高等计算机网络课程汇报-Precongestion Notification New QoS Support

预拥塞通知:IP网络新的QoS技术，支持差异化的服务PrecongestionNotification:NewQoSSupportforDifferentiatedServicesIPNetworksFrom：IEEECommunicationsMagazineMarch•2012CompanyLogo主要内容2.引言4.PCN的相关理念5.标准3.相关方法1.摘要6.总结7.可能的改进之处CompanyLogo1.摘要准入控制是一个著名的技术，它保持网络的流量负荷在中等水平，为承认的流保证QoS，显式地承认或阻塞新的流。流终止是一种新的流控制技术，当网络能力不够（比如在意想不到的情况下失败）时，它终止一些承认流。准入控制和流终止技术对于保护非弹性流的QoS很有用。声音和视频这类实时应用就是非弹性流。先于拥塞的通知(PCN)，提供了关于边界节点在路径负载条件下的反馈。CompanyLogo1.摘要当域中内部节点没有每个流的状态时，他们使用这个信息来实现轻量级准入控制和流终止。这些机制比显式的计划明显简单的多。在DiffServ、IP、MPLS以及以太网网络的环境下，我们将解释基于PCN的准入控制和流终止的概念，并讨论优缺点。

CompanyLogo2.引言

实时语音和视频会议这类应用被认为是非弹性的，因为在低于最低比特率在处理它们时，它们将变得不可用。即使在好网络环境下，容量短缺也可能会发生，并导致所有受影响的非弹性应用程序立刻失败。当容量不足时，一个站点的内容的大量访问或链接失效可能会造成业务重路由。为了避免这个问题,网络经常给非弹性业务优先访问大量预分配的逻辑分区，使用区分服务(DiffServ)技术。CompanyLogo2.引言

DiffServ描述了各种每跳行为，这些行为在包交换网中，优先转发适当标记的高优先级的业务。集成服务(IntServ)在IP网络使用资源预订协议(RSVP)实现了每跳接纳控制。RSVP通常需要流的路径上每个路由器的每流状态。因为这是相当难实现的，运营商和制造商宁愿选择一个像DiffServ的方法，这种方法的每流状态与准入控制最多只在边缘路由器。

CompanyLogo2.引言

为此，互联网工程任务组(IETF)定义了预拥塞的通知（PCN)。在PCN控制下，DiffServ域内部节点计量和标记数据包，来隐式地通知出口节点，通知它们高优先级业务的速率是否超过速率阈值。出口节点提供这种反馈到决策点，决策点用它来决定准入控制和流终止规则。IETF已经详细说明了PCN计量和标记算法；在IP&MPLS的头部编码PCN的信息；PCN域边界节点提供的信息到准入控制和流终止决策点；以及决策点怎么解释这些信息。CompanyLogo3.相关方法

准入和拥塞控制是一个广泛的领域。在这里我们举出其中使用不同技术的三个相关方法例子并指出与PCN的差异。CompanyLogo3.相关方法

1基于计量的准入控制

许多年前，基于计量的准入控制已成功用于电路交换网络。更具体地说，国际电信联盟电信部门(ITU-T)Q.50限制了包括压缩的音频在内的音频带业务的负载，在64kb/s的传输信道内传向国际交换中心。在这种背景下，容量只能被有相同源和目标的连接共享。相比之下，在基于PCN的准入控制环境下，链接的容量可以被所有穿过它的流共享。CompanyLogo3.相关方法

2ATM

在超载的情况下，沿着一条虚拟路径的节点标记着ATM信元中的显式前向拥塞指示（EFCI）标志。一个连接的尾端监视这些标志和在定期的资源管理信元中反馈给连接的头端，以便它可以调整其发送速率。相比之下，PCN中该信息不会用于准入控制的目的。CompanyLogo3.相关方法

3ECN

在IP网络中的显式拥塞通知（ECN，RFC3168）是一种技术，它记录沿路径的早期拥塞和信号返回给发送者。它与ATM网络中的EFCI类似，可以被看作是一种PCN的前身。对比PCN，ECN是的端至端的机制，它被用于弹性流量的环境，仅当在路由器缓冲区的物理队列增长时，数据包才被标记。ECN在IP头中加两位的ECN字段来显式地通知负载情况。发送方在发送非ECN包时，加入非ECN代码点（非ECN，‘00’），反之，发生ECN包时，加入ECN代码点（ECN(0)，‘10’；ECN(1)，‘01’）。如果ECN路由器的物理队列的平均长度超过某个阈值，它随机丢弃非ECN包和用代表“拥塞过”的代码点（CE，'11'）来标记ECN包。CompanyLogo4.PCN的相关理念

PCN技术建立在DiffServ体系结构的基础上。PCN流量基本上构成一个高优先级的流量优先转发和准入。PCN域是一个网络，它的边缘路由器作为PCN入口和出口节点，对在PCN域的内传输链路进行计量和标记。当数据包进入PCN域时，为了使数据包能被PCN计量和标记，入口节点在PCN数据包添加适当的PCN代码点。CompanyLogo4.PCN的相关理念

拥塞（congestion）和预拥塞（precongestion,PCN）的区别

如果数据包在路由器内部遭受严重的排队或由于缓冲区溢出被丢弃，一个链路拥塞。相比之下，PCN业务速率r（l）超过配置的链路特定的PCN速率阈值R（l），该链路发生预拥塞。这个速率阈值通常是显着小于链路容量c（l），所以发生预拥塞时并未发生实际的拥塞。CompanyLogo4.PCN的相关理念

基于PCN的准入控制和流量终止PCN流是准入控制和流量终止的对象。这两个功能需要两个不同的速率阈值，这些速率阈值PCN域中的每一个链路是特定的：允许的速率阈值（AR（l））和可支持的速率阈值（SR（l）），其中，AR（l）必须小于比SR（l）。

CompanyLogo4.PCN的相关理念如果链路l上的PCN流量的速率r（l）是到AR（L）以下，链路没有预拥塞。

如果r（l）是在AR（l）以上，则是AR-预拥塞，并没有进一步的流量应当被允许连接。如果r（l）大于SR（l），链路SR-预拥塞，没有进一步的流量应当被允许连接，并且一些已经允许的流量应终止，以减少PCN流量速率r（l）到小于SR（l）。CompanyLogo4.PCN的相关理念

为了整合PCN，PCN域的边缘节点直接发送PCN报告给决定点。PCN信息使决策点识别预拥塞，执行准入控制和流量终止，并在入口节点配置警务功能。CompanyLogo5.标准过量标记和阈值标记：当PCN数据包进入一个PCN域，入口节点将其标记为“未标记”（NM）。过量的流量标记器可能重新将其标记为“过量流量标记”（ETM），而阈值标记器可能重新将其标记为“阈值标记”（THM）。过量的流量标记器和阈值标记器被一个基准数据率r（l）配置，这可能是允许的速率阈值（AR（l））或可支持的速率阈值（SR（l））。5.标准过量的流量标记器计量非ETM的PCN流量。如果这个流量超过的参考速率，只有超过那个速率的计量流量标记为过量业务。

阈值标记器计量所有PCN流量。如果输入的阈值标记器的流量速率超过其参考利率，所有NM包都被阈值标记。

CompanyLogo5.标准

可以很容易地用令牌桶算法描述它们，它提供了可配置率的变化范围。过量的流量标记需要的只是一个普通的令牌桶，因此已经可以在现代的交换机和路由器的硬件实现。阈值标记只能在新近的硬件实现。

注：令牌桶算法是网络流量整形和速率限制中最常使用的一种算法。令牌桶算法用来控制发送到网络上的数据的数目，并允许突发数据的发送。令牌桶这种控制机制基于令牌桶中是否存在令牌来指示什么时候可以发送流量。令牌桶中的每一个令牌都代表一个字节。如果令牌桶中存在令牌，则允许发送流量；而如果令牌桶中不存在令牌，则不允许发送流量。CompanyLogo6.总结

PCN为区分服务的数据包网络实现准入控制和流量终止，提供实时流量，如语音和视频的QoS。准入控制是一个众所周知的流量控制方法，而流终止是新的。这两种方法的结合，允许经济的运输网络的配置。PCN-准入控制，避免了过载，同时它促进对流量有效复用。因此，被允许的流量的实际速率可以有效地达到瓶颈链路允许的速度。即使实行了准入控制，在极端条件下也可能发生拥塞，例如，由于链路或节点故障后产生的重路由流量。传统意义上，每一个可能的故障可能发生时，仍然应该提供足够的容量。PCN的流量终止功能提供了一个对网络供给新的视角：网络配置容量不需要为每一个低概率的故障模式进行部署，因为PCN为了解决这个问题，消除了足够的承认流动。CompanyLogo6.总结

PCN技术的重要特征是简单，可扩展性和普遍适用性。PCN域的内部节点不知道任何流，这对可扩展性来说是非常重要的。PCN技术可以很容易地扩展到较低的网络层，这使得它适用于如IP-over-MPLS或IP-over-Ethernet网络，以及为纯粹的下层网络的多层网络。此外，它可支持网络架构与路径耦合、与资源的信号路径脱钩。PCN技术是新的和有吸引力的技术，但是不完美的。据了解，性能的研究已经证实了这一限制——PCN需要有足够的流量汇聚来把工作做好。CompanyLogo7.可能的改进之处1、作者给出了产生预拥塞时具体的做法，但是并没有强调预拥塞的统计。我认为对预拥塞进