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IP網(wǎng)絡(luò )QoS問(wèn)題研究

孫岳常江 2002/10/10

1. 綜述

1.1 QoS問(wèn)題的提出

　　隨著(zhù)Internet規模的不斷增大，各種各樣的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)爭相涌現，先進(jìn)的多媒體系統層出不窮。由于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò )傳輸時(shí)延、延時(shí)抖動(dòng)等特性較為敏感，當網(wǎng)絡(luò )上有突發(fā)性高的FTP或者含有圖像文件的HTTP等業(yè)務(wù)時(shí)，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)就會(huì )受到很大影響；另一方面，多媒體業(yè)務(wù)占去了大量的帶寬，這樣，現有網(wǎng)絡(luò )要保證的關(guān)鍵業(yè)務(wù)就難以得到可靠的傳輸。

　　解決這些問(wèn)題的最簡(jiǎn)單的辦法當然是增大帶寬，但是，由于這種方法代價(jià)高昂，所以并不十分可行。這就要求網(wǎng)絡(luò )管理者對不同的服務(wù)區別管理，而不能對所有的數據包一視同仁。于是，各種QoS技術(shù)應運而生。

　　最簡(jiǎn)單地說(shuō)，QOS能夠對數據包進(jìn)行合理的排隊，對含有內容標識的數據包進(jìn)行優(yōu)化，并對其中特定的數據包賦以較高的優(yōu)先級，從而加速傳輸的進(jìn)程，并實(shí)現實(shí)時(shí)交互。由于每種應用系統對網(wǎng)絡(luò )的要求有所不同，這使得帶寬本身并不能解決網(wǎng)絡(luò )擁塞的問(wèn)題。QoS所追求的傳輸質(zhì)量在于：數據包不僅要到達其欲傳輸的目的地址，而且要保證數據包的順序性、完整性和實(shí)時(shí)性。通過(guò)QoS，網(wǎng)絡(luò )可以按照業(yè)務(wù)量的類(lèi)型或級別加以區分，并能夠依次對各級別進(jìn)行處理。優(yōu)秀的QoS可以提供創(chuàng )建業(yè)務(wù)量級別的方法，把應用系統或用戶(hù)的郵件分配到某一級別中作系統管理。

1.2 QoS的定義

　　IP QoS是指IP的服務(wù)質(zhì)量,也是指IP數據流通過(guò)網(wǎng)絡(luò )時(shí)的性能。它的目的就是向用戶(hù)提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。它有一套度量指標,包括業(yè)務(wù)可用性、延遲、可變延遲、吞吐量和丟包率：

①業(yè)務(wù)可用性：用戶(hù)到IP業(yè)務(wù)之間連接的可靠性。

②延遲：也稱(chēng)為時(shí)延（Latency），指兩個(gè)參照點(diǎn)之間發(fā)送和接收數據包的時(shí)間間隔。

③可變延遲：也稱(chēng)為抖動(dòng)（Jitter），指在同一條路徑上發(fā)送的一組數據流中數據包之間的時(shí)間差異。

④吞吐量：網(wǎng)絡(luò )中發(fā)送數據包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。

⑤丟包率：在網(wǎng)絡(luò )中傳輸數據包時(shí)丟棄數據包的最高比率。數據包丟失一般是由網(wǎng)絡(luò )擁塞引起的。

1.3 QoS解決方案

　　IETF已經(jīng)建議了很多服務(wù)模型和機制，以滿(mǎn)足QoS的需求。其中比較有名的有：綜合業(yè)務(wù)模型(Int-Serv)，區分業(yè)務(wù)模型(Diff-serv)，多協(xié)議標記交換（MPLS），流量工程和約束路由。

　　綜合業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是資源預留，實(shí)時(shí)應用在傳輸數據前必須首先建立通道和預留資源。RSVP是用來(lái)建立通道和預留資源的協(xié)議。

　　在區別型業(yè)務(wù)中，把包加以標記，產(chǎn)生不同的級別，每個(gè)級別的包得到不同的服務(wù)級別。

　　MPLS是一種前向轉發(fā)策略，在進(jìn)入MPLS作用域時(shí)給包賦予一定的標簽，隨后包的分類(lèi)、轉發(fā)和服務(wù)都將基于標簽完成。

　　流量工程是一種安排通信流量如何通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的過(guò)程。

　　約束路由在尋徑路由時(shí)會(huì )受到一定的約束，如帶寬或時(shí)延的要求。

　　我們這里著(zhù)重介紹綜合業(yè)務(wù)模型，區分業(yè)務(wù)模型，MPLS，并簡(jiǎn)單介紹IPV6種的QoS問(wèn)題。

2.綜合業(yè)務(wù)模型

2.1基本概念

　　綜合業(yè)務(wù)模型（Int-serv：Integrated service）的基本思想是“所有的流相關(guān)狀態(tài)信息應該是在端系統上”,它基于每個(gè)流（單個(gè)的或是匯聚的）提供端到端的保證或是受控負載的服務(wù)（controlled-load service）。Int-Serv框架使IP網(wǎng)能夠提供具有QoS的傳輸，以用于對QoS要求較為嚴格的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（聲音/視頻）。

　　Int-Serv使用一種類(lèi)似ATM的SVC的方法,它在發(fā)送方和接收方之間用RSVP作為每個(gè)流的信令。RSVP信息跨越整個(gè)網(wǎng)絡(luò ), 假定從接收方到發(fā)送方之間沿途的每個(gè)路由器都要為每一個(gè)要求QoS的數據流預留資源。路徑沿途的各路由器——包括核心路由器——必須為RSVP數據流維護軟狀態(tài)。

　　在Int-Serv流中，定義了三種類(lèi)型的業(yè)務(wù)，即：

①保證業(yè)務(wù)(Guaranteed-Service, GS)：對于GS業(yè)務(wù)流的最大時(shí)延是受到控制的，路由上的任何時(shí)延都會(huì )影響最大排隊時(shí)延。

②受控負載業(yè)務(wù)(Controlled-load-Service, CLS)：CLS沒(méi)有固定的時(shí)延保證，但業(yè)務(wù)流要與在網(wǎng)絡(luò )輕載情況下的流質(zhì)量相當，實(shí)際上CLS要求有長(cháng)期的帶寬保證。

③盡力而為的業(yè)務(wù)(Best-Effort)：類(lèi)似當前Internet在多種負載環(huán)境(由輕到重)下提供的盡力而為的業(yè)務(wù)。

2.2 綜合業(yè)務(wù)模型的構成

　　為了實(shí)現上面的服務(wù)，Int-Serv定義了4個(gè)功能部件，網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)路由器皆需要實(shí)現這4個(gè)部件。

　　1.RSVP(RFC2205)：RSVP即資源預留協(xié)議，它是Internet上的信令協(xié)議。通過(guò)RSVP，用戶(hù)可以給每個(gè)業(yè)務(wù)流(或連接)申請資源預留，要預留的資源可能包括緩沖區及帶寬的大小。這種預留需要在路徑上的每一跳都要進(jìn)行，這樣才能提供端到端的QoS保證。RSVP是單向的預留，適用于點(diǎn)到點(diǎn)以及點(diǎn)到多點(diǎn)的通信環(huán)境。

　　2.訪(fǎng)問(wèn)控制(Admission Control)：它基于用戶(hù)和網(wǎng)絡(luò )達成的服務(wù)協(xié)議，對用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行一定的監視和控制，有利于保證雙方的共同利益。

　　3.分類(lèi)器(Classifier)：根據預置的一些規則，它對進(jìn)入路由器的每一個(gè)分組進(jìn)行分類(lèi)。這可能需要查看IP分組里的某些域：IP源地址、IP目的地址、上層協(xié)議類(lèi)型、源端口號、目的端口號；分組經(jīng)過(guò)分類(lèi)以后被放到不同的隊列中等待接收服務(wù)。這方面的技術(shù)還不很成熟，是一個(gè)有待研究的領(lǐng)域。

　　4.隊伍調度器(Scheduler)：它主要是基于一定的調度算法對分類(lèi)后的分組隊列進(jìn)行調度服務(wù)。這方面的技術(shù)目前已比較成熟，常見(jiàn)的調度算法有WFQ、WF2Q、SCFQ、VC、MD-SCFQ、WRR等。

2.3綜合業(yè)務(wù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)

　　綜合業(yè)務(wù)模型的優(yōu)點(diǎn)是：

　　能夠提供絕對有保證的QoS。詳細的設計使RSVP用戶(hù)能夠仔細地規定業(yè)務(wù)種類(lèi)。因為RSVP運行在從源端到目的端的每個(gè)路由器上，因此可以監視每個(gè)流，以防止其消耗比它請求、預留和預先購買(mǎi)的要多的資源。

　　RSVP在源和目的地間可以使用現有的路由協(xié)議決定流的通路。RSVP使用IP包承載，使用“軟狀態(tài)”的概念，通過(guò)周期性的重傳PATH和RESV消息，協(xié)議能夠對網(wǎng)絡(luò )拓撲的變化做出反映。正如PATH和RESV刷新用來(lái)更改該預留的流的通路那樣，沒(méi)有了這些消息時(shí)，RSVP協(xié)議釋放與之關(guān)聯(lián)的資源。

　　設計綜合模型開(kāi)始的目的之一就是使得QoS能夠工作在unicast和multicast下。RSVP協(xié)議能夠讓PATH消息識別多播流的所有端點(diǎn)，并發(fā)送PATH消息給它們。它同樣可以把自每個(gè)接收端的REVP消息合并到一個(gè)網(wǎng)絡(luò )請求點(diǎn)上，該點(diǎn)可以讓一個(gè)多播流在分開(kāi)的連接上發(fā)送同樣的流。

　　綜合業(yè)務(wù)模型的缺點(diǎn)是：

　　可擴展性是Int-Serv結構最致命的一個(gè)問(wèn)題,因為Int-Serv要求端到端的信令,這在一個(gè)實(shí)際運行的運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )中幾乎無(wú)法實(shí)現。單純從Int-Serv結構的實(shí)質(zhì)來(lái)看,資源預留本身就與IP網(wǎng)絡(luò )的最大特點(diǎn)"無(wú)連?quot;相沖突。另外，對保障型業(yè)務(wù)需要網(wǎng)絡(luò )全部使用綜合業(yè)務(wù)，如果中間有不支持的節點(diǎn)／網(wǎng)絡(luò )存在，雖然信令可以透明通過(guò)，但實(shí)際上對于應用來(lái)說(shuō)，已經(jīng)無(wú)法實(shí)現真正意義上的資源預留，所希望達到的QoS保證也就打了折扣。

　　對路由器的要求較高。由于需要進(jìn)行端到端的資源預留，必須要求從發(fā)送者到接收者之間的所有路由器都支持所實(shí)施的信令協(xié)議。因此所有路由器必須實(shí)現RSVP、許可控制。MF（Multi－Field）分類(lèi)和包調度。

　　該模型不適合于短生存期的流。因為為短生存期包預留資源的開(kāi)銷(xiāo)很可能大于處理流中所有包的開(kāi)銷(xiāo)。但因特網(wǎng)流量絕大多數是由短生存期的流構成的。在短生存期的流需要一定程度的QoS保證時(shí)，綜合業(yè)務(wù)模型就顯得得不償失了。

3. 區分業(yè)務(wù)模型

3.1基本概念

　　由于對綜合業(yè)務(wù)模型利用全程信令將原本面向無(wú)連接的因特網(wǎng)，勉為其難地改為向面向連接的網(wǎng)絡(luò )這種方式的可實(shí)施性已經(jīng)產(chǎn)生了懷疑。因而希冀能夠出現一種新的解決問(wèn)題的思想，既考慮已有網(wǎng)絡(luò )的現狀，又能達到實(shí)現服務(wù)質(zhì)量的目的，這就出現了區分業(yè)務(wù)（Diff-serv）模型。

　　Diff-Serv IETF組織制訂了IP網(wǎng)絡(luò )的QOS標準——區分服務(wù)(Diff-Serv)，為在IP網(wǎng)絡(luò )上提供服務(wù)質(zhì)量保證奠定了基礎。在Diff-Serv標準以前，ATM技術(shù)還是唯一能提供QOS的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，IETF正是借用了ATM的QoS概念，將QoS引入IP所有業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)不但可以在租用線(xiàn)、幀中繼和ATM上傳輸，而且也可以在SDH、DWDM鏈路上傳輸。Diff-Serv還定義了ATM和幀中繼所不能提供的動(dòng)態(tài)QoS服務(wù)，并增加了新的擁塞管理機制。

　　區分服務(wù)是由綜合服務(wù)(Int-serv )發(fā)展而來(lái)的，它采用了IETF的基于RSVP的服務(wù)分類(lèi)標準，拋棄了分組流沿路節點(diǎn)上的資源預留。區分服務(wù)將會(huì )有效地取代跨越大范圍的RSVP的使用。區分服務(wù)區域的主要成員有：核心路由器、邊緣路由器、資源控制器（BB，Bandwidth Broker）。在區分服務(wù)中，網(wǎng)絡(luò )的邊緣設備對每個(gè)分組進(jìn)行分類(lèi)、標記DS域，用DS域來(lái)攜帶IP分組對服務(wù)的需求信息。在網(wǎng)絡(luò )的核心節點(diǎn)上，路由器根據分組頭上的DS碼點(diǎn)（Code Point）選擇碼點(diǎn)所對應的轉發(fā)處理。資源控制器BB配置了管理規則，為客戶(hù)分配資源，它可以通過(guò)服務(wù)級別協(xié)定SLA （Service Level Agreement）與客戶(hù)進(jìn)行相互協(xié)調以分享規定的帶寬。

　　與Int-Serv類(lèi)似，Diff-Serv也定義了三種業(yè)務(wù)類(lèi)型：

①最優(yōu)的業(yè)務(wù)(Premium)：類(lèi)似于傳統運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )的專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)。

②分等級的業(yè)務(wù)(Tiered)：這不僅僅是一種業(yè)務(wù)，而是一個(gè)大的類(lèi)別，可以根據發(fā)展的需要定制不同的業(yè)務(wù)等級。

③盡力而為的業(yè)務(wù)(Best-Effort)；類(lèi)似于Internet中盡力而為的業(yè)務(wù)。

　　IP QoS較之ATM的優(yōu)越性還在于它能夠提供更靈活的服務(wù)，如Diff-Serv支持基于日期的應用與動(dòng)態(tài)QoS，因此，可以給予某一特定的用戶(hù)，如基于WEB的電子商務(wù)，較高級別的QoS服務(wù)，而對于不那么重要的應用，如E-mail則給以"盡力服務(wù)"。

圖1 區分服務(wù)體系結構的框架示意圖

　　Diff-Serv比Int-Serv 更具可擴展性，如圖1所示,它可用于企業(yè)的廣域網(wǎng)中,并在運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )中發(fā)揮重要的作用,因為它可以根據應用或業(yè)務(wù)類(lèi)型排出不同的優(yōu)先級別。IP QoS的業(yè)務(wù)區分結構使用IPV4報頭中的業(yè)務(wù)類(lèi)型（TOS）字段，并將8位TOS字段重新命名，作為DS字段，其中6位可供目前使用，其余2位以備將來(lái)使用。該字段可以按照預先確定好的規則加以定義，使下行節點(diǎn)通過(guò)識別這個(gè)字段，獲取足夠的信息來(lái)處理到達輸入端口的數據包并將他們正確地轉發(fā)給下一跳的路由器。這里需要注意的是在IPV4網(wǎng)中所定義的TOS字段與在Diff-Serv中的DS字段不同。TOS字段的定義如圖2所示。圖IPV4報頭中TOS字段定義Diff-Serv充分考慮了IP網(wǎng)絡(luò )本身靈活，可擴展性強的特點(diǎn)，將復雜的服務(wù)質(zhì)量保證通過(guò)DS字段轉換為先進(jìn)的單跳行為，從而大大減少了信令的工作。

3.2 Diff-Serv－優(yōu)先級排列

　　差分服務(wù)提供一種簡(jiǎn)單粗略的方法對各種服務(wù)加以分類(lèi)。不過(guò)用其它方法也可以，目前有兩個(gè)每跳(PHBs)的標準，其中對兩個(gè)最有代表性的服務(wù)等級(業(yè)務(wù)類(lèi)別)作了規定：

　　快速轉發(fā)(EF)：有一個(gè)單獨的碼點(diǎn)(DiffServ值)。EF可以把延遲和抖動(dòng)減到最小，因而能提供總合服務(wù)質(zhì)量的最高等級。任何超過(guò)服務(wù)范圍(由本地服務(wù)策略決定)的業(yè)務(wù)被刪除

　　保證轉發(fā)(AF)：有四個(gè)等級，每個(gè)等級有三個(gè)下降過(guò)程(總共有12個(gè)碼點(diǎn))。超過(guò)AF范圍的業(yè)務(wù)不會(huì )象'業(yè)務(wù)范圍內'的業(yè)務(wù)那樣以盡可能高的概率傳送出去。這意味著(zhù)業(yè)務(wù)量有可能下降，但不是絕對的。

　　根據預定策略的標準，PHBs適用于網(wǎng)絡(luò )入口的業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)在這點(diǎn)加以標記，然后根據這個(gè)標記進(jìn)行路由指向，沒(méi)有作標記的業(yè)務(wù)就放到了網(wǎng)絡(luò )的出口。

3.3Diff-Serv的相關(guān)算法

　　Diff-Serv路由器使用與ATM交換機組類(lèi)似的輸入管理器與輸出調度器的原理，來(lái)實(shí)現PHB功能，同時(shí)也增加了擁塞管理機制用以處理IP網(wǎng)絡(luò )交通擁塞問(wèn)題，為此Diff-Serv使用了兩種算法，分別為隨機早期檢測（RED）與加權隨機早期檢測（WRED）算法，通過(guò)使用這兩種算法達到在發(fā)生擁塞之前隨機丟包以避免路由器過(guò)載的目的，這種丟包策略也能使傳輸控制協(xié)議（TCP）減慢發(fā)送端數據發(fā)送的速度。

3.4 區分業(yè)務(wù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)：

　　區別型業(yè)務(wù)模型完全不同于綜合型業(yè)務(wù)模型，它的優(yōu)點(diǎn)是：

　　伸縮性較好。DS字段只是規定了有限數量的業(yè)務(wù)級別，狀態(tài)信息的數量正比于業(yè)務(wù)級別，而不是流的數量。

　　便于實(shí)現。只在網(wǎng)絡(luò )的邊界上才需要復雜的分類(lèi)、標記、管制和整形操作。ISP核心路由器只需要實(shí)現行為聚集（BA）的分類(lèi)，因此實(shí)現和部署區別型業(yè)務(wù)都比較容易。

　　缺點(diǎn)：

　　Diff-Serv為IP QoS奠定了寶貴的基礎，但還是沒(méi)有辦法完全依靠自己來(lái)提供端到端的QOS結構。Diff-Serv需要大量網(wǎng)絡(luò )單元的協(xié)同動(dòng)作，才能向用戶(hù)提供端到端的服務(wù)質(zhì)量。鑒于這些組件高度分散的特點(diǎn)和對它們進(jìn)行集中管理的需要，必須有一個(gè)全局的帶寬管理對全局資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。

　　解決這一問(wèn)題的方法有兩個(gè)：一是用功能強大的全局策略管理器來(lái)完成這一任務(wù)；另外一種就是利用MPLS將第三層的QOS轉換為第二層的QOS，通過(guò)運營(yíng)網(wǎng)中第二層的交換機來(lái)實(shí)現端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。

3.5 區分業(yè)務(wù)模型與綜合業(yè)務(wù)模型的互通

　　很有可能的是，綜合業(yè)務(wù)模型會(huì )因為伸縮性的問(wèn)題而無(wú)法在WAN上使用。將來(lái)區別型業(yè)務(wù)模型（配合MPLS），在QoS方面很可能占有主導地位。而事實(shí)上，很多ISP期待區別型業(yè)務(wù)模型能夠滿(mǎn)足所有他們的QoS需求。而與此相反的是，綜合業(yè)務(wù)模型能夠在企業(yè)網(wǎng)中實(shí)施，很多企業(yè)的聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中都已經(jīng)或即將集成某種程度的綜合業(yè)務(wù)能力。如果WAN用的是區別型業(yè)務(wù)模型，而LAN用的是綜合業(yè)務(wù)和區別業(yè)務(wù)模型的混合形式，那么當發(fā)送者和接收者之間的通路同時(shí)需要LAN和WAN時(shí)，如何才能夠保證端到端的QoS呢？

　　IETF建議了兩種互操作方式。一種方法是將綜合業(yè)務(wù)覆蓋在區別型業(yè)務(wù)網(wǎng)上，RSVP信令完全透明地通過(guò)區別型業(yè)務(wù)網(wǎng)。位于兩種網(wǎng)絡(luò )邊緣的設備處理RSVP消息，并且根據區別型業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )中合適的資源的可用性提供許可控制。另外一種方法是簡(jiǎn)單的并行處理。區別型業(yè)務(wù)網(wǎng)中的每個(gè)節點(diǎn)可能也是具有RSVP功能的。采取一些策略決定哪些包用RSVP，哪些用區別行業(yè)務(wù)處理。這種模型可能適用于小型網(wǎng)絡(luò )。

4. MPLS技術(shù)

4.1產(chǎn)生背景

　　在現有的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)中，從支持QoS的角度來(lái)看，ATM作為繼IP之后迅速發(fā)展起來(lái)的種快速分組交換技術(shù)具有得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢。因此ATM曾一度被認為是一種處處適用的技術(shù)，但是，實(shí)踐證明這種想法是錯誤的。首先，純 ATM網(wǎng)絡(luò )的實(shí)現過(guò)于復雜，導致應用價(jià)格高，難于為大眾所接受。其次，在網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的同時(shí)相應的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)沒(méi)有跟上，導致目前ATM的發(fā)展舉步維艱。第三，雖然ATM交換機作為網(wǎng)絡(luò )的骨干節點(diǎn)已經(jīng)被廣泛使用，但ATM信元到桌面的業(yè)務(wù)發(fā)展卻十分緩慢。

　　由于IP技術(shù)和ATM技術(shù)在各自的發(fā)展領(lǐng)域中都遇到了實(shí)際困難，彼此都需要借助對方以求得進(jìn)一步發(fā)展，所以這兩種技術(shù)的結合有著(zhù)必然性。多協(xié)議標簽交換（MPLS）技術(shù)就是為了綜合利用網(wǎng)絡(luò )核心的交換技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )邊緣的IP路由技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的。

　　IETF在 1997年初成立了MPLS工作組，利用集成模型中現有的技術(shù)的主要思想與優(yōu)勢，制定出一個(gè)統一的、完善的第3層交換技術(shù)標準。MPLS明確規定了一整套協(xié)議和操作過(guò)程，最終在IP網(wǎng)內通過(guò)ATM和幀中繼實(shí)現快速交換。MPLS中的關(guān)鍵概念是用標簽來(lái)識別和標記IP報文，并把標簽封裝后的報文轉發(fā)到已升級改善過(guò)的交換機或路由器，由它們在網(wǎng)絡(luò )內部繼續交換標簽，轉發(fā)報文。因而，IP0報文標簽的產(chǎn)生和分配是建立在通過(guò)現有的IP路由協(xié)議獲得網(wǎng)絡(luò )路由信息的基礎上的。

圖3

4.2 MPLS信令的實(shí)現

　　目前MPLS實(shí)現信令的方式可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是LDP／CR-LDP，它是基于A(yíng)TM網(wǎng)絡(luò )的。CR-LDP和LDP是同一個(gè)協(xié)議，CR-LDP是LDP的擴展，它使用與LDP相同的消息和機制，如對等發(fā)現、會(huì )話(huà)建立和保持、標記發(fā)布和錯誤處理。另外一類(lèi)是RSVP，它基于傳統的IP網(wǎng)。RSVP和LDP／CR-LDP是兩種不同的協(xié)議，它們在協(xié)議特性上存在不同，有不同的消息集和信令處理規程。從協(xié)議可靠性上來(lái)看，LDP／CR-LDP是基于TCP的，當發(fā)生傳輸丟包時(shí)，利用TCP協(xié)議提供簡(jiǎn)單的錯誤指示，實(shí)現快速響應和恢復。而RSVP只是傳送IP包。由于缺乏可靠的傳輸機制，RSVP無(wú)法保證快速的失敗通知。從網(wǎng)絡(luò )可擴展性上看，LDP較RSVP更有優(yōu)勢，一般電信級網(wǎng)絡(luò )中，特別是ATM網(wǎng)絡(luò )中，應采用MPLS／LDP。ITU-T傾向于在骨干網(wǎng)中采用CR-LDP。

4.3 MPLS的網(wǎng)絡(luò )構成

　　MPLS網(wǎng)絡(luò )由標簽邊緣路由器（LER）和標簽交換路由器（LSR）組成。在LSR內，MPLS控制模塊以 IP功能為中心，轉發(fā)模塊基于標簽交換算法，并通過(guò)標簽分配協(xié)議（LDP）在節點(diǎn)間完成標簽信息以及相關(guān)信令的發(fā)送。值得注意的是，LDP信令以及標簽綁定信息只在MPLS相鄰節點(diǎn)間傳遞。LSR之間或 ISR與LER之間依然需要運行標準的路由協(xié)議，并由此來(lái)獲了拓撲信息。通過(guò)這些信息LSR可以明確選取報文的下一跳并可最終建立特定的標簽交換路徑（LSP）。MPLS使用控制驅動(dòng)模型，即基于拓撲驅動(dòng)方式對用于建立LSP的標簽綁定信息的分配及轉發(fā)進(jìn)行初始化。LSP屬于單向傳輸路徑，因而全雙工業(yè)務(wù)需要兩條LSP，每條LSP負責一個(gè)方向上的業(yè)務(wù)。

4.4 MPLS的工作原理

　　MPLS協(xié)議規定，IP報文僅在MPLS網(wǎng)絡(luò )邊緣節點(diǎn)（入口LSR），通過(guò)路由表查詢(xún)并分配相應的轉發(fā)等價(jià)類(lèi)（FEC），同時(shí)采用固定長(cháng)度的標簽對該FEC進(jìn)行描述與編碼，并將此標簽附加到IP報頭的前面，即意味著(zhù)該報砂信息不再用于網(wǎng)絡(luò )中后續標簽交換路由器的索引操作。相應的處于LSP中的標簽交換路由器，利用報文攜帶的標簽信息庫（LIB）中進(jìn)行索引，確定相應的下一跳，在LSR出端口用新的標簽替換頭原有標簽。這樣攜帶新標簽的報文便沿著(zhù)LSP向目的地轉發(fā)。

　　MPLS協(xié)議規定標簽只具有本地意義，其具體的編碼與封裝規則可參見(jiàn)MPLS的標簽封裝草案。標簽封裝草案遵照逐跳前傳（Hop by Hop）機制，詳盡地描述了報文的轉發(fā)行為，包括選擇報文的下一跳，在LSR內完成標簽的分配、轉發(fā)與替換操作。在通常情況下，LSP的建立基于標準的IP路由協(xié)議，如開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）。此外MPLS可為邊緣標簽交換路由器的標簽映射方式提供多種算法，充分展現了其路由技術(shù)上的靈活性。

　　在傳統的ATM和IP網(wǎng)中引入MPLS控制機制，僅從Traffic Engineering和QoS這兩個(gè)側面來(lái)看，MPLS確實(shí)有著(zhù)傳統IP技術(shù)所無(wú)法實(shí)現的功能，可以將ATM和IP很好地結合在一起。

5. IPV6的QoS控制策略

　　IPv6提供一定的QoS控制策略。首先，IPv6分組頭定義了一個(gè)4比特的優(yōu)先級區域，可以指示16種優(yōu)先級別。同前面所講的IP ToS寧節類(lèi)似。16種優(yōu)先級別中的9種用于非實(shí)時(shí)傳輸業(yè)務(wù)（象"文件傳輸"或"無(wú)特征流量"），其余的8種用于實(shí)時(shí)傳輸業(yè)務(wù)（比如可用來(lái)區分同時(shí)傳送的語(yǔ)音業(yè)務(wù)或視頻業(yè)務(wù)）。但是協(xié)議中的應用指南并沒(méi)有嚴格規定IPv6路由器應如何使用這一優(yōu)先級區域。

　　其次，這一優(yōu)先級區域的使用與IPv4的ToS區域的使用非常相似，所以它是否能成功地做為網(wǎng)絡(luò )優(yōu)先級機制就要看路由器生產(chǎn)商和應用程序設計者是否愿意支持它。

　　由于IPv4平臺上的ToS域未能得到很好的應用。人們必會(huì )懷疑IPv6的優(yōu)先級區域是否會(huì )有同樣的命運。值得樂(lè )觀(guān)的一點(diǎn)是，由于現在的數據通信業(yè)非常重視IP傳輸的QoS問(wèn)題，所以必會(huì )加大力度推行優(yōu)先級機制。

　　在未來(lái)的IP網(wǎng)絡(luò )中，優(yōu)先級標簽并不是IPv6指出分組的QoS的唯一方法。IPv6的分組頭還包括1個(gè)24比特的信息流標簽，這個(gè)標簽可由初始化程序來(lái)設定，指出某組數據分組屬于某種特定的IP信息流。這樣，路由器不需要檢查地址、程序端口或其它信息，就可將數據分組分類(lèi)。在IP分組頭中帶有信息識別號可以使路由器的工作得到簡(jiǎn)化，因此也就減少了路由器確定數據分組的QoS的時(shí)間。但需要注意的是，信息標號并沒(méi)有表明QoS的提供方式，所以仍需使用RSVP和其它預留協(xié)議。

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