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DiffServ网络中病态流的控制 奇兰涛 天津大学计算机系研2000 课题研究背景 QoS及DiffServ Internet近年来以惊人的速度蓬勃发展,同时伴随多媒体技术的飞速发展，Internet上多媒体应用层出不穷，且多媒体信息的数量与日俱增。Internet已逐步由单一的数据传送网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化。但Internet中现有的传输模式仍为单一的尽量做好（best-effort）服务，无法满足多媒体应用和各种用户对网络应用服务质量的不同要求。所以关于如何提供满意的网络应用服务质量(QoS)，已经成为Internet发展的重要方向。 所谓服务质量QoS，是指服务性能的聚集效应，它决定用户对特定服务的满意程度。服务质量不单单是网络的事情，而是应用程序、用户终端、网络、服务器各部分的综合效应。从网络提供的角度来说, 可以通过控制一些具体的、可度量的、可量化的参数来提供服务质量，如传输延迟、抖动、丢失率、带宽要求、吞吐量等指标。 不同应用、不同用户对网络服务质量（QoS）要求不同。因此近年来，人们进行了大量的关于在互联网中提供多等级服务的体系结构的研究。提供多等级服务及QoS有两种基本方法：InterServ 及DiffServ。由于InterServ需要路由器维护每个流的状态，其扩展性成为一个难以解决的问题。随后人们提出了DiffServ的方法。DiffServ的目标在于以一种可扩展的体系结构在IP网络中实现多等级服务[1]。DiffServ基于以下基本模型：业务进入网络后在边缘路由器处被分类并进行适当的调节，并被分到不同的行为集合，同一行为集合中的分组在网络中受到相同的对待，每个行为集合有唯一的DSCP (Differentiated Services Code Point) ，而网络核心路由器根据与DSCP相关的PHB( Per-Hop Behavior)来转发分组。至今为止，已有两类PHB族有了正式的说明，它们分别是：Assured Forwarding 及 Expedited Forwarding。 在Assured Forwarding （AF）中[2]，共有四个业务类，在每个业务类中，又分为三个丢包等级（分别用绿，黄，红代表）。在发生拥塞时，在采用AF的DiffServ节点，低等级分组（红）将先于高等级分组（绿，黄）被丢掉。AF通过在拥塞时丢弃低等级分组多于高等级分组来实现多等级服务。由于队列管理机制涉及在队列满时选取丢弃的分组的问题，因而队列管理机制成为影响AF性能的重要因素。尽管在AF机制中并未明确要求缓存区队列类型，但显然RED更符合要求[3]。针对多个丢包等级提出了RED的一些变形如RIO 、WRED等。 DiffServ中存在的问题 在IETF中，一些工作组通过仿真实验研究了DiffServ体系结构的不同方面。近来通过对AF PHB 的研究发现了一些影响各业务类间带宽公平分配的因素。这些因素导致了高负载网络中带宽的不公平分配。其中一个关键的因素是UDP等不响应的流的存在。而当这些不响应流与TCP等响应流同属一个AF类时，不公平性更加严重。其中响应流是指有与TCP拥塞控制机制相兼容的机制的流。而不响应流大量恶意发送时，我们称其为病态流。以上所谓不公平性是指病态流侵占响应流应占的带宽。 我们通过以下的仿真实验证明这种不公平性的存在。图1所示为仿真网络拓扑。我们使用了三对源(S0, S1, S2)，目地(D0, D1, D2)节点。它们之间由DiffServ网络连接。DiffServ网络由两个边缘节点（E1, E2）和一个核心节点(C)构成。这些源、目的对间有足够量的交互业务。 在S0与D0和S2与D2 间各有10个TCP流，其上层业务为ftp。此外，我们在S1与D1间用一个使用UDP协议的CBR流来代表不响应病态流。在核心路由器处，S0、D0间流为第一服务类的业务，其服务约定的发送速率为7Mbps, S1、D1间及S2、D2间流为第二服务类的业务, S2、D2间流的服务约定的发送速率为1.5Mbps, S1、D1间流的服务约定的发送速率为1.5Mbps。核心是用WRR调度机制，第一服务类的业务与第二服务类的业务的权重比为7：3，以实现两类业务间的服务差别。S1、D1间CBR流的发送速率分别取服务约定的发送速率的1、2、4、6、8、10倍重复进行仿真实验。每次仿真时间均为200秒。 图 1. 仿真网络的拓扑结构图7。同级别响应流与病态流所占带宽的比值变化图6。高级别响应流与病态流所占带宽的比值变化 图 1. 仿真网络的拓扑结构 图7。同级别响应流与病态流所占带宽的比值变化 图6。高级别响应流与病态流所占带宽的比值变化