MPLS網絡的綜合接納控制算法*

范淑艷，韓衛占，霍永華

(1. 西安電子科技大學 通信工程學院，陜西 西安 710071；2．中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

多協議標記交換MPLS (MultiProtocol Label Switching)網絡中端到端路徑上可用網絡資源是否滿足需求是下一代網絡資源與接納控制RACF(Resource and Admission Control Function)進行接納控制決策的重要依據[1-3]。由于對業務特征了解得不準確，匯聚后的業務流特征與單個業務流不同，使得按照帶寬分配模型分配的網絡資源與業務實際使用的網絡資源大小可能不一致[4-5]，因此僅依據控制面給出的理論上的可用帶寬進行網絡資源與接納控制決策可能導致網絡資源利用率降低。有人針對自相似業務提出了基于參數與測量相結合的接納控制方法[6]。有的對網絡可用帶寬的測量算法進行了研究[7-8]，有文獻介紹了基于測量的接納控制算法[9-10]，還有文獻介紹了采用端到端測量工具了解網絡可用帶寬的方法[11-14]。在MPLS網絡中，相同地址對之間的IP數據可采用不同類型的MPLS連接(MPLS TE 或MPLS LSP)進行傳送。如果不了解網絡中的連接建立情況，只是進行端到端測量，因為不了解測量結果的真實含義，導致測量結果對接納策略決策而言基本不具有參考價值。針對該問題提出了基于理論帶寬與受控的端到端測量相結合獲取網絡可用帶寬的接納控制算法，設計開發了受控的端到端測量軟件、通信網絡資源管理及策略決策軟件，構建了試驗環境，進行了接納控制試驗。試驗結果表明，采用與端到端測量結合的接納控制算法，可以提高低優先級業務的接納成功率，并在一定程度上提供QoS保證。

1 MPLS網絡的帶寬分配模型

ITU-T分別給出了MPLS核心網絡的分布式和集中式RACF體系結構建議[2-3]。按照這些建議，首先根據業務分布預先建立一定帶寬的區分服務的MPLS連接，然后根據業務請求進行端到端路徑選擇，依據策略將業務請求映射至相應優先級的MPLS 連接上。端到端路徑上可用網絡資源是否滿足需求是接納控制決策的重要依據。如果可用資源滿足需求，則該業務請求被接納；如果可用資源不滿足需求，則拒絕該業務請求或者調整MPLS 連接帶寬，在可用資源滿足需求情況下接納該業務請求。盡管建議中要求傳送資源控制功能實體能夠收集每個LSP(Label Switch Path)的基本性能參數，但并沒有限定區分優先級的網絡資源分配方式，而采用不同的帶寬分配方式將導致做出完全不同的可用帶寬判斷。因此必須了解通信網絡采用的帶寬分配模型。

本文試驗用MPLS網絡采用的帶寬分配模型與俄羅斯套娃分配模型RDM有些類似[4]，即各種業務類型的受限帶寬都要考慮同級或更高優先級級的連接帶寬。與RDM模型不同之處是各個優先級的受限帶寬均為最大可分配帶寬，另外當新連接申請到達時，只判斷該業務類型對應優先級的受限帶寬是否滿足需求，不同優先級帶寬限制之間是“或”的邏輯關系。因此網絡內已經建立成功的MPLS連接帶寬有可能遠遠超過最大可分配帶寬，這與不同優先級的MPLS連接建立順序有很大關系。

這種帶寬分配模型的優點是能保證高優先級連接建立申請都能被接納，能保證最高優先級的QoS，對低優先級的連接只能提供相對QoS保證，因為僅從控制面判斷低優先級連接帶寬能滿足傳送需求情況下，實際不一定能保證業務傳送的QoS。另外，盡管高優先級連接存在，但是通過測量發現高優先級連接上實際使用的帶寬遠遠小于理論分配帶寬時，高優先級業務分配的帶寬資源可以借給低優先級的業務使用。因此考慮將理論帶寬與基于測量的網絡可用帶寬相結合的方式獲取網絡可用資源信息，在一定程度上能提高低優先級業務的接納成功率。

2 面向連接網絡中受控的端到端測量方法

在面向連接的通信網絡中，網絡可以在不同節點之間同時建立了不同優先級、不同帶寬的、不同掩碼長度的連接， 因此同一對IP地址對之間的數據流可能選擇多種連接方式進行數據轉發。通常情況下是按照一定的優先順序選擇連接方式后進行數據轉發的，例如優先選擇匹配的MPLS TE連接，最后再選擇MPLS LSP連接。如果不了解網絡中的連接建立情況，只是進行端到端測量，因為不了解測量結果的真實含義，導致測量結果對策略決策而言基本不具有參考價值。為此，我們提出了受控的端到端測量方式，只是在需要時由策略決策實體針對網絡存在的連接信息提出端到端測量申請，啟動測量。這樣既能為策略決策提供參考，又不會對網絡造成太大的負載負擔。

常用的端到端測量工具有很多，如Iperf、Netperf以及Chariot等。由于選擇的測量工具必須方便與項目開發的網絡資源管理軟件集成，所以原型系統中選擇開源的iperf網絡測量工具實現受控的端到端測量。

受控的端到端測量采用 “雙”C/S的架構模式。首先，在網絡資源管理服務器端集成了“受控的端到端測量子系統”的服務器端IperfServer，網絡上每個受控的節點PC上部署了客戶端部分IperfClient，二者構成了第一層C/S架構，用于控制臺和各受控節點間的數據通信。而Iperf程序本身也是基于C/S的模式進行網絡測量的。網絡上每兩個IperfClient在進行所在節點間的網絡測量時，一方作為Server，另一方作為Client，二者構成了第二層C/S架構，用于網絡上節點間的網絡測量。

3 與受控的端到端測量相結合的接納控制算法

假定預先建立優先級為c的MPLS TE連接帶寬為BWc，在該連接上映射的各個任務的總帶寬為R_BWc，假定已經動態建立的優先級為c的MPLS TE連接的總帶寬為BWcd，網絡總的最大可分配帶寬為MAX_R_BW。假定新到申請的業務類型為c，帶寬需求為DBW，則推薦的理論帶寬與受控的端到端測量相結合的接納控制算法流程圖如圖1所示，具體步驟如下：

1)任務請求到達；

2)按照策略規則確定該任務應該映射的MPLS TE連接優先級c；

3)如果該優先級預分配的帶寬仍能滿足需求，即DBW+R_BWc≤BWc，則接納該任務傳送請求；

4)向優先級為c的預先建立的MPLS TE連接上映射，該連接上映射的任務總帶寬更新為DBW+R_BWc；

5)如果DBW+R_BWc>BWc，則預先建立的MPLS TE連接資源不能滿足需求，為該任務動態分配網絡資源，任務結束后刪除動態建立的相應MPLS TE連接。動態建立優先級為c的MPLS TE連接，帶寬為DBW；

8)如果返回的LSP吞吐量的測量結果大于DBW，則表明實際可用帶寬大于DBW，可以接納該任務請求；

9)如果返回的LSP吞吐量的測量結果小于DBW，則拒絕接納該任務請求。

圖1 推薦的接納控制算法流程圖

圖2 試驗環境中的連接關系圖

4 接納控制試驗

試驗環境如圖2所示，包括3個MPLS交換機、3臺LAN交換機、1臺網絡資源管理服務器和1臺策略決策服務器等設備。MPLS交換機1和2之間、1和3之間均通過光纖相連，鏈路帶寬為155 Mb/s，MPLS交換機2和3之間通過電纜相連，帶寬為2 Mb/s。6個測試用計算機終端分別與LAN交換機2和LAN交換機3相連，進行下列試驗。

試驗步驟如下：

1)按照預計的網絡業務分布，在傳送策略決策服務器上進行網絡業務規劃，生成網絡的MPLS連接配置數據，按照從低優先級到高優先級的順序，通過網絡資源管理服務器在MPLS交換機上間預先建立表1所示的MPLS 連接；

2)用戶提交某種業務傳送請求，按照策略規則均應映射至低優先級MPLS TE連接；

3)策略決策服務器依據與端到端測量結合的資源與接納控制策略，向相應優先級的MPLS連接上映射業務請求。如果可用資源滿足需求，則接納業務請求；如果不滿足需求，則拒絕業務請求。采用常規接納策略和與測量結合的資源與接納控制策略下的業務請求接納情況如表2所示。

表1 試驗網絡中預先建立的MPLS 連接

表2 試驗中的業務請求映射及接納結果

從試驗結果可以發現：采用推薦的接納控制算法，可以提高低優先級業務的接納成功率，并且一定程度上提供QoS保證，進一步提高了網絡資源利用效率。

5 結 論

MPLS網絡中僅依據控制面給出的理論上的可用帶寬進行網絡資源與接納控制決策可能導致網絡資源利用率降低。針對該問題提出了基于理論帶寬與受控的端到端測量相結合獲取網絡可用帶寬的接納控制算法，設計開發了受控的端到端測量軟件、通信網絡資源管理及策略決策軟件，構建了試驗環境并進行了接納控制試驗。試驗結果表明采用推薦的接納控制算法，可以提高低優先級業務的接納成功率，并且一定程度上提供QoS保證，進一步提高了網絡資源利用效率。

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