一种支持端到端的IP路由QoS实现技术研究

唐继勇

（重庆电子工程职业学院，重庆 401331）

0 引言

Internet的高速发展和进一步的商用化，使得人们对网络的需求从单一的数据传输服务向多业务方向发展。但是，基于IPv4的Internet只为用户提供一种“尽力而为”的服务，网络中的节点不保留资源的状态信息，参与交换的一组数据包可能经过不同的路径达到同一目的地。目前，网络IP化是Internet发展的一个方向，这要求从传输机制和工作模型上对现有的IP协议做进一步的改进，为用户提供不同类型的Quos服务。

DiffServ模型提供一种类似于优先级服务机制，采用“边缘复杂、核心简单”的思想，适合于分布式网络。但DiffServ域网络拥塞时，只能采取丢弃分组方式，并且对相同优先级的业务也是非智能化的，因此DiffServ只承诺相对的服务质量。MPLS是一种采用流量工程来优化网络整体性能的QoS实现技术，它充分利用灵活的第三层IP路由和快速的第二层交换特性。但MPLS也不十分完美，如LDP协议、LSP控制和标记合并等都还不完善。显然，单纯地依靠MPLS支撑所有业务，在网络管理上会相当复杂。在现有IP网络上实施任何一种独立的QoS模型，难以在大规模网络环境中实现对用户可控的端到端QoS需求，提出了一种将基于资源预留、优先级和流量工程等三种QoS模型结合起来的支持端到端的IP QoS综合控制模型。最后通过分析控制模型以及实验参数分析得出本文提出的方法的可行性与实用性。

1 QoS综合控制技术

综合服务模型在RFC（Request for Comments）1633中进行了定义。它的基本思想是将RSVP作为Int－Serv结构中的主要信令协议，它基于每个流提供端到端的保证或是受控负载的服务。Int－Serv框架使IP网络能够提供具有QoS的传输，以用于对QoS要求较为严格的实时业务（声音/视频）。Int－Serv使用一种类似ATM的SVC的方法，它在发送方和接收方之间用RSVP作为每个流的信令。RSVP信息跨越整个网络，假定从接收方到发送方之间沿途的每个路由器都要为每一个要求QoS的数据流预留资源。路径沿途的各路由器包括核心路由器必须为RSVP数据流维护软状态。

图1 端到端QoS综合控制模型

如图1所示，IntServ域位于边缘网络内，其核心部件是边缘路由器（ER），其上运行RSVP，为接入ISP的用户提供细粒度的QoS服务。核心网络中的边界路由器（BR）作为DiffServ域的边界，同时也是MPLS域的标签边缘路由器，负责ISP接纳控制、数据流的分类、流量的整形以及相邻DiffServ域和IntServ域的互操作功能。MPLS域由LSR和LSP两个元素构成，核心路由器（CR）也是MPLS域的LSR，完成链路接纳控制、分组的标记、调度行为的CR-LSP的建立；LSR完成分组的标签交换和快速转发功能之外，还要完成LSP的建立、DiffServ聚集流行为和LSP之间的映射。

当IP分组转发至边界路由器BR1时，首先按规定策略执行分组分类，如图2所示。完成分组分类工作后，执行IP路由，如果是没有标记的分组，根据预先制定的LSP选择策略，将PHB的DP写入MPLS头标的EXP字段，同时将转发等价类（FEC）映射到PHB上，并将映射结果写入Label字段。如果分组是带有标签的，并且其目的地仍位于MPLS域内的，直接转发即可；如果目的地属于非MPLS域，需去除MPLS标签，再按IP路由方式将分组转发至目的节点。

当MPLS域的LSR接收到MPLS分组时，分析并获取MPLS头中的Label和EXP两个字段，然后在输入标签映射（ILM）表中查找下一跳标签转发条目（NHFLE）得到LSR出口Label字段和EXP字段及下一跳的LSP，PHB依据这两个字段和预先设定的QoS映射结果及建立的LSP转发分组。若分组离开MPLS域时，处理方法和BR/LER类似。

2 性能评价

本文为了检验提出的服务网格中间件及其QoS保证机制，本文为实验系统服务定义了3种Service Offer，分别分配30%、60%和70%的计算能力，通过在不同系统负载下多次提交具有不同QoS需求的试验系统作业以及无QoS需求的系统的作业并记录其平均执行时间来比较本文提出的QoS保证机制的性能.测试用AREM程序部署在多台CPU为AMD 2500+、内存容量1GB并安装10/100M网卡的测试计算机上,通过100M局域网互联，计算能力的预留通过DSRT实现,系统负载通过在测试用计算机上运行其他计算密集型应用程序来产生，选择了10%、50%、67%和80%4个采样点，实验结果如图2和图3所示。

图2 系统在不同系统负载下的服务执行时间

图3 实验系统应用中SLA建立时间与服务执行时间

如图2所示，无QoS需求的系统作业执行时间随着系统负载的上升迅速增加，在系统负载达到80%时，执行时间已经达到10%时的5.4倍。有QoS需求的实验系统作业则通过有效的资源预留获得了稳定的执行时间。图3比较了预留70%计算能力时的作业执行时间和服务预约时间，试验结果表明，建立SLA的时间在3秒～5秒左右,这对于实验系统等用时较长的计算密集型应用而言是完全可以接受的。

3 结论

本文针对传统的QoS都不能够独立应用于大规模的网络中等缺陷，本文为了解决这个问题，提出了一种将基于资源预留、优先级和流量工程等三种QoS模型结合起来的支持端到端的IP QoS综合控制模型。最后通过分析控制模型以及实验参数分析得出本文提出的方法的可行性与实用性。

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