而将重点放在流聚集以及适用于全网业务等级的一套逐跳行为上。我们可以根据预先确定的规则对数据流进行分类，从而将多种应用数据流聚集为有限的几种数据流等级。具体而言，边界结点根据用户的流规格（profile）和资源预留信息对业务流进行分类、整形、标记、聚合为不同的流聚集，流聚集信息包含在报文IP头部的DSCP标记域中。,7.9.2区分服务的体系结构,核心路由器在调度转发IP包时以流聚集为服务对象，根据IP报头不同的DSCP提供不同的转发服务质量，这种对不同类型的数据报进行转发的方式，称为逐跳行为（Per-Hop-Behavior，PHB），实际上是一种相对优先级机制。,7.9.2区分服务的体系结构,1DS区域与DS区DS区域是由一些相连的结点构成的集合,它们遵循统一的服务提供策略并实现一致的PHB组。DS区域有明确定义的边界,边界由边界结点(boundarynode)构成。边界结点连通DS区域和非DS区域(或其他DS区域),根据不同的数据流传输方向，边界结点可以分为入口结点和出口结点。,7.9.2区分服务的体系结构,DiffServ区（region）则是由连续的DS区域构成。一个DS区内的DS区域可以支持不同的PHB组，并且各自区域的DSCP到PHB的映射函数也可能不相同。在不同的DS区域之间，必须对SLA和TCA进行调节，以协调彼此之间的服务语义。这样，通过在上游DS区域和下游DS区域之间建立SLA或TCA，区分服务可以扩展到多个DS区域。,7.9.3区分服务的技术特点,Diffserv的目标在于简单有效,以满足实际应用对可扩展性的要求,除此之外,还有以下特点。（1）层次化结构。分为DS区域(DSdomain)与DS区(DSregion)两级。在DS区域内,服务提供策略与PHB的语义和实现要一致;但DS区内的各DS区域可以支持不同的PHB、有不同的服务提供策略,它们之间通过服务层协议(ServiceLevelAgreement,SLA)与传输调节协议(TrafficConditioningAgreement,TCA)协调提供跨区域服务。这种结构适应了Internet中由各ISP提供接入服务的商业模式。,7.9.3区分服务的技术特点,（2）总体集中控制策略(与Intserv分布式控制相对照)。网络资源的分配由总体服务提供策略(serviceprovisioningpolicies)决定,包括在边界如何分类聚集流,在内部如何调度转发流聚集。,7.9.3区分服务的技术