第09章 MPLS流量工程和QoS机制

1、程控交换与通信网络，专业：电子与通信工程，教师：程，第九章MPLS流量工程与服务质量机制，(1)教学内容：介绍流量工程的相关概念，MPLS流量工程与服务质量概念及其实现方案。(二)教学目标和要求：通过本课程的学习，学生可以了解流量工程、多协议标签交换(MPLS)流量工程和服务质量概念的相关概念及其实施方案。(三)教学重点和难点：MPLS流量工程和服务质量实现方案。(4)教学方法：讲授法。9.1流量工程概述9.2MPLS流量工程9.3服务质量概念及其实施方案，9.1流量工程概述，网络资源的高成本和互联网领域的激烈竞争，作为互联网服务提供商，它不仅需要改善网络基础设施(如使用光纤来满足高速数据传输

2、的需求，但这只能在一定程度上缓解用户数据传输带宽和服务质量保证的压力)。什么是流量工程网络拥塞可能是由于网络资源不足或流量分布不均匀造成的。在前一种情况下，所有路由器和链路都将过载。唯一的解决方案是升级基础设施并提供更多的网络资源。在实际的网络应用中，流量工程的重要性体现在两个方面：从网络服务提供商的角度来看，流量工程可以保证网络资源的充分合理利用，从而避免整个网络在某些地方被过度利用而在其他地方闲置的不良情况；从网络用户的角度来看，流量工程可以保证用户请求的服务质量得到满足。9.1.2流量工程中的性能指标流量工程(TE)的目标是优化网络资源的利用和流量的性能，同时确保网络的高效和可靠运行。1

3、面向应用的性能指标这是一个与每个特定应用服务流的流量特征相关的指标，面向应用的性能指标包括提高服务的服务质量性能的所有方面。面向网络的性能指标这是一个与网络资源相关的指标，面向网络的性能指标包括优化资源利用的所有方面。有效的网络资源管理是实现资源导向优化目标的一种手段。网络拥塞最小化是面向应用和网络流量工程的一个重要性能指标，流量工程要解决的主要问题是减少拥塞的发生。9.1.4流量和资源控制，9.2MPLS流量工程，9.2.1MPLS流量工程技术基础一、选择MPLS实施流量工程的原因理想的流量工程解决方案是根据业务需求分配网络资源，并将通信流量映射到专用路径和专用资源，以实现负载均衡。互联网服

4、务提供商要求IPoverATM模式下的流量工程也应体现在纯IP结构的网络中。(1)多协议标签交换(MPLS)是交换和路由的综合体，融合了链路层的交换技术和网络层的路由技术。(2)MPLS流量工程提供了一种完整的流量管理方法。(3)MPLS流量工程根据流量所需要的资源和网络中资源的可用性，有效地引导流量通过网络，并采用“基于约束路由的路由”方法，这是满足流量调节约束条件的最佳路由。(4)MPLS流量工程可以利用新的约束条件，将故障链路或节点上的流量平滑地转移到网络的其他路径进行传输，从而有效地恢复故障节点和链路。2.多协议标签交换业务工程的主要内容1。路径选择采用多协议标签交换(MPLS)实现显

5、式路由选择，可以根据网络资源的合理利用来引导流量的流向，使拥塞路径上的部分流量可以转移到负载较小或拥塞较小的路径上，从而避免网络拥塞。路径优先级的选择当设置LSP建立优先级并保持优先级以实现高优先级业务流时，即使已经为某个业务建立了LSP，也应该为高优先级业务预留网络资源，以便在网络资源稀缺时为高优先级业务提供服务保障。3、负载均衡多协议标签交换系统可以使用两个或更多的服务提供商来承载同一用户的IP流量，并在这些服务提供商之间合理分配用户流量。4路由备份MPLS可以配置两个LSP，一个处于活动状态，另一个处于备份状态。一旦主本地服务点出现故障，服务将立即切换到备用本地服务点，直到主本地服务点从

6、故障中恢复，然后服务将从备用本地服务点切换回主本地服务点。5、故障恢复当一个已建立的LSP在某一点发生故障时，故障点的MPLS将向上游发送一条消息，通知上游LER重新建立一个LSP来替换故障的LSP，以便上游LER重新发送一条消息并建立另一个LSP来确保用户服务的连续性。三。MPLS导入模型图和流量工程基本问题描述基于MPLS的流量工程的问题可以表示如下。(1)如何将数据包正确映射到转发等价类。(2)如何将转发等价类正确映射到流量中继。(3)如何通过标签交换路径将流量中继正确映射到物理网络拓扑。四.业务中继1业务中继及其属性描述业务中继是指一组具有相同业务类别并由相同标签交换路径(LSP)传输

7、的业务流。交通中继具有以下基本属性。(1)流量中继是指具有相同服务级别的一组流量。在某些情况下，这个定义必须放宽，它可以是具有多个业务级别的业务流的集合。(2)在单个服务模型中，流量中继可以封装从入口节点到出口节点的部分或全部服务以进行传输。(3)流量中继是一个可以路由的对象(类似于自动柜员机的虚电路)。(4)流量中继不同于它所通过的LSP。从操作角度来看，流量中继可以从一条路径转移到另一条路径。(5)流量中继是单向的。实际上，业务中继可以通过其入口和出口LSR来描述，并且FEC被映射到它，并且其行为特征由属性集来确定。2交通中继的基本操作为了满足交通工程的要求，应对交通中继进行以下基本操作。

8、(1)建立：创建交通中继。(2)激活：流量中继开始传输流量。从逻辑上讲，交通中继的建立和激活是两个独立的事件，但它们可以在原始操作中被激活或实现。(3)停用：使交通中继停止传输交通。(4)改变属性：改变交通中继的属性。(5)重新路由：更改流量中继的路径。这个过程可以通过网络管理来实现，也可以通过低层协议来自动实现。(6)拆除：从网络中删除一个流量中继，释放所有网络资源(包括标记空间、可用带宽等)。)分配给它。(7)计费和性能监控：该功能对于网络计费和服务功能描述非常重要。通过计费和性能监控可以获得系统性能统计数据，为网络流量性能描述、网络性能优化和容量规划提供参考。由于从流量中继获得统计数据的

9、能力的重要性，该功能应该是MPLS流量工程实施中的基本要求。交通中继的基本交通工程属性交通中继属性是与交通中继相关并影响其行为特征的参数。(1)业务参数属性业务参数可用于获得业务中继中传输的数据流的前向纠错特性，包括峰值速率、平均速率、允许突发速率等。(2)一般路由选择和管理属性一般路由选择和管理属性定义了流量中继的路由规则以及管理和维护已建立路由的规则。为了完成路径选择和管理过程，需要一组如下所述的属性。通过由网络管理指定的显式路由，多路径优先级、资源类别、相似性属性、自适应属性、负载分布在具有并行属性的业务中继之间，(3)优先级属性、优先级属性，定义了业务中继之间的相对重要性。(4)抢占属

10、性抢占属性确定一个业务中继是否可以抢占另一个业务中继的路径，或者该业务中继的路径是否可以被其他业务中继抢占。抢占属性有四种模式：允许抢占；不允许抢占；允许被抢先；不允许抢占。(5)恢复属性(6)策略属性策略属性是指某个流量中继在建立路径时不再符合协议时应该采取的操作。资源属性资源属性是网络拓扑状态参数的一部分，其功能是限制特定资源上的流量中继路由过程。资源属性通常由以下部分组成。1最大分配系数最大位置乘数(MAM)的概念类似于帧中继或自动柜员机中的预订查找操作。2资源级别属性资源级别属性是由管理员配置的参数，表示资源的“级别”。资源等级的概念可以看作是“颜色”的概念，所有具有相同“颜色”的资源

11、都属于同一等级。6.约束路由约束路由是一种具有资源预留能力的命令驱动路由算法，它使按需驱动的路由规范和拓扑驱动的逐跳路由规范能够在同一网络中共存。1、约束路由的基本特征约束路由技术应该能够自动获得流量中继路径的可行解决方案。2考虑具体实现在许多商业应用中，帧中继和ATM交换机都实现了某些受约束的路由功能。9.2.2MPLS流量工程组件流量工程是MPLS的一个重要应用，它将MPLS应用于一对入口和出口LSR之间配置的多条路径，允许入口LSR将流量分配给不同的LSP。1数据包转发组件MPLS流量工程结构中的数据包转发组件是多协议标签交换。信息分发组件的MPLS流量工程的计算需要关于网络拓扑和网络负

12、载的动态信息细节。MPLS提供流量工程的核心是为每个LSP确定物理路径。在网络链路属性和拓扑信息被IGP传播和传播并存储在流量工程数据库(ted)中之后，每个入口LSR使用TED来计算通过IP路由域的LSP，并且每个LSP的路径可以由严格或宽松的显式路由来表示。4信令组件，因为驻留在入口LSR的TED中的网络状态信息将在一定时间内过期，所以由CSPF计算的路径仅被认为是可接受的。交通工程的本质是将交通流映射到实际的物理路径。对于多协议标签交换来说，它的中心思想是为每个本地服务点确定物理路径。9.2.3MPLS流量工程实施1 MPLS流量工程实施方法(1)离线计算后，在每个LSR设置整个LSP的

13、路径，类似于传统的IPoverATM。(2)离线计算在入口LSR中静态配置，然后入口LSR使用RSVP协议动态建立LSP。(3)在线动态计算约束路由，网络自动选择路径。(4)部分静态离线计算、配置和动态建立相结合。(5)无论采用哪种常规路由方法，都应建立备用本地服务点。2成功解决了流量工程的运行需求(1)完成了大量的LSP建立操作规范，如LSP建立、LSP激活、LSP静默、LSP属性修正、LSP重选和LSP反汇编。(2)严格而宽松的显式LSP配置。(3)支持物理路径选择更改(有路径列表)。(4)允许或禁止LSP的重新优化。(5)指定物流服务提供商可以使用的资源类型。(6)物流服务提供商应有优先

14、权差异。(7)最小二乘法布局问题可以通过一定的运算得到。(8)具有流量统计功能。QoS技术的出发点是充分发挥网络的目标性能，满足用户对服务的需求，优化网络资源的使用。9 . 3 . 1服务质量的概念和实现过程。最初的CCITT将服务质量定义为衡量服务使用满意度的综合指标。服务质量具有很高的准确性，它是各种性能参数的具体描述。服务质量的实现过程服务质量的实现过程分为三个阶段：连接建立、数据传输和连接断开。1连接建立阶段图9.5显示了服务质量连接建立阶段的示意图。在连接建立阶段，网络应该主要做以下工作。图9.5服务质量服务质量连接建立阶段的示意图。(1)具有服务质量数据传输要求的节点首先应用于网络

15、，并描述所需的服务质量性能参数。(2)翻译和映射服务质量，即在不同的层和节点之间协商和映射服务质量要求。(3)将翻译和映射的服务质量参数传输到网络服务质量资源管理实体，网络服务质量资源管理实体调用资源使用许可决策来确定是否有足够的资源来满足服务质量要求。(4)资源管理实体分配资源，根据需要建立数据传输通道，并监控通信过程，以保证服务质量要求的实现。2、数据传输过程连接建立过程完成后，如果连接建立成功，将进入数据传输过程。3连接断开阶段当数据传输完成时，源发送连接断开消息。接收消息的节点将释放网络资源，完成一系列资源恢复，修改网络资源参数并断开网络连接。流量工程是一种间接的服务质量实现技术。它可

16、以通过合理分配资源和有效控制路由过程来充分利用网络资源。1.综合服务模型RFC1633定义了综合服务模型(Int-serv)，包括服务质量需求、资源共享需求和服务模型、丢包、使用反馈、预留模型和服务控制机制的基本描述。根据服务质量要求的流量控制功能是通过接纳控制、分类控制器和分组调度器的协作来实现的。目前，内部服务器模型定义了三种业务类型。(1)保证服务：此类服务将保证延迟、带宽和丢包率等参数，网络使用加权航空排队(WFQ)算法。(2)控制负载服务：这种服务可以提供最小的传输延迟，对排队算法没有特殊要求，也没有固定的排队延迟上限。(3)尽力服务：实际上，这是传统互联网提供的服务，不提供任何服务

17、质量保证。与前两种服务类型相比，尽力而为服务不符合接纳控制，服务模型的最终评估不在于底层的分类，而在于它是否有足够的能力来满足各种应用的需求。为了解决内部服务模型中存在的问题，IETF开发了一个相对强大的差异服务(Diff-serv)模型。差异服务器和内部服务器之间的本质区别在于，差异服务器不是为每个服务流分配网络资源和配置服务质量参数，而是将一组具有相似需求的服务分类为一类，然后对这类服务采用一致的处理方法。在每个支持区分服务的网络节点中，分组数据字段的值将被映射到分组行为(PHB)，这可以被视为缓存和带宽资源分配的合理粒度许可，因此分组在转发时可以根据PHB被不同地对待。1差异服务器模型的功能模型如图9.10所示，是差异服务器模型功能模型的示意图。边缘路由器有两个功能：一是对来自用户或其他网络的非区分服务流量