VoIP在基于MPLS集成模型里面QoS技术

3基于MPLS的集成模型

　　整个集成模型结构由边缘网络和核心网络构成。对MPLS来说，它实际上是一个提供VPN的承载网络，实现多节点QoS需求的无缝连结。边缘网络是一个Intserv域，支持综合服务，RSVP可为业务流提供较好的QoS管理粒度和资源预留，并且能够穿过核心网络区域。边缘网络通过核心网络实现端到端的QoS服务，核心网络是在MPLS之上的Diffserv域，由于MPLS与Diffserv对分组的处理及QoS支持比较相似，二者集成既可保留MPLS的便于流量管理、快速转发的优点，也可对Diffserv域的资源提供聚合传输控制，具有良好的扩展性。下面结合主机A、B实现定量的QoS通信为例，主要介绍几个部件的相关工作。

3.1　ER

　　ER是纯粹的Intserv路由器，在发送与接收间处理正常的RSVP信令信息，并预定的策略控制资源有效性。主机A产生RSVP PATH信令，该信令详细讲述了应用进程要求的QoS，并激活本地流量控制。经过正常的RSVP操作后，信令到达Intserv域边缘路由器ER。

3.2　BR/LER

　　BR/LER既是Diffserv域边界路由器，同时也是MPLS域中的标签边界路由器LER，结构和功能相对复杂。RSVP信令进入核心网络时，首先经过Diffserv域，在Diffserv域不识别RSVP的情况下，BR/LER作为纯粹的Diffserv边界路由器BR，将转发服务要求相同的一类微流聚合，组成一类以DSCP标识的行为聚合（behavior aggregate，BA），并映射到MPLS　LSP上进行转发，同时对流聚集进行监测、调度。在Diffserv域识别RSVP的情况下， LER实施接纳控制，建立LSP，另外对进入的分组还负责分类、申请（或者除去）MPLS标签，而BR则参加RSVP的信令过程并作为Diffserv域的接纳控制代理[5]。

　　入站分组通过BR/LER的分类器后，首先执行第三层的查找，若是没有标记的分组，将被标记并作为带标签的分组发送给核心网络的其他MPLS节点；若是带标签的分组，可以作为带标签的分组被转发给其他的MPLS节点，而对于目的地为非MPLS节点的，删除标签并执行第3层查找，由IP转发表发送出去；其余的作为纯粹的IP分组被转发给非MPLS节点。

3.3　CR/LSR

　　核心网络中内部的路由器CR，即MPLS域中的LSR，主要完成MPLS分组的标记交换和转发。CR/LSR结构比BR/LER要简单得多。当LSR收到一个标记过的数据包后，它就把这个标签在包含NHLFE的ILM（Incoming Label Map）表里当成索引。进入的标签被新出去的标签取代，包被转发到下一跳，最后，当MPLS包离开网络时LSR的出口解封装MPLS头。LSR还承载Diffserv流聚集的MPLS分组进行调度、整形、丢弃。

4　集成模型上传输VoIP的QoS实现技术

　　这种集成模型包括Intserv和Diffserv的集成以及Diffserv和MPLS的集成，前者的关键是经由边缘网络产生的含有一定的QoS的数据包如何被分类并确定DSCP的值，也就是如何将Intserv各种服务类型映射到Diffserv的PHB（per hop behavior）；后者的关键是如何将Diffserv中的BA映射到MPLS中的LSP上。在这只考虑BA不多于八种的情况，Intserv、Diffserv和MPLS之间的服务映射见表一。下面结合集成模型上传输VoIP来对其QoS实现技术进行分析。

4.1 Intserv和Diffserv的集成

Intserv定义三种服务类型：

　　（1） 确保业务（Guaranteed Service, GS）：可提供一种端到端的严格固定队列延迟的服务，确保带宽。

　　（2） 可控负载服务（Controlled-load Service, CL）：比尽力服务要好，是一种相当于在负载不重的网络上进行的尽力而为的服务。

　　（3） 尽力服务（Best Effort，BE）：传统的服务，没有在QoS保障。

　　对于属于GS的VoIP分组，MPLS网络必须能够识别并将它们从网络中的数据分组中区分出来，才能在MPLS网络上提供特别QoS支持。在Diffserv网络里，定义一种替代的报头域，叫做DS域，它替代IPv4 TOS字节（RFC 791）以及IPv6流量类字节。DS被分割为一个六比特的DSCP字段和一个两比特的CU（current unused）字段，DS域使用DSCP去选择每一个接口的PHB，CU字段还没分配，是为ECN（explicit congestion notification）预留的，可以用于前向/后向拥塞通知，这在帧中继网络中非常有用。当决定PHB应用到一个已收到的数据包时CU的作用被相应的DS接口忽略。

　　依据DSCP设置标记包的系统的能力，以同样的DSCP设置收集的包或以一个特定的方向发送的包将被集合成BA。从多种信息源或者应用传送来的包可以属于同样的BA。换句话说，当用SLA（service level agreement）或者策略映射配置时，PHB指的是在任何给定的属于BA的包上对包进行排序，队列，管理或者对节点修整的形为。PHB有四种类型，分别为default PHB、Class-Selector PHB、Assured Forwarding（Afny） PHB、Expedited Forwarding（EF） PHB 。

　　RSVP作为Diffserv的组件，提供一个保证带宽的服务，VoIP需要这种健壮（robust）的服务。而作为Diffserv的关键组成部件EF PHB，支持这种健壮的服务，并提供低丢失、低延迟、低抖动以及确定的带宽服务，很好满足VoIP的QoS的要求。在使用优先排队（priority queueing，PQ）以及类（或者BA）上速率限制时执行EF。在Diffserv网络中执行EF PHB时，它提供虚拟专用线路，或者额外的服务。因此，EF PHB是对VoIP这样要求低带宽，保证带宽，低时延，低抖动的应用是最理想的。

　　这样，通过DS域的使用，能够在BR/LER对语音的有效负载流量和信令流量指定不同的优先等级。语音缺省的DSCP为101110（RFC 2598），信令缺省的DSCP为011010（RFC 2597）。

4.2　Diffserv和MPLS的集成

　　在MPLS网络里将服务定义为以下几类：

　　（1） Premium：对延时很敏感的一类，以PDA（peak data rate）速率最大可能的传递用户数据包，低于PDA的数据包将被丢弃。

　　（2） Olympic：对呑吐量很敏感的一类，由三种服务类组成：Gold，Silver以及Bronze。在每个类里有两个微处理级，网络至少以CDR（committed data rate）速率最大可能传递用户数据包，可以高于该速率，但如果低于该速率数据包传递的可能性就极小。

　　（3） Best Effort：网络里无QoS保证的服务类。

　　很显然，要将VoIP分组映射为Premium类，也就是须将封装VoIP的MPLS头中Exp字段映射成111，具有最高的服务等级。其实，如何将BA映射到LSP实质上是如何在MPLS分组头标中携带BA信息（DSCP）[7]。把一类具有相同队列处理要求、调度行为，但丢弃优先级不同的PHB定义为一个PHB调度类（PHB　Scheduling Class, PSC）[8]，那么这样映射实质上也是就是如何在MPLS头标中标识分组所属的PSC以及分组的丢弃优先级。IETF组织将LSP分为两类，即E-LSP和L-LSP。E-LSP定义8种BA，映射到MPLS标记的Exp字段超过8种BA时，定义为L-LSP，要联合使用Lable字段和Exp字段标识种类，可单独使用Exp字段表示丢弃优先级，但扩展性不如E-LSP。两种服务之间的映射关系见表一。

　　在MPLS网络中，提供无拥塞（较低的延迟、抖动和分组丢失率）LSP对VoIP业务至关重要的。在MPLS网络里存在一个这样的问题，就是路由器建立了-个LSP，却不能保证该路由器能够处理这个LSP的带宽要求，其它通过这个路由器的LSP可能会与它争夺相同的资源。MPLS网络采用RSVP技术，RSVP是一种与电路交换网络的呼叫建立非常类似的带宽预留技术，这样就可以在每个路由器为每个LSP预留带宽，这样从开始就避免了路由器的过度预订。此外，在为VoIP语音业务指定网络资源时，需要根据严格的计算，逐个链路进行，MPLS的流量工程可以胜任这种工作。流量工程利用RSVP为语音业务流预留资源，如果最短路径的资源不够，流量工程可以建立路由来传送业务。如果RSVP建立MPLS流量工程隧道，MPLS标记也可用于这种业务流。这些标记加上Exp比特，为话音流提供了一个简单、可扩展的标识方式。