基于NS2的网络QoS研究

万杰

摘要：因特网的讯速发展和逐步商用化使得在IP网中实现服务质量保证成为当前网络通信的研究热点，提出了许多解决方案，区分服务是其中比较好的一个模型。该论文讨论了区分服务中的确保转发服务。最后，运用NS2对确保转发服务中的时间滑动窗口三色标记器进行仿真。

关键词：服务质量；区分服务；确保转发服务；NS2

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）34-8150-03

1NS2简介

NS2是指NetworkSimulatorversion2，是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台，研究人员使用它可以很容易的进行网络技术的开发，而且发展到今天，它所包含的模块几乎涉及到了网络技术的所有方面。所以，NS成了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件。

2QoS简介

QoS是指网络在传输数据流时要满足一系列的服务要求，具体可以量化为传输时延、抖动、分组丢失率、带宽保证、吞吐量等性能指标。QOS解决方案中比较有代表性的是综合服务和区分服务。

3确保转发服务

区分服务体系支持的服务类型大致分为两类：定量服务和定性服务。定量服务是指对QoS指标有绝对的数量要求的服务，如一些实时性、交互性的应用；定性服务是指对QoS只有相对的、弹性要求的服务。根据这种标准，IETF已经定义了几种服务类型，确保转发服务（AssuredForwardingService，AF）就是其中一种。

AF实现的基本思路是：

1）分组进入网络时在边界节点给包作标记，预留带宽内的流量被标记为IN（inprofile），超出预留带宽的流量被标记为OUT（outofprofile）。

2）拥塞时包头标记决定分组的丢弃概率，OUT的丢弃概率大于IN，从而在一定程度上保护IN流；中间节点调度转发时保证源头相同的流不乱序，无论其分组是IN还是OUT。

在网络边界节点，需要对AF流进行调节，根据某种IN/OUT标准将流划入若干丢弃优先级。这可以通过合理配置通用秒度斤调节器来实现，也可以用三色标记器来实现。三色标记器有三种，分别是：单速率三色标记器（SRTCM）、双速率三色标记器（TRTCM）、时间滑动窗口三色标记器（TSWTCM）。

时间滑动窗口三色标记器也是根据实时速率标色：速率低的为绿色，高一点的为黄色，再高为红色。时间滑动窗口三色标记器用速率估计器（rateestimulater）测量时间滑动窗口内的平均速率作为标记依据，并且标记策略随机化。

4 对确保服务NS2仿真

在区分服务中AF是重要的服务类型之一。本仿真是在NS平台上进行的，通过编写TCL程序来实现AF中的TSWTCM来对AF流进行调节。

模拟的网络架构如图1所示。

在这个模拟的网络架构中，e1和e2是边界路由，在此我们社定TSWTCM调来进行AF流的通信控制，core是核心路由器。另外，这三个路由器所采用的队列管理机制是WRED（WeightedRandomEarlyDetection），WRED整合了RED队列管理机制和分组优先权概念，这样在处理网络拥塞情况发生时，能提供较高的服务给较高优先权（丢弃机率较低的）的分组.，当队列的长度越来越长的时候，WRED就会开始随机选择较低优先权（丢弃机率较高的）的分组丢弃，队列长度越长，丢弃的机会就越高，若网络拥塞没有改善，最后连最高优先权的分组也会被开始随机丢弃。采用三个虚拟队列，用来记录三种不同分组丢弃机率值的分组队列长度，但实际上只有一个队列，这个实际的队列是真正用来暂时存放分组的，而这三个虚拟队列设定不同的临界值和分组丢弃机率，使具有红色标记的分组能在队列长度超过临界值时优先丢弃，接着是黄色标记的分组，最后才是绿色标记的分组。

从图2.a的nam模拟动画演示图可以看出当s1的CBR分组的传送速率4000000bps超过其PIR3000000bps，s2的CBR分组的传送速率4000000bps超过其PIR2000000bps时，分组都会被丢弃（在nam图中，s1发送的分组用红色表示，s2发送的分组用蓝色表示）。从图3.a的实时流量图可以看出由于大量丢弃分组，造成流量不稳定，波动较大。从图4.a的吞吐量图可以看出，s1，s2的分组发送速率超过其PIR造成大量丢包，但总的吞吐量都分别达到了其PIR值。

当把s2的分组发送速率降为1500000bps，从图2.b的nam模拟动画演示图可以看出，由于s2的分组发送速率小于其PIR，所以s2发送的分组不被丢弃，而s1的分组发送速率超出其PIR和s2剩余的带宽之和，所以分组仍会被丢弃。从实时流量图3.b中可以看出，由于s2的发送速率减小，分组丢弃大量减少，流量较平稳。从吞吐量图4.b可以看出，s1达到了1500000pbs，而s2利用了s1的剩余带宽达到了3500000pbs。

当把s2的分组发送速率降为500000bps，从nam图2.c可以看出，由于s2的分组发送速率小于其PIR，且s1的分组发送速率期于其PIR和s2剩余的带宽之和，所以分组不会被丢弃。从实时流量图3.c中可以看出，由于s1和s2的发送速率之和小于其PIR之和，所以有足够的带宽，流量很平稳。从吞吐量图4.c可以看出，s1达到了500000pbs，而s2利用了s1的剩余带宽达到了4000000pbs。

从上面的仿真及其数据分析可以看出，AF在网络拥塞的情况下，仍能保证用户一定量的预留带宽，使用户摆脱在单一尽力而为服务时无法把握自己实际占有带宽量的无奈窘境，当网络负载较轻而有空闲资源时，用户也可以使用更多的带宽。

5结束语

NS可以在网络建设前或不行实际网络建设的情况下，对网络的拓扑，协议，性能等进行仿真。对于节约节约建设资金，学习、研究各种网络知识都有很大的帮助。

参考文献：

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