分布式自適應資源管理網絡模型探討

摘 要：與日俱增的多媒體等實時業務對提供數據包轉發服務的IP網絡提出了更高的QoS要求。本文針對現有IP網絡QoS是是控制存在的問題，提出了適用于IPv6網絡的分布式自適應資源管理模型框架（DARM）。該框架兼有IntServ網絡模型和DiffServ網絡模型的優點，在保證高QoS的同時具有較強的可擴展性。

關鍵詞：網絡模型；QoS；IP網絡；IPv6協議

1 引言

隨著Internet的普及，對用戶來說，希望網絡能提供更優質、有保障的服務；而對網絡運營商來說，希望能夠優化網絡資源的使用，使網絡具有更好的可控性和可管理性。因此，對網絡的QoS控制研究已被眾多研究者所重視。

IETF提出IntServ網絡模型為因特網提供QoS保證，但IntServ網絡模型是基于單個流的資源預留與管理，可擴展性較差。為了克服IntServ網絡模型的缺陷，IETF提出DiffServ網絡模型，大大增強了模型的可擴展性，但DiffServ模型的QoS的保證能力較差。

為了解決IntServ網絡模型與DiffServ網絡模型的矛盾，提出分布式自適應資源管理模型框架（DARM）。DARM具有與IntServ 模型類似的QoS保證能力，并具有DiffServ模型的系統規模可擴展性。提出基于定向資源探測算法的高效分布式資源管理和分配機制，保證了整個網絡域的資源利用率。

2 DARM網絡模型概述

DARM網絡模型采用IPv6網絡流標簽機制，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流的分類、整形、以及標記工作，與傳統DiffServ邊界路由器類似，除此之外，還負責準入控制職能。核心路由器則根據數據包所標記的服務類別和目標地址對數據包進行轉發，與傳統路由器不同之處在于該核心路由器還可以根據IPv6流標值進行數據包的快速轉發。因此，DARM網絡模型不需要采用逐跳信令傳遞過程，使得系統能夠在網絡域邊界快速完成準入決策和資源預留，而同時網絡核心路由器的優勢進一步提高了網絡的性能和系統規模可擴展性。

傳統QoS路徑選擇通常引入大量的網絡狀態信息，DARM網絡模型的最大優勢在于把QoS路徑選擇和路由兩部分進行非常有效的分離，路徑選擇則是通過自適應的資源管理機制完成，從而避免了上述問題。

3 DARM網絡模型關鍵技術

3.1 基于IPv6流標簽的數據包轉發

IntServ架構中的核心路由器只有對每一個到達數據包進行分類后，才能決定對其采用哪一種資源預留和轉發規則，然而，基于IP頭部的多域數據包分類過程較為復雜，無法在高速核心路由器中進行實時處理。當QoS路由器接收到一個數據包，先對其頭部的多個域（例如源端口、目標端口及協議類型等）和路由器本地的規則表進行比較和匹配，然后選擇規則執行該數據包的下一跳。更有甚者，部分數據包的IP頭部數據域常被加密，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瓶頸。

為避免上述問題，在DARM網絡模型中，系統借助IPv6網絡中獨有的20bit的流標簽，可以解決IntServ模型中存在的問題。

在DARM網絡模型中，每一對邊界路由器都連接一組虛擬路徑VP，域中的每一條VP與流標簽值一一對應。基于此原理，在域中的核心路由器上構建一張基于流標簽的小型轉發規則表，與IP地址的最長前綴匹配操作不同的是流標簽的查找過程是精確匹配操作，因此，在數據結構和算法設計方面都變的相對簡單。

DARM和傳統流標簽用于唯一標識確定源、目標地址的活動連接不同，在DARM中，流標簽用來唯一標識網絡域中一條連接兩邊界路由器的路徑，因此，凡在流標簽域標有流標值的數據包，會嚴格沿著流標簽所對應路徑進行轉發。

3.2 準入控制

IntServ網絡模型域的準入控制是通過端到端的信令逐跳進行實施的，其準入控制過程較復雜且速度較慢。在分布式自適應資源管理模型框架DARM中，引入虛擬路徑及基于流標簽的數據包轉發機制，該框架可提供一種完全分布式的、并行的快速準入控制方法。

在DARM網絡模型域中，假設：兩邊界路由器分別為S和D路由器，同時記p為對應的S和D路由器對，pj和Rp分別為S和D路由器對p的第ith條虛擬路徑和全部預留帶寬。假設，當前S和D路由器之間有根據上述準入機制，所有被標有pj對應流標簽的數據包，將會沿著虛擬路徑pj轉發到整個DARM網絡域，大大提高了系統的QoS管理及擴展性優勢。

4 結論

本文提出一種適用于提高IPv6網絡QoS的DARM模型架構，該架構使得在網絡邊界處完成分布式準入決策和資源分配得于實現，架構還能夠為系統提供嚴格的QoS保證。該框架兼有IntServ網絡模型的QoS保證和DiffServ網絡模型的優秀可擴展性。此外，DARM網絡模型實現機制簡單，易于應用到現有IPv6網絡。

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作者簡介：胡艷（1980-），女，漢族，碩士，講師，研究方向為：計算機應用技術。