一種支持端到端的IP路由QoS實現技術研究

唐繼勇

（重慶電子工程職業學院，重慶 401331）

0 引言

Internet的高速發展和進一步的商用化，使得人們對網絡的需求從單一的數據傳輸服務向多業務方向發展。但是，基于IPv4的Internet只為用戶提供一種“盡力而為”的服務，網絡中的節點不保留資源的狀態信息，參與交換的一組數據包可能經過不同的路徑達到同一目的地。目前，網絡IP化是Internet發展的一個方向，這要求從傳輸機制和工作模型上對現有的IP協議做進一步的改進，為用戶提供不同類型的Quos服務。

DiffServ模型提供一種類似于優先級服務機制，采用“邊緣復雜、核心簡單”的思想，適合于分布式網絡。但DiffServ域網絡擁塞時，只能采取丟棄分組方式，并且對相同優先級的業務也是非智能化的，因此DiffServ只承諾相對的服務質量。MPLS是一種采用流量工程來優化網絡整體性能的QoS實現技術，它充分利用靈活的第三層IP路由和快速的第二層交換特性。但MPLS也不十分完美，如LDP協議、LSP控制和標記合并等都還不完善。顯然，單純地依靠MPLS支撐所有業務，在網絡管理上會相當復雜。在現有IP網絡上實施任何一種獨立的QoS模型，難以在大規模網絡環境中實現對用戶可控的端到端QoS需求，提出了一種將基于資源預留、優先級和流量工程等三種QoS模型結合起來的支持端到端的IP QoS綜合控制模型。最后通過分析控制模型以及實驗參數分析得出本文提出的方法的可行性與實用性。

1 QoS綜合控制技術

綜合服務模型在RFC（Request for Comments）1633中進行了定義。它的基本思想是將RSVP作為Int－Serv結構中的主要信令協議，它基于每個流提供端到端的保證或是受控負載的服務。Int－Serv框架使IP網絡能夠提供具有QoS的傳輸，以用于對QoS要求較為嚴格的實時業務（聲音/視頻）。Int－Serv使用一種類似ATM的SVC的方法，它在發送方和接收方之間用RSVP作為每個流的信令。RSVP信息跨越整個網絡，假定從接收方到發送方之間沿途的每個路由器都要為每一個要求QoS的數據流預留資源。路徑沿途的各路由器包括核心路由器必須為RSVP數據流維護軟狀態。

圖1 端到端QoS綜合控制模型

如圖1所示，IntServ域位于邊緣網絡內，其核心部件是邊緣路由器（ER），其上運行RSVP，為接入ISP的用戶提供細粒度的QoS服務。核心網絡中的邊界路由器（BR）作為DiffServ域的邊界，同時也是MPLS域的標簽邊緣路由器，負責ISP接納控制、數據流的分類、流量的整形以及相鄰DiffServ域和IntServ域的互操作功能。MPLS域由LSR和LSP兩個元素構成，核心路由器（CR）也是MPLS域的LSR，完成鏈路接納控制、分組的標記、調度行為的CR-LSP的建立；LSR完成分組的標簽交換和快速轉發功能之外，還要完成LSP的建立、DiffServ聚集流行為和LSP之間的映射。

當IP分組轉發至邊界路由器BR1時，首先按規定策略執行分組分類，如圖2所示。完成分組分類工作后，執行IP路由，如果是沒有標記的分組，根據預先制定的LSP選擇策略，將PHB的DP寫入MPLS頭標的EXP字段，同時將轉發等價類（FEC）映射到PHB上，并將映射結果寫入Label字段。如果分組是帶有標簽的，并且其目的地仍位于MPLS域內的，直接轉發即可；如果目的地屬于非MPLS域，需去除MPLS標簽，再按IP路由方式將分組轉發至目的節點。

當MPLS域的LSR接收到MPLS分組時，分析并獲取MPLS頭中的Label和EXP兩個字段，然后在輸入標簽映射（ILM）表中查找下一跳標簽轉發條目（NHFLE）得到LSR出口Label字段和EXP字段及下一跳的LSP，PHB依據這兩個字段和預先設定的QoS映射結果及建立的LSP轉發分組。若分組離開MPLS域時，處理方法和BR/LER類似。

2 性能評價

本文為了檢驗提出的服務網格中間件及其QoS保證機制，本文為實驗系統服務定義了3種Service Offer，分別分配30%、60%和70%的計算能力，通過在不同系統負載下多次提交具有不同QoS需求的試驗系統作業以及無QoS需求的系統的作業并記錄其平均執行時間來比較本文提出的QoS保證機制的性能.測試用AREM程序部署在多臺CPU為AMD 2500+、內存容量1GB并安裝10/100M網卡的測試計算機上,通過100M局域網互聯，計算能力的預留通過DSRT實現,系統負載通過在測試用計算機上運行其他計算密集型應用程序來產生，選擇了10%、50%、67%和80%4個采樣點，實驗結果如圖2和圖3所示。

圖2 系統在不同系統負載下的服務執行時間

圖3 實驗系統應用中SLA建立時間與服務執行時間

如圖2所示，無QoS需求的系統作業執行時間隨著系統負載的上升迅速增加，在系統負載達到80%時，執行時間已經達到10%時的5.4倍。有QoS需求的實驗系統作業則通過有效的資源預留獲得了穩定的執行時間。圖3比較了預留70%計算能力時的作業執行時間和服務預約時間，試驗結果表明，建立SLA的時間在3秒～5秒左右,這對于實驗系統等用時較長的計算密集型應用而言是完全可以接受的。

3 結論

本文針對傳統的QoS都不能夠獨立應用于大規模的網絡中等缺陷，本文為了解決這個問題，提出了一種將基于資源預留、優先級和流量工程等三種QoS模型結合起來的支持端到端的IP QoS綜合控制模型。最后通過分析控制模型以及實驗參數分析得出本文提出的方法的可行性與實用性。

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