由RSVP在ATM捷径上实现综合业务IP的方案（2）

2019-11-03 10:12:55

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供稿：网友

由RSVP在ATM捷径上实现综合业务ip的方案（2） 4预防和避开拥挤信道的优化路由方案在ATM网络中，业务流以统计复用的方式应用信道。由于像VBR（可变比特率）这样的业务流有一定的突发性，因而业务流量的稳定性较差，波动幅度较大，ATM交换机很容易发生信元阻塞，造成信元丢失，影响服务质量。尽管已应用了呼叫连接接纳控制、业务流警管、选择性的信元丢弃、反应式拥塞控制和业务流成型等技术，但这些技术只是针对每个连接或某个业务流方向的局部性的拥塞控制技术，并没有在路由控制方面综合考虑全网的业务流分布情况，进行预防和避免拥挤的优化控制。在互联网的路由协议如RIP（路由信息协议）的实际实现中，仅仅采用路由器之间的跳（HOP）数来简单地表示距离。而在OSPF协议中，路由器之间的距离测度——链路加权值是预先设定的固定值。在我们研究的网络中，这种距离测度根本不能反映ATM网络的信道拥挤程度。为此我们提出使用反映信道QoS性能（与信元丢失率和时延有关的带宽利用率）的距离测度，因而ATM路由器可以对业务流拥挤作出快速反应，避开业务流量拥挤的信道，使资源预留按得到的最优路由选路，这种方法可以避免和预防拥挤。显然，这也是一种保证网络QoS的一种重要手段叙如，对一条链路的距离测度可这样来确定，即当链路带宽利用率分别为0%-4q%、41%一6q%、61%－80%、80%一90%以及90%－100%时，可定义距离测度分别为1、2、4、8、20以及50。应用这种方法，只要ATM网络能动态实时地根据网络中业务流的分布情况调整路由，就能预防拥挤的发生。在OSPF路由协议的链路类型字段中，至少 8 bit始终未用，因而可用于载送0到255范围内的距离测度。只需对最短路径的距离运算程序作少量修改，就可实现采用动态距离测度的路由优化算法，这种方法无需增加新的OSPF报文来传递动态的距离测度，也不会增加 OSPF报文的长度。5保证QoS的综合方案要确保QoS，必须采用综合的方案，仅仅依靠一种方法不能完全解决QoS的问题。因此可采用漏桶对信源处业务流整形（shaping）的技术。预防拥挤的动态优化路由算法、业务流的接纳控制、优先级分类的分组调度算法以及反应式拥挤控制方法，实现QoS的综合控制。5.1业务优先级分类的方法（1）传统的方法利用ATM信元中的CLP（信元丢失的优先级）比特，可表示两类业务流：对时延敏感的高优先级业务流和对时延不敏感的低优先级业务流。ATM网络优先保证优先级高的业务流（如音频与视频码流）的传输，拥挤时先丢弃优先级低的业务流。其缺点是由于仅有一个CLP比特可用于信元丢失的优先级控制，这对于Internet的业务流优先级以及QoS控制，显得很粗糙。优点是各个ABR（可用比特率）业务流可应用反应式拥挤控制技术来提高带宽利用率。（2）按信元优先级排队的方法我们知道，IETF最近通过了高速局域网的业务优先级分类标准802.IP／Q以及广域网的区分服务标准REC2474，这两个标准形成了IP的QoS体系结构。802.IP／Q用3 bit来表示分组的优先级，而区分服务使用了6 bit来区分服务的类别即分组的每跳特性（PHB）。RFC2474将IPv4的协议头中的服务类型（ToS）中的6 bit用作区分服务（DS）字段，其中的一个比特表示 DS域的边界策略，因而DS字段可表示对应于32种PHB的服务类别，也就是32种优先级的业务流。在ATM网络的每条信道上，可用32条虚路径（VP）来分别传送这32种业务流。经过这样的修正，在ATM交换机中，实现QoS控制的一种简单方案，就是在每个输出瑞口，对输出信元按32种优先级（即 QoS的时延与丢失优先级要求）排队。在类业务流之间，采用合适的信元输出调度算法，如某类业务流的速率加权的公平排对算法等，来实现每类业务流的QoS控制与隔离以及带宽资源共享。在接纳控制时，根据各链路（即输出瑞口）的排队长度。信元丢失率、带宽分配情况以及对带宽平均利用率的实际测量值，来判断是否能满足一个预留宽资源的请求。对于那些应用VP来建立的专用子网，可由32个VC来传送32类PHR的业务流，同样可实现不同类别的QoS控制。采用这种QoS控制方法，可继续利用在ATM的信元头中PTI字段提供的功能，如拥挤指示。ATM节点之间的维护以及ABR业务流实现反应式拥挤控制的速率调节等功能。这种QoS控制方案都是采用现有的技术，其实现无任何难度。5.2接入路由器的QoS控制在接入路由器或ATM网络的边界处，采用逐流排队的模型：IP分组按每个流进行排队。然后采用排队调度算法来发送业务流的IP分组。逐流排队的好处，是可实现各个业务流连接的隔离，便于实现业务流与资源的分配控制，接入可按用户预定的方式分配资源，避免了业务流因违背参数约定而相互侵占带宽资源的现象，使每个连接的 QoS保持稳定。按逐流排队的模式，许多IP分组调度算法都可保证每个业务流的时延上限。由于接入信道的速率不是太高（典型情况为 155 Mbit／s或更低速率接入），可采用一些既能保证 QoS要求且又能由软件实现线路速率的分组调度算法。5.3资源管理资源管理的目的是在保证各个接入业务流的 QoS要求的同时充分利用网络的带宽资源。资源管理通常就是带宽容量与缓存容量的管理。资源管理是由一些机制共同完成的，包括连接接纳控制、逐流排队的隔离控制机制以及公平分配资源的调度算法等。5.4连接接纳控制 ATM网络的连接接纳控制可由两种方法启动。第一种方法是在接入路由器处根据某个业务流的激活来启动建立业务流连接。一个业务流的第一个到达分组激活该业务流，接入路由器为其建立激活状态。如果一个激活的业务流在60ms内都没有一个分组到达，则转变为去激活状态，清除其状态信息并断开其VC连接，释放其占有的资源。第二种方法是由主机或终端直接应用RSVP来分别建立与释放接入网和ATM网中的业务流的连接。6接入方案由于ATM最初是按电信网络（如 N－ISDN）的思路进行设计的，限于当时的硬件制造水平，考虑到一个主机不能同时维持任意多个打开的虚电路，原打算采用UNI的方式将终端（如主机）接人ATM交换机。由于ATM交换机的端口数有限，若采用UNI方式，只能接入为数不多的主机。随着高速接入网（如100/1000Mbit／s的局域网）。多种具有AAL功能且能同时处理几万路VC的ATM接入芯片的出现，有严格时延要求的业务流也可由它接入ATM网络传输。因而，综合业务经过接入网（如高速局域网）由路由器接入ATM网络，也是一种必然的趋势。由RSVP来为每个业务流分配带宽井管理VC，可省去底层的UNI与NNI信令。7实现原型说明为了验证该方案的可行性，我们建立了仿真及试验原型。该原型使用了三个ATM交换节点，其干线速率为622.080 Mbit／s，本地接入速率为155.520 Mbit／s。接入路由器以MPC8260处理器为核心构成，该处理器除了一个内置的100Mbit／s的LAN接口以外，还具有一个155.520 Mbit／s的 ATM接口，可以实现AAL1和AAL5的适配功能，并可同时建立65535个VC连接。8结束语在本文中，我们叙述了支持综合业务IP与ATM融合的一种简单的方案。这种方法以RSVP为核心，使用动态建立ATM捷径达到链路资源共享的策略，采用预防拥挤、距离测度可变的动态路由，以及分类优先级控制等算法，能保证各类业务流的QoS，省去重叠的ATM网络的信令过程。所采用的技术完全是易于实现的现成技术。摘自《电信科学》

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