由RSVP在ATM捷徑上實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)IP的方案（2）

2019-11-03 10:12:55

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由RSVP在ATM捷徑上實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)ip的方案（2） 4預(yù)防和避開(kāi)擁擠信道的優(yōu)化路由方案在ATM網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)流以統(tǒng)計(jì)復(fù)用的方式應(yīng)用信道。由于像VBR（可變比特率）這樣的業(yè)務(wù)流有一定的突發(fā)性，因而業(yè)務(wù)流量的穩(wěn)定性較差，波動(dòng)幅度較大，ATM交換機(jī)很容易發(fā)生信元阻塞，造成信元丟失，影響服務(wù)質(zhì)量。盡管已應(yīng)用了呼叫連接接納控制、業(yè)務(wù)流警管、選擇性的信元丟棄、反應(yīng)式擁塞控制和業(yè)務(wù)流成型等技術(shù)，但這些技術(shù)只是針對(duì)每個(gè)連接或某個(gè)業(yè)務(wù)流方向的局部性的擁塞控制技術(shù)，并沒(méi)有在路由控制方面綜合考慮全網(wǎng)的業(yè)務(wù)流分布情況，進(jìn)行預(yù)防和避免擁擠的優(yōu)化控制。在互聯(lián)網(wǎng)的路由協(xié)議如RIP（路由信息協(xié)議）的實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，僅僅采用路由器之間的跳（HOP）數(shù)來(lái)簡(jiǎn)單地表示距離。而在OSPF協(xié)議中，路由器之間的距離測(cè)度——鏈路加權(quán)值是預(yù)先設(shè)定的固定值。在我們研究的網(wǎng)絡(luò)中，這種距離測(cè)度根本不能反映ATM網(wǎng)絡(luò)的信道擁擠程度。為此我們提出使用反映信道QoS性能（與信元丟失率和時(shí)延有關(guān)的帶寬利用率）的距離測(cè)度，因而ATM路由器可以對(duì)業(yè)務(wù)流擁擠作出快速反應(yīng)，避開(kāi)業(yè)務(wù)流量擁擠的信道，使資源預(yù)留按得到的最優(yōu)路由選路，這種方法可以避免和預(yù)防擁擠。顯然，這也是一種保證網(wǎng)絡(luò)QoS的一種重要手段敘如，對(duì)一條鏈路的距離測(cè)度可這樣來(lái)確定，即當(dāng)鏈路帶寬利用率分別為0%-4q%、41%一6q%、61%－80%、80%一90%以及90%－100%時(shí)，可定義距離測(cè)度分別為1、2、4、8、20以及50。應(yīng)用這種方法，只要ATM網(wǎng)絡(luò)能動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)流的分布情況調(diào)整路由，就能預(yù)防擁擠的發(fā)生。在OSPF路由協(xié)議的鏈路類(lèi)型字段中，至少 8 bit始終未用，因而可用于載送0到255范圍內(nèi)的距離測(cè)度。只需對(duì)最短路徑的距離運(yùn)算程序作少量修改，就可實(shí)現(xiàn)采用動(dòng)態(tài)距離測(cè)度的路由優(yōu)化算法，這種方法無(wú)需增加新的OSPF報(bào)文來(lái)傳遞動(dòng)態(tài)的距離測(cè)度，也不會(huì)增加 OSPF報(bào)文的長(zhǎng)度。5保證QoS的綜合方案要確保QoS，必須采用綜合的方案，僅僅依靠一種方法不能完全解決QoS的問(wèn)題。因此可采用漏桶對(duì)信源處業(yè)務(wù)流整形（shaping）的技術(shù)。預(yù)防擁擠的動(dòng)態(tài)優(yōu)化路由算法、業(yè)務(wù)流的接納控制、優(yōu)先級(jí)分類(lèi)的分組調(diào)度算法以及反應(yīng)式擁擠控制方法，實(shí)現(xiàn)QoS的綜合控制。5.1業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)分類(lèi)的方法（1）傳統(tǒng)的方法利用ATM信元中的CLP（信元丟失的優(yōu)先級(jí)）比特，可表示兩類(lèi)業(yè)務(wù)流：對(duì)時(shí)延敏感的高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)流和對(duì)時(shí)延不敏感的低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)流。ATM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先保證優(yōu)先級(jí)高的業(yè)務(wù)流（如音頻與視頻碼流）的傳輸，擁擠時(shí)先丟棄優(yōu)先級(jí)低的業(yè)務(wù)流。其缺點(diǎn)是由于僅有一個(gè)CLP比特可用于信元丟失的優(yōu)先級(jí)控制，這對(duì)于Internet的業(yè)務(wù)流優(yōu)先級(jí)以及QoS控制，顯得很粗糙。優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)ABR（可用比特率）業(yè)務(wù)流可應(yīng)用反應(yīng)式擁擠控制技術(shù)來(lái)提高帶寬利用率。（2）按信元優(yōu)先級(jí)排隊(duì)的方法我們知道，IETF最近通過(guò)了高速局域網(wǎng)的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)802.IP／Q以及廣域網(wǎng)的區(qū)分服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)REC2474，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)形成了IP的QoS體系結(jié)構(gòu)。802.IP／Q用3 bit來(lái)表示分組的優(yōu)先級(jí)，而區(qū)分服務(wù)使用了6 bit來(lái)區(qū)分服務(wù)的類(lèi)別即分組的每跳特性（PHB）。RFC2474將IPv4的協(xié)議頭中的服務(wù)類(lèi)型（ToS）中的6 bit用作區(qū)分服務(wù)（DS）字段，其中的一個(gè)比特表示 DS域的邊界策略，因而DS字段可表示對(duì)應(yīng)于32種PHB的服務(wù)類(lèi)別，也就是32種優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)流。在ATM網(wǎng)絡(luò)的每條信道上，可用32條虛路徑（VP）來(lái)分別傳送這32種業(yè)務(wù)流。經(jīng)過(guò)這樣的修正，在ATM交換機(jī)中，實(shí)現(xiàn)QoS控制的一種簡(jiǎn)單方案，就是在每個(gè)輸出瑞口，對(duì)輸出信元按32種優(yōu)先級(jí)（即 QoS的時(shí)延與丟失優(yōu)先級(jí)要求）排隊(duì)。在類(lèi)業(yè)務(wù)流之間，采用合適的信元輸出調(diào)度算法，如某類(lèi)業(yè)務(wù)流的速率加權(quán)的公平排對(duì)算法等，來(lái)實(shí)現(xiàn)每類(lèi)業(yè)務(wù)流的QoS控制與隔離以及帶寬資源共享。在接納控制時(shí)，根據(jù)各鏈路（即輸出瑞口）的排隊(duì)長(zhǎng)度。信元丟失率、帶寬分配情況以及對(duì)帶寬平均利用率的實(shí)際測(cè)量值，來(lái)判斷是否能滿足一個(gè)預(yù)留寬資源的請(qǐng)求。對(duì)于那些應(yīng)用VP來(lái)建立的專(zhuān)用子網(wǎng)，可由32個(gè)VC來(lái)傳送32類(lèi)PHR的業(yè)務(wù)流，同樣可實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)別的QoS控制。采用這種QoS控制方法，可繼續(xù)利用在ATM的信元頭中PTI字段提供的功能，如擁擠指示。ATM節(jié)點(diǎn)之間的維護(hù)以及ABR業(yè)務(wù)流實(shí)現(xiàn)反應(yīng)式擁擠控制的速率調(diào)節(jié)等功能。這種QoS控制方案都是采用現(xiàn)有的技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)無(wú)任何難度。5.2接入路由器的QoS控制在接入路由器或ATM網(wǎng)絡(luò)的邊界處，采用逐流排隊(duì)的模型：IP分組按每個(gè)流進(jìn)行排隊(duì)。然后采用排隊(duì)調(diào)度算法來(lái)發(fā)送業(yè)務(wù)流的IP分組。逐流排隊(duì)的好處，是可實(shí)現(xiàn)各個(gè)業(yè)務(wù)流連接的隔離，便于實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流與資源的分配控制，接入可按用戶(hù)預(yù)定的方式分配資源，避免了業(yè)務(wù)流因違背參數(shù)約定而相互侵占帶寬資源的現(xiàn)象，使每個(gè)連接的 QoS保持穩(wěn)定。按逐流排隊(duì)的模式，許多IP分組調(diào)度算法都可保證每個(gè)業(yè)務(wù)流的時(shí)延上限。由于接入信道的速率不是太高（典型情況為 155 Mbit／s或更低速率接入），可采用一些既能保證 QoS要求且又能由軟件實(shí)現(xiàn)線路速率的分組調(diào)度算法。5.3資源管理資源管理的目的是在保證各個(gè)接入業(yè)務(wù)流的 QoS要求的同時(shí)充分利用網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源。資源管理通常就是帶寬容量與緩存容量的管理。資源管理是由一些機(jī)制共同完成的，包括連接接納控制、逐流排隊(duì)的隔離控制機(jī)制以及公平分配資源的調(diào)度算法等。5.4連接接納控制 ATM網(wǎng)絡(luò)的連接接納控制可由兩種方法啟動(dòng)。第一種方法是在接入路由器處根據(jù)某個(gè)業(yè)務(wù)流的激活來(lái)啟動(dòng)建立業(yè)務(wù)流連接。一個(gè)業(yè)務(wù)流的第一個(gè)到達(dá)分組激活該業(yè)務(wù)流，接入路由器為其建立激活狀態(tài)。如果一個(gè)激活的業(yè)務(wù)流在60ms內(nèi)都沒(méi)有一個(gè)分組到達(dá)，則轉(zhuǎn)變?yōu)槿ゼせ顮顟B(tài)，清除其狀態(tài)信息并斷開(kāi)其VC連接，釋放其占有的資源。第二種方法是由主機(jī)或終端直接應(yīng)用RSVP來(lái)分別建立與釋放接入網(wǎng)和ATM網(wǎng)中的業(yè)務(wù)流的連接。6接入方案由于ATM最初是按電信網(wǎng)絡(luò)（如 N－ISDN）的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)的，限于當(dāng)時(shí)的硬件制造水平，考慮到一個(gè)主機(jī)不能同時(shí)維持任意多個(gè)打開(kāi)的虛電路，原打算采用UNI的方式將終端（如主機(jī)）接人ATM交換機(jī)。由于ATM交換機(jī)的端口數(shù)有限，若采用UNI方式，只能接入為數(shù)不多的主機(jī)。隨著高速接入網(wǎng)（如100/1000Mbit／s的局域網(wǎng)）。多種具有AAL功能且能同時(shí)處理幾萬(wàn)路VC的ATM接入芯片的出現(xiàn)，有嚴(yán)格時(shí)延要求的業(yè)務(wù)流也可由它接入ATM網(wǎng)絡(luò)傳輸。因而，綜合業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)接入網(wǎng)（如高速局域網(wǎng)）由路由器接入ATM網(wǎng)絡(luò)，也是一種必然的趨勢(shì)。由RSVP來(lái)為每個(gè)業(yè)務(wù)流分配帶寬井管理VC，可省去底層的UNI與NNI信令。7實(shí)現(xiàn)原型說(shuō)明為了驗(yàn)證該方案的可行性，我們建立了仿真及試驗(yàn)原型。該原型使用了三個(gè)ATM交換節(jié)點(diǎn)，其干線速率為622.080 Mbit／s，本地接入速率為155.520 Mbit／s。接入路由器以MPC8260處理器為核心構(gòu)成，該處理器除了一個(gè)內(nèi)置的100Mbit／s的LAN接口以外，還具有一個(gè)155.520 Mbit／s的 ATM接口，可以實(shí)現(xiàn)AAL1和AAL5的適配功能，并可同時(shí)建立65535個(gè)VC連接。8結(jié)束語(yǔ) 在本文中，我們敘述了支持綜合業(yè)務(wù)IP與ATM融合的一種簡(jiǎn)單的方案。這種方法以RSVP為核心，使用動(dòng)態(tài)建立ATM捷徑達(dá)到鏈路資源共享的策略，采用預(yù)防擁擠、距離測(cè)度可變的動(dòng)態(tài)路由，以及分類(lèi)優(yōu)先級(jí)控制等算法，能保證各類(lèi)業(yè)務(wù)流的QoS，省去重疊的ATM網(wǎng)絡(luò)的信令過(guò)程。所采用的技術(shù)完全是易于實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)成技術(shù)。摘自《電信科學(xué)》

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