固定通信与移动通信网络中QoS 路由技术的思路探讨

彭 鹏

（重庆信科设计有限公司，401121）

0 引言

伴随着各种业务的不同需求，通信网络不断的进行着更新和改革，实现了网络的逐步优化。例如，在传统的话音网络基础通信中，满足了人们对于语音通信的需求；在移动通信网络中，满足了人们对于不受地点限制的通信要求；Intenet 实现了人们对多种信息进行传递的要求。随着各种不同通信需求的提出，网络的类型也在发生着不断的变化和改进，但是到目前为止，还没有一种网络能够完全满足人们的各种通信需求，因此，新一代网络的概念便应运而生了。这种网络将会有效地实现各大网络的有机融合，通过分组技术来承载各种业务，实现在各个环节的资源共享，大大提高了网络服务的质量。下面先讲一讲QOS 路由的含义及其分类。

1 QOS 路由

1.1 QOS 路由的含义

在新一代网络中，数据和语音等多项业务都会通过IP 分组来进行传输，不同的业务内容对于QOS 的要求是不相同的，如何根据业务的QOS 要求在分组核心的网络中为其进行选路，并且通过网络实现对业务的数据进行交换，将会成为分组交换网络的重要功能。QOS 路由主要的性能指标是能够实现对资源利用的优化，其功能主要是路由计算、链路状态信息发布和路由表存储。

QOS 路由技术主要是依据度量的参数来选择和计算最佳的路由，为了实现最佳的路径，路由的选择算法必须要维护和启动含有路由信息的路由表。路由器之间的状态更新是通过互通信息来进行的，并且其最佳的路径是路由器依据量度的参数来进行决定的。

同以往的路由算法基本相似，QOS 路由主要包括两个方面的内容，即：寻经和转发。这两项内容需要有不同的路由选择协议和路由转发协议作为支撑。寻经主要是指对到达目的地的最佳途径进行判断，通过路由选择协议来实现；转发主要是指将数据的分组沿着寻找到的最佳路径进行传送数据。路由选择协议与路由转发协议既相互的独立又相互的配合，其中路由转发协议利用路由选择协议来实现对路由表的维护，与此同时，路由选择协议又是利用路由转发协议提供的功能来发布路由协议的数据。

目前，常用的Internet 路由协议有很多种，比如：开放式的最短路径优先协议、路由信息协议和边界网关协议等，都是利用单个的计量单位来进行最短的路由计算，没有将QOS 参数的多个要求考虑进去，端到端之间的资源预留得不到有效的支持和保证，不能够预测分组延迟。因此，如何能够使QOS 路由算法同时满足不同业务对网络多方面服务质量的要求是QOS 路由算法的难点所在，并且要同时考虑在设计算法时，还要满足以下的设计目标：最优化、灵活性、坚固性、简洁性和快速收敛性等等。

尽管就目前来说，QOS 路由存在网络开销大和计算比较复杂的情况，并且现在能够实用的QOS 路由算法也不多见，但是QOS 路由能够适应网络发展的要求，满足业务对服务质量的需要，能够有效的提高网络资源的利用率，这些优点使得QOS 路由适应了高速网络发展对于网络协议的要求，成为了新一代网络发展的必然选择。

1.2 QOS 路由的分类

QOS 路由根据不同的准则划分为不同的种类，根据实际应用业务的不同，可以将常见的QOS 路由协议划分为动态和静态，域间和域内，距离矢量和连接状态等不同的形式；根据路由服务的节点范围不同，QOS 路由又可以分为组播和单播两种不同的方式。

静态的QOS 路由是指将固定的路由表设置在节点中，而动态的QOS 路由则是由中节点之间相互的通信，传递路由的信息，并根据收到的路由信息进行路由表的更新，同时根据流量和网络拓扑实时的进行选路，以适应在运行过程中各种不同情况的出现。在现代的计算机网络中大多是使用动态的路由算法，因为动态的路由算法灵活性比较的强，能够及时地应对网络结构中的不同变化。

域间和域内这两种形式的划分依据是路由器的协议是否在同一个自治域内部使用。

距离矢量协议主要是指中节点将路由表中的部分信息或者是全部的信息发送到邻近的节点上；链路状态协议主要是指中节点将路由表中描述自身链路状态的部分信息发送到网上所有的节点。

在信源路由的策略中，全局的网络状态信息都需要保存在每一个节点上，比如：网络的拓扑结构信息，到达其他节点的路径度量参数值等等。当业务的路由请求到达的时候，源节点会根据业务的QOS 要求和网络的状态信息来计算出一条最适合的路由，随后将资源的预约信令在其选择的路径上进行传送，并通知在该路径上的各个节点，并说明其后继节点和前继节点，预约资源建立路径。与其他类型的路由策略相比较，源路由在运行过程中比较的简单和灵活，特别是能够有效避免在分布式路由中存在的环路和死锁等多个问题；但是源路由自身也存在很多的不足和问题，比如说：状态的信息准确性不是太高，源路由的开销也比较的大等等，同时，源路由存在一个关键性的问题就是其扩展性会受到一定的限制，并且源路由的不足将会随着网络规模的不断扩大而变得更加的严重和凸显。

在分布式的路由策略中，路由的选择是由多个节点协同进行分布式计算来共同完成的。大多数的算法是利用链路状态协议和距离矢量协议来获取全局的状态信息，节点通过接力的形式来完成对于路由的选择。在分布式的路由算法中目前最为常见和典型的方式就是通过探测消息来进行的路由选择，这种算法的主要问题是网络效率和探测包数量的折中。经过巧妙设计的分布式路由算法不但能够比源路由更加快速的响应并建立路由，而且能够在探测开销较小的情况下迅速地收敛到最佳的路径，与此同时，分布式路由不受扩展性的影响，能够更加适应网络的进一步扩大。分布式路由的主要不足之处在于节点间的协议问题和环路问题。

层次路由主要是指由多个的物理点相互的聚合进而形成组，组又进一步的进行聚合，然后形成更加高一层的组，物理点经过这样不断的汇集，进而组建成为一个分层的网络。在每一个的物理节点上都保存了经过聚合的全局的网络信息，这些信息仅包括此节点所在组的节点特征和其他组的总体特性。在寻路的过程中，每个节点都会将其他的汇聚组看成是一个逻辑节点，逻辑节点在收到控制消息之后再进行链路的扩展。分层路由具备的优点是能够缩小路由计算的开销和减少节点信息的更新频率。但是分层路由又同时存在不足之处，就是因为节点的汇聚从而在某种程度上更加地加重了信息的不准确性，成为了分层路由的关键问题所在。

单播QOS 路由的特点是在节点之间满足QOS 要求的点到点之间的连接；实现一点到多点之间进行连接，同时可以满足业务对于多点通信的要求，但是这种单播QOS 路由存在的不足之处就是其扩展性受到一定的限制，并且路由的开销比较的大。因此，如果利用组播技术来支持多点的通信业务则可以实现良好的扩展性，QOS 组播路由主要就是要寻找以信宿节点为叶子、以源节点为根的可行路由树的问题。组播树又可以分为两种形式：一种是以接收者为叶子、以源为树根叫做分发树；另一种是不管有多少个源、在一个组中所有的成员都共享一棵分发树，这种方式叫共享树。

2 分组核心网络QOS 路由研究

2.1 IP 网络路由协议

研究路由算法主要的目的是将路由算法转化成为路由协议，所以对现有的路由协议进行了解是非常重要的。现在以路由器为基础的Internet 中，在OSI 协议的第三层是IP 路由，路由的过程就是一个节点寻找通向目的节点路径的过程，路由器一方面负责对IP 分组进行转发，另一方面也负责和别的路由器联络，共同来完成维护路由表和选择路由的目的。在路由表中储存了到达网络上任意一个目的地的所有信息，路由协议主要是通过路由表提供网络状态的信息，通过链接路由器来完成信息的交换和传送。

在目前Internet 中最为常用的一种距离矢量路由协议是RIP 路由协议。RIP 路由协议主要是依据距离来选择路由，适用于平面和小型的网络体系结构。在RIP 路由协议中路由器能够收集到所有的能够到达目的地的不相同的路径，并且保存有关的到达每一个目的地的节点数的路径信息，除了能够保存到达目的的最佳的路径之外，其他的任何信息将会全部丢弃；与此同时，路由器会将所收集的信息通过RIP 协议全部发送到相邻的其他路由器，这样以来，正确的路由信息便被逐步的扩散到了全部的网络。

距离矢量路由协议是将大量的更新信息发送到邻节点，而链路状态路由协议则只是把少量更新的信息发送到网络的节点上，对于每个路由器来说，只是负责发送在路由表中描述的其自身链路状态的那些信息。链路状态协议具有以下的优点：当网络的状态比较稳定的时候，在网络中相互传递的链路状态的信息就比较的少，并且与距离矢量路由算法相比较链路状态的路由算法收敛的更加快捷，从而使链路状态的路由不容易产生环路；但是链路状态的路由对于内存空间和CPU 的能力有比较高的要求。除此之外，链路状态路由和距离矢量路由在多数的环境下都能够实现很好的运行。基于链路状态较为典型的路由协议主要是采取SPF 算法的OSPF 协议。运行OSPF 协议的路由器将会维护拓扑数据库和邻居列表，同时利用OSPF 协议把链路状态广播数据包进行传送从而到达在某一个区域内的所有路由器，与此同时，OSPF 路由器将相关状态的信息进行收集，并且依据一定的算法对到达其他节点的最短路经进行有效计算。

2.2 基于QOS 路由的分组核心网络模型

在实际应用中分组核心网络表现为一种非对称的通信网络，可以用G=(V ,E )来表示，V 表示顶点的集合，可以代表路由器、交换机以及主机。E 表示向边的集合，可以代表通信的链路。在网路中，每一个节点都对应着唯一的一个ID 或者物理地址，用于保存QOS 路由的全局状态的信息以及局部状态的信息。

时延参数可以抽象为传送时延、排队时延以及传播时延等的综合，主要是指信源发送到信宿的第一个比特到接收到第一个比特之间的时间差。

时延抖动主要是反映在网络传输的时候时延的变化，时延抖动能够用在一段时间之内最短和最长的时延之间的差来表示。时延抖动能影响到媒体流的同步，视频和话音等媒体的实时业务对时延抖动都是非常的敏感。解决时延抖动的主要方法就是将回放缓存器放置在终端上，以用来吸收时延的抖动。

差错率主要是表示在网络的传输过程中所产生差错的一种度量方式。包括有误分组率、误比特率以及分组丢失率等等。误分组率主要是指分组丢失、分组的重复接收或者是因为分组的次序颠倒从而引起的分组错误等等，误分组率产生的原因主要有，因为网络拥塞从而造成在分组进行传输的时候时延过长，导致节点来不及进行处理从而丢弃分组，或者是因为超过了时限从而被中间的节点丢弃，另外，还有一种可能就是因为传输的错误从而造成包头信息有误，节点拒绝进行接收分组；误比特率主要是指在点与点之间的传输过程中所残余的错误比特频数，通常用误比特率来对传输介质的质量进行衡量；分组丢失率和误分组率非常的相类似，只是因为关注问题的角度不同。

除此之外，还有一些专门用来描述节点状态信息的一些参数，例如吞吐量、剩余缓冲区容量、节点的处理能力以及终端应用程序之间实际达到的数据数率等等。

3 结束语

目前，通信网络正在全球范围内发生着日新月异的深刻变化，同时网络的运用环境、用户特性也都在发生着巨大的变化，以往使用的网络概念面临着新的机遇和挑战，已不能很好地适应新的社会市场环境变化的需求。通信服务的质量是衡量通信系统优劣的一个重要的指标，通信服务质量的好坏将会直接地影响到用户对于网络使用的满意程度，是目前所有的网络运营商一直追求的永恒主题。尤其是在新一代的网络中都是基于利用分组的技术进行组网，在网络通信的各个环节都要实现对于资源的共享，所以对于QOS 问题必须要给予高度的重视。希望通过本文对于固定通信和移动通信网络中QOS 路由技术的分析，能够对促进新一代路由技术的提升有所促进，不断地提高网络服务的质量，促进网络时代的发展。

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