基于区分服务的分组标记及队列调度策略研究

基于区分服务的分组标记及队列调度策略研究

摘 要：本文针对区分服务技术的原理和实现，对其体系结构进行分析，包括区分服务的基本原理、体系结构及其支持的服务，研究其实现IPQoS的各种控制策略，通过对分组标记算法的带宽分配公平性分析，提出相应的解决方案，分析SRTCM标记器的工作原理以及标记算法带宽分配公平性问题，通过仿真测试得到WRR调度各业务时，其带宽分配公平性问题。

关键词：区分服务；标记策略；队列调度；网络仿真 中图分类号：TN915 1 介绍

因特网业务的多样化、信息量迅速增长和网络规模的不断扩大，要求因特网能提供一定服务质量的保证。国际工程任务小组IETF曾经针对这个问题，多次提出解决方案。但是只有区分服务体系结构能够在提供一定粒度的QoS保证的同时，还能保证较好的可扩展性和简单性，因而被认定是下一阶段IP骨干网的首选实现方案。 2 区分服务的概述

区分服务，英文简写做DiffServ，定义如下：“各个数据流在区分服务域的边界在调节和整形之前，被分类，继而被

划分成各不相同的行为聚流，而在标识这些行为聚流时，是使用不相同的服务码点，即DSCP来进行的，之后路由器会按照DSCP标识的情况，针对每个行为聚流的每跳行为进行不同的实施，以此作为依据，区分行为聚流服务的等级。同时，由于数据流存在隶属一个行为聚流的情，这种数据流被称作是微流，各个微流之间共同使用路由器，以使用分配给聚流的宽带和资源。同时因为微流存在特性和要求之间的不同，这些不同主要表现在回路响应时间、包长度、是否有拥塞控制机制问题上，使得在争用带宽时会产生不同的竞争能力。”

DiffServ体系结构如图1所示。 图1 区分服务体系结构框架图

区分服务是按照层次结构的体系进行构建的，分为DS区、DS域。

DiffServ中功能模块的构成情况边缘路由器和核心路由器的功能组成，边缘路由器由分类器、业务调节器、调度器构成。核心路由器的功能较简单，只包括DSCP分类器和调度器。

3 系统设计与完成 3.1 系统设计

针对在网络发生拥塞的时候，UDP流会占用比TCP流多的带宽，导致造成带宽分配不平等的问题，本文提出对标

记策略进行修改来解决，在标记丢弃优先级时，将UDP流标记为较高的，而将TCP流标记为较低的。

另外，在对DiffServ域的边缘路由器标记器的标记策略进行修改时，如果是TCP流，则把应该标识成黄色和红色的信息包，全部标记为黄色，如果是绿色的，那么就保持不变；如果是UDP流，则把应该标记成绿色的信息包，标记成黄色，而把应该标记成红色或者黄色的信息包，全部标记上红色。

本文在分析了DiffServ中每个PHB的特点之后，提出并设计出一类适合DiffServ的两级多业务调度方案，即PRI/DWRR+。

本文在上述对DiffServ的研究改进中，对改进后的方案仿真测试都是在NS（Network Simulator V2）中进行的，由于在NS2的DiffServ模块中，并不具备改进方案的测试环境，因此有必要对NS2进行相应的改进与完善。主要对NS2中DiffServ的分组标记、队列管理、队列调度进行改进与扩展：对NS2中区分服务dsRED模块的改进；修改标记算法SRTCM的标记策略模块；将改进后的标记策略加入到NS2中的DiffServ实现模块。

目前在NS2中已经提供了一些支持区分服务的C++类模块如边界路由器、核心路由器、调节器、RED算法等，通过调用这些模块，可以实现区分服务的一系列控制策略如分组

标记、队列调度、拥塞控制机制等来提供QoS保证。 在Linux环境下安装ns-allinone-2.26，其中ns-2.26目录下提供的DiffServ模块的框架结构。 3.2 系统仿真测试 3.2.1 标记策略的仿真测试

为简化讨论且能够体现一般情况，本文只对聚流的以下构成情况进行仿真，使用的聚流由两个UDP流和两个TCP流组成。仿真过程中，使用拓扑结构。其中，边缘路由器中的标记器采用SRTCM单速率三色标记器。

设由节点Si发送到节点Di的IP包形成信息流i（i=1，2，3，4），用Fi来表示。并设各Fi（i=1，2，3，4）在经过如图2-3所示的边缘路由器E1后，形成同一聚流C，用同一个DSCP码点来表示。一个Fi流为一个TCP流或一个UDP流，用li和vi分别表示其包长度和发送速率。当Fi为TCP流时，分别用wndi和rtti来表示其窗口最大值和回路往返时间。并假设组成TCP流的为长度恒定的FTP包，组成UDP流的为速率和长度均恒定的CBR包。

仿真时间30s，CIR=3Mbps，CBS=2KB，EBS=3KB。队列管理策略均采用“丢尾”策略。 3.2.2 DWRR+仿真测试

关于AF业务DWRR+算法的仿真拓扑图如图2所示。 图2DWRR+调度AF流仿真网络拓扑图