网络服务质量控制的研究毕业论文(编辑修改稿)

网络服务质量控制的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

rated services， IntServ） 模型和区分服务 （ differentiated services， DiffServ） 模型，以及 二者的优缺点。 第三部分是在 OPNET 仿真环境下 仿真比较三种队列 ，对 QoS 的个别性能参数进行仿真，比较检测结果。 第四部分做最终总结， 总结 全文所做的工作及不足之处。 第五部分是作者的致谢说明、参考文献。 武汉理工大学毕业设计（论文） 7 第 2 章 QoS 体系结构 QoS 简介 QoS（ Quality of Service） 是服务性能的总效果，此效果决定了用户与用户之间或者用户与网络节点质之间的约定 （ 例如 ， 传输延迟允许时间、最小传输画面失真度以及声像同步等 ）。 反映了网络在保证信息传输和满足服务要求方面的能力。 简单地说，服务质量 （ QoS）就是网络提供给应用程序所需要的功能性等级。 在计算机系统，特别是计算机网络系统，作为计算和信息等服务的提供者，同样存在服务质量 （ QoS） 优劣的问题。 从计算机系统诞生开始，人们就一直致力于提高系统的服务性能和服务质量。 也可将 QoS 定义描述为：网络在传输数据流时要求满足的一系列服务请求，具体可以量化为带宽、延迟、延迟抖动、丢失率、吞吐量等性能指标。 服务质量 （ QoS） 是一组服务要求，网络必须满足这些要求才能确保数据传输达到适当服务的级别，数据在网络中传输的过程中， QoS 机制通过各种手段将业务流加以区分并定制不同的策略，采取立即发送、延迟发送、丢弃等不同策略，来保障不同优先级别的数据业务的不同服务质量要求。 这些机制包括流量分类，访问控制，流量整形，拥塞控制与管理，调度机制等。 QoS 的提供增加网络的性能可预知性，网络资源能够有效地分配，提高网络的吞吐量，减少网络丢弃数据包尤其是较重要的数据包的概率。 现有的 Inter 最初是面向非实时的、单一数据类型通信 （ 如文件传输、 Email） 而设计的。 IP 协议提供一种无连接的网络层服务 ， 必须辅以其他的高层端到端的协议 （ 如 TCP）才能更好的实现端到端的可靠传输。 因为缺少必要的服务质量控制或保证 ， 这种传统的 IP传输被称为“尽力而为 （ Best Effort） ”的服务。 它只将分组递送到目的端， 尽最大的可能性来发送报文 ， 但对时延、可靠性等性能不提供任何保证 ，不为任何分组的递送提供保证或为其实现分配资源。 因此，这种服务无法为多媒体通信提供 QoS 保证，为了满足 Inter 多媒体应用实时传输的要求，也随着服务质量概念的提出，目前已有许多 QoS 控制机制，包括集成服务（ IntServ） 和区分服务 （ DiffServ） 体系结构、拥塞控制机制、分度调度和队列管理算法、MPLS 技术 等。 本文将主要介绍较为典型的 IntServ 和 DiffServ 两种模型，以及各自的优缺点，同时仿真比较 QoS 的个别性能参数。 QoS 主要参数 一般在 QoS 保证的实现中，可以根据具体应用的不同要求将 QoS 的一些 参数组合起来构成不同的服务等级。 其性能参数主要包括下面几个： 可用性：用户与网络连接的可靠性。 主要 由 设备可靠性、网络存活性软件稳定性等因素作用。 武汉理工大学毕业设计（论文） 8 可变延迟：也称为延迟抖动，指接收的一组数据流中数据包之间的时间差异。 带宽：网络能提供给用户的数据发送率。 时延 ：发送和接收分组的平均时间间隔。 像话音、视像等此类服务是严格要求不能有时延的。 因此，设备必须保证尽可能低的延时来提高语音、视频的质量。 产生延时的因素一般有分组时延、排队时延、交换时延和传播时延。 时延变化： 通信 业务流不同分组之间的延时差异。 高频率时延变化称为抖动。 低频率的时延变化称为漂移。 业务流中分组的排队等候时间的不同引起了抖动，这是对服务质量影响最大的一个问题。 有些业务类型中决不允许定容差之外抖动的存在，尤其在话音和视像中，存在抖动就会在话音和视像中造成中断，严重影响服务质量。 缓存可以克服过量的抖动，但 会增多时延，造成其他方面的问题。 吞吐量：网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。 一般来说，吞吐量越大越好。 丢包率：在网络中传输数据包时 因网络拥塞 丢弃数据包的最高比率。 不管比特还是分组丢失，对业务的影响都是相当大的。 丢失一个比特或一个分组，在通话中，不会产生明显的影响，但是在视像中就可能造成屏幕瞬间的干扰 [9]。 对于 QoS 的参数描写越多，对其特征了解越清楚，控制可以更完善的实现。 但实际应用中并不一定要用所有参数，根据不同的服务等级要求的特点，我们要具体应用其某些参数，来达到所 要实现的目标。 集成服务体系模型 集成服务体系模型 （ IntServ） 一般应用于企业网络的边沿，是一种通过使用带宽预留技术在因特网和企业网上提供 QoS 的模型。 它解释了如何在主机和路由器之间进行资源预留以及相关参数的控制。 IntServ 是面向单个数据流的一种模型结构， 它的目的是单播和多播应用 ，它的基本思想是在传送数据之前，根据会话的 QoS 需求进行网络资源预留，从而为该会话提供端到端的 QoS 保证。 预留所希望的带宽数以支持流的需要，并保护它不受网络拥塞而导致的损坏。 预留是通过与前往目的地的路线上的每个网络 设备协商的。 如果每个设备都有支持流的资源，则会建立预留路径。 IntServ 基于资源预留的模型，资源预留协议 （ RSVP） 的使用是 IntServ 重要的特点，即每个数据流在通信之前先在沿途的每个节点上预留一定的资源，这样在通信过程中数据流就能获得满意的服务质量。 在 IntServ 模型中，核心协议资源预留协议 （ RSVP） 的使用使其完成通信双方资源的预留。 RSVP 是正向发送消息以请求预留，然后逆向发送消息以建立预留的信令协议（如果路线上的所有设备都同意预留资源的话）。 武汉理工大学毕业设计（论文） 9 IntServ 模型如图 所示。 图 IntServ 模型 IntServ 模型有以下几个组成部分： 资源预留设置协议使主机或路由器能够预留网络中的资源以满足特定业务流的 QoS要求的信令协议。 RSVP 是最常用的信令协议。 流量控制在网络设备中存在的一些组件以控制和管理为支持特定 QoS 所需的网络资源接纳控制规则， 是 决定一个网络设备 （ 主机、路由器或交换机 ） 是否授予一个新的业务流所要求的 QoS 而不影响以前的 QoS 保证。 当一个主机要求 QoS 业务时，路由上的每个结点都要做出接受或拒绝决策。 分类器根据分组头内容或附加在分组 上的分类信息，输入的分组被分为某种业务类型。 相同的业务类型在分组调度器中得到相同的处理，获得相同的 QoS。 分组调度器管理和调度不同类型分组流的转发 ， 实现相应的 QoS。 分组调度机制可以是优先级排队或者加权公平排队 （ WFQ ）。 资源预留协议 资源预留协议（ Resource ReSerVation Protocol； RSVP）是一种用于互联网上质量整合服务的协议。 RSVP 允许 主 机 在网络上请求特殊服务质量用于特殊应用程序 数据流 的传输。 路由器 也使用 RSVP 发送服务质量（ QoS）请求给所有结点（沿着流 路径 ）并建立和维持这种状态以提供请求服务。 RSVP 允许多个发送者传送到多个 组接收器，允许单独的接收武汉理工大学毕业设计（论文） 10 器自由切换频道，并优化带宽的使用，而在同一时间消除拥塞。 资源预留协议（ RSVP）最初是 IETF 为 QoS 的综合服务模型定义的一个信令协议，用于在流（ flow）所经过路径上为该流进行资源预留，从而满足该流的 QoS 要求。 资源预留协议（ RSVP）的引入使得 IP 网络为应用提供所要求的端到端的 QoS 保证成为可能。 在实时数据开始传输之前，先设定路由和资源预留。 为了支持这种能力，数据包所经过的每一个网络节点都必须能够支持 RSVP 协议控制服务质量的机制。 也就是说，网络元素在收到RSVP 预留资源请求后 ，需要为数据业务流保留所需的“软状态”（有关该数据业务流的源地址、目标地址、路由信息和需要占用该路由器的资源信息等）。 RSVP 的特性可用图 说明。 该 图是一个多目标广播叔，它的数据流从树的顶部到 6个主机。 虽然数据源来自发送端 ， 但保留消息则发自接收端。 当路由器向上给发送端 发保留消息时 ， 路由器可以合并来自下面的保留消息。 图 RSVP 的特征 RSVP 的工作过程如下： 数据源周期性的向目标端发送路径消息， 保留 消息中包含有描述业务流的传输属性和路由的信息。 所有途径的支持 RSVP 协议的中间节点都对路径消息进行传统的转发，并将自身的地址写入路径消息。 如果中间节点不能支持 RSVP 协议，则将此消息透明转发。 当目标接收端接收到 保留 消息后，朝着 保留 消息成功建立的反方向回送一个资源预留消息 （ RSVP） ，要求沿途的各中间节点进行资源预留。 各个中间节点根据其自身的状态和适当的连接接纳算法决定是否接受资源预留的请求，如果拒绝资源预留请求，则向目标端返 回错误信息， RSVP 会话将被终结；如果接受资源预留请求，则必须为业务流保持所需的链路资源“软状态”，这种预约的“软状态”不需要明确的删除请求，而由 RSVP 控制信息周期性地刷新。 在无刷新信息情况下，“软状态”会超时并删除 [11]。 IntServ 的优缺点 IntServ 模型的提出对网络服务质量的控制具有重要的意义，它主要具有以下优点： 一、 IntServ 的提出，使得 QoS 得到了理论上最可靠的保证， RSVP 的引入使得网络为业务流提供所要求的端到端的资源保证成为可能， RSVP 协议在 此模型中可以运行在从源端到目的端的每个路由器上。 用户可预订所需的资源，由网络接入服务商负责分配资源。 武汉理工大学毕业设计（论文） 11 二、详细的设计使 RSVP 用户能够仔细地规定自身数据业务种类，并且网络接入服务商和其他网络节点可以监视每个流，以防止其消耗比它请求、预留要多的资源，而且可以随时在当前网络节点终止非法的资源占用。 三、由于 RSVP 协议使用“软状态”，通过周期性的重传 保留 和 RSVP 信息来刷新网络链路，因此，能对网络拓扑的变化做出反应。 即使 IntServ 模型对网络服务质量的控制具有重要的意义，同时 也存在许多不可避免的、致命的缺点 : 一、可扩展性是 IntServ 结构最致命的一个问题，因为 IntServ 要求端到端的信令，此模型适用于长期的稳定的业务流 （ 如音频或视频流 ）。 但是网络中大部分业务流为短期、突发的，这在一个实际运行的运营商网络中几乎无法实现。 二、资源预留协议还要求沿途的每个路由器 （ 包括边缘路由器和核心路由器 ） 都要支持 RSVP 控制协议，为业务流保持“软状态”，这对路由器的实现造价要求太高。 无疑也限制了这种结构的可扩展性，因为每个路由器的内存有限，可以保存的软状态信息都是有限的，在一个运 营商规模的网络中几乎不可能实现真正意义上的资源预留，所希望达到的QoS 保证也就大打折扣。 三、如何为资源预留申请授权并确定优先权也是 IntServ 结构本身很难克服的问题。 四、从 IntServ 结构的实质来看，资源预留本身就与 IP 网络的最大特点“无连接”相冲突。 无连接的 IP 网络最大的优点就是不需要复杂的信令，只要网络有资源可以利用，因此人们通常将这种方式叫做“尽力而为”的传送方式。 显然，这种方式的可扩展性很强。 因而，单纯的 IntServ 结构模型实际上无法被用户满意的接受，在商业界 更会受到发展的制约。 所以，以上述单纯的 IntServ 结构模式将不会在通信网络中得到广泛应用。 区分服务体系模型 区分服务体系模型（ DiffServ）定义了一 种 可以在互联网上实时可扩展、健全性、简单性的服务分类的体系结构。 DiffServ 一般用于大型网络的骨干核心，在运营网络中发挥着重要的作用。 DiffServ 是一个多服务模型，它可以满足不同的 QoS 需求。 与 IntServ 不同，DiffServ 不需要通知网络为每个业务预留资源 ，解决了 IntServ 模型扩展性差这一存在的问题。 与 IntServ 第二个不同是 ， DiffServ 模型将网络分为核心部分和边缘部分，大大的简化了网络的复杂度。 武汉理工大学毕业设计（论文） 12 DiffServ 是基于优先级的，不同的数据流在进入网络的时候被边缘节点打上不同的标记，分为不同的类别，网络核心节点根据分组的不同标记提供不同的服务。 节点路由器并不保存每个数据业务流的状态信息，而是只保留有限个业务类的状态信息。 这样，在网络节点中的处理状态信息的负担将大大降低，从而简化了网络的复杂度，保证了大型网络的可实现性和可扩展性。 目前，关于 DiffServ 模型的研究仍然是 IP 网络 QoS 研究的热点。 区分服务模型如。