下一代IP骨干网络的QoS及其流量工程的研究

摘要

QoS与流量工程(TE)是目前IP骨干网络中最具有挑战性的问题之一,以多协议标记交换(MPLS)所组成的IP骨干网络被称为下一代IP骨干网络技术的核心,MPLS下的QoS和流量工程既不同于传统IP分组交换下的QoS和流量工程,又不同于ATM网络下的QoS和流量工程.因此,MPLS下的QoS和流量工程是取决于MPLS能否最终成为下一代IP骨干网络技术的关键.该文从分析当前IP网络面临的挑战出发,针对传统IP网络中的存在的问题,进行了系统而深入的研究.主要内容包括:下一代IP骨干网络技术原理特点、MPLS网络下的QoS模型、公平带宽分配和拥塞控制策略、MPLS流量工程测试和实施策略以及MPLS VPN的应用及其特点.首先,深入研究了传统IP网络的特点与存在的问题,引出了下一代IP骨干网络的转发服务模型即基于多协议标记交换(MPLS)技术的转发服务模型.显示路由和QoS约束路由是多协议标记交换(MPLS)网络技术的特点.其次,分析了IETF提出的综合服务模型(IntServ)和差分服务模型(Diffserv),给出了多协议标记交换(MPLS)下QoS模型.重点分析了多协议标记交换(MPLS)和差分服务模型(Diffserv)结合的关键问题.为了改善IP骨干网络中拥塞控制,针对目前IP拥塞控制算法如先进先出算法(FIFO)、赤字循环轮询算法(DRR)、随机早期检测算法(RED)、公平随机早期丢弃算法(FRED)等存在的问题即骨干路由器需要保留每个信息流的状态、实现比较复杂.给出了状态无关核心路由器公平分配带宽算法(CSFQ)及其仿真,仿真结果表明:CSFQ算法的性能明显地优于FIFO、RED、FRED,CSFQ在公平带宽分配方面与DRR算法接近且容易实施.最后作者提出了MPLS下的CSFQ和Diffserv的结合方法和实施策略.接着作者搭建了以Juniper M20为核心路由器、Cisco7507为边缘路由器的MPLS实验网络并对其进行了QoS和流量工程测试,测试结果表明:以Juniper M20为核心路由器,Cisco7507为边缘路由器以及RSVP为LDP的MPLS系统在QoS和流量工程的运行是可行的、有效的.最后,作者深入讨论了虚拟专用网络(VPN)的关键技术,给出了基于以Juniper M20为核心路由器、Cisco7507为边缘路由器的MPLS网络所组成的MPLS VPN的原理其特点以及在其环境下进行了测试,测试结果表明:建立在对等模型基础上的无连接的MPLS VPN必将是一个发展趋势.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1引言

1.2 Internet 协议

1.3当前IP网络面临的问题

1.3.1传统IP组网模式的缺陷

1.3.2 IP与ATM竞争到结合最终走向MPLS的发展

1.4 MPLS络技术及其优点

1.4.1 MPLS的基本思想和发展过程

1.4.2 MPLS网络的原理

1.4.3 MPLS在Internet服务质量方面的特点

1.5 MPLS网络与IP传统组网模式的比较

1.5.1传统路由器与标签交换路由器(LSR)的本质区别

1.5.2 MPLS网络与传统路由器组网的比较

1.5.3 MPLS网络与重叠模式的比较

1.5.4逐跳路由和显式路由及层次转发

1.5.5 MPLS尚需完善的重要工作

1.6本文的主要工作及其组织结构

2MPLS网络的QoS技术

2.1引言

2.2 QoS资源控制与管理技术

2.2.1连接接纳控制与业务整形

2.2.2 QoS选路和资源预留

2.2.3基于QoS的传输调度与拥塞控制

2.3 MPLS网络环境下的QoS控制技术

2.3.1综合服务模型Intserv的QoS机制

2.3.2 Intserv在MPLS网络中的实现

2.3.3 Diffserv QoS保证机制

2.3.4用于Diffserv模型中的一些基本概念

2.3.5 LDP为支持Diffserv而进行的扩展

2.3.6 Diffserv Over MPLS网络模型

2.3.7 Diffserv Over MPLS模型的QoS机制

2.4分类业务机制实施中注意的问题

2.5本章小结

3拥塞控制和带宽分配策略的研究

3.1引言

3.2网络拥塞控制算法

3.2.1 TCP基于窗口的端到端的拥塞控制机制

3.2.2 IP拥塞控制机

3.3状态无关的核心路由器公平排队算法

3.3.1流量模型的建立

3.3.2数据包级CSFQ模型的建立

3.4 CSFQ排队算法的实现和实例分析

3.5 CSFQ算法仿真

3.5.1单链路拥塞情况

3.5.2多链路拥塞情况

3.5.3仿真结果分析

3.6 MPLS下的CSFQ和Diffserv结合

3.6.1核心路由器对标记流的处理

3.6.2标记流和非标记流带宽分配策略

3.7本章小绪

4MPLS流量工程

4.1引言

4.2流量工程概述

4.2.1基本概念

4.2.2流量工程性能目标

4.2.3网络流量工程的要求

4.3传统路由器核心的Internet流量工程技术

4.3.1传统流量工程(TE)原理

4.3.2传统路由控制技术的局限性

4.4 IP/ATM重叠模型解决Internet流量工程

4.5为什么选用MPLS实现流量工程

4.6 MPLS流量工程

4.6.1 MPLS流量工程基本问题描述

4.6.2 MPLS流量工程原理

4.6.3 MPLS流量工程的优势

4.6.4 MPLS流量工程对信令的选择

4.6.5基于RSVP-TE信令的MPLS流量工程

4.6.6 MPLS流量工程与IGP的关系

4.6.7 MPLS自愈恢复

4.6.8 MPLS负载均衡

4.6.9链路状态路由协议的选择

4.7流量工程TE的测试

4.7.1 MPLS网络系统的测试

4.7.2流量工程中带宽的测试

4.8 MPLS骨干网络中流量工程的实施方法

4.8.1 MPLS网络实施流量工程的一般问题

4.8.2网络中各个路由器运行的协议及其相互关系

4.8.3流量工程的实施策略

4.9本章小结

5MPLS-VPN应用分析

5.1引言

5.2 VPN的模型及其关键技术分析

5.3 MPLS-VPN原理及其特点

5.3.1 MPLS-VPN原理

5.3.2 MPLS-VPN特点

5.4 MPLS VPN安全性分析

5.4.1利用BGP满足MPLS VPN安全性需求

5.4.2利用IP地址解析满足VPN安全性需求

5.4.3 IPsec加密技术满足MPLS VPN高安全性需求

5.5 MPLS VPN测试

5.6 MPLS VPN优点

5.7 MPLS VPN在QoS方面的保证

5.8 MPLS VPN实施和应用

5.8.1 MPLS VPN实施步骤

5.8.2 MPLS VPN应用范例

5.9本章小结

6全文总结

致 谢

参考文献

附录1攻读学位期间完成的学术论文和课题研究