点科学与技术毕业论文网络服务质量（QoS）控制的研究.doc 55页

'武汉理工大学毕业设计（论文）网络服务质量（QoS）控制的研究学院（系）：信息工程学院专业班级：电科学与技术1001班学生姓名：杨晓琴指导教师：吕锋 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日 摘要传统的网络只提供尽力而为的服务，不能满足多媒体业务和一些对传输延时及抖动有严格要求的服务质量。越来越高的对网络服务的要求使得网络的拥塞、掉线等问题日趋严重。解决网络拥塞的途径有许多，提高网络本身的带宽，减少或限制某些业务流量，或者改善网络节点路由器的处理性能。因此，如何在现有网络基础上能够为各种类型的应用提供期望的服务质量已成为了网络通信发展的一个重要的方向。作者研究内容：1、学习理解了QoS的相关概念后，对集成服务（IntServ）和区分服务（DiffServ）两种体系结构模型进行了理论分析，讨论了各自的优缺点。延吉了将两者相结合实现端到端QoS的混合模型。2、研究了支持QoS控制的路由器所具备的调度机制。在OPNET环境下对IntServ和DiffServ两种体系结构构建网络拓扑结构，并仿真进行比较分析。3、通过建立的模型时延、抖动、吐量、丢包率等关键指标进行了仿真比较检测结果。对FIFO、PQ、WFQ三种队列的延时、大小进行仿真比较的同时，仿真分析了资源预留协议（RSVP）的延时和抖动两个参数。服务质量的两种模型集成服务（IntServ）和区分服务（DiffServ）是保证一定网络服务质量的控制机制。集成服务体系结构一般应用在企业网络的边沿，而区分服务体系结构一般用于大型网络的骨干核心，区分服务较集成服务大大减少了核心节点的处理负担，保证了大型网络的健壮性和可扩展性。关键词：网络服务质量（QoS）；区分服务；集成服务；资源预留协议（RSVP）II AbstractThetraditionalnetworksonlyprovidebest-effortservice,multimediaservicesandtheycannotmeetsomeofthetransmissiondelayandjitterhavestrictqualityofservicerequirements.Therefore,networkcongestion,droppedcallsandotherproblemshavebecomemoreserious.Waystosolvemanyofnetworkcongestion,increasingthebandwidthofthenetworkitself,reduceorrestrictcertaintrafficortoimprovetheprocessingperformanceofthenetworknoderouter.So,howcanweexpectintheexistingnetworkandprovidethebasisforalltypesofapplicationqualityofservicehasbecomeanimportantdevelopmentdirectionofnetworktraffic.Theauthorresearchescontent:1.TostudyIntegratedServices(IntServ)andDifferentiatedServices(DiffServ)modelsforbotharchitectures.TounderstandtheconceptsofQoS,thearchitecturalmodelofthetwotheoreticalanalysis,discusstheiradvantagesanddisadvantages.Tocombinethetwomodelsintoasimpleexplanation.2.ThestudysupportstherouterwithQoScontrolschedulingmechanism.TheOPNETenvironmentIntServandDiffServtwoarchitecturemodelswerecompared.Andthedelaycreatedbythemodel,akeyindicatorofjitter,throughputvolume,packetlossrateforsimulationandtestresultsthroughsimulationcomparison.3.Byestablishingthemodeloftimedelayandjitter,vomit,keyindicatorssuchaspacketlossratearecomparedwiththesimulationtest.OfthreequeueFIFO,PQ,WFQdelay,sizeofsimulationcomparisonatthesametime,alsoanalyzedtheresourcereservationprotocol(RSVP)delayandjitteroftwoparameters.IntegratedServicesArchitecturegeneralapplicationintheenterprisenetworkedge.WhileDiffServarchitectureisgenerallyusedforlarge-scalecorebackbonenetwork,whichgreatlyreducestheprocessingburdenofthecorenodestoensurescalabilityforlargenetworks.Keywords:NetworkQualityofService(QoS);DifferentiatedService;IntegrationServices;ResourceReservationProtocol(RSVP)II 目录摘要IAbstractII第1章绪论31.1课题研究背景、目的及意义31.1.1课题研究背景31.1.2课题研究目的及意义31.2QoS国内外研究现状41.3本文研究内容及组织结构5第2章QoS体系结构72.1QoS简介72.2QoS主要参数72.3集成服务体系模型82.3.1资源预留协议92.3.2IntServ的优缺点112.4区分服务体系模型112.4.1DiffServ基本结构原理122.4.2DiffServ的优缺点132.5一种改进的端到端的QoS混合模型142.5.1混合模型概述142.5.2IntServ体系结构下DiffServ网络支持QoS153.1OPNET简介173.2OPNET网络仿真软件的使用173.2.1仿真过程173.2队列延迟及队列大小的仿真23第4章QoS仿真264.1FIFO，PQ，WFQ三种队列的仿真比较264.1.1仿真过程264.1.2结果分析314.2资源预留协议RSVP仿真实现344.2.1仿真过程344.2.2结果分析362 第5章总结与展望385.1总结385.2展望38参考文献40致谢412 武汉理工大学毕业设计（论文）第1章绪论1.1课题研究背景、目的及意义1.1.1课题研究背景随着高速网络技术和多媒体技术的飞速发展，电信业正在经历着巨大的变革，计算机网络已经逐步地深入到工业、农业、商业、医学、教育等生活的各个领域，影响并改变着我们日常的生活方式。伴随着计算机通信网络的多元化与复杂化的加剧，计算机用户对数据需求的质量也在朝着复杂化与多样化发展，越来越多地提出了包括多媒体通信在内的综合服务要求。当今分布式多媒体应用尤其是数字多媒体技术的飞速发展，使得网络用户对通信网络的要求更是加剧。在此背景下，通信网络的服务质量（QualityofService:QoS）这一概念被提出，并且针对此概念，各种保障网络QoS的技术、算法也就应运而生。目前，QoS控制技术的研究和开发都进展得非常迅速，并且已经取得了许多基本的成果。计算机网络的QoS问题已经成为国际网络研究领域公认的最重要、最富有魅力的研究领域之一，并且被称为下一代计算机网络为数不多的最重要的研究领域之一。1.1.2课题研究目的及意义随着用户的急剧增多及用户对网络服务业务要求的不断增加，传统的网络也只能提供尽力而为的服务，却不能预测延时、保证带宽，也就无法满足多媒体应用和不同用户对网络传输的不同要求。网络拥塞、网络错误、网络掉线等一系列问题频频出现。为解决这样的问题，采取计算机网络服务质量（QoS）控制的有效方法，来提高网络本身带宽，节省业务流量，提高路由节点性能，提高因特网效率，降低网络成本是至关重要的。综上所述，研究服务质量（QoS）的控制机制主要有以下三个推动力:（1）对QoS有严格要求业务的相继出现，如交互式实时多媒体业务、IP电话等；（2）通过对QoS研究，有助于提高因特网的网络效率，降低网络成本；（3）运营商可以通过QoS机制，按照不同用户对服务质量的不同要求，提供多种有区别的服务，提高用户的满意度，同时提高网络运营商的收益。QoS提出之后，典型的工作是提出了两种不同的网络QoS体系结构：综合服务（IntServ）和区分服务（DiffServ）。目前，QoS控制技术的研究和开发都进展得非常迅速，并且已经取得了许多基本的成果。国内近些年也开始了有关QoS控制方面的研究。计算机网络的QoS问题已经成为国际网络研究领域公认的最重要、最富有魅力的研究领域之一，并且被称为下一代计算机网络为数不多的最重要的研究领域之一。41 武汉理工大学毕业设计（论文）1.2QoS国内外研究现状为保证网络的服务质量，目前己经提出了许多QoS控制机制，包括集成服务（IntServ）和区分服务（DiffServ）体系结构、拥塞控制机制、分组调度和队列管理算法、MPLS（Multi-ProtocolLabelSwitching，多协议标签交换）技术等面向服务质量控制的基础理论也得到了长足的发展。集成服务（IntServ）体系结构一般应用在企业网络的边沿，它在发送端和接收端之间用RSVP（资源预留协议）作为每个流（Flow）的信令。RSVP的信息跨越整个网络，请求/预留资源。路径沿途的各路由器必须为每个要求服务质量保证的数据流维护一个“软状态”。软状态被定期的RSVP信息更新。通过RSVP信息的预留，各路由可以判断是否有足够的资源可以预留。只有所有的路由器都给RSVP提供了足够资源，“路径”方可建立；否则，将返回并拒绝信息。区分服务（DiffServ）体系结构比IntServ更具可扩展性，它可用于企业的广域网中，并在运营商网络中发挥重要的作用，因为它可以根据应用或业务类型排出不同的优先级别。业务区分结构使用IPv4报头中的业务类型（TOS）字段，并将8位ToS字段重新命名，作为DS（DifferentiatedService）字段，其中6位可供目前使用，剩余2位以备将来使用。DiffServ充分考虑了ToS字段和DS“处理”，将它们正确地转发给下一跳的字段的定义是不同的。边缘路由器可以将网络本身网络灵活、质量保证通过DS字段转换为先进的单跳行为，可扩展性强的特点，将复杂的服务从而大大减少了信令的工作[1]。因此，DiffServ不但适合运营商环境使用，而且也大大加快QoS在实际网络中应用的进程。DiffServ体系结构和基于区分服务的研究是QoS领域的热点问题。同时DiffServ的缺点在于无法为每个用户提供细力度的服务质量，无法实现端到端的灵活的QoS。在最初的TCP协议中，只有流量控制（FlowControl）而没有拥塞控制。由于这样的控制机制只考虑接收端的接收能力，而没有考虑网络的承受能力，不可避免的导致网络崩溃（Congestioncollapse）现象的发生。当在网络中存在过多的报文时，网络的性能会下降，这种现象称为拥塞。拥塞发生过程中有两个关键点，分别是Knee和Cliff。当网络负载较轻时，吞吐量的增长和网络负载相比基本呈线性关系，网络延迟增长缓慢；当网络负载超过Knee之后，网络的吞吐量增长缓慢，而网络延迟增长较快；当网络负载超过Cliff之后，网络吞吐量急剧下降，网络延迟急剧上升。网络负载在Knee附近时，网络的使用效率最高。拥塞控制就是网络节点采取措施来避免拥塞的发生或者对拥塞的发生做出反应，拥塞控制的目标就是使网络在Knee附近工作。在拥塞控制算法中，包含拥塞避免（CongestionAvoidance）和拥塞控制（Congestion41 武汉理工大学毕业设计（论文）control）两种不同的机制。拥塞控制是“恢复”机制，它用于把网络从拥塞状态中恢复出来；拥塞避免是“预防”机制，它的目标是避免网络进入拥塞状态，使网络在高吞吐量、低延迟的状态下工作。端到端的拥塞控制算法设计上的困难主要体现在以下方面算法的分布性，网络环境的复杂性，算法的性能要求，算法的开销。根据拥塞控制算法的使用位置，可以将拥塞控制算法分为两大类：链路算法和源算法。多协议标签交换（MPLS）将灵活的3层IP选路和高速的2层交换技术完美地结合起来，从而弥补了传统护网络的许多缺陷。它引入了“显式路由”机制，对QoS提供了更为可靠的保证。多协议标签转换MPLS在路由寻址方面同传统路由器有明显的不同。MPLS支持特殊路由，到达同一目的地的数据包可沿不同路径进行转发。MPLS网络主要由标签交换边缘路由器ELR和标签交换路由器LRS组成。MPLS有两种途径对QoS支持：一是让标记本身就具有服务质量ToS（TypeofService）的意义，LER事先把标记空间分成多个区间，不同区间的标记具有不同的服务质量，在为新数据流分配标记时，根据其QoS的不同为其分配相应区间的标记；另一途径是让标记条目中的EXP域来标示传送分组的ToS。MPLS数据包的服务质量类型就由ToS等参数来决定。LER根据ToS来决定输出队列和丢包优先级，如对于到达同一目的地的IP包，可根据设置在标签中EXP域的ToS值来建立不同的转发路径，不同的转发路径对应不同的拥塞控制机制和丢包优先级，达到其对传输质量的要求。同时，通过对特殊路由的管理，还能有效的解决网络中的负载分担和拥塞问题，如当网络中出现拥塞时，MPLS可实时的建立新的转发路由来分担其流量，或通过强制丢包、通知信源降低数据发送率等手段来缓解网络拥塞[10]。1.3本文研究内容及组织结构本文研究内容总结为一下四点：（1）研究当今计算机网络中的服务质量控制的有效方法；（2）主要分析IntServ和DiffServ两种服务模型的基本原理，说明两种模型各自的优缺点；（3）在OPNET网络仿真环境下比较IntServ和DiffServ两种模型；(4)通过建立的模型延时、抖动、吞吐量、丢包率等关键指标进行仿真，并通过仿真比较检测结果；(5)通过仿真结果和理论的结合加以分析，并说明网络技术在QoS方面的可能发展方向。为分析对网络服务质量控制的研究，本文安排以下结构进行说明。41 武汉理工大学毕业设计（论文）第一部分为绪论，说明了课题研究背景，同时，简单介绍了网络服务质量的概念和常用到的一些性能参数以及影响参数的一些因素。第二部分主要研究InterntQoS的两种理论体系结构模型：综合服务（integratedservices，IntServ）模型和区分服务（differentiatedservices，DiffServ）模型，以及二者的优缺点。第三部分是在OPNET仿真环境下仿真比较三种队列，对QoS的个别性能参数进行仿真，比较检测结果。第四部分做最终总结，总结全文所做的工作及不足之处。第五部分是作者的致谢说明、参考文献。41 武汉理工大学毕业设计（论文）第2章QoS体系结构2.1QoS简介QoS（QualityofService）是服务性能的总效果，此效果决定了用户与用户之间或者用户与网络节点质之间的约定（例如，传输延迟允许时间、最小传输画面失真度以及声像同步等）。反映了网络在保证信息传输和满足服务要求方面的能力。简单地说，服务质量（QoS）就是网络提供给应用程序所需要的功能性等级。在计算机系统，特别是计算机网络系统，作为计算和信息等服务的提供者，同样存在服务质量（QoS）优劣的问题。从计算机系统诞生开始，人们就一直致力于提高系统的服务性能和服务质量。也可将QoS定义描述为：网络在传输数据流时要求满足的一系列服务请求，具体可以量化为带宽、延迟、延迟抖动、丢失率、吞吐量等性能指标。服务质量（QoS）是一组服务要求，网络必须满足这些要求才能确保数据传输达到适当服务的级别，数据在网络中传输的过程中，QoS机制通过各种手段将业务流加以区分并定制不同的策略，采取立即发送、延迟发送、丢弃等不同策略，来保障不同优先级别的数据业务的不同服务质量要求。这些机制包括流量分类，访问控制，流量整形，拥塞控制与管理，调度机制等。QoS的提供增加网络的性能可预知性，网络资源能够有效地分配，提高网络的吞吐量，减少网络丢弃数据包尤其是较重要的数据包的概率。现有的Internet最初是面向非实时的、单一数据类型通信（如文件传输、E-mail）而设计的。IP协议提供一种无连接的网络层服务，必须辅以其他的高层端到端的协议（如TCP）才能更好的实现端到端的可靠传输。因为缺少必要的服务质量控制或保证，这种传统的IP传输被称为“尽力而为（BestEffort）”的服务。它只将分组递送到目的端，尽最大的可能性来发送报文，但对时延、可靠性等性能不提供任何保证，不为任何分组的递送提供保证或为其实现分配资源。因此，这种服务无法为多媒体通信提供QoS保证，为了满足Internet多媒体应用实时传输的要求，也随着服务质量概念的提出，目前已有许多QoS控制机制，包括集成服务（IntServ）和区分服务（DiffServ）体系结构、拥塞控制机制、分度调度和队列管理算法、MPLS技术等。本文将主要介绍较为典型的IntServ和DiffServ两种模型，以及各自的优缺点，同时仿真比较QoS的个别性能参数。2.2QoS主要参数一般在QoS保证的实现中，可以根据具体应用的不同要求将QoS的一些参数组合起来构成不同的服务等级。其性能参数主要包括下面几个：可用性：用户与网络连接的可靠性。主要由设备可靠性、网络存活性软件稳定性等因素作用。41 武汉理工大学毕业设计（论文）可变延迟：也称为延迟抖动，指接收的一组数据流中数据包之间的时间差异。带宽：网络能提供给用户的数据发送率。时延：发送和接收分组的平均时间间隔。像话音、视像等此类服务是严格要求不能有时延的。因此，设备必须保证尽可能低的延时来提高语音、视频的质量。产生延时的因素一般有分组时延、排队时延、交换时延和传播时延。时延变化：通信业务流不同分组之间的延时差异。高频率时延变化称为抖动。低频率的时延变化称为漂移。业务流中分组的排队等候时间的不同引起了抖动，这是对服务质量影响最大的一个问题。有些业务类型中决不允许定容差之外抖动的存在，尤其在话音和视像中，存在抖动就会在话音和视像中造成中断，严重影响服务质量。缓存可以克服过量的抖动，但会增多时延，造成其他方面的问题。吞吐量：网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。一般来说，吞吐量越大越好。丢包率：在网络中传输数据包时因网络拥塞丢弃数据包的最高比率。不管比特还是分组丢失，对业务的影响都是相当大的。丢失一个比特或一个分组，在通话中，不会产生明显的影响，但是在视像中就可能造成屏幕瞬间的干扰[9]。对于QoS的参数描写越多，对其特征了解越清楚，控制可以更完善的实现。但实际应用中并不一定要用所有参数，根据不同的服务等级要求的特点，我们要具体应用其某些参数，来达到所要实现的目标。2.3集成服务体系模型集成服务体系模型（IntServ）一般应用于企业网络的边沿，是一种通过使用带宽预留技术在因特网和企业网上提供QoS的模型。它解释了如何在主机和路由器之间进行资源预留以及相关参数的控制。IntServ是面向单个数据流的一种模型结构，它的目的是单播和多播应用，它的基本思想是在传送数据之前，根据会话的QoS需求进行网络资源预留，从而为该会话提供端到端的QoS保证。预留所希望的带宽数以支持流的需要，并保护它不受网络拥塞而导致的损坏。预留是通过与前往目的地的路线上的每个网络设备协商的。如果每个设备都有支持流的资源，则会建立预留路径。IntServ基于资源预留的模型，资源预留协议（RSVP）的使用是IntServ重要的特点，即每个数据流在通信之前先在沿途的每个节点上预留一定的资源，这样在通信过程中数据流就能获得满意的服务质量。在IntServ模型中，核心协议资源预留协议（RSVP）的使用使其完成通信双方资源的预留。RSVP是正向发送消息以请求预留，然后逆向发送消息以建立预留的信令协议（如果路线上的所有设备都同意预留资源的话）。41 武汉理工大学毕业设计（论文）IntServ模型如图2.1所示。图2.1IntServ模型IntServ模型有以下几个组成部分：资源预留设置协议使主机或路由器能够预留网络中的资源以满足特定业务流的QoS要求的信令协议。RSVP是最常用的信令协议。流量控制在网络设备中存在的一些组件以控制和管理为支持特定QoS所需的网络资源接纳控制规则，是决定一个网络设备（主机、路由器或交换机）是否授予一个新的业务流所要求的QoS而不影响以前的QoS保证。当一个主机要求QoS业务时，路由上的每个结点都要做出接受或拒绝决策。分类器根据分组头内容或附加在分组上的分类信息，输入的分组被分为某种业务类型。相同的业务类型在分组调度器中得到相同的处理，获得相同的QoS。分组调度器管理和调度不同类型分组流的转发，实现相应的QoS。分组调度机制可以是优先级排队或者加权公平排队（WFQ）。2.3.1资源预留协议资源预留协议（ResourceReSerVationProtocol；RSVP）是一种用于互联网上质量整合服务的协议。RSVP允许主机在网络上请求特殊服务质量用于特殊应用程序数据流的传输。路由器也使用RSVP发送服务质量（QoS）请求给所有结点（沿着流路径）并建立和维持这种状态以提供请求服务。RSVP41 武汉理工大学毕业设计（论文）允许多个发送者传送到多个组接收器，允许单独的接收器自由切换频道，并优化带宽的使用，而在同一时间消除拥塞。资源预留协议（RSVP）最初是IETF为QoS的综合服务模型定义的一个信令协议，用于在流（flow）所经过路径上为该流进行资源预留，从而满足该流的QoS要求。资源预留协议（RSVP）的引入使得IP网络为应用提供所要求的端到端的QoS保证成为可能。在实时数据开始传输之前，先设定路由和资源预留。为了支持这种能力，数据包所经过的每一个网络节点都必须能够支持RSVP协议控制服务质量的机制。也就是说，网络元素在收到RSVP预留资源请求后，需要为数据业务流保留所需的“软状态”（有关该数据业务流的源地址、目标地址、路由信息和需要占用该路由器的资源信息等）。RSVP的特性可用图2.2说明。该图是一个多目标广播叔，它的数据流从树的顶部到6个主机。虽然数据源来自发送端，但保留消息则发自接收端。当路由器向上给发送端发保留消息时，路由器可以合并来自下面的保留消息。图2.2RSVP的特征RSVP的工作过程如下：数据源周期性的向目标端发送路径消息，保留消息中包含有描述业务流的传输属性和路由的信息。所有途径的支持RSVP协议的中间节点都对路径消息进行传统的转发，并将自身的地址写入路径消息。如果中间节点不能支持RSVP协议，则将此消息透明转发。当目标接收端接收到保留消息后，朝着保留消息成功建立的反方向回送一个资源预留消息（RSVP），要求沿途的各中间节点进行资源预留。各个中间节点根据其自身的状态和适当的连接接纳算法决定是否接受资源预留的请求，如果拒绝资源预留请求，则向目标端返回错误信息，RSVP会话将被终结；如果接受资源预留请求，则必须为业务流保持所需的链路资源“软状态”，这种预约的“软状态”不需要明确的删除请求，而由RSVP控制信息周期性地刷新。在无刷新信息情况下，“软状态”会超时并删除[11]。2.3.2IntServ的优缺点IntServ模型的提出对网络服务质量的控制具有重要的意义，它主要具有以下优点：一、IntServ的提出，使得QoS得到了理论上最可靠的保证，RSVP的引入使得网络为业务流提供所要求的端到端的资源保证成为可能，RSVP协议在此模型中可以运行在从源端到目的端的每个路由器上。用户可预订所需的资源，由网络接入服务商负责分配资源。41 武汉理工大学毕业设计（论文）二、详细的设计使RSVP用户能够仔细地规定自身数据业务种类，并且网络接入服务商和其他网络节点可以监视每个流，以防止其消耗比它请求、预留要多的资源，而且可以随时在当前网络节点终止非法的资源占用。三、由于RSVP协议使用“软状态”，通过周期性的重传保留和RSVP信息来刷新网络链路，因此，能对网络拓扑的变化做出反应。即使IntServ模型对网络服务质量的控制具有重要的意义，同时也存在许多不可避免的、致命的缺点:一、可扩展性是IntServ结构最致命的一个问题，因为IntServ要求端到端的信令，此模型适用于长期的稳定的业务流（如音频或视频流）。但是网络中大部分业务流为短期、突发的，这在一个实际运行的运营商网络中几乎无法实现。二、资源预留协议还要求沿途的每个路由器（包括边缘路由器和核心路由器）都要支持RSVP控制协议，为业务流保持“软状态”，这对路由器的实现造价要求太高。无疑也限制了这种结构的可扩展性，因为每个路由器的内存有限，可以保存的软状态信息都是有限的，在一个运营商规模的网络中几乎不可能实现真正意义上的资源预留，所希望达到的QoS保证也就大打折扣。三、如何为资源预留申请授权并确定优先权也是IntServ结构本身很难克服的问题。四、从IntServ结构的实质来看，资源预留本身就与IP网络的最大特点“无连接”相冲突。无连接的IP网络最大的优点就是不需要复杂的信令，只要网络有资源可以利用，因此人们通常将这种方式叫做“尽力而为”的传送方式。显然，这种方式的可扩展性很强。因而，单纯的IntServ结构模型实际上无法被用户满意的接受，在商业界更会受到发展的制约。所以，以上述单纯的IntServ结构模式将不会在通信网络中得到广泛应用。2.4区分服务体系模型区分服务体系模型（DiffServ）定义了一种可以在互联网上实时可扩展、健全性、简单性的服务分类的体系结构。DiffServ一般用于大型网络的骨干核心，在运营网络中发挥着重要的作用。DiffServ是一个多服务模型，它可以满足不同的QoS需求。与IntServ不同，DiffServ不需要通知网络为每个业务预留资源，解决了IntServ模型扩展性差这一存在的问题。与IntServ第二个不同是，DiffServ模型将网络分为核心部分和边缘部分，大大的简化了网络的复杂度。DiffServ是基于优先级的，不同的数据流在进入网络的时候被边缘节点打上不同的标记，分为不同的类别，网络核心节点根据分组的不同标记提供不同的服务。节点路由器并不保存每个数据业务流的状态信息，而是只保留有限个业务类的状态信息。这样，在网络节点中的处理状态信息的负担将大大降低，从而简化了网络的复杂度，保证了大型网络的41 武汉理工大学毕业设计（论文）可实现性和可扩展性。目前，关于DiffServ模型的研究仍然是IP网络QoS研究的热点。区分服务模型如图2.3。图2.3DiffServ模型服务等级协议SLA是用户与网络服务提供商之间达成的一个服务协议，它规定了用户在每个服务等级上所能发送的最大数据速率，超出速率的分组将被标记或者丢失。PHB描述了DS节点调度转发特定业务流聚集时的外部特性，由节点上的缓冲区管理和分度调度计时实现的。不同的PHB规定了不同的资源优先级。中心节点实现一组或几组PHB。边缘节点对经过的业务流进行分类和调节，由分类器和调节器实现。同一条链路相同传输方向上具有相同的DS字段的分组形成一个业务流聚集，或者称为行为聚集。2.4.1DiffServ基本结构原理从上述DiffServ模型结构的特点，可以看出DiffServ功能结构上主要分为边缘路由器（ER:EdgeRouter）和核心路由器（CR:CoreRouter），边缘或核心路由器可以是典型常用的路由器也可以是网关，还可以是信任的终端主机，如图2.4和图2.5是两部分的区分服务功能。队列管理调度器标记器整形器及丢包器分类器图2.4边缘路由器中的DiffServ功能分类器根据传输协议，将数据包规划为某一类。整形器及丢包器通过延迟、丢弃等分段使流符合TCA规范。标记器在包头的DS标记域中标记适当的DSCP，将分组划入某行为聚集。队列管理调度器管理队列的长度、调度分组的发送。41 武汉理工大学毕业设计（论文）队列管理调度器DS字节分类器图2.5核心由器中的DiffServ功能核心路由器只根据IP头内DS字节进行简单的调度转发，复杂的工作由边缘路由器去完成。DiffServ模型的边缘处，边缘路由器提供业务流的分类、整形、标记、管理调度等功能。当业务流到达边缘路由器时，边缘路由器的数据分类器根据数据包报头的某些字段信息内容，识别业务流属于哪一个类型的，并根据此业务流用户和网络服务商已达成的服务等级协定，对每个业务流分组打上DSCP标志，使得核心路由器能够识别此类服务。而对业务流的整形的目的是对每一个流的分组进行适当的延迟是它符合约定的带宽。而计量过程是对业务流量的监测、计算每一个业务流量的行为，对明显不符合约定的业务流根据其自身的缓存管理机制进行适当的处理。在DiffServ模型的内部，核心路由器根据业务流的不同DSCP标记，进行不同的调度转发工作，提供不同类型的服务。此外，DiffServ还提供业务流聚类功能，即具有相同DSCP值的数据包将被核心路由器提供相同的服务。由此可见，DiffServ复杂的功能分配到网络边缘而不是整个网络的所有路由器，从而使得业务流的状态信息只在边缘路由器处做存储而并不在核心路由器，网络内部的核心路由器节点是状态无关的（corestateless）。因此，大大简化了核心节点的复杂度，有利于提高核心节点工作效率，使得网络更高速运行。由此可见，DiffServ模型具有很好的扩展性和伸缩性，便于大型网络的应用。2.4.2DiffServ的优缺点区分服务（DiffServ）相对集成服务讲有以下优点：一、区分服务（DiffServ）模型比IntServ更具有扩展性，它解决了IntServ模型存在的一些问题，并且可以跨网络工作。网络中形成的DiffServ路由器的集合，称之为DiffServ云。通信业务在进入DiffServ云之前进行分类。二、DiffServ的最大优点是DiffServ采取边界操作，简化核心路由器的复杂度，一旦通信业务进入DiffServ内部，内部的路由器不需要维护QoS状态信息，这可使路由器专注于其路由功能，使得数据更能够得到高速转发。三、DiffServ提供的转发服务是依靠的有限的业务流的类，而不是针对数据流的数量，这就使得DiffServ比IntServ模型更加易于实现。41 武汉理工大学毕业设计（论文）然而，DiffServ模型也并不是完美的，其提供的QoS可预测性并不是很好，DiffServ结构内部的路由器可以更改ToS字段从而造成错误的处理，而且，DiffServ只提供一种相对的服务质量，并不提供全网端到端的QoS保证。对于大多数的交互式实时业务来说将无法保证绝对的端到端的QoS。因此，仅仅提出DiffServ模型在一个子网域内实现QoS的框架，仍然不能提供QoS保障。2.5一种改进的端到端的QoS混合模型2.5.1混合模型概述IntServ和DiffServ两种不同的InternetQoS体系结构的设计与实现有着完全不同的目标和原则。下表对两种结构模型进行了总结。表3.1IntServ和DiffServ体系结构比较对比项IntServDiffServ服务粒度单个流流的聚类路由器的状态维护基于单个流基于流的聚类服务类型确定性的保障服务确定性或低丢包率的保障服务可扩展性端到端逐跳行为PHB网络计费基于流的特性和QoS需求基于服务类型使用由于两种模型各自有其特有的优点和不足，为了能够更好的利用各自的优点，可考虑将两种模型是看作互相补充的技术，将其结合，互相协同，共同实现端到端的QoS提供机制，提高可扩展性。目前，实现IntServ与DiffServ结合以提供端到端QoS仍然是一个开放性的、比较前沿的研究课题。也提出了若干不同的方案和机制。必须提出，想要提供端到端QoS的保障，单单提出一些模型结构是远远不够的，这只是从整体网络结构的角度去考虑，实施起来必须还要考虑每一个网络节点需要具备的控制机制。QoS的研究导致两种不同的体系结构的出现，但是仅仅使用这两种网络的任何一种都不能完全地满足需要，为了支持端到端的QoS，可考虑将DiffServ与IntServ结合互相协调共同实现端到端的QoS。DiffServ与IntServ集成的关键是主机经由边缘路由器网络产生的含有一定QoS的数据包如何被分类并确定DSCP的值即如何将IntServ的各种服务类型映射到DiffServ的PHB。2.5.2IntServ体系结构下DiffServ网络支持QoS两种体系结构模型相结合以实现网络端到端QoS的原理框图如图3.1。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图3.6IntServ体系结构下DiffServ网络支持QoS框架框图中的非DiffServ区即为边缘网络，也是IntServ区，DiffServ区即为核心网络。两种模型想结合的基本思想就是既要保证端到端的QoS要求，又要克服集成服务可扩展性差的缺点。根据边缘路由器的更能分析，在IntServ体系结构下DiffServ网络支持QoS，有以下两种实现形式：（1）由于DiffServ区域不含有能识别RSVP的设备。此时边缘路由器ER1和ER2作为DiffServ区的控制节点，它处理来自主机1和2的信令消息，根据DiffServ网络区内部的资源信息和客户定义的策略来实现接纳控制。而DiffServ区内部的边缘路由器BR1和BR2只是纯粹的DiffServ路由器，唯一的任务就是基于DSCP描述服务级别和客户协商的协议对传输实施聚集传输控制。（2）DiffServ内部某些选定的设备参加RSVP信令过程。此时边界路由器ER1和ER2根据当地的资源情况和客户定义的策略实施接纳控制，而DiffServ区内部的边缘路由器BR1和BR2参加RSVP信令过程并作为DiffServ区的控制节点。发送方和接受方主机都使用RSVP来传达QoS请求。主机操作系统的QoS进程代表应用生成的RSVP信令，RSVP消息在主机1和2之间端到端的传播来支持DiffServ区外部的RSVP，端到端的RSVP信令至少应被透明的传过DiffServ区，依赖于特定的实现，这些消息可能不会被DiffServ区的路由器处理，也可能被DiffServ内区的一些路由器甚至所有的路由器处理。为了支持以上所述的集成框架，DiffServ必须满足一下要求：（1）端到端的RSVP信令至少应该被透明地传过DiffServ区;（2）必须能够在DiffServ区的边界路由器之间为标准的IntServ41 武汉理工大学毕业设计（论文）QoS服务提供支持在DiffServ区内部用PHB来调用这些服务;（3）必须在DiffServ区的边界节点执行适当的控制管理;（4）DiffServ区必须为其他客户网络提供接纳控制机制以便于资源的利用。实现边缘网络（IntServ区）和核心网络（DiffServ区）的映射关系必须考虑一下几点因素：（1）在第一个边缘网络的出口节点处，如何将RSVP映射为等价的DiffServ中的DSCP;（2）在第二个边缘网络的入口节点处，如何恢复原来的RSVP预留机制；（3）核心网络中应采用何种控制流量的算法，以避免核心网络出现拥塞，使资源利用率达到最优化。在核心网络中，通过建立LSP（标签交换路径）映射出相应的DSCP，使端到端的RSVP信令能够透明的通过减小了核心网络的复杂性。核心网络的入口处，将RSVP预留映射为由一个DS字节表示的服务等级，而在核心网络的出口处，RSVP预留又继续进行，直到数据到达目的主机。除此之外，核心网络是在MPLS网络中实现的DiffServ。综上所述，IntServ适用于网络规模较小、业务质量要求较低的边缘网络。DiffServ适合在网络主干实现QoS。考虑到各自的优缺点，通过这种改进的端到端的QoS混合模型，将IntServ与DiffServ的有机结合来实现，可一定程度上保证网络业务对QoS的要求。目前，虽然基本框架和实验方案已经为研究提供了一定的基础，但是实现真正的端到端的QoS还要继续做一些深入的研究工作。41 武汉理工大学毕业设计（论文）第3章OPNET网络仿真3.1OPNET简介OPNET是美国OPNETTechnology公司的网络仿真产品，具有在通信网络和信息系统方面的专业化,设计，是目前世界上最先进的网络仿真开发和应用平台，它采用基于包的建模机制(SimulationonPacketIeve1)和离散事件驱动的模拟机理(DiscreteEventDriven)，并且提供各种目的的研究工具，包括模型设计、仿真、数据收集和数据分析。OPNET是一种优秀的网络仿真和建模的工具,支持面向对象的建模方式,并提供图形化的编辑界面,更便于用户使用。它强大的功能和全面性几乎可以模拟任何网络设备、支持各种网络技术,除了能够模拟固定通信模型外,OPNET的无线建模器还可用于建立分组无线网和卫星通信网的模型。同时,OPNET在新网络的设计以及对现有网络的分析方面都有卓越表现。它为通信协议和路由算法的研究提供与真实网络相同的环境。此外,功能完善的结果分析器为网络性能的分析提供了有效又直观的工具。OPNET的Molder是专门用于可视化原型设计的软件,它的使用既方便了网络模型的建立,又减少了编程的工作量。OPNET具有丰富的技术、协议、设备模型库和适合各个层次的建模工具以及灵活强大的仿真分析工具，特别适合各种网络仿真研究，目前它是世界上最先进的网络仿真和应用平台。OPNET支持面向对象的建模方式,并提供图形化的编辑界面，以便于用户使用。在网络规划与设计以及对现有网络的分析方面都有很好的表现，同时也为通信协议和路由算法的研究提供了与真实网络相似的环境。3.2OPNET网络仿真软件的使用3.2.1仿真过程创建发送节点：在工作区域里放入一个进程模块和一个点对点发射机，并将节点名称改为src和pt_tx，连接两个模块。在src节点上单击，将PacketSize项的Value区域，设置包大小为exponental（5000），这意味着包的大小呈均值为5000的指数分布[16]，如图3.1所示。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图3.1发送节点打开pt_tx节点的属性对话框，展开channal的row0，将datarate（bps）的值改为9600，如图3.2所示。图3.2点对点发射机pt_tx的属性选择Interfaces的NodeInterfaces，编辑节点接口。在对话框的NodeType区域，将mobile和satellite的Support区域改为no，这使得发送节点只有固定的一种形式。41 武汉理工大学毕业设计（论文）接收节点用来模拟处理器的行为，包括3个点对点接收机、队列模块和进程模块。其中队列模块采用OPNET提供的acb_fifo_ms队列，a（active）表示队列是主动形式，即源模块发送数据，c（concentrating）指从多个客户到来的数据排列在一起集中处理，b（bits）指以比特流为单位处理，fifo（firstinfirstout）指先入先出队列，ms（multi-server）指多服务台处理。在工作区域中放入3个点对点发射机、1个队列模块、1个进程模块，将它们更名并用数据包流连接，如图3.3所示。图3.3接收节点打开queue的属性对话框，将进程模型改为acb_fifo_ms队列，服务台数量为2，服务能力保持为9600。将pt_rx0、pt_rx1、pt_rx2的datarate（bps）的值为9600。定义链路模型：在链路编辑器的SupportedLinkTypes区域，将ptdup、bus、bustap的Supported属性都改为no。在链路编辑器的Attributes区域，将closuremodel项的初始值由dbu_closure改为NONE；将collmodel项的初始值由dbu_coll改为NONE；将datarate的初始值由1024改为9600；将eccmodel项的初始值由dbu_ecc改为dpt_ecc；将error_model项的初始值由dbu_error改为dpt_error；将propdelmodel项的初始值由dbu_propdel改为dpt_propdel；将txdelmodel项的初始值由dbu_txdel改dpt_txdel，如图3.4所示。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图3.4链路属性建立网络模型：创建一个项目名称为queue，场景名称为acb_fifo_ms，且使用世界地图，不选择器件家族的网络模型，如图3.5所示。图3.5网络模型设置在对象面板中单击Configurepalette…，单击NodeModels按钮，在弹出的节点选择中将queue_rx和queue_tx的状态改为included，如图3.6所示。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图3.6选择节点模型选择相同的步骤，单击LinkModels按钮，打开链路选择对话框，选中queue_link链路模型。创建网络模型：对象面板中向工作区拖入3个queue_tx节点和1个queue_rx节点，分别命名为tx_0、tx_1、tx_2和rx。使用queue_link链路将3个节点分别连接至接收节点上，并且检查链路连接性，如图3.7所示。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图3.7建立网络网络设置完成后，进行统计量的收集。在rx节点上右击，从弹出菜单中选择ChooseIndividualDESStatistic，打开统计量收集对话框，选择queuesize（packets）和queuede（sec），如图3.8所示。图3.8收集统计量运行仿真：将仿真时间设置成10minutes，单击Run按钮运行仿真41 武汉理工大学毕业设计（论文）3.2队列延迟及队列大小的仿真图3.9队列延迟曲线141 武汉理工大学毕业设计（论文）图3.10队列延迟曲线2从图3.10可以看出，经过2分钟，队列的延迟基本达到一个平均值，为1s，这说明网络的速率较快。图3.11队列大小曲线141 武汉理工大学毕业设计（论文）图3.12队列大小曲线2从图3.12可以看出来，队列大小在2分钟后基本达到一个平衡值，为3，这说明一定时间后，网络的丢包率几乎没有。41 武汉理工大学毕业设计（论文）第4章QoS仿真QoS网络在传输数据时要满足的一系列服务要求，具体可以量化为传输延迟、抖动、丢失率、宽带要求、吞吐量等指标。QoS是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。在这个课题中，通过建立网络模型，先对网络三种队列处理先进先出（FIFO）、优先权队列（PQ）、加权公平队列（WFQ）进行了仿真，对丢包率，延迟、延迟抖动进行了仿真比较，可以通过仿真看出这三种队列在QoS的区别。在此基础上，再对RSVP进行了仿真，与无RSVP进行了比较。通过具体的仿真实例，来看出保证IPQoS[17]。4.1FIFO，PQ，WFQ三种队列的仿真比较FIFO（先进先出队列）的思想是：先到先发送。鉴于在每个路由器缓冲空间量是有限的，如果包到达时队列（缓冲区空间）已满，那么路由器丢弃该数据包。这样做没有考虑到流数据包的主源，也没有分析包的重要性与否，容易丢失一些比较重要的数据包[7]。PQ（优先权队列）是基本的FIFO排队的简单变化。这个想法是优先标记每一个数据包；该商标可以携带，例如在IP服务类型（TOS）的领域。该路由器对没一个优先级，能够实现FIFO队列。在每个优先级中，数据包仍然是采用FIFO队列方式。这排队规则允许高优先级的数据包插入到队伍的前面。该公平排队（FQ）构想是通过路由器来维持每个数据的队列处理。流目前正在处理的，且路由器服务于这些队列方式。WFQ（加权公平队列）是一种拥塞管理算法。该算法识别对话（以数据流的形式）、分开属于各个对话的分组，并确保传输容量被这些独立的对话公平地分享。WFQ是在发生拥塞时稳定网络运行的一种自动的方法，它能提高处理性能并减少分组的重发。在这个实验中，将建立一个网络，有三个应用程序：FTP，视频和VoIP。4.1.1仿真过程从对象面板中找到ApplicationConfig、ProfileConfig、QoSAttributeConfig、五个ethernet_wktsn、、1个ethernetserver、2个ethernet4_slip8_gtwy路由器放到工作空间中，并且用PPP_DS链路连接两个路由器，用10Base_T链路连接其余的工作站和服务器，并重新命名，如图4.1所示。ApplicationConfig用于配置用户文件申请，ProfileConfig描述了一个用户或用户组在在一段时间内使用文件的方式，使用这个对象之前对象，必须定义申请使用应用程序配置。QoSAttributeConfig定义了在IP层协议的配置细节，单个节点能够通过节点符号名引用这些规范，它定义了不同的排队类型如先进先出（FIFO）、WFQ、优先级队列（priorityqueuing）、普通队列（customqueuing）等[16]。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图4.1创建网络对ApplicationConfig进行属性设置，创建3个应用属性，分别命名为FTPApplication，VideoApplication，VoIPApplicationApplicationConfig参数设置如图4.2。TypeofService代表的是在IP队列中给IP数据包提供适合的服务，而BestEffort表示尽力传送数据包，但不能提供保证。图4.2FTPApplication参数设置41 武汉理工大学毕业设计（论文）改变VideoApplication的VideoConferencing，使服务类型变成StreamingMultimedia，如图4.3所示。图4.3VideoApplication参数设置VoIPApplication的属性设置一样。改变Voice属性，使之为PCMQualitySpeech，PCMQualitySpeech为脉冲编码调制，使语音在网络传送之前先数字化，如图4.4所示。图4.4VoIPApplication参数设置41 武汉理工大学毕业设计（论文）对ProfileApplication进行参数设置，建立3个文件，分别为FTPProfile，VideoProfile，VoIPProfile，参数值设置成一样，如图4.5。图4.5FTPProfile参数设置FTPClient，VideoClient进行参数设置，将SupportedProfile设置成FTPProfile，VideoProfile，如图4.6所示。图4.6FTPClient参数设置41 武汉理工大学毕业设计（论文）对FTPServer，VideoServer进行参数设置，将SupportedApplication设置成FTPApplication，VideoApplication，如图4.7所示。图4.7FTPServer参数设置对VoIPWest和VoIPWest进行参数设置，将SupportedProfile设置成VoIPProfile，将SupportedService设置成VoIPApplication，如图4.8所示。图4.8VoIPWest参数设置对连接路由器West和路由器East之间的连线进行设置，点Protocol，点击IP的QoS，设置成FIFO，如图4.9所示。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图4.9队列设置复制场景，分别命名为PQ和WFQ，在重复最后一步，分别将QoSScheme设置成PQ和WFQ。搜集统计量：IP：TrafficDropped。VideoConferencing:TrafficeReceived。Voice：PacketDelayVariation，PacketEnd—To—EndDelay（Sec），TrafficReceived。4.1.2结果分析图4.10网络丢包率从图4.10可以看出来，当经过200秒的时候，开始出现丢包，且PQ和WFQ队列丢包率差不多一样，FIFO丢包较大。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图4.11视频会议接收从图4.11可以看出，在视频会议传输时，PQ的业务传输能力最差。图4.12声音业务接收从图4.12可以看出来，在视频业务传输上，PQ和WFQ的传输能力没有区别，但是FIFO的传输能力略低。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图4.13端到端延迟从图4.13可以看出，PQ和WFQ几乎没有延迟，而FIFO的延时为2S，延时最长。图4.14延迟抖动从图4.14可以看出，在经过100S后，FIFO的延迟抖动突然增加到最大值0。40，经过一段时候后，几乎被舒缓，而WFQ和PQ几乎没有延迟抖动。结论：通过建立网络模型，对FIFO，PQ，WFQ三种队列进行仿真分析，在传输能力上，WFQ队列传输能力最好。41 武汉理工大学毕业设计（论文）4.2资源预留协议RSVP仿真实现网络服务质量中的IPQoS，是指IP数据流通过网络时的性能，它的目的就是向用户提供端到端的QoS保证。IPQoS网络在传输数据时要满足的一系列服务要求，具体可以量化为传输延迟、抖动、丢失率、宽带要求、吞吐量等指标。QoS是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术[2]。在本设计中，通过建立网络模型，先对网络三种队列处理先进先出（FIFO）、优先权队列（PQ）、加权公平队列（WFQ）进行了仿真，对丢包率，延迟、延迟抖动进行了仿真比较，可以通过仿真看出这三种队列在QoS的区别。在此基础上，再对RSVP进行了仿真，与无RSVP进行了比较。仿真开始，网络模型的建立可以选用OPNET中提供的各种网络拓扑，也可以根据需要选择或创建网络设备和拓扑结构，然后定义网络中各通信实体，包括源节点、路由器、目的节点和通信线路等，并分别设置它们的属性。模型建立好之后要测试各节点的连接状况，以确定网络是否通畅。网络结构建立完成后通过双击网络中的某个节点进入该节点的编辑界面，利用节点编辑器提供的处理机模块、排队模块、发送建模等建立起节点内的功能模块和模块间的数据流，在算法仿真中要分别为源节点、目的节点和路由器建立不同的功能模块。其中，源节点由数据流产生、发送模块组成；目的节点由接收模块和处理模块组成，分别完成数据流的接收和统计数据的收集、处理工作；路由器由发送、接收模块以及中央处理模块组成，中央处理模块主要实现路由选择以及数据流的转发等功能。网络节点内各功能需要通过在进程编辑器中进行状态描述和编程实现各自的功能。4.2.1仿真过程网络建立：在上文仿真基础上，增加两个ethernet_wktsn_adv，把2个ethernet4_slip8_gtwy路由器改成ethernet4_slip8_gtwy_adv路由器放到工作空间中，并重新命名，如图4.15所示。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图4.15创建网络对ApplicationConfig进行属性设置，多创建1个应用属性，VoIP_RSVPApplication的参数和VoIPApplication一样。对ProfileConfig进行参数设置，多建立一个文件，文件名为VoIP_RSVPProfile。对QoS进行参数设置，改变RSVP_Flow的参数，并将RSVPProfile设置成RSVP_Profile。对VoiceCaller进行参数设置，将Application：DestinationProfile设置成VoiceCalled。对Voice_RSVPCaller进行参数设置，将Application：DestinationProfile设置成Voice_RSVPCalled，将Voice设置成RSVPProfile，将IPQoSParameters的Queue置成WFQ，将RSVPProtocolParameters的RSVPStatus设置成Enabled，MaximumReservableBW设置成75%。对VoiceCalled进行参数设置，将SupportedService设置成VoIPProfile，将ClientAddress设置成VoiceCall。对Voice_RSVPCalled进行参数设置，将Application：SupportedService设置成VoIP_RSVP，将Application:RSVPparameters设置成RSVPProfile，将IPQoSParameters的Queue置成WFQ，将RSVPProtocolParameters的RSVPStatus设置成Enabled，MaximumReservableBW设置成75%。对WestRouter，EastRouter进行同样的参数设置，将IPQoSParameters的Queue置成WFQ，将RSVPProtocoParameters的RSVPStatus设置成Enabled，并将IF0和IF10的41 武汉理工大学毕业设计（论文）MaximumReservableBW设置成75%。运行仿真：搜集统计量：Voice_RSVPCaller：RSVP中的NumberofPathStates；VoiceCallingParty中的PacketDelayVariationandPacketEnd-to-EndDelay（sec）。Voice_RSVPCalled：RSVP中的NumberofResvStates。VoiceCaller：VoiceCallingParty中的PacketDelayVariationandPacketEnd-to-EndDelay（sec）。将运行时间设置为150秒，运行结果。4.2.2结果分析图4.16端到端延迟从图4.16可以看出，在通过RSVP资源预留后，端到端延迟发生了明显的变化。在经过100S后，开始进行声音的传输，在没有经过RSVP资源预留的仿真中，端到端延时在经过一段平缓时间后持续增大，而RSVP资源预留后，几乎没有端到端的延时，因此，可以看出来，RSVP改善了端到端的延时来达到网路的服务质量。41 武汉理工大学毕业设计（论文）图4.17延迟抖动从4.17可以看出来，在经过RSVP资源预留后，几乎没有延迟抖动，而没有RSVP资源预留，延迟抖动在经过一段持平时间后连续增大，不利于网络的传输。由此可见，在RSVP资源预留通过改善延迟抖动来完善网络的服务质量。结论：RSVP是以资源预留的方式来实现QoS保障，对于每一个需要进行QoS处理的数据流，通过一定的信令机制，在其经由的每一个路由器上进行资源预留，以便实现端到端的QoS业务服务。从仿真中可以看出来，资源预留能够通过降低端到端延时、延时抖动来保证网络的服务质量，虽然过程中要通过对每一个路由器进行设置，有点复杂，但是很好的达到了要求，是一种保证QoS的有效方法。41 武汉理工大学毕业设计（论文）第5章总结与展望5.1总结网络服务质量控制是Internet研究的热点，目前取得的主要成果是初步建立了区分服务（DiffServ）的体系结构，并且在研究如何采用核心无状态的网络提供类似于集成服务（IntServ）的性能保证方面也取得了很多研究成果。两种服务体系模型对当今日趋严重的网络拥塞问题带来了很大程度上的改善。尤其是区分服务的研究通过保存流聚集信息，大大减少了核心节点的处理负担，保证了大型网络的扩展性。但是，我们距离真正全面完整地解决服务质量控制问题还有很长的距离。这是由互联网络本身的复杂性特点和用户对网络业务质量越来越高的要求决定的。很多控制网络服务质量的算法还仅限于理论探讨和实验室阶段，真正的网络应用需要研究人员和厂商的共同努力，而算法的通用性、易用型、健壮性等问题都需要在运行中验证，解决网络拥塞问题和提供分类别、符合用户服务质量要求的新一代网络还需要大量艰苦细致的工作。本文通过对网络服务质量QoS的理论研究，提出了控制QoS的几种算法，并在OPNET仿真环境下建立了端到端的网络拓扑结构，仿真比较了QoS的延时、抖动等性能参数，以此说明网络服务质量改进前后的优缺点。5.2展望计算机网络发展至今，已经成为一个异常复杂的非线性系统，并且网络规模还在迅速增大。就网络服务质量控制领域来说，有很多需要进一步研究的领域，例如，服务质量控制机制实现的复杂性仍然是其很难全面投入使用的主要障碍。如果真的要在Internet上全面推广服务质量控制机制，即使采用DiffServ的服务质量框架，仍然需要对网络中的各种设备进行大量的配置和管理工作，这项工作的复杂度己经超过了现有的网络管理系统能果承受的范围。本文探讨的网络服务质量模型，其模型己经在20世纪90年代提出，集成服务和区分服务的技术和模型还在深入讨论阶段，虽然有不少厂商的核心设备支持RSVP协议和DiffServ体系结构，但是还无法构建真正的新型结构的网络体系，还有大量的实施标准和算法有待完善。本文未讨论的随机早期检测算法是大量路由器缓冲区管理算法中的一大类，是网络服务质量控制领域研究问题的重要组成部分；算法的改进只是针对区分服务体系结构中的AFPHB，并不是适合所有的情况，对于其他的网络环境要做具体分析和讨论；大量的试验模拟结果还有待于在真正的网络环境下运行考证，算法本身还需进一步改进和完善；另外，改进方案中参数的敏感性及各功能模块间的参数配合需要进一步考虑。41 武汉理工大学毕业设计（论文）此外，新的路由器缓冲管理算法如BLUE算法是下一步应关注的领域，不同的缓冲区管理算法的效果应该更多的从理论和实验的角度进行比较，提出不同算法各自的优缺点和适用环境；在DiffServ模型同MPLS技术的有机结合方面，以及核心无状态体系结构中的动态分组状态，还有大量的细节问题需要进一步研究和探讨。41 武汉理工大学毕业设计（论文）参考文献[1]WalterColitti，KrisSteenhaut，PasqualeGurzì，AnnNowé，DidierColle，BartPuype，MarioPickavet.ServicedifferentiationinIP/MPLSoverASON/GMPLSnetworks[J].PhotonicNetworkCommunications.2009.[2]R.HindenandS.Deering.IPv6AddressingofIPv4/IPv6Translators，RFC6052，Oct.2010.[3]牛永彪.计算机网络服务质量优化方法探析[J].信息安全与技术.2012（05）.[4]林闯.多媒体信息网络的控制.软件学报，1999，10（10）.[5]杜慧军，李玉忠，赵士滨.基于Diffserv骨干网下子网的互连方案.计算机工程与应用，156一158，2003年第7期.[6]严伟荣，蔡士杰.基于差分服务的贪婪流问题解决算法.计算机研究与发展，第40卷第2期，208一214，2003年2月.[7]王彬蔚.网络中服务质量（QoS）的研究.电子科技大学，2002，03，01.[8]刘杰彦，曾家智.IPQoS中的综合业务和区分业务.信息技术，2004，02，29.[9]齐红满.基于MPLS的下一代网络服务质量研究.计算机应用技术，2007，12，20.[10]荣海峰.下一代网络服务质量研究.仰恩大学计算机信息与技术学院，2009，09，01.[11]刘韵洁，张云勇，张智江.下一代网络服务质量技术.电子工业出版社，2005，08.[12]张志涌，杨祖樱.MATLAB教程R2010a.北京航空航天大学出版社，2010，08.[13]谢希仁，计算机网络（第六版）.电子工业出版社，2013，06.[14]PrenticeHall.ComputerNetworks，FourthEdition.AndrewS.Tanenbaum，March17，2003.[15]JianShi，ShaopingWangandKangWang.Congestion-basedReliabilityAnalysisforComputerNetworks.SchoolofAutomationScienceandElectricalEngineeringBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsBeijing，July，2009.[16]陈敏.OPNET网络仿真.清华大学出版社，2009，11[17]陈彦萍.基于IntServ和DiffServ的端到端QoS研究.西安交通大学计算机系统结构与网络研究所，2003，05.41 武汉理工大学毕业设计（论文）致谢本设计论文是在吕锋老师的精心指导下顺利完成的，从论文选题、开题报告的撰写、阶段性学习、到终期论文的完成，都得到了指导老师的关心和教诲。吕锋老师博学多才，具有很强的解决实际问题的能力和丰富的教学经验，能够跟着他学习是我的荣幸。在此向吕锋致以最诚挚的谢意。同时也要感谢大学四年里所有给我传授知识的老师们，感谢他们对我们学习、生活给予的关心和帮助，感谢她们这四年来用自己的行动告诉我做事要认真严谨，要脚踏实地。他们的精神将永远激励着我。感谢学校给予我多年的教育，能有这样一个终身难忘的学习的机会，让我以后的生活有了更大的基础保障。感谢一起生活学习、一起面对困难解决困难的同学们、室友姐妹们，感谢他们的关心、帮助和支持。感谢父母，在十多年的读书期间对我默默地给予精神和物质上的支持，有了他们的关爱和理解才使顺利地度过了每一个难关。感谢武汉理工大学图书馆给我们提供充足的知识资源，在给我提供专业知识帮助的同时，扩展了我课外知识的视野。最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩、并提出宝贵意见的各位老师！41本科毕业设计（论文）开题报告学生姓名学号专业班级指导教师职称单位课题性质设计□论文□课题来源科研□教学□生产□其它□ 毕业设计（论文）题目开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）一、论文研究的目的、意义1、现实意义：指出现实当中存在这个问题，需要去研究，去解决，本课题的研究有什么实际作用。2、理论意义：论文的理论和学术价值。二、研究现状1、国内研究现状：（国内对此课题研究到了什么程度）2、国外研究现状：（国外对此课题研究到了什么程度）三、研究内容此部分即为论文大纲（大纲格式如下：）绪论(论文研究的目的、意义论文研究的内容论文的研究方法)1．。。。。。（只写该标题的名称即可）1．1．。。。1．1．1．。。。。1．2．。。。。1．2．1．。。。。2．1．。。。2．1．1．。。四、研究方案此部分内容为研究方法，即通过何种途径完成本篇论文。如观察法、调查法、实验法、 经验总结法、个案法、比较研究法、文献资料法等。在介绍方法时简单写一下通过此方法研究出了什么内容。五、进度安排在毕业任务书中有，粘贴过即可。六、预期结果本部分为你的论文预期达到什么程度。（即达到本科毕业论文答辩水平）七、参考文献参考文献的格式一定要写对。1、期刊格式：[序号]主要责任者．文献题名[J]．刊名，年，卷（期）：起止页码．如：[1]周颖，王姣.谈邮政储蓄银行对银行业竞争格局的影响[J].商业时代，2006[2]景玉琴.构建中小企业政策性金融支持体系[J].上海金融学院学报，20042、著作格式：[序号]主要责任者．文献题名[文献类型标识]．出版地：出版者，出版年.起止页码．如：[1]陈晓红.中小企业融资[M]北京.中国金融出版社，20013、报纸文章：[序号]主要责任者.文献题名[N].报纸名，出版日期（版次）．4、电子文献：[序号]主要责任者.电子文献题名[电子文献及载体类型标识].电子文献的出处或可获得地址，发表或更新日期/引用日期（任选）． 指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意□不同意□教研室主任签名：年月日 电子科技大学毕业设计(论文)成绩考核表题目：教学中心：学生姓名：学号：专业：指导教师：职称：所在单位： 指导教师意见：签字：年月日评审意见：评阅人：年月日 答辩意见：答辩小组组长签名：年月日毕业设计（论文）成绩1．设计说明书（论文报告）分总分：（等级：）2．答辩分3．平时成绩分学校意见：年月日1．学生毕业设计（论文）正本存教学中心。2．本表一式两份，一份存入学生档案，一份学校存档。3．此表须用钢笔填写。 附件2：2008级统招本科生毕业论文(设计)中期检查表（学生用表）学院检查时间年月日论文题目指导教师学生姓名专业班级学号目前已完成的任务是否符合任务书要求的进度是否尚需完成的任务能否按期完成任务能不能存在的问题存在的问题 及拟采取的办法拟采取的办法对指导教师的建议学生（签名）：年月日本科生毕业论文(设计)中期检查表（教师用表）学院检查时间年月日论文题目指导教师学生姓名专业班级学号指导情况指导方式工作进度完成情况提前完成按计划完成延期完成没有完成质量评价（学生前期已完成的工作的质量情况）优良中差工作态度情况（学生对毕业论文的认真程度、纪律及出勤情况）认真较认真一般不认真选题是否有无选题变化原因 有变化目前存在的问题，拟采取解决问题的方案及措施对该同学阶段性工作的评价指导教师（签名）：年月日（此表一式两份，一份学院存档，一份交教务处实践科存档。）致谢我历时将近两个月时间终于把这篇论文写完了，在这段充满奋斗的历程中，带给我的学生生涯无限的激情和收获。在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师给我提供了很多方面的支持与帮助，尤其要强烈感谢我的论文指导老师—XX老师，没有她对我进行了不厌其烦的指导和帮助，无私的为我进行论文的修改和改进，就没有我这篇论文的最终完成。在此，我向指导和帮助过我的老师们表示最衷心的感谢！  同时，我也要感谢本论文所引用的各位学者的专著，如果没有这些学者的研究成果的启发和帮助，我将无法完成本篇论文的最终写作。至此，我也要感谢我的朋友和同学，他们在我写论文的过程中给予我了很多有用的素材，也在论文的排版和撰写过程中提供热情的帮助！ 金无足赤，人无完人。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和同学批评和指正！'