區分服務與MPLS的區別

2019-11-05 01:08:18

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供稿：網友

　　因特網取得巨大成功的一個原因是它所使用的ip協議的簡單性。因特網提供的是一種盡力而為的服務：IP網盡量把數據包從源端轉發到目的端，但對所能夠提供的包轉發的服務質量（QoS）不做任何承諾。因此，IP網提供的服務質量是無法預知的。

很多新出現的因特網業務是多媒體應用，要么要求巨大的帶寬，要么需要嚴格的延遲保證，要么要求一點到多點或多點到多點的通信能力。這些新業務要求IP網除了提供簡單的盡力而為服務以外，還需要新的服務方式，需要現在的“啞”IP網具有一定的智能。

IETF目前看好兩個IP QoS標準：區分服務（DiffServ）和MPLS。DiffServ取代了IP服務類型（TOS）字段改名為DS字段，并用它承載IP包服務所要求的信息，是嚴格意義上的三層技術，不涉及低層的傳輸技術。另一方面，MPLS規定了一種把三層流量映射到面向連接的二層傳輸技術（如ATM，幀中繼）上的方法，它給每個IP包增加一個特定的選路信息，答應路由器為不同類型的流量指派不同的顯式路由，提供與QoS沒有直接聯系的路由能力，如流量工程（TE），以改善IP路由的效率。

一、區分服務

DiffServ 起源于IntServ。DiffServ的目的是在因特網上為流量提供有區別的業務級別。與IntServ相比，DiffServ定義的是一個相對簡單而粒度粗一些的控制系統。另外，DiffServ針對的是流聚合后的每一類QoS控制，而不是像IntServ那樣針對每個流。因此，DiffServ具有可擴展性，能夠在大型網絡上提供QoS服務。

DiffServ在其域的邊緣對進入流進行分類，并為每一類型指定一個類型標志DiffServ代碼點（DSCP）。域內的核心路由器查看DSCP值，并根據每一類的特定逐跳行為（PHB）調度包的轉發。DiffServ把基于相同的PHB轉發的一組包稱為行為聚集（BA）。

DiffServ工作組已經定義了DSCP與 PHB的映射關系（表１），但同時也答應ISP自行定義具有本地意義的映射關系。

表1 推薦的DSCP值

DSCP PHB 說明

101110 EF 絕對QoS

001XXX AF1 QoS介于EF和BE之間。每一種AF可以劃分為三種優先級，共12種

010XXX AF2

011XXX AF3

100 AF4

000000 BE 盡力而為業務

１.加速轉發（EF）

EF PHB（或EF）的流量不受其它PHB流量的影響，確保包的離開速率高于所規定的值。與傳統的租用線類似，EF PHB能夠提供低丟包率、低延遲、低抖動和有保證的帶寬服務。EF PHB轉發只提供對已接受的固定流量以及對流進行最小程度的排隊，并在邊緣路由器丟棄掉任何超過EF指定數量的流。

２．保證轉發（AF）

AF為IP包提供不同級別的轉發特征，為四個級別AF中的每個都分配特定數量的轉發資源（比如緩沖區和帶寬），并且為每個包指派三種不同丟棄優先級中的一種。AF PHB答應在整個流量不超過預先設定速率的前提下以更高的可能性轉發包。

二、MPLS

MPLS起源于IP交換和標記交換技術。因為MPLS定義了用新的路由協議封裝IP流量的體系結構和協議，而DiffServ只關注與現有路由協議獨立的IP包字段，所以它對傳統IP網絡的改變比DiffServ深刻得多。

IP是無連接的網絡，每臺路由器根據所收到的每個包的地址查找匹配的下一跳，并做相應的轉發。但路由器使用的是最長前綴匹配地址搜索（即搜索匹配前綴最長的一個作為入口），無法實現高速轉發。MPLS在網絡的入口邊緣路由器為每個包加上一個固定長度的標簽，核心路由器根據標簽值進行轉發，在出口邊緣路由器再恢復成原來的IP包。因為根據固定長度的標簽搜索目的地址，所以MPLS能夠實現高速轉發。根據標簽確定的轉發路徑稱為標簽交換路徑（LSP）。

MPLS能夠實現顯式LSP，并且它能夠根據流量的QoS要求選擇一條優化的邊緣到邊緣的路徑。MPLS也能夠在網絡范圍內做負載均衡的流量工程，也可以做虛擬專用網（VPN）。提出MPLS的初始動機是實現更高速的路由轉發，但隨著路由器性能的不斷提高，這種理由已不復存在，但在IP網上建立連接實施流量工程以及組建VPN正在越來越流行。

在MPLS流量工程中可以使用下列標簽分發過程建立LSP。

１．約束路由標簽分發協議

約束路由標簽分發協議（CR－LDP）是對已有的標簽分發協議（LDP）的擴展，能夠支持約束路由。CR－LDP可以在標簽請求消息中建立一條LSP（通過LSR B和LSR C）。另外，CR－LDP答應在標簽請求消息中設置流量參數，比如峰值速率、承諾速率和突發性等。但是，CR－LDP并不真正支持LSP流量的QoS保證機制。

2.RSVP-TE

RSVP-TE是從已有的RSVP協議擴展而來的標簽分發協議。它使用了幾個新的RSVP對象，如強制性LABLE－REQUEST對象和LABEL對象。RSVP－TE能夠支持用以建立和維護LSP的附加功能，包括按需下游標簽分發、顯式LSP實例、為顯式LSP分配網絡資源、運用“中斷之前先建立（make-before-break）”的思想重路由已建立的LSP隧道、跟蹤LSP隧道的真正路由、診斷LSP隧道、結點摘要的思想、搶先選擇和可控制的治理等。

３．治理人員逐跳建立

網絡治理人員用網絡治理系統，如簡單網管協議（SNMP）、命令行接口（CLI）等，為每條LSP上的所有路由器建立MPLS用法信息。

三、MPLS 支持的DiffServ

MPLS用一個標簽作墊層（shim）封裝了IP包，核心路由器看不到DSCP，DiffServ與MPLS并不兼容。為此，IETF提出了一種MPLS支持DiffServ的方法。

MPLS支持的DiffServ能夠把DiffServ的多個BA映射到MPLS的一條LSP上，根據BA的PHB來轉發LSP上的流量。LSP與BA的映射有兩種方式： E-LSP和L-LSP。

１．E-LSP

E-LSP用EXP字段把多個BA指派到一條LSP上，使用MPLS墊層頭的EXP字段表示一個包的PHB。最多可以把8個BA映射到EXP字段中。

２．L-LSP

L-LSP把一條LSP指派給一個BA（表現出多個包丟棄優先級），根據MPLS標簽確定包的調度策略，根據墊層頭或二層包丟棄機制確定丟棄優先級。純ATM MPLS不能使用 EXP字段。

由于MPLS網絡設備會在每一跳中都交換標簽值，因此治理標簽與DSCP的映射比較困難。E-LSP比L-LSP更輕易控制，因為E-LSP事先就可以確定整個網絡中每個包的EXP字段和DSCP之間的映射關系。

四、結語

DiffServ提供的是一種區別對待不同業務的服務，為不同的業務設置不同的優先級和轉發特性，但并不具體規定如何進行轉發，也不設法消除擁塞。在網絡沒有擁塞時，即使是盡力而為型的IP包也能夠得到很好的網絡服務，因此有沒有DiffServ都一樣。而在DiffServ網絡中也完全有可能發生擁塞，因為即使DiffServ在網絡邊緣做了流量調節，在網絡核心路由器上也完全有可能因為流量匯聚而出現擁塞（負載不均衡）。這時，DiffServ是以犧牲低優先級的業務為代價換來高優先業務的QoS（擁塞嚴重時也可能損傷高優先級的業務），但并沒有消除擁塞。MPLS提供的流量工程能夠解決負載不均衡出現的擁塞問題。

DiffServ不關心低層網絡采用什么技術解決網絡擁塞問題，而MPLS流量工程也不關心所承載的流量采用的是什么QoS機制。但在MPLS承載DiffServ（或IntServ）時，因為標簽封裝的原因，核心路由器看不到IP包的頭，因此IETF提出了一種MPLS能夠支持DiffServ的技術。

顯然，解決IP網的QoS，僅僅依靠DiffServ和MPLS這兩種技術仍然不夠，還需要擁塞控制技術（如RED）、排隊調度技術（如WFQ）、約束路由、應用層流量重定向和流量均衡技術等協同工作。

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