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基于模拟方法的网络区分服务技术研究

作　者: 杨光华
导　师: 王行刚
学　校: 中国科学院研究生院（计算技术研究所）
专　业: 计算机网络
关键词: 区分服务(DiffServ) 服务质量(QoS) 网络系统设计网络模拟
分类号: TP393.06
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

随着信息网络的迅速发展,语音、数据和视频信息都将汇集到一个宽带的、基于IP的网络之上。但传统的IP网络只能提供“尽力而为(best effort)”的服务,对服务质量(Quality of Service,QoS)基本上没有保证,为多业务IP网络的发展和实施带来了巨大的困难。区分服务(Differentiated services,DiffServ)技术是一项非常重要和有前景的QoS保证技术,其实施简单且扩展性好,非常适合在多业务的IP广域网和企业专用网中应用。现在,InternetII也建立了Qbone以测试区分服务技术在下一代网络中工作的情况。本文主要研究了在网络中如何应用区分服务技术以保证实时业务的QoS和区分服务技术在节省网络带宽资源方面的优点。区分服务技术可以将网络中常见的三类应用VoIP、视频、WWW数据业务分为不同的服务级别。每个级别的业务有不同的QoS要求,对于优先转发(EF)业务VoIP,主要是端到端的延迟、延迟抖动和丢包率;而视频业务一般需要网络提供较低的时延,保证实时性即可,在网络中可作为确保转发(AF)级别来转发;普通的WWW数据业务无QoS要求。本文是通过网络模拟的方法,并结合多业务企业网的网络方案对DiffServ技术进行研究的。模拟试验将网络模拟研究软件NS作为研究工具,为了试验的需要,对NS中已有的DiffServ基本实现进行了功能扩充和修改;并且根据实际应用和具体网络的情况对常见的几种网络业务(包括VoIP、视频、WWW、FTP、Telnet等)的行为特征进行了研究和分析,为网络模拟试验提供了较为真实的流量模型。为研究如何在网络中实施DiffServ技术,以及DiffServ技术在带宽节省和QoS保证方面的优点,模拟试验测量了三种网络情况下的QoS需求与网络带宽之间的关系,这三种网络方案分别是:(i)VoIP、视频、WWW三种网络业务独立传输(ii)三种业务在同一个无DiffServ支持的网络上传输(iii)三种业务在同一个有DiffServ支持的网络上传输(三个服务级别分别为:EF-VoIP业务,AF-视频业务,BE-WWW数据业务)。研究发现:无DiffServ支持的网络为满足各种实时业务的QoS要求,需要提供比较多的网络带宽;并且网络流量无法控制,带宽利用率低,带宽资源浪费比较严重。而有DiffServ支持的网络在QoS保证和带宽节省方面有明显的优势,一方面VoIP业务时延、抖动和丢包率比较低,并且基本上都在一定范围内,流量得到了较好的控制;另一方面网络所需带宽大约节省了40%。通过本文的模拟研究可以看到:在多业务企业网中引入DiffServ技术不仅可以显著节省网络带宽资源,从而节省企业的网络开支;同时也可以较好的控制和保证VoIP、视频等实时性业务的QoS。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章引言  8-11
  1.1 课题概述  8-9
  1.2 研究的目的与意义  9
  1.3 本文组织与结构  9-11
第二章 IP 网络的QoS 体系结构  11-21
  2.1 IP QoS 技术的提出及发展  11-12
  2.2 集成服务体系结构  12-14
    2.2.1 网络模型  12
    2.2.2 服务模型  12-13
    2.2.3 RSVP 信令协议  13-14
  2.3 区分服务体系结构  14-19
    2.3.1 区分服务的工作原理  15-16
    2.3.2 术语  16-17
    2.3.3 加速转发  17-18
    2.3.4 确保转发  18-19
  2.4 总结  19-21
第三章 DiffServ 路由器的关键组成和原理  21-37
  3.1 普通路由器  21-22
  3.2 DiffServ 路由器  22
  3.3 分类  22-25
    3.3.1 分类关键字和分类规则  23
    3.3.2 服务类和业务类  23-24
    3.3.3 区分服务域  24
    3.3.4 多域分类  24-25
  3.4 计量  25-27
    3.4.1 分层描述  26-27
    3.4.2 标记  27
  3.5 整形  27-28
    3.5.1 为什么用整形  27-28
    3.5.2 调度器和漏桶  28
    3.5.3 丢弃器  28
  3.6 队列管理  28-32
    3.6.1 避免再排序  29
    3.6.2 减少队列占有率  29-30
    3.6.3 随机早期探测  30-32
  3.7 调度  32-37
    3.7.1 简单的调度  33-34
    3.7.2 自适应调度器  34-37
第四章 DiffServ 在NS 中的实现  37-56
  4.1 NS 网络模拟器介绍  37-39
    4.1.1 NS 的特点  37-38
    4.1.2 NS 提供的支持  38
    4.1.3 软件结构  38-39
  4.2 NS 的功能扩展  39-42
    4.2.1 类的分层结构  39-40
    4.2.2 节点类的分层结构  40-41
    4.2.3 功能扩展的方法  41-42
  4.3 NS 中 DiffServ 原型系统的实现  42-56
    4.3.1 主要设计思想  43-44
    4.3.2 基本实现  44-48
    4.3.3 功能扩展  48-56
第五章网络模拟研究  56-77
  5.1 网络模拟试验设计  56-68
    5.1.1 多业务企业网与拓朴  56-58
    5.1.2 流量模型和 QoS 指标  58-68
  5.2 模拟结果与分析  68-77
    5.2.1 方案一  68-71
    5.2.2 方案二（无 DiffServ 支持的网络）  71-72
    5.2.3 方案三（有 DiffServ 支持的网络）  72-76
    5.2.4 总结  76-77
第六章结束语  77-79
  6.1 总结  77
  6.2 下一步研究工作  77-79
参考文献  79-80
致谢  80-81
作者简历  81

基于模拟方法的网络区分服务技术研究

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