基于MPLS的QoS机制研究

张国欣　王恒　史亚晨

【摘要】MPLS是保证QoS实现的一种关键技术。通过合理配置MPLS，使数据包的交换以标签为基础进行路由交换。MPLS利用网络核心的交换技术和网络边缘的路由技术，通过对网络流量进行合理的控制，使流量均衡地分布在网络上，从而提高网络整体性能。当网络有实时业务传输的需求时，QoS保障是必需的。

【关键词】多协议标记交换 服务质量

伴随着多媒体技术的蓬勃发展，Internet上多媒体的应用层出不穷，多媒体信息的数量与日俱增，Internet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。新业务对网络提出了新的服务质量的要求，不仅要求数据传输的可靠性，还要求数据传输过程的实时性和可预见性。多协议标记交换（MPLS）技术实现的新一代网络具有灵活路由、高速交换以及服务质量和流量控制等性能，能够满足用户在IP網上开展各种新业务所要求的服务质量保证，因此，可以用来在网络中支持QoS的实时业务，MPLS成为网络优化和提供服务质量的首选技术。

一、服务质量（QoS）

QoS（Quality of Service）即服务质量，是网络在传输数据时要求满足的一系列服务要求，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术，具体可量化为带宽、延迟、延迟抖动、丢包率、吞吐量等性能指标。

不同的业务对上述每个指标的敏感程度是不同的。网络在承载不同业务时需提供不同的质量保证，根据预先协商好的条件对不同的数据流进行有区别的传输服务。不同的通信网络对服务质量的要求各不相同。QoS的目标是对特定业务提供专用的带宽、降低报文传送时延和抖动、减小丢包率，提供更好的和可预测的网络服务。正常情况下，如果网络的应用系统无时间限制，则不需要QoS，关键应用和多媒体应用就相当有必要。当网络发生过载或拥塞时，QoS能保证重要业务量不受延迟，数据包不被丢弃，从而保证网络的高效运行。

二、MPLS网络协议

MPLS（（Multi—Protocol Label Switching）即多协议标记交换，是IP通信领域中的一项技术，在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效的传输。它采用集成模式，通过在数据包内部引入标签的机制，将IP技术和ATM技术良好地结合在一起，具有高速交换、QoS性能、流量控制以及快速收敛性和可扩展性，可支持多种网络层协议及不同的路由协议。与传统IP路由方式相比，它在数据转发时，只在网络边缘分析IP报文头，而不用在每一跳都分析ip报文头，节约了处理时间。它的价值在于提供IP业务时确保QoS和安全性。

MPLS网络与传统网络的不同主要在于MPLS域中使用了标签交换路由器（LSR），MPLS域内部的LSR之间使用MPLS协议进行通信，而在MPLS域的边缘由MPLS边缘路由器进行与传统IP技术的适配。MPLS网络中只需要在网络入口的边界标签交换路由器（LER）处做一次IP分组到FEC的映射，再将FEC编码成定长的标签编码，并把标签插入到IP分组头中，沿着标签交换路径（LSP）的后继节点不再对整个分组头进行分析，而是用输入分组头的标签作为索引，查找下一跳的新标签，然后用新标签取代旧标签后，将分组转发出去，直到LSP的出口，剥去标签，将分组转发给外部路由器。

三、服务模型与MPLS相结合保证QoS

MPLS作为下一代网络的核心技术，其网络中的QoS保证机制主要有：MPLS流量工程、基于MPLS的QoS服务模型（综合服务IntServ和区分服务DiffServ）及区分服务感知的流量工程（DS-TE）技术。基于MPLS网络的QoS服务模型的研究分析，对于多业务网络的QoS保证具有极为重要的意义。

1、IntServ模型与MPLS相结合保证QoS

要在MPLS网络中实现IntServ，关键在于把标签请求、标签捆绑与一定的QoS参数结合起来，从而在建立LSP的过程中实现资源预留，使得建立的LSP具有QoS保证，扩展的RSVP协议利用扩展的PATH消息和RESV消息很好地解决了这个问题，因此IntServ模型在MPLS网络中的实现基本上都是采用RSVP-TE协议建立具有QoS保证的LSP。

基于MPLS的IntServ模型的中间各节点（（LSR）只需根据标签进行标签交换操作，减轻了中间路由器负担，增强了网络的扩展性。同时，在MPLS中还可以利用转发等价类（（FEC）进行转发，以减少资源消耗，提高网络性能，相对地提高了网络的QoS保证能力。然而IntServ模型在MPLS中的通路合并涉及修改合并点到出口点间的LSP预留资源，同时要求在修改LSP完成以前不能中断原有LSP上的数据传输及服务质量，实现起来有一定的难度。

2、DiffServ模型与MPLS相结合保证QoS

MPLS的网络模型和DiffServ模型具有很多相似性。MPLS网络中的标签分配机制和DiffServ网络中对IP包的服务质量分类非常相似。DiffServ的边缘路由器将数据流按类别分类，映射到DSCP; MPLS的边缘路由器将数据流按照FEC分类，映射到标签。在核心路由器上，DiffServ基于DSCP进行调度和丢包;MPLS基于标签进行交换转发。这些都为二者的结合提供了便利。MPLS与DiffServ的控制机制也非常类似，复杂的运算工作由网络的边缘节点来完成，核心路由器的处理工作相对简单，可扩展性较强。因此，MPLS网络很适合做DiffServ的载体，同时，MPLS也能对DiffServ提供很好的支持。

DiffServ和MPLS结合后，MPLS中的LSR既要负责标签交换，又要完成区分服务，可以提供更好的端到端的QoS保证。MPLS在IP网络中引入面向连接的机制，采用建立LSP来转发分组，能够明确指示从源端到目的端的路由，这使得在MPLS中的区分服务能够解决面向无连接的传统IP无法保证QoS的问题。

参考文献：

[1]周芳，彭英，文平耿.增加QoS保护来增强MPLS QoS路由[J].岳阳职业技术学院学报，2010，25（03）：93-95.

[2]张育峰.基于MPLS的QoS机制研究及其实现[D].浙江大学，2008.