IP网络对QoS的支持.doc

1、.页眉.页脚IP网络对QoS的支持1.1 支持 QoS 的 IP 协议 14 IPv4IPv4 规定的数据报首部格式中有一个字节的服务类型（TOS: Type of Service）域，规定了本数据报的处理方式，由如图 1.1 的五个字段组成：三个比特的优先级子字段指明本数据报的优先级，允许发送方表明本数据报的重要程度，优先级的值从 0（普通优先级）到 7（网络控制） 。尽管当前多数传统主机和路由器软件都忽视了服务类型，但其概念十分重要，因为它提供了一种手段，从而为保证一定的 QoS 提供了可能。下文中的区分服务中对该字段就加以了运用。其余的三个比特 D、T、R 表示本数据报所希望的传输类型，

2、当这些比特值为 1 时,D 代表低时延（Delay） ，T 代表要求高吞吐量（Throughput）,R 要求代表高可靠性（Reliablity） 。需注意的是不能同时设置 D、T、R，三者只能取其一。 IPv6与 IPv4 相比，IPv6 在保证 QoS 方面提供了更多的机制，从而更适合于多媒体和实时通信的需求。0 1 2 3 4 5 6 7优先级 D 未用 T R图 1.1 组成 8 比特服务类型字段的五个子字段0 4 8 16 24 31 版 本 优先级 流 标 记负 载 长 度 下 一 头 部 最 大 跳 数源 地 址 （128bit）目 的 地 址 （128bit）图 1.2 IPv

3、6 头部字段.页眉.页脚IPv6 主要是通过使用包头中 24bit 的流标记域和 4bit 的优先级域进行 QoS控制的，如图 1.2 所示。 流标记IPv6 包头中 24 比特的流标记域目前在 Internet 上的应用仍处于实验阶段而且还在改变。对于不支持流标记域功能的主机和路由器在组装数据包时必须将流标记域置零；在转发包时不能改变这个域，在接收时要忽略这个域。所谓一个流是指由特定源地址发往单个地址或多点地址的一系列数据包。这个特定源地址要求中间的一系列路由器对这些数据包做特殊处理。特殊处理的实质是让路由器按照一个协议，例如资源预留协议（RSVP）来处理数据包。一个流由一个源地址和一个非零

4、的流标记域共同唯一确定。不属于一个流的数据包则将流标记域置零。发送流的源节点对流添加流标记，新的流标记必须从 1 到FFFFFF（十六进制）中随机地、独一无二地选择。路由器在寻找与流相关的状态信息时，需要将流标记域中的一组比特作为哈希（hash）关键字来查找，而随机分配地址的方法则使在流标记域中的任意一组比特更适合于这种查找。所有属于同一流的数据包发送时必须具有同样的源地址、目的地址和非零的流标记。路由器对通过的流可以自由地建立处理状态信息，甚至在没有通过某种控制协议提供完整的流信息的情况下也是如此。例如，在接收从一个特定源地址发出的带有未知、非零的流标记时，路由器可以处理它的 IPv6 头和

5、流标记为 0时的任何扩展头。这种处理过程包括决定下一跳的接口、更新“跳到跳”的选项、更新路由头里的地址和指针或根据分组的优先级域决定如何对此数据包排队等处理。路由器能“记住”这些处理过程的结果，并利用源地址和流标记作为缓存关键字来缓存这些信息；对随后而来的带有同样源地址和流标记的数据包，就可以参考这些缓存信息进行处理，而不用再检查这些数据包的各域值。 优先级优先级是 IPv6 控制 QoS 的另一手段。在 IPv6 头中 4 比特长的优先级域使源地址能指定所发数据包的传送优先级。优先级域的值被分成两个范围，分别用于不同的拥塞控制机制中：0 到 7 用于指定流量的优先级（源地址将其用于拥塞控制）

6、 ，例如用在 TCP 连接的流量控制中对拥塞的反馈机制；8 到 15 用于.页眉.页脚指定在拥塞时没有使用反馈响应的流量的优先级，例如以恒定速率发送的实时数据包。应指出的是，规定数值越小，代表的优先级则越低，越容易被丢弃。对于有拥塞控制的流量，各种应用的优先级推荐如下：0 未定义的流量；1 “漏斗”流量（如网络新闻传输） ；2 没有特殊要求的数据传输（如电子邮件） ；3 保留待用：4 没有特殊要求的大数据量传输（如 FTP、HTTP、NFS） ；5 保留待用；6 交互式流量（如 Telnet、X 应用） ；7 Internet 上的控制信息流量（如路由协议、简单网管协议 SNMP） 。对那些没

7、有拥塞控制的流量，发送者在拥塞情况下最想丢弃的分组应使用最低的优先级 8；而发送者在拥塞情况下最不想丢弃的分组应使用最高的优先级 15。1.2 集成服务模型与资源预留机制 11920 集成服务模型为提供支持 QoS 的应用，IETF 在 1994 年提出了集成服务（IS： Integrated Service）模型。集成服务以 IP 协议为其网络层平台,其基本思路是：首先对网络所使用的共享链路进行一定的资源使用控制（包括带宽和缓冲区） ；同时考虑为不同 QoS 需求的网络应用预留网络资源，并将它们统一在对上层应用的服务接口中实现。只要数据流经过的路由器都支持这些服务类别，那么就能为该数据流提供

8、一定的端到端 QoS 保证。目前，IETF 定义的服务类别有（1）保证服务（Guaranteed Service） ，（2）可控负载服务（Controlled-load Service）,（3）尽最大努力服务（Best Effort Service） 。 保证服务（GS）保证服务要求提供一定的带宽和端到端延迟，且保证数据流中合法的数据包无排队丢失。 负载可控服务.页眉.页脚负载可控服务能保证在网络负载较重时提供与负载较轻时相同的 QoS。它与传统的因特网服务的主要区别在于它的性能不会随网络负载的加大而下降，负载可控服务一般用于可容忍一定的数据包丢失和延迟的应用。 尽最大努力服务尽最大努力服务即

9、为传统路由器所提供的服务，它对服务质量无法作出保证。在完成了对服务类别的定义后，就需要采用资源预留协议来实现路径上的QoS，目前最常用的资源预留协议是 RSVP。 RSVP 资源预留协议RSVP 协议是集成服务的核心。RSVP 协议的分组以 IP 数据报的形式发送，没有运载任何应用数据，它和 ICMP，IGMP 一样是个控制协议。RSVP 本身是为支持 Internet 的集成服务而提出来的，因此支持 IPv6 和多播业务。其本身没有路由功能，必须依赖于现有的单播或多播路由协议。由图 1.3 中可看出资源预留协议的几个主要模块功能：图 1.3 主机和路由器中的 RSVP 协议应用 RSVP处理

10、 策略控制分组分类器分组安排器接纳控制路由管理RSVP处理 策略控制分组分类器分组安排器接纳控制主机 路由器RSVP数据数据数据RSVP.页眉.页脚 策略控制（Policy）： 决定用户是否有权申请资源预留。 接纳控制（Access）： 决定是否有足够的资源来满足资源预留的请求。 分组分类器（Classifier）： 根据资源预留来决定每个分组对应的 QoS 类型，用于实现由 filterspec 指定的分组过滤方式。 分组安排器（Scheduler）： 根据特定的服务模型来实现每个分组的 QoS，用于实现由 flowspec 指定的资源配置。 RSVP 处理模块： 当决策控制或接纳控制未能获

11、得许可时，RSVP 处理模块将产生预留错误消息并传送给收发端点；否则将由 RSVP 处理模块设定分类与调度控制器所需的通信服务质量参数。在通信双方已建立的路径上，RSVP 通过源端发出的 PATH 消息和接收端发出的 RESV 消息进行动态的 QoS 协商，通过在中间节点间传输预留信息，以创建和维护多播传输路径网的分布预留状态，从而实现资源的预约和释放请求。其独具匠心的设计原则是该协议在资源预留方式上极具弹性的主要原因。 服务分类的原则传统的 IP 网络协议对所有应用不加区分地得到相同的尽最大努力传送服务，这显然不利于 QoS 需求敏感的实时媒体业务。为提供多媒体通信的多点功能和QoS 支持，

12、就必须对传统网络结构和服务模型进行扩展。因此，RSVP 协议实际上根据应用的需求实现了业务分类的原则。 面向无连接的原则RSVP 协议在服务分类思想的具体实现时选择了无连接的方式。这种实现方式使 RSVP 协议在预留资源的共享方面更具灵活性。因此，RSVP 协议与 IP 的基本思想具有高度一致性。 面向收端的预留思想RSVP 协议采用面向收端的预留方式，也就是由数据流的接收端点在 QoS-spec 中描述其资源需求，并以预留消息的形式传输，由源宿之间所有相关通信设备依据此信息保留所需通信资源。收端驱动的预留思想是 RSVP 协议区别于其它预留协议的主要特点和优势。 软状态的原则为能根据终端和应

13、用调整资源预约，RSVP 协议在各节点中采用软状态维护预留信息。软状态的优点是使预留具有更强的容错性和稳健性。软状态还使RSVP 协议具有支持动态成员变化和适应路由改变的能力。 分组过滤的原则.页眉.页脚分组过滤由 filterspec 指定了能够使用预留资源的数据分组的格式，资源预留则由 flowspec 指定了通信所需资源的容量。分组过滤与资源预留相分离的设计原则是 RSVP 协议的重要特点，此原则使 RSVP 协议能够支持如下几种过滤方式： 通配过滤方式（WF： Wildcard Filter）：为通用类型的流预留资源。所有流共享预留资源，指定会话的流不需经任何过滤。每段链路都有一条资源

14、管道，可被本次会话的所有发送者使用，管道大小为所有接收者对此链路最大的资源请求，独立于发送者的数量。通配过滤方式适用于多媒体会议中语音媒体等用户都能收发数据的多对多组通信。固定过滤方式：（FF： Fixed Filter）：为单个特定流预留资源，并不能被同一会话的其它发送者共享。此时在一段链路上预留的资源为各接收端预留资源之和。固定过滤方式适用于多媒体会议中视觉媒体。共享过滤方式（SF： Shared Filter）：为多个指定流预留资源。预留的资源可在一组发送者之间共享，这组发送者由接收者在申请预留资源时指定。分组过滤有三个重要目的。首先，它提供了对异构收端的支持，低速连接或终端能力较弱的收

15、端通过采用分组过滤机制限制流部分传输而参与群组通信；其次，通配过滤方式与共享过滤方式提供了在多个流间共享预留资源的机制；最后，分组过滤可被用来合并具有相同过滤方式的预留请求。 集成服务与资源预留的缺陷 用 RSVP 实现集成服务存在一系列问题： 网络中的状态信息将随着数据流数量的增加而成比例增加，这对路由器的存储和处理都是很大压力，因而这种结构不具有可扩展性，难以在Internet 核心网络实施。 集成服务对路由器的要求很高，所有路由器必须遵循资源预留协议、接纳控制、策略管理控制、分类和数据报调度功能。 网络中的非 RSVP 网段会对整个网络的 QoS 造成巨大影响，因此必须在整个网络上全面实

16、施，逐渐增加的实施无用。.页眉.页脚1.3 区分服务模型 111823 区分服务模型由上文可知，采用资源预留的集成服务模型具有相当的复杂性，在短时间内很难实施，因此 IETF 又提出了区分服务（Differentiated Service）模型，下文简称 DS。从 IP 协议自身来看，IPv4 的头部中有 8bit 的服务类别（ToS: Type of Service）字段，IPv6 的头部中有24bit 的流标记字段，以前的应用程序可以通过设置 ToS 位或相应的流标记来表明对延迟、吞吐量和误码率的要求，但这种选择性是十分有限的。现有的区分服务将 IP 数据包头中的ToS 字段或流标记字段重

17、新定义为 DS 字段，并用它来告诉路由器应如何处理相应的数据包。区分服务中用到如下几个概念： 区分服务（DS）域：用于区分不同的服务类别，也就是对 IPv4 中 8bit 的 ToS 域和 IPv6 中 24bit 的流标记的重定义。 每一跳行为（PHB：Per-hop behavior）：每一跳行为是数据流经过支持 DS 的路由器时，路由器根据相应的 DS 域对其进行转发行为的描述。 按行为集合分类（BAC：Behavior Aggregate Classification）：仅按 DS 域的内容对分组进行分类。 按多域分类（MC：Multifield Classification）：按源地

18、址、目的地址、ToS 域的内容、协议号、源端口号及目的端口号等多个字段的内容对分组进行分类。 服务级别协议（SLA：Service Level Aggrement）：用户与服务提供者之间达成的协议，用于规定所支持的服务类别，以及在每个类别中所允许的业务量，其中的用户方可以是一普通用户，也可是另一服务提供者。区分服务对 DS 域的用法进行了定义，并定义了分组传送方法的基本集合（PHB） ，从而通过对某个分组的 DS 域作不同标记，相应作出不同处理，即可产生多种不同的服务类。当用户想从其 ISP 处获得不同级别服务时，必须与其 ISP 间存有服务级别协议（SLA） ，SLA 可以是静态的也可是动态

19、的，静态 SLA 按规则协商产生，而使用动态 SLA 的用户必须使用诸如 RSVP 一类的协议来按需获取相应级别的服务。 端端服务体系结构区分服务可以为在路由器中使用不同的分类、整形规则和安排算法提供许多服务，例如： 优质服务（PS）用于需要低时延和低抖动的场合； 确保服务（AS）用于需要可.页眉.页脚靠的但不是固定时延范围的服务； 奥林匹克服务（Olympic Service）提供金、银和铜等3 个等级的服务，服务质量依次递减； 尽最大努力服务 ,也就是一般的 Internet 服务。值得注意的是区分服务模型只定义 DS 字段和每一跳行为，而利用这些 DS 和每一跳行为提供何种业务是 ISP

20、 的职责。（1）保证服务（AS ：Assured Service ）有些用户即使在网络拥塞时仍需向 ISP 要求提供可靠的服务，对这类用户来说，DS 为它们提供了保证服务。此时，分组被分为若干类别，路由器为每个类别提供一定的转发资源（如缓存容量、带宽等） ，每个类别又被分为几个级别，保证高优先级分组被丢弃的概率始终小于低优先级分组被丢弃的概率。由上文所述，用户与 ISP 间存在 SLA，SLA 规定了提供给用户的总带宽，由用户决定他们的应用怎样共享这一总带宽。对 AS 服务，SLA 通常是静态的，也就是说用户无需事先通知 ISP 即可随时开始数据传输。AS 的完成步骤如下：1、在 ISP 网络

21、的入口路由器上完成分类和策略管理，如果用户要求的业务未超过SLA 所规定的比特率，则被认为是满足规范即合法的，而那些过量的分组被认为是不满足规范的即不合法的。2、所有无论满足或不满足规范的分组均被放入保证服务队列（AQ ）中，避免分组的无序传输。3、通过采用普通的随机早期检测（RED：Random Early Detection）和对合法与不合法分组的随机早期检测（RIO： Random Early Detection with In and Out）机制来管理队列。 RED 机制随机早期检测机制能避免路由器中的队列溢出，其通过随机的丢弃一些分组，可在不同的终端主机上触发 TCP 流控机制，在

22、不同的时期降低分组发送速率，从而避免事后的无法控制的大量丢弃行为，事后的丢弃行为将触发大量的 TCP 流，并增加了速率的同时性，最终导致网络利用率和性能的下降。 RIO 机制RIO 是更先进的 RED 机制，其对合法与不合法分组分别采用一个 RED 算法，对每个队列来说有两道关口，当队列的尺寸低于第一道关口时，不会发生分组的丢弃；当队列的尺寸超过第一道关口但低于第二道关口时，仅不合法的分组被随机丢弃；当队列的尺寸越过第二道关口时，表示网络极有可能出现拥塞，此时无论合法与否，分组均将随机丢弃，但非法分组被丢弃的更频繁。在 TCP 流控机制的配合下，通过更频繁的丢弃不合法分组，.页眉.页脚RIO

23、在某种程度上防止了不遵守协定的分组影响其它分组的服务质量。由于采用了 RED 和 RIO 机制，用户只需使自己的服务遵守协定，即使在网络拥塞时被丢弃的概率也很小，就能够获得得到保证的服务质量，从网络感受到一种可预测的服务，而当网络未发生拥塞时，不合法分组也能被正常传送，从而更好的提高了网络的利用率。对那些只申请尽力传送的流量，可与不合法的 AS 服务同等对待。我们可认为在 DS 域中有一 A 比特，对合法的 AS 服务将 A 比特置 1，对不合法的 AS 服务或尽力传送服务则将A 比特置 0。（2）优质服务（PS：Premium Service ）有些用户具有固定的峰值速率，他们向 ISP 申

24、请提供低延迟、低抖动、低丢失率和确保带宽的服务，对这些用户，区分服务为他们提供了优质服务，从而提供了和租用线路相近的服务质量。用户与 ISP 间存在的 SLA 为一个特定的流聚合规定了一期望的峰值速率，用户需保证不超过这一峰值速率，否则，超过的流量将会被丢弃，而 ISP 也保证提供协商好的带宽给用户使用。PS 服务较适于用于 IP Phone、视频会议或 VPN 中。由于 PS 较为昂贵，从而希望 ISP 同时支持静态和动态的 SLA。动态 SLA 允许用户在无预订情况下按需申请 PS 服务，其通过某种信令协议如 RSVP 来实时控制。PS 完成步骤如下：1、在用户侧，某些实体将决定那些应用流

25、可使用 PS 服务，直接和发送方相连的叶子路由器（LR）将采取 MF 多域分类法，并对分组流加以整理。从概念上说，我们可认为DS 域中存在一 P 比特，若某分组的 P 比特置 1，表明该分组属于 PS 服务类，否则该分组属 AS 或尽力传送服务类。在用户域的出口路由器，对分组进行再次调节，以免流量超出SLA 所规定的峰值速率。2、在 ISP 侧，入口路由器（BR）对分组进行接纳控制和策略控制，超出的流量将被丢弃，所有 P 比特已置 1 的分组被放入一优级队列（PQ） ，PQ 中的分组将始终优先与 AQ中的分组传送。PS 之所以能为用户提供优质的服务，是由以下几个因素决定的：首先，在 ISP 网

26、络入口处，通过接纳控制已将 PS 服务的流量控制在较小的百分比，比如说占入口链路带宽的 10。其次，在 ISP 网络的入口处，入口路由器进行策略控制，不合法的分组将直接被丢弃，从而不合法的分组根本不会影响合法分组的性能，此点与 AS 服务大有不同。第三，优级分组在各类分组中始终以最高优先级发送，它们具有 100使用出口带宽.页眉.页脚的潜能。由于大多数链路均为全双工的，入口链路带宽与出口链路带宽相当，因此，如果优级流量在链路中均匀分布，PQ 的服务速率将大大高于到达速率。由以上三个因素可保证到达的优级分组总发现队列为空或很短，从而产生的时延和抖动非常小，从而提供较优质的服务。对优级服务需注意的

27、一点是，若优级流量分布不平均将会产生较大的影响。因为在ISP 网络中，从边界路由器到中心路由器的流量聚集是不可避免的，此种聚集由于边界路由器的出口链路远大于入口链路将不成为问题，但中心路由器间的流量聚集将使服务速率大大高于到达速率的假设不存在了，从而对优质服务产生较大的影响。这一点单由 DS 模型自身无法解决，下文所述的基于约束路由的业务工程可避免此种流量分布的不均匀所导致的拥塞。 服务分配 用户域的服务分配给定一 SLA，用户域必须决定其中的主机如何共享 SLA 所规定的服务，这就叫用户域的服务分配，其共有两种选择： 每台主机自己决定其将使用何种服务 由一台叫做带宽代理（BB：Bandwid

28、th Broker）的源控制器来为所有主机决定。一个 BB 可以是一台主机，一台路由器或路由器中的一个软件，其管理着一个用户域内的资源，从技术上来说，使用 BB 控制有其优越性，因为所有主机必须互相协作来共享由 SLA 所规定的有限资源。在初始分配阶段，主机并不需要 DS 机制，而只是无标识的以尽力传送方式简单发送分组，由现有的路由器在将分组发往 ISP 时作出标识。任一主机在开始发送分组前，均先由自身或向 BB 咨询来决定该分组的服务类型，若主机发送的为未标识分组，则 BB 必须使用某种协议如 RSVP 对相应的路由器进行控制，从而在与发送者直接相连的叶子路由器处完成分组的分类、标识和调节。

29、若用户与其 ISP 间采用的是动态 SLA，用户域中的 BB 就需使用 RSVP 等协议来向 ISP按需申请资源。 ISP 域的服务分配.页眉.页脚在给定 ISP 域的前提下，ISP 必须决定怎样对其边缘路由器进行配置，从而对相应的入口流进行处理，这就叫 ISP 域的服务分配。对静态 SLA，边缘路由器可依据一定的分类、策略管理和调节规则进行手动配置，资源也相应的静态分配给各用户，未分配的资源则由其它用户所共享。对动态 SLA，资源分配和信令处理密切相关，用户域的 BB 使用 RSVP 向其ISP 发出资源请求，在 ISP 侧由接纳控制决定是否有足够资源完成申请，若边界路由器直接参与信令处理，

30、则自行根据相应的请求配置相应的规则，否则必须由 ISP 域中的 BB 通过相应协议进行配置。 端端服务的实例 采用静态 SLA 的 AS 服务如图 1.4 所示，主机 S 位于自己的网络 CN1 中，其希望使用保证服务 AS来向位于另一网络 CN2 中的主机 D 发送数据，CN1 和 ISP 间采用静态 SLA，通过图中的标识描述了服务的全过程：（1） 主机 S 发送 RSVP 的 PATH 消息给本地 BB，向其申请 AS。（2） 若 CN1BB 接纳了该请求，其将对 LR1 进行配置，从而使 LR1 可将相应分组的 DS 域中 Abit 置位，CN1BB 随后发出 RESV 消息对 S 作

31、出应答，若出错则返回一 Error 消息。（3） S 发送分组至 LR1。（4） 若 LR1 已成功配置，则将分组的 Abit 置位。（5） 从 LR1 到 ER1 的所经路由器均只采用 BA 分类，Abit 置位的分组被认为是合法的，其余分组被认为是不合法的，两者均被放入 AQ 中，随后用 RIO 机制进行处理。（6） BR1 中完成策略控制，所有不合法分组任定为不合法的，对合法分组，若其流量超过规定的比特率，将其 Abit 重置为 0，认为其不合法，再次将所有分组送入 AQ 中处理。（7） BR1 和 BR2 间所有 CR 均只完成 BA 分类，并在其 AQ 中采用 RIO 机制。（8）

32、分组最终传向主机 D。.页眉.页脚图 1.4 采用静态 SLA 的 AS 服务 采用动态 SLA 的 PS 服务如图 1.5 所示，主机 S 位于域 CN1 中，其想采用 PS 服务方式向位于域 CN2的主机 D 发送数据，CN1 和 ISP 间具有动态 SLA，按图中标识，步骤如下：第一阶段：信令传输阶段（1） 主机 S 发送 RSVP 的 PATH 消息给 CN1BB。（2） CN1BB 进行接纳控制，若拒绝则发错误消息，信令终止。（3） CN1BB 接收请求，将 PATH 消息继续发往 ISPBB。（4） ISPBB 进行接纳控制，若拒绝，发错误消息给 CN1BB 及 S，若接收，ISP

33、BB 将 PATH 消息发往 CN2BB。（5） CN2BB 进行接纳控制，若拒绝发错误消息直至 S，若接收，CN2BB 将向 ER2 发送 RSVP 的 RESV 消息，在 ER2 中设置相应的分类和策略管理的相关规则，并将 RESV 消息发向 ISPBB。（6） ISPBB 收到 RESV 消息后将对 BR1 和 BR2 进行分类和策略管理相关规则的设置，同时将 RESV 消息发往 CN1BB。（7） CN1BB 对 LR1 和 ER1 中的相关规则进行设置，随后将 RESV 消息发向主机 S。（8） 主机 S 可开始发送数据报。第二阶段：数据传输阶段（9） S 将分组发往 LR1。Hos

34、t S ER1LR1 BR1 BR2ER2Host DCore RouterCN1-B123456 7 8CN1 ISP1 CN2.页眉.页脚（10） LR1 完成流量调节，同时将 DS 域中的 Pbit 置位，所有分组进入PQ。（11） LR1 与 ER1 间的中间路由器均只完成 BA 分类，将分组送入 PQ 处理。（12） ER1 完成 BA 分类并再次对分组流进行调节，保证不超过事先协商的峰值速率。（13） BR1 对 PS 流量再次进行分类和策略控制，不合法的 PS 分组被丢弃。（14） BR1 和 BR2 间的 CR 完成 BA 分类，同时对分组流进行整理。（15） ER2 和 BR

35、2 同样操作。（16） 分组被送向主机 D。图 1.5 采用动态 SLA 的 PS 服务* 在上述过程中值得注意的是 *此处的 RSVP 信令处理与集成服务中的 RSVP 完全不同 此处是由发送方请求资源而非接收方，资源描述在 PATH 消息中。 当 BB 从发送方接收到 PATH 消息时，可拒绝相应请求，但在IS/RSVP 中，仅在路由器收到接收方发回的 RESV 消息时发可拒绝。 BB 可将多个请求聚合成一单一请求发往下一个 BB。 区分服务与集成服务的比较 在区分服务中，通过 DS 字段只定义有限的服务类别，不同用户可以对Host S ER1LR1 BR1 BR2 ER2Host DCo

36、re RouterCN1-B12 3 456 16CN1 ISP1 CN2ISP-B CN2-B6778,91011213 14 15.页眉.页脚其数据包的 DS 域标记同样的编码点，这些数据包在 ISP 网络内将得到同样的服务。由于服务是以类别为基础分配的，所以状态信息数量与服务类别数量成比例，而不是和数据流的数量成比例。因此区分服务是一个可扩展的服务质量解决方案。 在 DS 服务中，复杂的分类、标记、策略管理和整形等操作只在网络边缘进 ISP 网络内部的中兴路由器只需要实施简单的 BA 分类和队列算法就可以了。因此，区分服务要比集成服务更容易实施和配置。 在区分服务模型中，递增式的实施可以

37、用于确保服务。不具有 DS 能力的路由器只要忽略数据包中的 DS 字段，而给数据包尽最大努力服务就可以了，此时从网络整体性能来看仍有较大改善。1.4 多协议标记交换 18即使区分服务机制是简单而有效的，仍需要多协议标记交换才能够解决一个区分服务没有解决的问题，就是把业务从网络拥塞的部分转移到其它地方。在目前的网络中，任意两个路由器之间的路由都是由路由算法决定的，网络管理员无法控制。当两个路由器之间的路由发生拥塞时，前面描述的服务结构没有能力给业务重新选择路由。多协议标记交换提供了在源点和目的节点之间建立显式路由（ER）的机制，显式路由可能和路由算法决定的路由不同。因此，如果两个节点之间的最短路

38、径发生拥塞，网络管理员就可以建立一个显式路由来转移业务。 多协议标记交换的基本结构多协议标记交换是一种转发机制，是从 Cisco 的标签交换（Tag Switching）演化而来的。在 OSI 的七层模型中，它位于数据链路层（L2）和网络层（L3）之间。多协议标记交换对于 Internet 具有重要的战略意义，因为它使基于路由器的网络具有某些 ATM 交换网络的优点，同时避免了 ATM 的一些缺点。每个多协议标记交换数据包有一个报头，报头由 20 bit 的标记（label） 、3 bit 的服务等级（TOS） 、1 bit 的标记堆栈指示（Label stack indication）和 8

39、 bit 的 TTL（Time To Live）组成。多协议标记交换报头位于链路层报头和网络层报头之间。多协议标记交换路由器也叫作标记交换路由器（LSR: .页眉.页脚Label Switching Router） ，在转发数据包的时候只检查标记。网络层协议可以是 IP 或其它协议，所以称其为多协议标记交换。多协议标记交换使用一种标记分配协议（LDP: Label Distributing Protocol）来分发标记，在两个相互通信的标记交换路由器（LSR）之间建立标记交换路径（LSP: Label Switching Path） 。标记交换路径和 ATM 中的虚电路（VPI/VCI）很相似

40、，不同之处是标记交换通道是从发送者到接收者之间的单向通道。标记分配的结果是在每个路由器中产生一个标记索引的路由表，称为标记信息库（LIB）,其格式如图 1.5 ，标记交换路由器利用 FEC 和上行标记作为索引，来找到出口链路以及与出口链路有关的标记。FEC：转发等价类，包括有特别业务要求的，到某一特定目的地的业务。IL： 入口标记 Lif： 入口链路UL： 出口标记 Uif： 出口链路DEST： 目的地址前缀 TOS： 服务类别NextHop：下一跳路由器 Uif： 出口链路在多协议标记交换域中，入口处的标记交换路由器（LSR）中建立起转发信息库（FIB）对分组进行分类和转发，其格式如图 1.

41、6。从而入口 LSR 可根据数据报的地址前缀和相应的服务类别，规定相应的转发等价类。而中间 LSR 只需查找 LIB 进行转发。由于在中间节点的分类和转发只依据标记和业务等级进行，因而 ISP 内部标记交换路由的实施非常简单。这一更换标记的过程类似于 ATM的 VCIVPI 处理过程。L I BF E C IL Lif UL Uif 图 1.5 标记信息库结构图 1.6 转发信息库结构F I BDEST TOS FEC NextHop Uif .页眉.页脚一条多协议标记交换通道（LSP）则可以看作是一个隧道。当数据包进入到隧道的起点时，它的通道已经完全确定了，数据包将沿着隧道前进，在隧道的另外

42、一端出来。多协议标记交换建立显式路由的能力为网络管理者提供了控制业务如何流经其网络的方法。一个数据包的路由和它的分类、服务质量，以及在多协议标记交换域中的转发都完全由人口标记交换路由器分配的标记决定，而不需要列举隧道经过的所有中间路由器。因此在报头开销方面，多协议标记交换要比其它的隧道机制更有效。这些在业务工程方面的特性，使得基于多协议标记交换的服务结构要比基于区分服务的结构具有某些优势。 多协议标记交换中 QoS 的实现 集成服务在 MPLS 系统中的实现方案集成服务模型以资源预留为主要特征。对于一个具有一定 QoS 要求的连接，在开始传输数据之前，必须使用路由协议和 RSVP 信令协议建立

43、起一条从源到目的地的通道，并在该通道上的各个节点进行资源预留，从而保证了沿着该通道传输的数据流能够满足一定的 QoS 要求。1） 端端的信令模型要在 MPLS 系统中实现集成服务，关键在于把标记请求和标记捆绑与一定的 QoS 参数结合起来，从而可以在建立 LSP（标记交换通路）的过程中进行适当的资源预留，使得建立起来的 LSP 具有一定的 QoS 保证，这部分工作可以由扩展的 LDP 协议或者经过扩展后的 RSVP 协议实现。一个简单的基于MPLS的端端集成服务信令模型如图1.7 所示。1 发送方在传输数据之前，首先发出RSVP的路径消息（Path） ，表明本次传输的流量信息和所希望的QoS服

44、务；2 MPLS上的入口节点标记边缘路由器LER1收到路径消息后，触发一个含有标记请求（Label_Req）的消息，该消息中还必须包含相应的流量信息（Traffic_Inf ）和QoS请求信息（QoS_Req） ；3 含有标记请求的消息传输到MPLS的出口节点LER2；4 LER2据此向接收方发出RSVP的路径消息（Path） ；5 接收方收到路径消息后，向LER2发回相应的预留消息（Resv） ；6 LER2一方面根据预留消息进行相应的资源预留，另一方面根据Label_Req2 的要求进行标记分配，并把捆绑标记Label2 和相应的预留信息（RESV_Inf）一起向上游.页眉.页脚节点发送，

45、中间节点的标记交换路由器LSR除了根据预留信息进行资源预留以及把消息中的标记作为相应的数据流的出口标记外，还根据所收到的标记请求（Label_Req1）分配一个新的标记（Label1）作为相应数据流的人口标记，该标记（Label1）也和预留信息一起继续向上游节点发送；7 当含有捆绑标记的消息到达LER1时，表明一条具有一定QoS保证的LSP已经建立起来了；8 LER1向发送方发回RSVP的预留消息，通知发送方可以开始传输数据。2） 集成服务流的传输当发送主机收到相应的预留消息后，表明具有一定QoS保证的端端传输通路已经建立起来了，这时发送主机可以开始发送数据。当数据包到达MPLS域的入口节点时

46、，入口节点对数据包头进行多域（MF）分类，根据分类结果查表得到相应的标记。人口节点还要执行一定的管理策略控制，对于违约的数据包将其作为尽最大努力传送服务来处理或者将其丢弃。该节点把数据包加上标记后，沿着由标记标识的LSP向下游节点发送，中间节点只需根据包头的标记就可以直接把数据包送入适当的队列，完成标记交换的过程，无需重复复杂的MF过程，减轻了中间路由器的负担，并提高系统的扩展性能。在LSP的出口节点，和一般LSP出口节点的操作基本相同，或者将信元恢复为第三层的IP数据包发向目的地，或者利发送方LER1LER2接收方LSR（1）路径消息（8）预留消息（4）路径消息（5）预留消息Label_Re

47、q1（2） Traffic_InfQos_ReqLabel_Req2（3） Traffic_InfQos_ReqLabel1（7） RESV_InfLabel2（6） RESV_InfMPLS 域CRLSP注：LER 标签边缘路由器LSR 标签交换路由器LSP 标签交换路径图 1.7 基于 MPLS 的端端集成业务信令模型.页眉.页脚用标记栈标识的隧道穿过另一个网络云。 区分服务在MPLS系统的实现方案如上文所述，区分服务模型是IETF提出的另一个重要的基于IP的QoS服务协议模型。各种区分服务在DS节点中的转发行为特性由PHB来描述。PHB是区分服务模型的核心，不同的PHB对应着不同QoS保

48、证的服务。DS路由器根据每个IP包头的区分服务编码点（DSCP）选择相应的PHB来进行处理，从而实现了不同QoS的服务。1） PHB在MPLS中的映射机制MPLS中的业务流是在LSP中传输，在同一条LSP中传输的数据包的发送顺序不会发生改变。当MPLS上引人区分服务后，LSP的建立就必须和PHB中对应的调度策略相结合，以满足在同一条LSP中的数据包发送顺序保持不变的条件。PHB中数据包的顺序约束关系可以用PHS（PerHop Scheduling）表示，PHS描述的是PHB中的调度特性（包括队列的资源分配和采用的调度策略） ，与数据包的丢弃优先级无关。如果两个PHB仅仅是丢弃优先级不同，而其他

49、调度特性完全相同，则这两个PHB都对应着同一个PHS， PHS不同的数据包不能在同一条LSP中传输。因此，区分服务的PHB可以分解为两个部分：一个是调度的特性，由PHS来表证；另一个是丢弃优先级。PHS的信息可以加入到标记请求消息中，与相邻的LSR协商，并记录在相应的NHLFE（Next Hop Label Forwarding Entry）中；而数据包的丢弃优先级必须封装在每个数据包的标记中，由路由器根据本地的控制策略而定，无需在LSR之间进行协商。2） 端端的信令模型为了获得区分服务，用户必须和ISP协商一个服务水平协议SLA。SLA主要说明ISP能为用户提供的服务类型及各自的通信量。在用户域中，通常由称为带宽代理的服务器专门负责SLA的协商以及域内各用户资源的分配，在ISP域中通常也有带