下一代互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量模型研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，目前基于盡力而為的Internet已經(jīng)不能滿足多媒體應(yīng)用及其它非傳統(tǒng)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的要求，提高互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量(QOS)變得越來越重要。在高速網(wǎng)絡(luò)中按照用戶的要求提供服務(wù)質(zhì)量保證成為一個普遍的要求，也是當(dāng)前計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中研究的熱點問題。網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制和服務(wù)質(zhì)量是兩個密不可分的研究課題。擁塞控制作為預(yù)防和解決網(wǎng)絡(luò)擁塞的重要手段，不僅能夠提高網(wǎng)絡(luò)的性能和效率，同時也是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)QoS的必要前提。

2、隨著Internet上多媒體應(yīng)用越來越多，需要更多的帶寬來滿足其需求。IP組播是一種允許一個發(fā)送者同時發(fā)送單一的數(shù)據(jù)分組到多個特定接收者的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。組播技術(shù)能有效地避免廣播風(fēng)暴，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，從本質(zhì)上減少對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，從而間接改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)大體可以分為兩類，綜合服務(wù)(IntServ)、區(qū)分服務(wù)(DiffServ)體系結(jié)構(gòu)等直接實現(xiàn)方式和流量工程(TE)等間實現(xiàn)接方式，多協(xié)議標(biāo)記交換(MP

3、LS)和服務(wù)質(zhì)量路由(QoSR)是實現(xiàn)流量工程的重要手段。本文在深入研究區(qū)分服務(wù)、多協(xié)議標(biāo)記交換、服務(wù)質(zhì)量路由等技術(shù)以及它們之間的相互關(guān)系的基礎(chǔ)之上，提出一種將QoSR與MPLS+DiffServ相融合的下一代IP骨干網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量模型。論文從控制平面和數(shù)據(jù)平面的角度分析了在該模型中邊緣路由器和核心路由器的工作過程，給出了DiffServ與MPLS的服務(wù)質(zhì)量映射方法，詳細(xì)描述了該模型的結(jié)構(gòu)以及各組成部件的功能。最后通過網(wǎng)絡(luò)仿真軟件對該模

4、型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果顯示：該模型具有區(qū)分服務(wù)的功能：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某一鏈路或節(jié)點出現(xiàn)故障時，可以采用備用路徑，從而提高網(wǎng)絡(luò)對故障的快速修復(fù)能力；在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載比較重時，優(yōu)先級高的業(yè)務(wù)可以搶占優(yōu)先級低的業(yè)務(wù)，保證優(yōu)先級高的業(yè)務(wù)優(yōu)先傳輸；能夠均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，避免擁塞；并能為具體業(yè)務(wù)提供滿足服務(wù)質(zhì)量要求的傳輸路徑，實現(xiàn)自動的流量工程處理。仿真結(jié)果與理論分析基本一致。 網(wǎng)絡(luò)擁塞控制主要有基于源端的TCP擁塞窗口機(jī)制和基于路由器的IP層擁塞控制機(jī)制。

5、目前Internet中主要使用的是TCP擁塞控制，它能夠保持Internet的魯棒性。但是近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，特別是多媒體業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用，使得互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)不可能再僅僅依靠基于源端的TCP擁塞控制機(jī)制，路由器本身也必須主動參與到擁塞控制中，這是因為路由器能夠有效地檢測到擁塞的發(fā)生。IP網(wǎng)絡(luò)的路由器擁塞控制機(jī)制是指在路由器中采用分組調(diào)度算法和隊列管理算法。作為對端到端擁塞控制的一種重要補(bǔ)充，路由器的主動隊列管理機(jī)制(AQM)在保證較高

6、吞吐量的基礎(chǔ)上能夠有效地控制隊列長度，從而實現(xiàn)控制端到端的時延，達(dá)到保證服務(wù)質(zhì)量的目的。論文重點分析并比較了幾種主要的主動隊列管理算法的性能，尤其分析了各種算法的公平性，在此基礎(chǔ)上提出了兩種兼顧公平性的擁塞控制方案。 DiffServ是由IETF提出的，具有較好的可擴(kuò)展性和靈活性，是目前主流的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量模型。可擴(kuò)展加權(quán)公平隊列管理算法(SCALA-WFS)是專為DiffServ網(wǎng)絡(luò)提出的基于聚集流的加權(quán)公平帶寬共享算法。本文提

7、出一種基于公平性的服務(wù)質(zhì)量模型，并詳細(xì)描述了其原理和工作過程。該模型通過將加權(quán)公平主動隊列管理算法SCALA-WFS部署到DiffServ模型中，利用原有的測量和標(biāo)記功能，通過擴(kuò)展的NS2網(wǎng)絡(luò)仿真軟件驗證了該模型可以在占用較少系統(tǒng)資源的前提下提高響應(yīng)流與非響應(yīng)流之間的公平性。 由于MPLS具有強(qiáng)大的流量工程和QoS能力，本文提出一種基于公平性的MPLS機(jī)制，并詳細(xì)描述了其原理和工作過程。該機(jī)制通過在MPLS網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點內(nèi)部加入一種

8、基于公平性的流控制算法CSFQ，從而保證一定程度的流間的公平性。而且由于該算法的結(jié)構(gòu)與MPLS相似，對于MPLS設(shè)備的擴(kuò)展完全可以通過軟件的升級來實現(xiàn)，有較好的可行性和擴(kuò)展性。 本文介紹了IP組播的基本概念、主要的組播路由算法、組播路由選擇協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議，分析了MPLS域內(nèi)部署組播應(yīng)用的必要性和關(guān)鍵技術(shù)。為了組播的服務(wù)質(zhì)量，本文提出一種在MPLS域內(nèi)實現(xiàn)QoS組播的實施方案，通過共享樹和最短路徑樹的切換，解決根節(jié)點的瓶頸