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Diffserv體系結(jié)構(gòu)中路由器的實(shí)現(xiàn)

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服務(wù)提供商和企業(yè)一般建造并維護(hù)不同的網(wǎng)絡(luò)來(lái)承載語(yǔ)音、視頻、要害任務(wù)和非要害任務(wù)通信 ， 然而現(xiàn)在越來(lái)越趨向于將所有這些網(wǎng)絡(luò)融合為單一的基于分組的IP網(wǎng)絡(luò) 。
最大的IP網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然是Internet ， 它的使用和基于Internet的應(yīng)用的數(shù)量在過(guò)去幾年里呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng) 。由于Internet和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的持續(xù)發(fā)展 ， 人們提出了非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用 ， 例如IP語(yǔ)音( VoIP) 以及視頻會(huì)議 。天天都有越來(lái)越多的用戶和應(yīng)用出現(xiàn)在Internet上 ， 所以Internet需要能夠同時(shí)支持已有的和新出現(xiàn)的應(yīng)用和服務(wù) 。然而 ， 當(dāng)前的Internet只能夠提供盡力而為的服務(wù) ， 而盡力而為的服務(wù)并不提供關(guān)于數(shù)據(jù)分組何時(shí)或是否被傳送給接收方的服務(wù)保證 。
1994年 ， IETF成立了Intserv (集成服務(wù)) 工作組 ， 擴(kuò)展Internet服務(wù)模型 ， 以更好地滿足新出現(xiàn)的各種語(yǔ)音/視頻應(yīng)用程序的需要 。它的目標(biāo)是清楚地定義新的增強(qiáng)型Internet服務(wù)模型 ， 并為應(yīng)用程序提供使用路由器支持機(jī)制和子網(wǎng)技術(shù)表達(dá)端到端資源要求的手段 ， 旨在分別治理需要特定QoS的流 。但I(xiàn)ntserv模型要求在Internet上保證每個(gè)流的QoS ， 由于現(xiàn)在的Internet上有成千上萬(wàn)的流 ， 因此路由器需要的狀態(tài)信息量非凡大 。隨著流數(shù)目的增加 ， 狀態(tài)信息量也將增加 ， 這將導(dǎo)致擴(kuò)展性問(wèn)題 ， 從而使得Interserv難以在Internet上部署 。1998年 ， IETF成立了Diffserv（區(qū)分服務(wù)）工作組 。Diffserv是聯(lián)系Intserv的保證QoS要求和目前Internet所提供的盡力而為服務(wù)的橋梁 ， 通過(guò)將通信分成幾類并為之提供相關(guān)的服務(wù)優(yōu)先級(jí)來(lái)區(qū)分通信 。
一、Diffserv體系結(jié)構(gòu)原理
區(qū)分服務(wù)（Diffserv）模型的提出源于集成服務(wù)模型暴露出的種種缺陷 ， IETF為此制定這個(gè)相對(duì)擴(kuò)展性較強(qiáng)的方案來(lái)保證IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量QoS 。
Diffserv體系模型的核心思想是：在網(wǎng)絡(luò)邊界將數(shù)據(jù)流按QoS要求進(jìn)行簡(jiǎn)單分類 ， 不同的類別在內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的每次轉(zhuǎn)發(fā)中實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)發(fā)特性 。Diffserv體系使得ISP能夠提供給每個(gè)用戶不同等級(jí)和質(zhì)量的服務(wù) 。用戶（或網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)）通過(guò)設(shè)置每個(gè)數(shù)據(jù)包的DS字段（IPv4首標(biāo)中的服務(wù)類型（ToS）字段或Ipv6首標(biāo)中的通信類（Traffic Class）字段）的值要求特定的服務(wù)等級(jí) 。其中 ， 被設(shè)置的DS字段被稱為區(qū)分服務(wù)碼點(diǎn)（DSCP） 。在每個(gè)支持Diffserv的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中 ， 這個(gè)DS值將數(shù)據(jù)報(bào)映射到一類轉(zhuǎn)發(fā)行為PHB(Per-Hop Behavior)中去 ， 從而在轉(zhuǎn)發(fā)中區(qū)別對(duì)待 。用戶和ISP之間有一個(gè)協(xié)定 ， 此協(xié)定規(guī)定了該用戶在每個(gè)服務(wù)等級(jí)上所能發(fā)送的最大數(shù)據(jù)率 。超過(guò)此最大速率的數(shù)據(jù)包或被丟棄 ， 或無(wú)法享受到它所要求的服務(wù) 。Diffserv網(wǎng)絡(luò)最大的特征是其可擴(kuò)容性 。此體系將許多復(fù)雜的控制移到了網(wǎng)絡(luò)邊界 ， 使內(nèi)部節(jié)點(diǎn)能對(duì)疊加之后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理 ， 而不必對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)流分別處理 ， 從而大大減小了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部應(yīng)該記錄的狀態(tài) ， 簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的操作 。
在Diffserv體系中定義了三種服務(wù)質(zhì)量,分別為盡力而為服務(wù)（BE）、獎(jiǎng)賞服務(wù)（EF）和保證服務(wù)（AF） ， 其中獎(jiǎng)賞服務(wù)是指將網(wǎng)絡(luò)帶寬中的一小部分帶寬分配給獎(jiǎng)賞服務(wù)用戶使用 ， 主要用于實(shí)時(shí)服務(wù)；而保證服務(wù)是提供比盡力而為服務(wù)盡可能好的服務(wù)質(zhì)量 ， 其與盡力而為服務(wù)的區(qū)別在于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)先丟棄盡力而為分組 。
二、 Diffserv體系結(jié)構(gòu)中路由器的實(shí)現(xiàn)
邊緣路由器的實(shí)現(xiàn)機(jī)制 。分組由輸入接口進(jìn)入路由器進(jìn)行處理 ， 最后通過(guò)輸出接口對(duì)分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā) 。
首先 ， 分組從輸入接口進(jìn)入路由器 ， 路由器中的分類器將對(duì)分組的IP報(bào)頭中的DS字段的數(shù)值進(jìn)行檢查 ， 對(duì)分組進(jìn)行分類 。分組分類后進(jìn)入標(biāo)記模塊 ， 標(biāo)記器的工作過(guò)程 ， 在標(biāo)記器中對(duì)AF分組使用RIO算法（該算法將在下一章具體介紹） ， 而AF和Best Effort分組直接輸出 。AF分組進(jìn)入標(biāo)記器后 ， 標(biāo)記器檢查是否有足夠的令牌轉(zhuǎn)發(fā)該分組 ， 若有足夠的令牌 ， 則該分組直接進(jìn)入輸出接口轉(zhuǎn)發(fā)；若沒(méi)有足夠的令牌 ， 則標(biāo)記器將該分組標(biāo)記為Best Effort(Out)分組后 ， 再輸出該分組 。分組標(biāo)記后 ， 假如分組為EF分組 ， 則分組將送到測(cè)量器模塊 ， 若分組為Best-Effort或AF分組 ， 則該分組將被直接送到轉(zhuǎn)發(fā)模塊 。測(cè)量器模塊使用令牌桶機(jī)制 ， 令牌桶包括兩個(gè)參數(shù)：令牌產(chǎn)生速率和令牌桶容量 。令牌桶以指定速率產(chǎn)生 ， 當(dāng)令牌桶滿時(shí) ， 產(chǎn)生的令牌將全部丟棄 。當(dāng)分組到達(dá)測(cè)量器時(shí) ， 測(cè)量器檢查是否有足夠的令牌 。若沒(méi)有足夠的令牌 ， 則分組將被丟棄；若有足夠的令牌 ， 則分組將進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)模塊 。轉(zhuǎn)發(fā)模塊的功能是查找路由器 ， 找出轉(zhuǎn)發(fā)分組的輸出接口 。整形器的實(shí)現(xiàn)與測(cè)量器相似 ， 其與測(cè)量器的不同之處在于測(cè)量器當(dāng)沒(méi)有令牌時(shí)丟棄分組 ， 而整形器卻將分組首先放到緩沖區(qū)內(nèi) ， 當(dāng)令牌桶有足夠令牌時(shí)再將分組轉(zhuǎn)發(fā) ， 只有當(dāng)緩沖區(qū)滿時(shí)才會(huì)丟棄分組 。

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