基于MPLS的QoS機制研究

張國欣　王恒　史亞晨

【摘要】MPLS是保證QoS實現(xiàn)的一種關鍵技術。通過合理配置MPLS，使數(shù)據(jù)包的交換以標簽為基礎進行路由交換。MPLS利用網(wǎng)絡核心的交換技術和網(wǎng)絡邊緣的路由技術，通過對網(wǎng)絡流量進行合理的控制，使流量均衡地分布在網(wǎng)絡上，從而提高網(wǎng)絡整體性能。當網(wǎng)絡有實時業(yè)務傳輸?shù)男枨髸r，QoS保障是必需的。

【關鍵詞】多協(xié)議標記交換 服務質(zhì)量

伴隨著多媒體技術的蓬勃發(fā)展，Internet上多媒體的應用層出不窮，多媒體信息的數(shù)量與日俱增，Internet逐步由單一的數(shù)據(jù)傳送網(wǎng)向數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體信息的綜合傳輸網(wǎng)演化。新業(yè)務對網(wǎng)絡提出了新的服務質(zhì)量的要求，不僅要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，還要求數(shù)據(jù)傳輸過程的實時性和可預見性。多協(xié)議標記交換（MPLS）技術實現(xiàn)的新一代網(wǎng)絡具有靈活路由、高速交換以及服務質(zhì)量和流量控制等性能，能夠滿足用戶在IP網(wǎng)上開展各種新業(yè)務所要求的服務質(zhì)量保證，因此，可以用來在網(wǎng)絡中支持QoS的實時業(yè)務，MPLS成為網(wǎng)絡優(yōu)化和提供服務質(zhì)量的首選技術。

一、服務質(zhì)量（QoS）

QoS（Quality of Service）即服務質(zhì)量，是網(wǎng)絡在傳輸數(shù)據(jù)時要求滿足的一系列服務要求，是用來解決網(wǎng)絡延遲和阻塞等問題的一種技術，具體可量化為帶寬、延遲、延遲抖動、丟包率、吞吐量等性能指標。

不同的業(yè)務對上述每個指標的敏感程度是不同的。網(wǎng)絡在承載不同業(yè)務時需提供不同的質(zhì)量保證，根據(jù)預先協(xié)商好的條件對不同的數(shù)據(jù)流進行有區(qū)別的傳輸服務。不同的通信網(wǎng)絡對服務質(zhì)量的要求各不相同。QoS的目標是對特定業(yè)務提供專用的帶寬、降低報文傳送時延和抖動、減小丟包率，提供更好的和可預測的網(wǎng)絡服務。正常情況下，如果網(wǎng)絡的應用系統(tǒng)無時間限制，則不需要QoS，關鍵應用和多媒體應用就相當有必要。當網(wǎng)絡發(fā)生過載或擁塞時，QoS能保證重要業(yè)務量不受延遲，數(shù)據(jù)包不被丟棄，從而保證網(wǎng)絡的高效運行。

二、MPLS網(wǎng)絡協(xié)議

MPLS（（Multi—Protocol Label Switching）即多協(xié)議標記交換，是IP通信領域中的一項技術，在開放的通信網(wǎng)上利用標簽引導數(shù)據(jù)高速、高效的傳輸。它采用集成模式，通過在數(shù)據(jù)包內(nèi)部引入標簽的機制，將IP技術和ATM技術良好地結合在一起，具有高速交換、QoS性能、流量控制以及快速收斂性和可擴展性，可支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議及不同的路由協(xié)議。與傳統(tǒng)IP路由方式相比，它在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時，只在網(wǎng)絡邊緣分析IP報文頭，而不用在每一跳都分析ip報文頭，節(jié)約了處理時間。它的價值在于提供IP業(yè)務時確保QoS和安全性。

MPLS網(wǎng)絡與傳統(tǒng)網(wǎng)絡的不同主要在于MPLS域中使用了標簽交換路由器（LSR），MPLS域內(nèi)部的LSR之間使用MPLS協(xié)議進行通信，而在MPLS域的邊緣由MPLS邊緣路由器進行與傳統(tǒng)IP技術的適配。MPLS網(wǎng)絡中只需要在網(wǎng)絡入口的邊界標簽交換路由器（LER）處做一次IP分組到FEC的映射，再將FEC編碼成定長的標簽編碼，并把標簽插入到IP分組頭中，沿著標簽交換路徑（LSP）的后繼節(jié)點不再對整個分組頭進行分析，而是用輸入分組頭的標簽作為索引，查找下一跳的新標簽，然后用新標簽取代舊標簽后，將分組轉(zhuǎn)發(fā)出去，直到LSP的出口，剝?nèi)撕灒瑢⒎纸M轉(zhuǎn)發(fā)給外部路由器。

三、服務模型與MPLS相結合保證QoS

MPLS作為下一代網(wǎng)絡的核心技術，其網(wǎng)絡中的QoS保證機制主要有：MPLS流量工程、基于MPLS的QoS服務模型（綜合服務IntServ和區(qū)分服務DiffServ）及區(qū)分服務感知的流量工程（DS-TE）技術。基于MPLS網(wǎng)絡的QoS服務模型的研究分析，對于多業(yè)務網(wǎng)絡的QoS保證具有極為重要的意義。

1、IntServ模型與MPLS相結合保證QoS

要在MPLS網(wǎng)絡中實現(xiàn)IntServ，關鍵在于把標簽請求、標簽捆綁與一定的QoS參數(shù)結合起來，從而在建立LSP的過程中實現(xiàn)資源預留，使得建立的LSP具有QoS保證，擴展的RSVP協(xié)議利用擴展的PATH消息和RESV消息很好地解決了這個問題，因此IntServ模型在MPLS網(wǎng)絡中的實現(xiàn)基本上都是采用RSVP-TE協(xié)議建立具有QoS保證的LSP。

基于MPLS的IntServ模型的中間各節(jié)點（（LSR）只需根據(jù)標簽進行標簽交換操作，減輕了中間路由器負擔，增強了網(wǎng)絡的擴展性。同時，在MPLS中還可以利用轉(zhuǎn)發(fā)等價類（（FEC）進行轉(zhuǎn)發(fā)，以減少資源消耗，提高網(wǎng)絡性能，相對地提高了網(wǎng)絡的QoS保證能力。然而IntServ模型在MPLS中的通路合并涉及修改合并點到出口點間的LSP預留資源，同時要求在修改LSP完成以前不能中斷原有LSP上的數(shù)據(jù)傳輸及服務質(zhì)量，實現(xiàn)起來有一定的難度。

2、DiffServ模型與MPLS相結合保證QoS

MPLS的網(wǎng)絡模型和DiffServ模型具有很多相似性。MPLS網(wǎng)絡中的標簽分配機制和DiffServ網(wǎng)絡中對IP包的服務質(zhì)量分類非常相似。DiffServ的邊緣路由器將數(shù)據(jù)流按類別分類，映射到DSCP; MPLS的邊緣路由器將數(shù)據(jù)流按照FEC分類，映射到標簽。在核心路由器上，DiffServ基于DSCP進行調(diào)度和丟包;MPLS基于標簽進行交換轉(zhuǎn)發(fā)。這些都為二者的結合提供了便利。MPLS與DiffServ的控制機制也非常類似，復雜的運算工作由網(wǎng)絡的邊緣節(jié)點來完成，核心路由器的處理工作相對簡單，可擴展性較強。因此，MPLS網(wǎng)絡很適合做DiffServ的載體，同時，MPLS也能對DiffServ提供很好的支持。

DiffServ和MPLS結合后，MPLS中的LSR既要負責標簽交換，又要完成區(qū)分服務，可以提供更好的端到端的QoS保證。MPLS在IP網(wǎng)絡中引入面向連接的機制，采用建立LSP來轉(zhuǎn)發(fā)分組，能夠明確指示從源端到目的端的路由，這使得在MPLS中的區(qū)分服務能夠解決面向無連接的傳統(tǒng)IP無法保證QoS的問題。

參考文獻：

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[2]張育峰.基于MPLS的QoS機制研究及其實現(xiàn)[D].浙江大學，2008.