計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 第7版 pdf 網(wǎng)絡(luò)QoS路由

　　摘要：本文簡要論述了網(wǎng)絡(luò)Qos路由的基本問題。首先介紹了QoS和網(wǎng)絡(luò)路由的一些基本概念和相關(guān)技術(shù)。接著重點(diǎn)介紹了有關(guān)QoS路由技術(shù)的知識，包括QoS路由技術(shù)的目標(biāo)，QoS路由技術(shù)，QoS路由策略和QoS路由算法。最后，總結(jié)性的說明了QoS路由技術(shù)的發(fā)展前景
　　關(guān)鍵詞：QoS；Internet QoS路由
　　中圖分類號：TP393.02 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　
　　伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，Internet已逐步由單一的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)向數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體信息的綜合傳輸網(wǎng)演化。人們對于在Internet上傳輸分布式多媒體應(yīng)用的需求越來越大，用戶對不同的分布式多媒體應(yīng)用也有著不同的服務(wù)質(zhì)量需求，這就要求網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能根據(jù)用戶的需求分配和調(diào)度資源。因此，傳統(tǒng)的所采用的“盡力而為”轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，已經(jīng)不能滿足用戶的需求，為用戶提供服務(wù)質(zhì)量(QoS)成為Internet發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。如何在Internet網(wǎng)上提供一定的服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證，也是今后發(fā)展的一個(gè)主要方向。QoS路由(QoSR)技術(shù)就是其中一個(gè)重要的方面。
　　1Qos的基本概念
　　1.1Qos
　　QoS全稱“Quality of Service”，意指IP的服務(wù)質(zhì)量，即IP數(shù)據(jù)流通過網(wǎng)絡(luò)時(shí)的性能。它是指在通過不同技術(shù)包括幀中繼、異步傳輸模式(ATM)、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、SDH/SONET中的一種或幾種技術(shù)組成的IP路由網(wǎng)絡(luò)中，為指定的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流提供更好服務(wù)的能力。QoS是網(wǎng)絡(luò)用戶之間以及網(wǎng)絡(luò)上互相通信的用戶之間關(guān)于信息傳輸與共享介質(zhì)的約定，網(wǎng)絡(luò)QoS 技術(shù)已成為新一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一，是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。
　　1.2QoS的服務(wù)模型
　　QoS方案的設(shè)計(jì)實(shí)施，首先要考慮選擇合適的技術(shù)框架，即服務(wù)模型。服務(wù)模型指的是一組端到端的QoS功能，目前IETF已提出綜合業(yè)務(wù)，區(qū)別業(yè)務(wù)，多協(xié)議標(biāo)記交換以及流量工程等QoS服務(wù)模型：
　　1.2.1Integrated service(Intserv)――綜合業(yè)務(wù)
　　綜合業(yè)務(wù)模型的基本思想是“所有的流相關(guān)狀態(tài)信息應(yīng)該是在端系統(tǒng)上”，它可以滿足多種QoS需求。這種服務(wù)模型在發(fā)送報(bào)文前，需要向網(wǎng)絡(luò)申請?zhí)囟ǖ姆��?wù)。這個(gè)請求是通過信令(signal)來完成的，應(yīng)用程序首先通知網(wǎng)絡(luò)它自己的流量參數(shù)和需要的特定服務(wù)質(zhì)量請求，包括帶寬、時(shí)延等，應(yīng)用程序一般在收到網(wǎng)絡(luò)的確認(rèn)信息后，發(fā)送報(bào)文。網(wǎng)絡(luò)在收到應(yīng)用程序的資源請求后，執(zhí)行資源分配檢查(Admission control)，判斷是否為應(yīng)用程序分配資源。一旦網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)為應(yīng)用程序的報(bào)文分配了資源，則只要應(yīng)用程序的報(bào)文控制在流量參數(shù)描述的范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)將承諾滿足應(yīng)用程序的QoS需求。
　　1.2.2Differentiated service(Diffserv)――區(qū)分服務(wù)
　　區(qū)別服務(wù)模型不需要信令，即應(yīng)用程序在發(fā)出報(bào)文前，不需要通知路由器。網(wǎng)絡(luò)不需要為每個(gè)流維護(hù)狀態(tài)，它根據(jù)每個(gè)報(bào)文指定的QoS，來提供特定的服務(wù)。
　　1.2.3Multiprotocol Label Switching(MPLS)――多協(xié)議標(biāo)簽交換
　　MPLS是集成式的IP Over ATM技術(shù)，即在Frame Relay及ATM Switch上結(jié)合路由功能，數(shù)據(jù)包通過虛擬電路來傳送，只須在OSI第二層(數(shù)據(jù)鏈結(jié)層)執(zhí)行硬件式交換(取代第三層(網(wǎng)絡(luò)層)軟件式routing)，它整合了IP選徑與第二層標(biāo)記交換為單一的系統(tǒng)，因此可以解決Internet路由的問題，使數(shù)據(jù)包傳送的延遲時(shí)間減短，增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣�，更適合多媒體訊息的傳送。
　　1.2.4Traffic Engineering(TE)――流量工程
　　流量工程就是安排傳輸流如何通過網(wǎng)絡(luò)，以避免不均勻地使用網(wǎng)絡(luò)而導(dǎo)致?lián)砣�的過程。為使流量工程自動(dòng)化，約束尋徑是一種重要的工具。因?yàn)樵诒苊鈸砣�和提供良好的性能方面，流量工程其�?shí)是對區(qū)別型業(yè)務(wù)模型的補(bǔ)充。
　　1.3QoS的實(shí)現(xiàn)技術(shù)
　　● WRED算法：在擁塞時(shí)按照優(yōu)先級隨機(jī)丟棄報(bào)文，對發(fā)出端產(chǎn)生反饋，減緩發(fā)送，減輕擁塞；
　　● 隊(duì)列調(diào)度算法：用于優(yōu)先保證高優(yōu)先級的輸出帶寬，主要有PQ、WFQ等算法；
　　● 流量整形：對突發(fā)流量進(jìn)行整形，使其平滑輸出，避免在下游超過限制或造成擁塞而被丟棄。MPLS技術(shù)面向連接的特性，也為提供ATM級QoS保證創(chuàng)造了條件。
　　2網(wǎng)絡(luò)路由的基本概念
　　2.1路由
　　所謂路由就是指通過相互連接的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點(diǎn)移動(dòng)到目標(biāo)地點(diǎn)的活動(dòng)。一般來說，在路由過程中，信息至少會經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)。不同的信息傳輸要求可以選擇和采用不同的路由選擇方法。路由表是由路由選擇方法進(jìn)行初始化并加以維護(hù)的，根據(jù)路由選擇方法的不同，路由表信息會有一定的差別。
　　2.2路由技術(shù)的構(gòu)成
　　路由技術(shù)由兩項(xiàng)最基本的活動(dòng)組成，即決定最優(yōu)路徑和傳輸信息單元(也被稱為數(shù)據(jù)包)。其中數(shù)據(jù)包的傳輸和交換相對較為簡單和直接，而路由的確定則更加復(fù)雜一些。
　　2.3確定路由
　　度量標(biāo)準(zhǔn)(metric)，是被路由算法用來計(jì)算和確定到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑的標(biāo)準(zhǔn)。為了幫助確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂�，路由算法可以建立和維護(hù)路由表。路由表中包含了各種路由信息。路由信息根據(jù)所使用的路由算法的不同而各異。
　　路由算法在路由表中寫入各種不同的地址信息，路由器會根據(jù)數(shù)據(jù)包所要到達(dá)的目的地選擇最佳路徑把數(shù)據(jù)包發(fā)送到可以到達(dá)該目的地的下一臺路由器處。當(dāng)下一臺路由器接收到該數(shù)據(jù)包時(shí)，也會查看其目標(biāo)地址，并使用合適的路徑繼續(xù)傳送給后面的路由器。依次類推，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)最終目的地。路由器通過比較不同路徑的度量值決定最優(yōu)路徑，而具體的度量值則要視所使用的路由算法而定。
　　3網(wǎng)絡(luò)QoS路由
　　目前使用的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議RIP和OSPF總是選擇最短路徑來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，這樣會引起不平均的業(yè)務(wù)分配。為了支持更大范圍的QoS需求，路由協(xié)議需要采用多個(gè)特征值(如帶寬，延遲，丟失率等)來描述網(wǎng)絡(luò)特性。通常把這種根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上可用資源和數(shù)據(jù)流的QoS需求決定的路由機(jī)制稱為QoS路由。QoSR的基本問題就是在源和目的站之間，如何找到一條能夠同時(shí)滿足多個(gè)約束條件的路徑。
　　3.1QoS路由(QoSR)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)
　　QoSR是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有資源狀況來決定流量路徑的路由協(xié)議，其目標(biāo)是：
　　● QoSR將根據(jù)所考慮的測量值來計(jì)算和選擇最佳路由。計(jì)算測量值的信息包括在所有節(jié)點(diǎn)的帶寬資源情況，包括端到端的時(shí)延、資源的可用性及每一節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制等。
　　● QoSR能根據(jù)用戶特定的需求來定義路由選擇機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)管理員能很方便地根據(jù)業(yè)務(wù)類別來作網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的調(diào)整與配置、資源的分配、網(wǎng)絡(luò)帶寬的控制。
　　● QoSR能盡量選擇光纖線路，以保證選擇最低時(shí)延的路由。
　　在對帶寬有要求的應(yīng)用中，QoSR能保證選擇的路由所經(jīng)過的鏈路都滿足帶寬的要求。
　　3.2QoS路由(QoSR)技術(shù)
　　基于網(wǎng)絡(luò)的QoS路由已經(jīng)有很長的歷史，特別是在電路交換網(wǎng)絡(luò)中。在早期的數(shù)據(jù)和虛電路分組網(wǎng)絡(luò)中也使用了這種路由技術(shù)。
　　基于時(shí)間路由(TDR)：路由表在一天或一周的固定時(shí)刻改變。TDR路由表是事先確定的，并在一定的時(shí)間段內(nèi)保持不變，并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)負(fù)載隨時(shí)間的變化而確定的。
　　基于狀態(tài)路由(SDR)：路由表依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)自動(dòng)改變。在一種給定的SDR方法中，實(shí)施一定的路由表規(guī)則。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)改變時(shí)，選擇相應(yīng)的路由，并在相對短的時(shí)間內(nèi)使用它。
　　基于事件路由(EDR)：在基于事件路由中，路由表的更新是依據(jù)在一給定通道上連接建立成功或失敗。如果最短通道有足夠的容量，EDR就首先使用它，否則就選擇當(dāng)前使用中的備用通道。如果當(dāng)前使用的備用通道阻塞了一個(gè)連接，依據(jù)EDR路由表現(xiàn)則，從一組可用備用通道中選擇一條備用通道。當(dāng)前備用通道的更新可以是隨機(jī)的、循環(huán)的或是其他方式。只要可以成功的建立連接，就可以一直使用它。
　　3.3QoS路由策略
　　大部分交互式多媒體應(yīng)用是多方應(yīng)用，需要網(wǎng)絡(luò)的多點(diǎn)投遞支持。一個(gè)優(yōu)化的QoS路由選擇策略可將阻塞概率將大大降低，同時(shí)也將顯著提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。目前一般用啟發(fā)示算法來求解路由的策略。可分為三種：源路由、分布式路由和層次路由。
　　3.3.1源路由策略(source routing)
　　源路由策略的要點(diǎn)是每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存全局的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息和每條鏈路的狀態(tài)信息。根據(jù)此全局信息，源節(jié)點(diǎn)在本地計(jì)算出一條合適的路由。然后，在選擇的路由上傳送一個(gè)控制包，通知路由上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，說明其前繼者和后繼者為誰。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息更新由鏈路信息協(xié)議完成。源路由策略具有實(shí)現(xiàn)簡單、不產(chǎn)生環(huán)路、并把復(fù)雜的分布式問題轉(zhuǎn)化為簡單的集中式問題的優(yōu)點(diǎn)。
　　3.3.2分布式路由策略(distributed routing)
　　在分布式路由策略中，路由選擇的計(jì)算是由分布計(jì)算完成的。其路徑上的各節(jié)點(diǎn)通過交互控制消息，并結(jié)合各節(jié)點(diǎn)所存儲的狀態(tài)信息，來完成路由選擇的計(jì)算。大多數(shù)分布式路由算法需要用距離-向量協(xié)議或鏈路狀態(tài)協(xié)議來保持其全局信息，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上此信息是以距離向量的形式保存。根據(jù)距離向量，路由以接力的形式完成。
　　3.3.3層次路由策略
　　層次路由策略的原理是把物理節(jié)點(diǎn)聚合為組，而組又反復(fù)不斷地進(jìn)一步聚合為更高一層的組，從而形成一種多層次結(jié)構(gòu)。每個(gè)物理節(jié)點(diǎn)保存有經(jīng)過聚合的全局信息，此信息包括此物理節(jié)點(diǎn)所在組的詳細(xì)狀態(tài)信息和其他組的聚合信息。使用源路由算法來進(jìn)行路由選擇。然后，用一個(gè)沿計(jì)算出的路徑傳輸?shù)目刂葡�息來建立連接。當(dāng)代表邏輯組的物理節(jié)點(diǎn)收到此消息時(shí)，它將把對應(yīng)于其組的鏈路部分進(jìn)行擴(kuò)展，即用物理鏈路代替其對應(yīng)的邏輯鏈路
　　3.4QoS動(dòng)態(tài)路由選擇算法
　　在分析路由問題時(shí)，通常將網(wǎng)絡(luò)看成有向加權(quán)連通團(tuán)G=(V，E)；其中vV，表示網(wǎng)絡(luò)中的路由器；邊eE表示相連的兩個(gè)路由器間的鏈路，其權(quán)值為該鏈路的可使用帶寬.QoS動(dòng)態(tài)路由的目標(biāo)是根據(jù)前速選路原則尋找圖中任意兩點(diǎn)間的最優(yōu)路徑.動(dòng)態(tài)路由算法按其輸出路徑信息可分為兩大類：
　　hop-by-hop算法：算法結(jié)束后僅給出所選路徑的下一條，即與源節(jié)點(diǎn)相鄰的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)；因此算法需在所選路徑的每一個(gè)路由器上運(yùn)行，直到找到目的節(jié)點(diǎn)；
　　顯式路徑算法：算法僅需要在源節(jié)點(diǎn)運(yùn)行、且結(jié)束后將給出一條明確的路徑，即路徑所要通過的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都已知。
　　4總結(jié)
　　全球因特網(wǎng)的迅猛增長和多媒體應(yīng)用等技術(shù)的迅速推廣，對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求。人們對于Internet的高性能、高質(zhì)量的需求越來越強(qiáng)烈，從技術(shù)角度來說，焦點(diǎn)在于為網(wǎng)絡(luò)流量選擇合適的傳輸路徑，開發(fā)和研究的重心集中于對QoS路由的支持。新開發(fā)的路由技術(shù)不再僅僅是為數(shù)據(jù)傳輸找到一條通道就行，還需要考慮所選路徑的傳輸容量和服務(wù)質(zhì)量，即具有QoS能力的路由算法，并且還得要分析全網(wǎng)負(fù)荷，以平衡網(wǎng)絡(luò)中各條通道的數(shù)據(jù)流量。目前，相應(yīng)的模型、算法、軟件和設(shè)備已經(jīng)大量出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)通信研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)和企業(yè)界的產(chǎn)品中。總之，隨著Internet的進(jìn)一步發(fā)展網(wǎng)絡(luò)QoS路由技術(shù)將有更廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。
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