分布式自適應(yīng)資源管理網(wǎng)絡(luò)模型探討

摘 要：與日俱增的多媒體等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)提供數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的IP網(wǎng)絡(luò)提出了更高的QoS要求。本文針對(duì)現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)QoS是是控制存在的問題，提出了適用于IPv6網(wǎng)絡(luò)的分布式自適應(yīng)資源管理模型框架（DARM）。該框架兼有IntServ網(wǎng)絡(luò)模型和DiffServ網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)點(diǎn)，在保證高QoS的同時(shí)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)模型；QoS；IP網(wǎng)絡(luò)；IPv6協(xié)議

1 引言

隨著Internet的普及，對(duì)用戶來說，希望網(wǎng)絡(luò)能提供更優(yōu)質(zhì)、有保障的服務(wù)；而對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商來說，希望能夠優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的使用，使網(wǎng)絡(luò)具有更好的可控性和可管理性。因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的QoS控制研究已被眾多研究者所重視。

IETF提出IntServ網(wǎng)絡(luò)模型為因特網(wǎng)提供QoS保證，但I(xiàn)ntServ網(wǎng)絡(luò)模型是基于單個(gè)流的資源預(yù)留與管理，可擴(kuò)展性較差。為了克服IntServ網(wǎng)絡(luò)模型的缺陷，IETF提出DiffServ網(wǎng)絡(luò)模型，大大增強(qiáng)了模型的可擴(kuò)展性，但DiffServ模型的QoS的保證能力較差。

為了解決IntServ網(wǎng)絡(luò)模型與DiffServ網(wǎng)絡(luò)模型的矛盾，提出分布式自適應(yīng)資源管理模型框架（DARM）。DARM具有與IntServ 模型類似的QoS保證能力，并具有DiffServ模型的系統(tǒng)規(guī)?？蓴U(kuò)展性。提出基于定向資源探測(cè)算法的高效分布式資源管理和分配機(jī)制，保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)域的資源利用率。

2 DARM網(wǎng)絡(luò)模型概述

DARM網(wǎng)絡(luò)模型采用IPv6網(wǎng)絡(luò)流標(biāo)簽機(jī)制，所有路由器被劃分成邊界路由器和核心路由器兩大類。邊界路由器完成每一個(gè)流的分類、整形、以及標(biāo)記工作，與傳統(tǒng)DiffServ邊界路由器類似，除此之外，還負(fù)責(zé)準(zhǔn)入控制職能。核心路由器則根據(jù)數(shù)據(jù)包所標(biāo)記的服務(wù)類別和目標(biāo)地址對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，與傳統(tǒng)路由器不同之處在于該核心路由器還可以根據(jù)IPv6流標(biāo)值進(jìn)行數(shù)據(jù)包的快速轉(zhuǎn)發(fā)。因此，DARM網(wǎng)絡(luò)模型不需要采用逐跳信令傳遞過程，使得系統(tǒng)能夠在網(wǎng)絡(luò)域邊界快速完成準(zhǔn)入決策和資源預(yù)留，而同時(shí)網(wǎng)絡(luò)核心路由器的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò)的性能和系統(tǒng)規(guī)模可擴(kuò)展性。

傳統(tǒng)QoS路徑選擇通常引入大量的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，DARM網(wǎng)絡(luò)模型的最大優(yōu)勢(shì)在于把QoS路徑選擇和路由兩部分進(jìn)行非常有效的分離，路徑選擇則是通過自適應(yīng)的資源管理機(jī)制完成，從而避免了上述問題。

3 DARM網(wǎng)絡(luò)模型關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于IPv6流標(biāo)簽的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)

IntServ架構(gòu)中的核心路由器只有對(duì)每一個(gè)到達(dá)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類后，才能決定對(duì)其采用哪一種資源預(yù)留和轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，然而，基于IP頭部的多域數(shù)據(jù)包分類過程較為復(fù)雜，無法在高速核心路由器中進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。當(dāng)QoS路由器接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，先對(duì)其頭部的多個(gè)域（例如源端口、目標(biāo)端口及協(xié)議類型等）和路由器本地的規(guī)則表進(jìn)行比較和匹配，然后選擇規(guī)則執(zhí)行該數(shù)據(jù)包的下一跳。更有甚者，部分?jǐn)?shù)據(jù)包的IP頭部數(shù)據(jù)域常被加密，根本無法提取分類。因此，在IntServ模型高速核心路由器中，多域分類過程成為了系統(tǒng)瓶頸。

為避免上述問題，在DARM網(wǎng)絡(luò)模型中，系統(tǒng)借助IPv6網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)有的20bit的流標(biāo)簽，可以解決IntServ模型中存在的問題。

在DARM網(wǎng)絡(luò)模型中，每一對(duì)邊界路由器都連接一組虛擬路徑VP，域中的每一條VP與流標(biāo)簽值一一對(duì)應(yīng)?；诖嗽?，在域中的核心路由器上構(gòu)建一張基于流標(biāo)簽的小型轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則表，與IP地址的最長前綴匹配操作不同的是流標(biāo)簽的查找過程是精確匹配操作，因此，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計(jì)方面都變的相對(duì)簡(jiǎn)單。

DARM和傳統(tǒng)流標(biāo)簽用于唯一標(biāo)識(shí)確定源、目標(biāo)地址的活動(dòng)連接不同，在DARM中，流標(biāo)簽用來唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)域中一條連接兩邊界路由器的路徑，因此，凡在流標(biāo)簽域標(biāo)有流標(biāo)值的數(shù)據(jù)包，會(huì)嚴(yán)格沿著流標(biāo)簽所對(duì)應(yīng)路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

3.2 準(zhǔn)入控制

IntServ網(wǎng)絡(luò)模型域的準(zhǔn)入控制是通過端到端的信令逐跳進(jìn)行實(shí)施的，其準(zhǔn)入控制過程較復(fù)雜且速度較慢。在分布式自適應(yīng)資源管理模型框架DARM中，引入虛擬路徑及基于流標(biāo)簽的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，該框架可提供一種完全分布式的、并行的快速準(zhǔn)入控制方法。

在DARM網(wǎng)絡(luò)模型域中，假設(shè)：兩邊界路由器分別為S和D路由器，同時(shí)記p為對(duì)應(yīng)的S和D路由器對(duì)，pj和Rp分別為S和D路由器對(duì)p的第ith條虛擬路徑和全部預(yù)留帶寬。假設(shè)，當(dāng)前S和D路由器之間有根據(jù)上述準(zhǔn)入機(jī)制，所有被標(biāo)有pj對(duì)應(yīng)流標(biāo)簽的數(shù)據(jù)包，將會(huì)沿著虛擬路徑pj轉(zhuǎn)發(fā)到整個(gè)DARM網(wǎng)絡(luò)域，大大提高了系統(tǒng)的QoS管理及擴(kuò)展性優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

本文提出一種適用于提高IPv6網(wǎng)絡(luò)QoS的DARM模型架構(gòu)，該架構(gòu)使得在網(wǎng)絡(luò)邊界處完成分布式準(zhǔn)入決策和資源分配得于實(shí)現(xiàn)，架構(gòu)還能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供嚴(yán)格的QoS保證。該框架兼有IntServ網(wǎng)絡(luò)模型的QoS保證和DiffServ網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)秀可擴(kuò)展性。此外，DARM網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)機(jī)制簡(jiǎn)單，易于應(yīng)用到現(xiàn)有IPv6網(wǎng)絡(luò)。

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作者簡(jiǎn)介：胡艷（1980-），女，漢族，碩士，講師，研究方向?yàn)椋河?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。