【正文】 34 結(jié)果分析 ............................................................................................................. 36 2 第 5 章 總結(jié)與展望 ..................................................................................................................... 38 總結(jié) ................................................................................................................................ 38 展望 ................................................................................................................................ 38 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 40 致謝 ............................................................................................................................................... 41 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 緒論 課題研究背景、目的及意義 課題 研究背景 隨著高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，電信業(yè)正在經(jīng)歷著巨大的變革，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐步地深入到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、醫(yī)學(xué)、教育等生活的各個(gè)領(lǐng)域，影響并改變著我們?nèi)粘５纳罘绞?。?dāng)今分布式多媒體應(yīng)用尤其是數(shù)字多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)用 戶對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求更是加劇。 目前，QoS 控制技術(shù)的研究和開發(fā)都進(jìn)展得非常迅速，并且已經(jīng)取得了許多基本的成果。 課題研究 目的及意義 隨著用戶的急劇增多及用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)業(yè)務(wù)要求的不斷增加，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)也只能 提供盡力而為 的服務(wù)，卻不能預(yù)測(cè)延時(shí)、保證帶寬， 也就 無法滿足多媒體應(yīng)用和不同用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟煌?。為解決這樣的問題 ， 采取計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（ QoS） 控制的有效方法，來提高網(wǎng)絡(luò)本身帶寬，節(jié)省業(yè)務(wù)流量，提高路由節(jié)點(diǎn)性能，提高因特網(wǎng)效率，降低網(wǎng)絡(luò)成本 是至關(guān)重要的。 QoS 提出之后，典型的工作是提出了兩種不同的網(wǎng)絡(luò) QoS 體系結(jié)構(gòu)：綜合服務(wù)（ IntServ） 和區(qū)分服務(wù) （ DiffServ） 。國內(nèi)近些年 也 開始了有關(guān) QoS 控制方面的研究 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 QoS 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 為保證網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，目前己經(jīng)提出了許多 QoS 控制機(jī)制，包括集成服務(wù) （ IntServ）和區(qū)分服務(wù) （ DiffServ） 體系結(jié)構(gòu)、擁塞控制機(jī)制、分組調(diào)度和隊(duì)列管理算法、 MPLS （ MultiProtocol Label Switching，多協(xié)議標(biāo)簽交換）技術(shù)等面向服務(wù)質(zhì)量控制的基礎(chǔ)理論也得到了長足的發(fā)展。 RSVP 的信息跨越整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，請(qǐng)求 /預(yù)留資源。軟狀態(tài)被定期的 RSVP 信息更新。只有所有的路由器都給 RSVP 提供了足夠資源 ， “路徑”方可建立 ；否則 ， 將返回并拒絕信息。業(yè)務(wù)區(qū)分結(jié)構(gòu)使用 IPv4 報(bào)頭中的業(yè)務(wù)類型 （ TOS） 字段，并將 8 位 ToS 字段重新命名，作為 DS（ Differentiated Service） 字段，其中 6 位可供目前使用，剩余 2 位以備將來使用。邊緣路由器可以將網(wǎng)絡(luò)本身網(wǎng)絡(luò)靈活、質(zhì)量保證通過 DS 字段轉(zhuǎn)換為先進(jìn)的單跳行為，可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)，將復(fù)雜的服務(wù)從而大大減少了信令的工作 [1]。 DiffServ 體系結(jié)構(gòu)和基于區(qū)分服務(wù)的 研究是 QoS 領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。 在最初的 TCP 協(xié)議中，只有流量控制 （ Flow Control） 而沒有擁塞控制。 當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中存在過多的報(bào)文時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的性能會(huì)下降，這種現(xiàn)象稱為擁塞。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕時(shí)，吞吐量的增長和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載相 比基本呈線性關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)延遲增長緩慢；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載超過 Knee 之后，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量增長緩慢，而網(wǎng)絡(luò)延遲增長較快；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載超過 Cliff 之后，網(wǎng)絡(luò)吞吐量急劇下降，網(wǎng)絡(luò)延遲急劇上升。擁塞控制就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采取措施來避免擁塞的發(fā)生或者對(duì)擁塞的發(fā)生做出反應(yīng)，擁塞控制的目標(biāo)就是使網(wǎng)絡(luò)在 Knee附近工作。擁塞控制是“恢復(fù)”機(jī)制，它用于把網(wǎng)絡(luò) 從擁塞狀態(tài)中恢復(fù)出來；擁塞避免是“預(yù)防”機(jī)制，它的目標(biāo)是避免網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入擁塞狀態(tài)，使網(wǎng)絡(luò)在高吞吐量、低延遲的狀態(tài)下工作。根據(jù)擁塞控制算法的使用位置，可以將擁塞控制算法分為兩大類：鏈路算法和源算法。它引入了“顯式路由”機(jī)制，對(duì) QoS 提供了更為可靠的保證。 MPLS支持特殊路由，到達(dá)同一目的地的數(shù)據(jù)包可沿不同路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā) 。 MPLS 有兩種途徑對(duì) QoS 支持：一是讓標(biāo)記本身就具有服務(wù)質(zhì)量 ToS（ Type of Service）的意義 ， LER 事先把標(biāo)記空間分成多個(gè)區(qū)間，不同區(qū)間的標(biāo)記具有不同的服務(wù)質(zhì)量，在為新數(shù)據(jù)流分配標(biāo)記時(shí)，根據(jù)其 QoS 的不同為其分配相應(yīng)區(qū)間的標(biāo)記；另一途徑是讓標(biāo)記條目中的 EXP 域來標(biāo)示傳送分組的 ToS。 LER 根據(jù) ToS 來決定輸出隊(duì)列和丟包優(yōu)先級(jí)，如對(duì)于到達(dá)同一目的地的 IP 包 ， 可根據(jù)設(shè)置在標(biāo)簽中 EXP 域的 ToS 值來建立不同的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，不同的轉(zhuǎn)發(fā)路徑對(duì)應(yīng)不同的擁塞控制機(jī)制和丟包優(yōu)先級(jí) ， 達(dá)到其對(duì)傳輸質(zhì)量的要求。 本文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu) 本文研究內(nèi)容總結(jié)為一下四點(diǎn)： （ 1） 研究當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)質(zhì)量控制的有效方法 ； （ 2） 主要分析 IntServ 和 DiffServ 兩種服務(wù)模型的基本原理，說明兩種模型各自的優(yōu)缺點(diǎn) ； （ 3） 在 OPNET 網(wǎng)絡(luò) 仿真環(huán)境下比較 IntServ 和 DiffServ 兩種模型 ； (4)通過建立的模型延時(shí)、抖動(dòng)、吞吐量、丟包率等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行仿真，并 通過仿真比較檢測(cè)結(jié)果 ； (5)通過仿真結(jié)果和理論的結(jié)合加以分析，并說明網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在 QoS 方面的可能發(fā)展方向。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第一部分為緒論，說明了課題研究背景，同時(shí)，簡單介紹了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的概念和常用到的一些性能參數(shù)以及影響參數(shù)的一些因素。 第三部分是在 OPNET 仿真環(huán)境下 仿真比較三種隊(duì)列 ，對(duì) QoS 的個(gè)別性能參數(shù)進(jìn)行仿真，比較檢測(cè)結(jié)果。 第五部分是作者的致謝說明、參考文獻(xiàn)。反映了網(wǎng)絡(luò)在保證信息傳輸和滿足服務(wù)要求方面的能力。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，作為計(jì)算和信息等服務(wù)的提供者，同樣存在服務(wù)質(zhì)量 （ QoS） 優(yōu)劣的問題。也可將 QoS 定義描述為：網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)流時(shí)要求滿足的一系列服務(wù)請(qǐng)求，具體可以量化為帶寬、延遲、延遲抖動(dòng)、丟失率、吞吐量等性能指標(biāo)。這些機(jī)制包括流量分類，訪問控制，流量整形，擁塞控制與管理，調(diào)度機(jī)制等。 現(xiàn)有的 Inter 最初是面向非實(shí)時(shí)的、單一數(shù)據(jù)類型通信 （ 如文件傳輸、 Email） 而設(shè)計(jì)的。因?yàn)槿鄙俦匾姆?wù)質(zhì)量控制或保證 ， 這種傳統(tǒng)的 IP傳輸被稱為“盡力而為 （ Best Effort） ”的服務(wù)。 因此，這種服務(wù)無法為多媒體通信提供 QoS 保證，為了滿足 Inter 多媒體應(yīng)用實(shí)時(shí)傳輸?shù)囊?，也隨著服務(wù)質(zhì)量概念的提出，目前已有許多 QoS 控制機(jī)制，包括集成服務(wù)（ IntServ） 和區(qū)分服務(wù) （ DiffServ） 體系結(jié)構(gòu)、擁塞控制機(jī)制、分度調(diào)度和隊(duì)列管理算法、MPLS 技術(shù) 等。 QoS 主要參數(shù) 一般在 QoS 保證的實(shí)現(xiàn)中，可以根據(jù)具體應(yīng)用的不同要求將 QoS 的一些 參數(shù)組合起來構(gòu)成不同的服務(wù)等級(jí)。主要 由 設(shè)備可靠性、網(wǎng)絡(luò)存活性軟件穩(wěn)定性等因素作用。 帶寬：網(wǎng)絡(luò)能提供給用戶的數(shù)據(jù)發(fā)送率。像話音、視像等此類服務(wù)是嚴(yán)格要求不能有時(shí)延的。產(chǎn)生延時(shí)的因素一般有分組時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延、交換時(shí)延和傳播時(shí)延。高頻率時(shí)延變化稱為抖動(dòng)。業(yè)務(wù)流中分組的排隊(duì)等候時(shí)間的不同引起了抖動(dòng)，這是對(duì)服務(wù)質(zhì)量影響最大的一個(gè)問題。緩存可以克服過量的抖動(dòng)，但 會(huì)增多時(shí)延，造成其他方面的問題。 一般來說，吞吐量越大越好。 不管比特還是分組丟失，對(duì)業(yè)務(wù)的影響都是相當(dāng)大的。 對(duì)于 QoS 的參數(shù)描寫越多，對(duì)其特征了解越清楚，控制可以更完善的實(shí)現(xiàn)。 集成服務(wù)體系模型 集成服務(wù)體系模型 （ IntServ） 一般應(yīng)用于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的邊沿，是一種通過使用帶寬預(yù)留技術(shù)在因特網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)上提供 QoS 的模型。 IntServ 是面向單個(gè)數(shù)據(jù)流的一種模型結(jié)構(gòu)， 它的目的是單播和多播應(yīng)用 ，它的基本思想是在傳送數(shù)據(jù)之前，根據(jù)會(huì)話的 QoS 需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留，從而為該會(huì)話提供端到端的 QoS 保證。預(yù)留是通過與前往目的地的路線上的每個(gè)網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備協(xié)商的。 IntServ 基于資源預(yù)留的模型，資源預(yù)留協(xié)議 （ RSVP） 的使用是 IntServ 重要的特點(diǎn)，即每個(gè)數(shù)據(jù)流在通信之前先在沿途的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上預(yù)留一定的資源，這樣在通信過程中數(shù)據(jù)流就能獲得滿意的服務(wù)質(zhì)量。 RSVP 是正向發(fā)送消息以請(qǐng)求預(yù)留，然后逆向發(fā)送消息以建立預(yù)留的信令協(xié)議（如果路線上的所有設(shè)備都同意預(yù)留資源的話）。 圖 IntServ 模型 IntServ 模型有以下幾個(gè)組成部分： 資源預(yù)留設(shè)置協(xié)議使主機(jī)或路由器能夠預(yù)留網(wǎng)絡(luò)中的資源以滿足特定業(yè)務(wù)流的 QoS要求的信令協(xié)議。 流量控制在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中存在的一些組件以控制和管理為支持特定 QoS 所需的網(wǎng)絡(luò)資源接納控制規(guī)則， 是 決定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 （ 主機(jī)、路由器或交換機(jī) ） 是否授予一個(gè)新的業(yè)務(wù)流所要求的 QoS 而不影響以前的 QoS 保證。 分類器根據(jù)分組頭內(nèi)容或附加在分組 上的分類信息，輸入的分組被分為某種業(yè)務(wù)類型。 分組調(diào)度器管理和調(diào)度不同類型分組流的轉(zhuǎn)發(fā) ， 實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的 QoS。 資源預(yù)留協(xié)議 資源預(yù)留協(xié)議（ Resource ReSerVation Protocol； RSVP）是一種用于互聯(lián)網(wǎng)上質(zhì)量整合服務(wù)的協(xié)議 。路由器 也使用 RSVP 發(fā)送服務(wù)質(zhì)量（ QoS）請(qǐng)求給所有結(jié)點(diǎn)（沿著流 路徑 ）并建立和維持這種狀態(tài)以提供請(qǐng)求服務(wù) 。 資源預(yù)留協(xié)議（ RSVP）最初是 IETF 為 QoS 的綜合服務(wù)模型定義的一個(gè)信令協(xié)議，用于在流（ flow）所經(jīng)過路徑上為該流進(jìn)行資源預(yù)留，從而滿足該流的 QoS 要求。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)開始傳輸之前，先設(shè)定路由和資源預(yù)留。也就是說，網(wǎng)絡(luò)元素在收到RSVP 預(yù)留資源請(qǐng)求后 ，需要為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流保留所需的“軟狀態(tài)”（有關(guān)該數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流的源地址、目標(biāo)地址、路由信息和需要占用該路由器的資源信息等）。 該 圖是一個(gè)多目標(biāo)廣播叔，它的數(shù)據(jù)流從樹的頂部到 6個(gè)主機(jī)。當(dāng)路由器向上給發(fā)送端 發(fā)保留消息時(shí) ， 路由器可以合并來自下面的保留消息。所有途徑的支持 RSVP 協(xié)議的中間節(jié)點(diǎn)都對(duì)路徑消息進(jìn)行傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)，并將自身的地址寫入路徑消息。當(dāng)目標(biāo)接收端接收到 保留 消息后，朝著 保留 消息成功建立的反方向回送一個(gè)資源預(yù)留消息 （ RSVP） ，要求沿途的各中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資源預(yù)留。在無刷新信息情況下，“軟狀態(tài)”會(huì)超時(shí)并刪除 [11]。用戶可預(yù)訂所需的資源，由網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)商負(fù)責(zé)分配資源。 三、由于 RSVP 協(xié)議使用“軟狀態(tài)”，通過周期性的重傳 保留 和 RSVP 信息來刷新網(wǎng)絡(luò)鏈路，因此，能對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓龀龇磻?yīng)。但是網(wǎng)絡(luò)中大部分業(yè)務(wù)流為短期、突發(fā)的，這在一個(gè)實(shí)際運(yùn)行的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中幾乎無法實(shí)現(xiàn)。無疑也限制了這種結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性，因?yàn)槊總€(gè)路由器的內(nèi)存有限，可以保存的軟狀態(tài)信息都是有限的，在一個(gè)運(yùn) 營商規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中幾乎不可能實(shí)現(xiàn)真正意義上的資源預(yù)留，所希望達(dá)到的QoS 保證也就大打折扣。 四、從 IntServ 結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)來看，資源預(yù)留本身就與 IP 網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)“無連接”相沖突。顯然，這種方式的可擴(kuò)展性很強(qiáng)。所以，以上述單純的 IntServ 結(jié)構(gòu)模式將不會(huì)在通信網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。 DiffServ 一般用于大型網(wǎng)絡(luò)的骨干核心，在運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著重要的作用。與 IntServ 不同，DiffServ 不需要通知網(wǎng)絡(luò)為每個(gè)業(yè)務(wù)預(yù)留資源 ，解決了 IntServ 模型擴(kuò)展性差這一存在的問題。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 DiffServ 是基于優(yōu)先級(jí)的，不同的數(shù)據(jù)流在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候被邊緣節(jié)點(diǎn)打上不同的標(biāo)記，分為不同的類別，網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)根據(jù)分組的不同標(biāo)記提供不同的服務(wù)。這樣，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的處理狀態(tài)信息的負(fù)擔(dān)將大大降低，從而簡化了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，保證了大型網(wǎng)絡(luò)的