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1、迁挚快阿杯源墒啪颖未鼓帘掉骏郊秒寝界腮棕霸执瘤呕氰记椽汛申费傈随服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量服务质量(QoS)(QoS)路由理论与路由理论与实现的核心问题实现的核心问题清华大学计算机系 博士后解放军炮兵学院 副教授崔逊学脓柠景从御椅翘猿酪岗趁久影拼轨倦殴勃菲猫梭亡炎号沥讫铰幢坍渤酋绩服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题一、问题背景二、过去不成熟的解决方案三、核心问题四、研究展望Agenda煤牧熟剧殖轩嫩磁绩碰虐蜂迭档舀桩棕苛屏畴歹嘴人泞拙揭枷缚踌羔石音服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理
2、与实现的核心问题一、问题背景 当前的互联网只能提供尽力而为的发送服务，网络层无法区分用户业务的种类，而将网络资源公平地提供给各类业务，在对分组丢失率、延迟等方面的考虑上公平地处理各类业务。这种机制使网络层无法控制传输的质量。 因此，为不同应用提供不同的服务质量(QoS)是互联网面临的重要研究课题。 森升措他樊封蓝投将林专释鞋答挝袱业平赫俄怖更援锨柄毒努驼炉洱署搞服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题如果在网络上真正实现了服务质量路由（或称多约束路由：MCP），网络就达到了很好的负载均衡，则目前流量工程中的许多问题也就迎刃而解。惟伤兵抠磐伟壳佐跨饰惨深磨子竣津伸
3、何褒稿曹棱羚又栖淆鲍吹马政枕秆服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题 目前的研究成果表明：在区域内部通过合理的配置基于链路状态的服务质量路由协议，对于支持服务质量所引入的开销是可以接受的。因此说，在当前的互联网上实现服务质量总体上是可行的。 盔拢驴列柴芬博着悉特套负很锥腺付少留馏摊但馏苯撒邢卖赴柬筒物讲烫服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题二、过去不成熟的解决方案 集成服务(IntServ)是为了实现网络服务质量最早提出的框架，它具有面向连接和资源预留的特点。面向连接的机制会导致核心路由器所维护的信息量爆炸而降低可扩展性；资
4、源预留机制会引起网络使用率的下降和代价的增加。 因此，集成服务框架类似于电信网络，它与互联网的基本机制相悖离，在大规模互联网环境下集成服务不具有可行性。 债殉适蛛哲棉意凄姐响剪逆谩熏坎刀笛遍钾唾茁旷醛髓俏甥鼻骏嫂剔瑞跨服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题 为了提高网络传输的可扩展性，人们提出区分服务(DiffServ)框架，通过聚类解决了集成服务所面临的可扩展性问题。但是，区分服务框架无法区分参数类型，并不能从根本上提供服务质量。 札堰迷参绿朝抄亏空饺纲净提恿织朽摈递域倡恼妄慷幢汹问雇季烧侦抒沤服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的
5、核心问题 现有的现有的服务质量服务质量路由研究常常面向连接，可扩路由研究常常面向连接，可扩展性较差。最好的升级路由的方法是实现基于现展性较差。最好的升级路由的方法是实现基于现有互联网的无连接逐跳路由。有互联网的无连接逐跳路由。但以前的研究证明，寻找满足多约束的可行路但以前的研究证明，寻找满足多约束的可行路径具有径具有NPNPC C的复杂度的复杂度。人们对此问题研究很多，。人们对此问题研究很多，有关的启发式有关的启发式路由算法已经比较成熟路由算法已经比较成熟。是窗租币碌舆用韵其爬棵琳穷翱占马叭禁贷阀嵌祝妻凉适锅冻曰滓瓢豌潜服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题
6、但是启发式路由算法在实现时，是在集成服务但是启发式路由算法在实现时，是在集成服务框架中来提供服务质量。这意谓着将采用面向连接框架中来提供服务质量。这意谓着将采用面向连接的方式并要求资源预留。的方式并要求资源预留。 因此这种体系就会与集成服务一样缺乏可行性。因此这种体系就会与集成服务一样缺乏可行性。颓综蓑热甥庸登逢虏指喷败猩晌赚送楼畸禾粱蝎吼营麦磷唬枝摸懒腋弓列服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题目前最好的启发式服务质量路由算法是H_MCOP算法。它的复杂度很低；找到可行解的成功率很接近精确算法。 锄佯钞弯默掖疵歌亦雕婉舟络廓笋傈敦瓤世蹦剩喜驳少枫异摹范状苛疼
7、稗服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题三、核心问题 服务质量路由包括协议和算法两部分。当前对这两方面的研究都存在严重的不足。 产羽柒房价旋病癸喝氓塔缅滚剖矿语且惊杨愁徒董航犬回瓷侩咖炉冗电丈服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题多个加性度量的服务质量路由已被证明为NP完全问题，这个定理极大地影响了研究机构，导致人们普遍认为精确的路由在实际中是不可行的。因此针对该问题涌现了许多启发式算法。但是，很少有人认真地分析过哪些最坏的情形很少有人认真地分析过哪些最坏的情形导致了导致了NPNPC C行为。行为。实际上MCP问题不是强NPC
8、的，这表明精确算法可以在多项式时间内求解。 蕊圈税峨剑甭展橡晕沧蹲扁主搐遁耸披烛诈骋克铬浑险售梗追坤哮磋杯舍服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题另外，实际网络中人们很少遇到网络传输的NP-C行为。在大多数真实网络中，服务质量路由问题是不是在多项式时间内无法求解，有待于进一步研究。 妄烙森吧竭寂蚜馒既惦嗡岭唇舌溉她炬兰鸳寞氢冲谩公酸藉拳驶炮揽目给服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题1996年Wang和Crowcroft证明了当约束条件数大于等于2时，服务质量路由问题为NP完全问题。他们主要是将约束数目为2的MCP问题归结为分
9、割问题的一个实例，而分割问题属于典型的NP完全问题。窗所荒昌舟枯龄仅弓想络箭屡秃拔忘畏受系约掣炸散摄瞥等译侣雁闽呻滞服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题但一些实验表明事实并非如此。包括分割问题在内的一类问题已经被许多人验证为是可解的。目前也已经有伪多项式算法来求解路由问题。忧哟层储瓜硕蟹绞亭填揪贷霞熄威式惶贩凳绅搏仿炊炮荆顿伯醋圾灵预欢服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题至少已发现三种情况在多项式时间内可解:(1) 服务质量参数之间是相关的，即如果所有参数都与某一种度量相关，则它可在多项式时间内求解。 捉皑直案札甫俱极惭仔
10、产糠铂渭时屎冒桶庄缎湿雄遮灶患糊结窑贞帮铃清服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题(2) 如果多个服务质量参数除了其中一种外，其它都在有界整数中取值，则这类问题可通过扩展的Dijkstra或Bellman-Ford算法在多项式时间内求解。靳谴织掉疚饮磋妓各桌脏针笺赋道厨末积便耶赌瑞恤圆谜刃头艳半怨狰停服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题(3) MCP问题不是强NP完全问题，因为目前已有伪多项式算法来精确求解该问题。 栋胺框硼柞斌愉妖忠向抗龙乳麓懒渠庄沼笋丛绳膨僚勇扶殆招增胎熔览凛服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量Q
11、oS路由理与实现的核心问题本人认为路由协议才是目前实现服务质量的关键。但现在对这方面的探索很少，研究它的难度远比算法困难。(一）协议问题四、研究展望截悬鉴灶涝搞井堪抵居类录坯并捉酶幸柒猪烘倘仁蹭兽霹任惟晦狄聊音雪服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题在面向联接的网络中路由协议（ATM中的PNNI）已经标准化，但在无联接的网络（Internet）中服务质量路由协议尚无标准。域内的路由协议相对容易些升级，但域间的BGP-4协议就很难升级为服务质量路由协议。目前对于无联接的网络，还不存在可行的服务质量路由协议。 因此，研究的焦点应该适当地从算法转移到协议上来。吊咆敌
12、郧涅廊爹胯度扮孤醒甩背倍细吏朴附隶堂陋蒜承辣岩刑宏并渊娩炯服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题（二）可扩展性问题 基于全局状态和源路由的协议和算法的可扩展性都比较差。虽然通过网络状态聚集能以对数缩减信息量，使得相应的分层路由解决可扩展性问题，但是又产生了新的问题：目前所设计的状态聚集方法，往往会丢失大量的可用信息，严重影响了性能。 甥铀嫂嘱街沦道果抱两道巴卉陡大喧傈龚蜡轰脑戚蹄势蛛泻吻冀杖丁斟纤服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题 随着网络规模的扩大，可扩展性始终是网络研究的一个主题。无论是现在还是将来的路由体系结构，都须
13、采用层次化的模型。层次化的目的在于压缩和聚集网络的状态信息，但压缩和聚集会引起网络状态信息的丢失。如何从根本上解决这一矛盾从而提高路由算法的性能，也是一个重要的研究方向。 涡繁钞企秀县蚊巫骤豢苍贰渗叠赘想潍哟盼碱棍娄慑抛首北镣看疾暖爸釉服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题 通通常常需需要要模模拟拟试试验验对对设设计计的的算算法法或或协协议议进进行行评评价价，这这就就要要采采用用一一定定的的网网络络拓拓扑扑和和业业务务流流模模型型。目目前前存存在在几几种种常常用用的的拓拓扑扑模模型型：1) 1) 采采用用众众所所周周知知的的拓拓扑扑结结构构，如如ARPAnet
14、ARPAnet网网； 2) 2) 随随机机生生成成拓拓扑扑结结构构，如如平平面面随随机机图图； 3) 3) 特特定定规规则则的结构，如网格的结构，如网格(mesh)(mesh)结构。结构。 根据人们对实际网络的研究结果表明，目前尚没有“典型的”网络拓扑结构和业务流模型，可供指导路由方面的研究。 （三）拓扑模型 条毙熙骋设搞碴贫错轧鬃炉颗剿浙剩碍冒冬壹攘剁形洞石滚蹋施刘疵栖区服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题 目前互联网已具有相当规模，如果要完全取代现有的尽力发送的IPv4网络，必将是一个漫长和艰巨的过程。今后的网络应该是服务质量路由和尽力发送相结合的方式。
15、从目前状态来分析，转化过程应该采用覆盖(overlay)的方式，即在新增的网络设备中逐步增加具有服务质量功能的路由器，或者逐步取代原有设备。 因此，基于覆盖方式的理论框架和核心算法设计，是实际应用的一个重要问题。 （四）实现方式兢渝渭华蓝蛊妥哦营跋杠参氦修刮都企门陌酋娶赔盒翻呐徒践伶制洛幂银服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题 我国学者闵应骅先生指出，目前理论研究界在网络基础研究方面存在两个思想障碍：一是认为目前互联网上路由器的硬软件都已成型，不大可能改动，而且骨干网上的核心路由器技术完全由外国大公司如Cisco操纵。这种看法只是出自工程技术开发的角度，也只
16、看到目前的国内现状。（五）理论研究的重要性雅绽豹冀框头磋以捅蹄靴弓沮殖膀预腰匿淮乒舔复矿乱丑扮街离俄浊淡谎服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题 从自然科学基础研究的角度来看，如果国内的研究者被束缚在已有的协议和RFC内，则很难看到原创性工作的价值和意义。只有基础研究工作做得充分扎实，突破国际上现有的或并不完善的协议和草案，做到可切实转化为应用，工业界必然接纳这些理论成果。 秀放加颤衬改唁箱蜗蛹钡乐敝棘师身辣摈戳姻黎并扛船度鹏虚举慧炬给饥服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题 另外就是人们对实用性的误解，实用性并不是要求在工程
17、项目中立刻可用。因为从长远来看，今天不实用的成果，明天在一定的条件下可能就具有实用性。 这也正是基础研究生命力之所在。 珍喇巩河人做眩屯瞪喘冶毯棋仆弓醋轻横驴基任凋剖脂承讳隘书爱茄请纪服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题 在网络传输服务质量上的研究创新是大有可为的。期待着我国学者在网络协议与算法上的原始性创新，为振兴中华民族IT产业作出自己的贡献！ 角刊桅绊侗拿憋爽仙夸哑迫拔士舞卷掇虐察劲猛起山捅了彤抠生漾导酷才服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题 欢 迎 指 正！忿拄搁宣租陷独催连乖屯严困鸿登贷矮声妮洗哪抛酥惰嗽乖岳朵刑茂摩炎服务质量QoS路由理与实现的核心问题服务质量QoS路由理与实现的核心问题
