基于MPLS网络负载均衡与QoS研究

摘要

随着网络用户和网络应用的规模呈爆炸性增长，网络运营商不得不投入大量的成本升级、扩容现有网络，以满足用户日益增长的带宽需求。但是网络设备的升级改造却远远赶不上用户规模和网络应用的增长速度，加之传统IP网络在设计上的不足，导致传输过程中出现了大量的网络拥塞，引起服务质量的降级，但于此同时，网络中部分路径却处于空闲状态，没有得到充分的利用。
　　MPLS是一项利用绑定在数据包外部的标签值进行快速报文转发的方式。流量工程是一项通过对流量的控制，以优化网络资源利用率和降低网络拥塞等为目标的网络工程技术，负载均衡则是其非常重要的组成部分。基于MPLS的流量工程可以利用MPLS提供的显式标签交换路径机(ER-LSP)制建立多条显式路径，将指定业务流量映射到建立好的路径上以平衡网络负载。
　　但是，传统的显式路径建立机制是一种相对静态的方式，一条ER-LSP一旦建立完成后，就不能根据网络的实时情况自动动态调整所经过的路径，导致拥塞问题依旧存在。因此，本文研究了在MPLS下的负载均衡，以及对ER-LSP的动态调整的方案和策略。具体而言，本文的主要工作有:
　　(1)研究总结了MPLS技术和现有的基于MPLS的负载均衡算法或方案，并指出了这些算法或方案的局限。提出了经本文改进后适合LSP路由选择的最小带宽利用率路由选择算法，并提出了基于优先级的LSP调度算法LBSA(LSP-based Load BalancingSchedule Algorithm)。
　　(2)针对在路径切换过程中可能会对业务流量的服务质量造成重大影响问题，本文提出了两种标签交换路径切换方案ADJUST_EXP和REBUILD_LSP，通过实验评估了两种方案对丢包率和失序率的影响。通过实验结果和理论分析，找出了影响丢包率的三个关键因素。通过该研究得出，在对网络拥塞进行调整的过程中，使用REBUILD_LSP方案造成的丢包是非常低的，对原有业务流量的服务质量影响很低。
　　(3)设计和实现了一个基于网络监控、评估反馈、动态调整的MPLS网络负载均衡原型系统。该系统可扩展性好，对现有网络要求低，只需网络支持MPLS-TE特性，开启SNMP代理和Telnet远程登录操作功能。该系统也可以作为一个LSP隧道建立工具使用，并具备一定的网络性能监测功能。最后的实验表明通过基于带宽利用率的选路算法和本系统的动态负载调度，能在一定程度上减轻网络拥塞，提高网络资源的利用率和服务质量。

目录

声明

摘要

缩略词对照表

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目标和主要内容

1．2．1 研究目标

1．2．2 研究内容

1．3 论文结构

第二章 背景知识概述

2．1 服务质量

2．1．1 基本概念

2．1．2 QoS服务模型

2．2 MPLS技术

2．2．1 MPLS基本思想

2．2．2 MPLS节点结构

2．2．3 MPLS的关键组件

2．2．4 LSP的建立过程

2．2．5 MPLS小结

2．3 SNMP协议

2．3．1 SNMP协议概述

2．3．2 SNMP的组成

2．3．3 管理信息库MIB

2．3．4 SNMP操作

2．4 Telnet协议

2．5 小结

第三章 关键问题研究

3．1 研究现状

3．2 负载均衡方案

3．2．1 设计思想

3．2．2 相关定义

3．2．3 负载均衡调度算法

3．3 LSP切换方案研究

3．3．1 相关概念

3．3．2 LSP切换方案

3．3．3 切换方案评估实验

3．3．4 实验结果分析

3．4 小结

第四章 系统分析与设计

4．1 系统总体设计

4．2 系统功能结构设计

4．2．1 流量采集监测

4．2．2 网络管理控制

4．2．3 用户界面

4．3 网络流量信息采集

4．3．1 流量信息采集技术概述

4．3．2 有关信息采集的探讨

4．4 远程操作路由器的方法

4．5 小结

第五章 系统实现及测试

5．1 实验环境简介

5．2 流量采集监测的实现

5．2．1 采集模块的实现

5．2．2 计算模块的实现

5．2．3 异常监测模块的实现

5．3 网络管理控制的实现

5．3．1 拓扑管理和网络监测模块

5．3．2 路径计算的实现

5．3．3 LSP管理的实现

5．3．4 负载均衡调度

5．4 用户界面的实现

5．5 系统测试

5．5．1 功能测试

5．5．2 集成测试

5．6 小结

第六章 总结与展望

6．1 本文主要工作

6．2 未来工作展望

致谢

参考文献