基于路由器的高性能QoS嵌套CBQ系统研究及其实现

论文摘要

互联网的大规模商业应用对传统的数据传输业务提出了新的挑战。基于实时多媒体信息流的服务,如视频点播、在线直播、P2P视频共享,构成了目前在线服务的主流。因此,保证多媒体信息流的实时性传输已经成为互联网发展研究的热点。多媒体信息不仅需要互连方面的要求,而且对网络带宽、延迟、延迟抖动等性能也有明确严格的考虑。在仅仅面向数据传输的互联网,如何实现经济有效的服务质量(QoS)保证,已成为业界研究的重要课题。DiffServ模型中提出的QoS保证模型,可以在互联网中经济有效地实现QoS服务。它简便的实现形式和方便的可扩展性为其在网络中的应用提供了广阔的前景。但是随着网络规模的不断扩大,网络应用的不断多样化,传统的基于IP地址的端到端的QoS服务,仅仅依靠端系统上的策略和算法已经难以提供令人满意的QoS保证,也难以满足不同用户的QoS需要。因此,如何在目前的路由器上实现可靠高效的,基于嵌套策略的QoS服务,成为本篇论文的重点。本论文首先对QoS的发展历史作了简单介绍,阐述了QoS的三种服务模型以及DiffServ模型取代之前两种模型的必然性。在对目前的QoS功能深入分析部分,分析了QoS模块的具体框架,深入探讨了CBQ算法。在介绍路由器QoS模型的基础上,提出了嵌套CBQ设计思想,并实现了基于路由器的嵌套CBQ系统。然后对路由器的相关算法,进行适合QoS系统的改进,实现了针对QoS系统的冗余备份和负载均衡。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 QoS的发展历史
• 1.2 QoS策略简介
• 1.3 选题背景
• 1.4 本论文的主要研究工作
• 第二章 QoS概述
• 2.1 QoS的一般概念
• 2.2 QoS定义
• 2.2.1 ISO组织对QoS定义
• 2.2.2 IETF组织对QoS的定义
• 2.3 QoS服务模型
• 2.3.1 尽力而为（Best-Effort）体系结构
• 2.3.2 综合服务/资源预留（IntServ/RSVP）
• 2.3.3 区分服务（DiffServ）体系结构
• 2.4 QoS功能
• 2.4.1 报文分类
• 2.4.2 流量监管和流量整形
• 2.4.3 拥塞管理和拥塞避免
• 2.5 QoS模块的框架
• 2.5.1 分类器
• 2.5.2 计量器
• 2.5.3 动作模块
• 2.5.4 队列调度模块
• 第三章 CBQ队列调度算法
• 3.1 CBQ的队列机制
• 3.2 CBQ的主要算法
• 3.2.1 SPFQ算法
• 3.2.2 WRR算法
• 3.3 CBQ队列间的带宽分配
• 3.4 CBQ报文转发流程
• 3.5 CBQ的报文丢弃策略
• 3.5.1 WRED算法简介
• 3.5.2 WRED的应用
• 第四章 路由器QoS嵌套CBQ系统的设计与实现
• 4.1 路由器简介
• 4.1.1 路由器工作原理
• 4.1.2 路由器的基本功能
• 4.2 路由器的QoS嵌套策略
• 4.2.1 路由器的QoS策略
• 4.2.2 路由器的QoS嵌套策略
• 4.3 嵌套策略的实现
• 4.3.1 嵌套CBQ策略的设计框图
• 4.3.2 数据结构定义
• 4.3.3 QoS嵌套CBQ策略的实现
• 第五章 高可用性QoS系统的实现
• 5.1 高可用性QoS系统的的应用网络拓扑与实现流程
• 5.2 高可用性QoS系统的冗余备份和负载均衡算法
• 5.2.1 BK协议
• 5.2.2 基于BK协议的负载均衡QoS系统的实现
• 5.3 高可用性QoS系统的实现
• 5.3.1 相关数据结构
• 5.3.2 程序流程图
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢