随着Internet规模的不断增大, 各类实时应用信息的数量与日俱增。这就要求Internet能够提供服务质量 (QoS) [1]保证。将MPLS与DiffServ相结合[2], 能较好的解决网络中的QoS问题。而对该模型下的缓冲管理开展研究, 有助于使其更有效地解决网络中存在的QoS问题, 从而提高整个网络的服务质量。
1 MPLS和DiffServ结合模型
MPLS和DiffServ结合, 核心机制是利用MPLS标签头[3]来表现区分服务的信息。目前提出了三种方案:E-LSP方案[4]、L-LSP方案[4]和扩展E-LSP方案[4]。
2 MPLS和DiffServ结合模型下的缓冲管理研究
2.1 缓冲管理算法分析
在MPLS与DiffServ结合模型中, 缓冲管理方式的研究对象只是AF流, 不涉及EF和BE流。AF PHB组由4个AF类组成。一个AF类中包括3个丢弃优先级, 一般使用三色 (红、黄、绿) 标记法来标记AF分组。当业务流到达率小于承诺的目标速率时, 其中的包将标记为“绿”色;若小于峰值目标速率大于承诺目标速率时, 标记为“黄”色;大于峰值目标速率时, 标记为“红”色。节点在网络资源不足时, 应首先丢弃“红”分组, 其次是“黄”分组, 最后才是“绿”分组。
随机早期检测RED算法是是路由器通过监控队列的平均长度来探测拥塞, 一旦发现拥塞逼近, 就随机地选择源端来通知拥塞, 使它们在队列溢出导致丢包之前减小发送窗口, 降低发送数据速率, 从而缓解网络拥塞。但RED算法无法保证对各个流的公平性, 不会对不同丢弃优先级的分组进行有区别的处理。
WRED算法可以为RED选择至多8组RED参数, 只计算一个平均队长。这个平均队长与所有“红”、“黄”、“绿”分组总数有关。每到达或离去一个分组, 无论其标记是何种颜色, 都要重新计算平均队长。不同颜色的分组队列具有不同的RED丢弃门限值。其丢弃门限设置方式有以下三种: (1) 交错方式; (2) 部分重叠方式; (3) 完全重叠方式。
RIO典型算法是针对In和Out两种优先级分组, RIO对不同优先级的分组计算不同的平均队长, 计算方法有两种:一种是In和Out分组分别计算各自的平均队长, 即RIO_D;另一种是In分组的平均队长只用In分组数目计算, 而Out分组的平均队长用In和Out分组数目之和计算, 即RIO_C。RIO对不同颜色的包计算不同的平均队长, 对平均队长的计算有两种方案:一种是每种颜色包的平均队长的计算只与该种颜色包的数目有关, 与其它颜色包的数目无关;另一种是各平均队长的计算之间存在一定的关联, “绿”包的平均队长只用“绿”包数目计算, “黄”包的平均队长用“黄”包和“绿”包的数目之和计算, “红”包的平均队长则用三种颜色的总数计算。
2.2 仿真
下面利用网络模拟工具NS2分别对以上提到的算法进行仿真。
实验用到的网络结构如图1所示。
实验中, 边缘节点根据分组的源端主机和目的端主机IP地址的不同, 对信息流进行分类和标记, 将其归为同一个AF类。其中, 由S1到Dl的分组均被标为“绿”, 由S2到D2的分组均被标为“黄”, 由S3到D3的分组均被标为“红”。
BA由许多个端到端的微流构成的。许多研究表明, 这些聚流具有自相似特性, 可以通过Pareto On/Off分布来描述。下面将对信息流为Pareto流的情况进行仿真研究。
实验中, C1至C2是传输瓶颈, 带宽为4Mbps。S1、S2和S3均产生如下的业务流:速率为4Mbps、On/Off时间均为10ms、形状参数α为1.5、分组长度为1KB的Pareto流。仿真时间仍为500s。
(1) WRED。
队列的丢弃门限设置情况如表1所示。
C1至C2的分组丢失情况如表2所示。
由表2可以看出, 对于WRED来说, 丢弃门限选择交错方式的性能最好, 部分重叠方式次之, 完全重叠方式的性能最差。
队列的丢弃门限设置情况如表1所示, C1至C2的分组丢失情况得到表3数据。
(2) RIO_C。
队列的丢弃门限设置情况如表1所示, C1至C2的分组丢失情况得到如表4数据。
通过比较表3和表4可以看出丢弃门限采用交错方式时性能最好, 同时可以看出RIO_C优于RIO_D。
图2给出了节点的缓冲管理算法分别采用WRED、RIO_D、RIO_C算法, 丢弃门限均设置为交错方式, C1至C2的分组丢弃情况对比图。
从图3可以看出, 在网络发生拥塞时RIO_C算法对“绿”分组的丢包率最低, 对“红”分组的丢包率最高。
3 结语
在MPLS与DiffServ结合模型下, 在网络发生拥塞时, 中间节点的缓冲管理选择丢弃门限采用交错方式的RIO_C算法, 能够对具有不同优先级的分组提供明显的区分服务, 对高优先级 (低丢弃优先级) 的分组提供很好的保护, 为网络提供一定的QoS保证。
摘要：本文基于如何提高骨干网络的服务质量展开研究。首先介绍了MPLS与DiffServ结合模型;其次, 深入研究了该模型下的缓冲管理;最后, 在该模型下对各种算法进行仿真, 结果表明, 丢弃门限采用交错方式的RIOC算法性能最优, 能够提供良好的区分服务。
关键词：MPLS,区分服务,缓冲管理
参考文献
[1] 刘韵洁, 张云勇, 张智江.下一代网络服务质量技术[M].北京:电子工业出版社, 2005:35～175.
[2] Taeyong Lee.Multiprotocol LabelSwitching (MPLS) and DifferentiatedService (DS) as Quality of Service (QoS) Solutions[J].IEEE, 2003, 7 (19) :267～2 7 4.
[3] Luc De Ghein[著], 陈麒帆[译].MPLSFundamentals[M].北京:人民邮电出版社, 2008:33～156.
[4] Hongyun Man, Linying Xu, Zijian Li.End-to-End QoS Impement by DiffServand MPLS[J].Canadian Conference, 2004, 2 (5) :641～644.