MPLS网络的综合接纳控制算法*

范淑艳，韩卫占，霍永华

(1. 西安电子科技大学 通信工程学院，陕西 西安 710071；2．中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

多协议标记交换MPLS (MultiProtocol Label Switching)网络中端到端路径上可用网络资源是否满足需求是下一代网络资源与接纳控制RACF(Resource and Admission Control Function)进行接纳控制决策的重要依据[1-3]。由于对业务特征了解得不准确，汇聚后的业务流特征与单个业务流不同，使得按照带宽分配模型分配的网络资源与业务实际使用的网络资源大小可能不一致[4-5]，因此仅依据控制面给出的理论上的可用带宽进行网络资源与接纳控制决策可能导致网络资源利用率降低。有人针对自相似业务提出了基于参数与测量相结合的接纳控制方法[6]。有的对网络可用带宽的测量算法进行了研究[7-8]，有文献介绍了基于测量的接纳控制算法[9-10]，还有文献介绍了采用端到端测量工具了解网络可用带宽的方法[11-14]。在MPLS网络中，相同地址对之间的IP数据可采用不同类型的MPLS连接(MPLS TE 或MPLS LSP)进行传送。如果不了解网络中的连接建立情况，只是进行端到端测量，因为不了解测量结果的真实含义，导致测量结果对接纳策略决策而言基本不具有参考价值。针对该问题提出了基于理论带宽与受控的端到端测量相结合获取网络可用带宽的接纳控制算法，设计开发了受控的端到端测量软件、通信网络资源管理及策略决策软件，构建了试验环境，进行了接纳控制试验。试验结果表明，采用与端到端测量结合的接纳控制算法，可以提高低优先级业务的接纳成功率，并在一定程度上提供QoS保证。

1 MPLS网络的带宽分配模型

ITU-T分别给出了MPLS核心网络的分布式和集中式RACF体系结构建议[2-3]。按照这些建议，首先根据业务分布预先建立一定带宽的区分服务的MPLS连接，然后根据业务请求进行端到端路径选择，依据策略将业务请求映射至相应优先级的MPLS 连接上。端到端路径上可用网络资源是否满足需求是接纳控制决策的重要依据。如果可用资源满足需求，则该业务请求被接纳；如果可用资源不满足需求，则拒绝该业务请求或者调整MPLS 连接带宽，在可用资源满足需求情况下接纳该业务请求。尽管建议中要求传送资源控制功能实体能够收集每个LSP(Label Switch Path)的基本性能参数，但并没有限定区分优先级的网络资源分配方式，而采用不同的带宽分配方式将导致做出完全不同的可用带宽判断。因此必须了解通信网络采用的带宽分配模型。

本文试验用MPLS网络采用的带宽分配模型与俄罗斯套娃分配模型RDM有些类似[4]，即各种业务类型的受限带宽都要考虑同级或更高优先级级的连接带宽。与RDM模型不同之处是各个优先级的受限带宽均为最大可分配带宽，另外当新连接申请到达时，只判断该业务类型对应优先级的受限带宽是否满足需求，不同优先级带宽限制之间是“或”的逻辑关系。因此网络内已经建立成功的MPLS连接带宽有可能远远超过最大可分配带宽，这与不同优先级的MPLS连接建立顺序有很大关系。

这种带宽分配模型的优点是能保证高优先级连接建立申请都能被接纳，能保证最高优先级的QoS，对低优先级的连接只能提供相对QoS保证，因为仅从控制面判断低优先级连接带宽能满足传送需求情况下，实际不一定能保证业务传送的QoS。另外，尽管高优先级连接存在，但是通过测量发现高优先级连接上实际使用的带宽远远小于理论分配带宽时，高优先级业务分配的带宽资源可以借给低优先级的业务使用。因此考虑将理论带宽与基于测量的网络可用带宽相结合的方式获取网络可用资源信息，在一定程度上能提高低优先级业务的接纳成功率。

2 面向连接网络中受控的端到端测量方法

在面向连接的通信网络中，网络可以在不同节点之间同时建立了不同优先级、不同带宽的、不同掩码长度的连接， 因此同一对IP地址对之间的数据流可能选择多种连接方式进行数据转发。通常情况下是按照一定的优先顺序选择连接方式后进行数据转发的，例如优先选择匹配的MPLS TE连接，最后再选择MPLS LSP连接。如果不了解网络中的连接建立情况，只是进行端到端测量，因为不了解测量结果的真实含义，导致测量结果对策略决策而言基本不具有参考价值。为此，我们提出了受控的端到端测量方式，只是在需要时由策略决策实体针对网络存在的连接信息提出端到端测量申请，启动测量。这样既能为策略决策提供参考，又不会对网络造成太大的负载负担。

常用的端到端测量工具有很多，如Iperf、Netperf以及Chariot等。由于选择的测量工具必须方便与项目开发的网络资源管理软件集成，所以原型系统中选择开源的iperf网络测量工具实现受控的端到端测量。

受控的端到端测量采用 “双”C/S的架构模式。首先，在网络资源管理服务器端集成了“受控的端到端测量子系统”的服务器端IperfServer，网络上每个受控的节点PC上部署了客户端部分IperfClient，二者构成了第一层C/S架构，用于控制台和各受控节点间的数据通信。而Iperf程序本身也是基于C/S的模式进行网络测量的。网络上每两个IperfClient在进行所在节点间的网络测量时，一方作为Server，另一方作为Client，二者构成了第二层C/S架构，用于网络上节点间的网络测量。

3 与受控的端到端测量相结合的接纳控制算法

假定预先建立优先级为c的MPLS TE连接带宽为BWc，在该连接上映射的各个任务的总带宽为R_BWc，假定已经动态建立的优先级为c的MPLS TE连接的总带宽为BWcd，网络总的最大可分配带宽为MAX_R_BW。假定新到申请的业务类型为c，带宽需求为DBW，则推荐的理论带宽与受控的端到端测量相结合的接纳控制算法流程图如图1所示，具体步骤如下：

1)任务请求到达；

2)按照策略规则确定该任务应该映射的MPLS TE连接优先级c；

3)如果该优先级预分配的带宽仍能满足需求，即DBW+R_BWc≤BWc，则接纳该任务传送请求；

4)向优先级为c的预先建立的MPLS TE连接上映射，该连接上映射的任务总带宽更新为DBW+R_BWc；

5)如果DBW+R_BWc>BWc，则预先建立的MPLS TE连接资源不能满足需求，为该任务动态分配网络资源，任务结束后删除动态建立的相应MPLS TE连接。动态建立优先级为c的MPLS TE连接，带宽为DBW；

8)如果返回的LSP吞吐量的测量结果大于DBW，则表明实际可用带宽大于DBW，可以接纳该任务请求；

9)如果返回的LSP吞吐量的测量结果小于DBW，则拒绝接纳该任务请求。

图1 推荐的接纳控制算法流程图

图2 试验环境中的连接关系图

4 接纳控制试验

试验环境如图2所示，包括3个MPLS交换机、3台LAN交换机、1台网络资源管理服务器和1台策略决策服务器等设备。MPLS交换机1和2之间、1和3之间均通过光纤相连，链路带宽为155 Mb/s，MPLS交换机2和3之间通过电缆相连，带宽为2 Mb/s。6个测试用计算机终端分别与LAN交换机2和LAN交换机3相连，进行下列试验。

试验步骤如下：

1)按照预计的网络业务分布，在传送策略决策服务器上进行网络业务规划，生成网络的MPLS连接配置数据，按照从低优先级到高优先级的顺序，通过网络资源管理服务器在MPLS交换机上间预先建立表1所示的MPLS 连接；

2)用户提交某种业务传送请求，按照策略规则均应映射至低优先级MPLS TE连接；

3)策略决策服务器依据与端到端测量结合的资源与接纳控制策略，向相应优先级的MPLS连接上映射业务请求。如果可用资源满足需求，则接纳业务请求；如果不满足需求，则拒绝业务请求。采用常规接纳策略和与测量结合的资源与接纳控制策略下的业务请求接纳情况如表2所示。

表1 试验网络中预先建立的MPLS 连接

表2 试验中的业务请求映射及接纳结果

从试验结果可以发现：采用推荐的接纳控制算法，可以提高低优先级业务的接纳成功率，并且一定程度上提供QoS保证，进一步提高了网络资源利用效率。

5 结 论

MPLS网络中仅依据控制面给出的理论上的可用带宽进行网络资源与接纳控制决策可能导致网络资源利用率降低。针对该问题提出了基于理论带宽与受控的端到端测量相结合获取网络可用带宽的接纳控制算法，设计开发了受控的端到端测量软件、通信网络资源管理及策略决策软件，构建了试验环境并进行了接纳控制试验。试验结果表明采用推荐的接纳控制算法，可以提高低优先级业务的接纳成功率，并且一定程度上提供QoS保证，进一步提高了网络资源利用效率。

参考文献：

[1]Recommendation ITU-T Y.2111. Resource and admission control functions in next generation networks[S].Nov 2008，http://www.itu.int/rec/T-REC-Y.2111-200811-I/en.

[2]Recommendation ITU-T Y.2174. Distributed RACF architecture for MPLS core networks[S].June 2008，http://www.itu.int/rec/T-REC-Y.2174-200806-I/en.

[3]Recommendation ITU-T Y.2175. Centralized RACF architecture for MPLS core networks[S].Nov 2008，http://www.itu.int/rec/T-REC-Y.2175-200811-I/en.

[4]IETF RFC 4127. Russian Dolls Bandwidth Constraints Model for Diffserv-aware MPLS Traffic Engineering[S]. June 2005，http://www.ietf.org/rfc/rfc4127.txt.

[5]IETF RFC 4125, F.Le Faucheur, W. Lai. Maximum Allocation Bandwidth Constraints Model for Diffserv-aware MPLS Traffic Engineering[S].June 2005，http://www.ietf.org/rfc/rfc4125.txt.

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