由RSVP在ATM捷径上实现综合业务IP的方案（2）

　　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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