基于QoS在VPN应用中的研究与仿真网络工程专业.doc

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1、基于QoS在VPN应用中的研究与仿真【摘要】根据多协议标签交换（MPLS）技术的VPN业务能够在各类虚拟专用网络中广泛运用，从而保证各类网络业务可以把各种各样的数据业务进行有效的分隔。便于人们获得集成数据， 还兼具语音和视频这两大功能。但是多协议标签交换技术的VPN业务运用到网络中后出现了QoS和安全问题，下面本篇论文将会对QoS问题进行全面而具体的研讨。进一步探讨MPLS VPN报文转发，差异化服务模型以及MPLS VPN支持QoS，由此得出了这一问题的解决措施。此措施包括引入差分业务的MPLS VPN结构，还参照了客户边缘CE路由器的QoS的设计理念，而且还效仿了运营商PE路由器在QoS中

2、的设计灵感。在实施此措施时，让DSCP首先经由MPLS标签中的EXP字段，然后再使其映射到EXP字段，DiffServ信息携带在MPLS包头中。 本文使用OPNET模拟器来验证所提出的措施。集成MPLS和差异化服务可以为用户提供更好的端到端QoS服务。【关键词】MPLS；VPN；QoS；区分服务；OPNET目录1.绪论11.1 QoS的存在意义11.2 QoS的研究背景11.3 论文的主要研究工作12. IP QoS的技术内涵22.1 IPQoS的参数22.2 IP QoS参数说明2*2.3 使用IP QoS的优点22.4 QoS的三种模型22.5 DiffServ概述12.6 QoS的技术综

3、述32.6 IP QoS需要解决的问题32.7 本章小结33 VPN的技术内涵43.1 VPN技术与概念43.2 QoS VPN的好处43.3MPLS VPN对QoS的支持53.4 MPLS VPN报文转发过程53.5 本章小结64 MPLS VPN中QoS设计74.1 MPLS VPN中哪里需要设计QoS74.2 MPLS VPN中客户边缘QoS设计74.3 MPLS VPN中供应商边缘QoS设计74.4 核心QoS84.5 本章小结155 仿真实验165.1 网络仿真器 OPNET MODELER165.2 仿真网络的设计错误！未定义书签。5.3 仿真拓扑结构设计185.4 业务流设计18

4、5.5 仿真结果195.6 分析及对比235.7本章小结276.总结286.1结论286.2 不足方向以及展望28参考文献291.绪论1.1 QoS的存在意义QoS（服务质量）是指可以利用各种基本技术为指定的网络通信提供更好的服务能力的网络。 它是网络的安全机制。 为此，业界提出了IP QoS的概念，这种技术有望避免网络延迟的问题，也会更好地防止网络拥挤等一系列问题出现。在正常的条件下，假如网络只应用在已经确定的限时应用程序，则不需要QoS，例如Web应用程序或电子邮件设置。 然而QoS在关键的应用程序中是必不或缺的，在多媒体应用程序中也扮演着重要角色。在网络过载或拥挤的情况下，它可以保证网络

5、的正常运行，也能有效的保障流量的正常，不会出现延迟或者失去重要流量的情况。1.2 QoS的研究背景 一般的网络中，每当用户把自己的数据传送给网络上的设备之后，网络上的设备在传输数据的过程中会把自己的功能发挥到极致，一直到它的最大负荷位置。如果它已经处于最大负荷状态，设备将不能再继续提供服务，那么用户在它处于最大负荷状态后传来的数据将会被丢弃。这种情况被称为竭尽全力的服务，这样服务的网络中的所有数据都处于相同的地位，这些数据都一样重要，没有先后之分，这便使得用户的一些重要数据不能得到有效保障，因而在特定的时刻，一定要使网络设备在传输数据的过程中，舍弃相较而言不重要的部分，从而保障用户的重要数据能

6、够进行有效地传输，大大的提高了其安全性。因此，应该让Quality of Service（简称QoS）在网络中实行。它实行后能够让特定数据的带宽得到有效保障，同时提高了传输效率，而且还能够限制带宽，这便可以防范网络拥挤问题的发生，这就有效地管理了网络拥挤问题，甚至能够让不同的数据有先后之分，用优先级来区分他们。根据发送方和接收方，在从起始点到结束点的数据包传输过程中出现了很多情况，造成了以下几种问题：数据包丢失：在缓冲区已满的情况下，数据包到达路由器，那么会出现故障，路由器将决定丢弃，而不是根据网络状态仅仅丢弃某一部分数据，甚至丢弃全部的数据包也不能解决问题。当然，也不可能提前得知接收端的应用

7、必须在这个时候重新上传，这就可能造成全部数据的延迟上传。 延迟： 将数据包传输到目的地可能需要很长时间，因为它会被长队列延迟，或者应该加入间接路由以防止网络堵塞；也可能会发现快速、直接的路由。总而言之，延迟是不可预测的。传输序列错误 ：在一组相关的数据包经由Internet路由的过程中，数据包不同就导致了所选择的路由器不同，因而会造成每个数据包发生延迟的时间不相同，进而使得最后的一个数据包到达终点的次序不同于用户上传数据包的次序。出错： 在某些情况下，数据包可能在传输途中被错误路由，合并甚至销毁。 并且所有这些都被识别为丢失的数据包，然后发送者被发送相同数据包的副本。1.3 论文的主要研究工作

8、从IP-VPN网络的商业运营的角度来看，集成了用户的实际需求，并且需要QoS质量服务所需的服务，尤其是低速链路的带宽用户。 研究出适用于本网络用户以及商业需求的 QoS服务模型及具体应用中的解决方案，总结有效的解决方案并演示和测试它们， 以最大限度地减少网络带宽短缺与客户实时业务需求之间的冲突。 最终达到改善用户 QoS服务水平。2. IP QoS的技术内涵2.1 IPQoS的参数IP QoS的主要技术参数有：（1） 带宽/吞吐量（Bandwidth/throughput）（2） 延迟（Delay）（3） 抖动（Jatter）（4） 丢包率(Packet loss)（5） 可用性（Availa

9、bility）2.2 IP QoS参数说明带宽： 从源到目的网络最小的带宽就是可用的带宽，有多少数据包，那么每个包的可分配带宽=可用带宽/数据包的个数。延迟： 从源到目的所经过的延迟就是叫做端到端的延迟。抖动： 延迟是不固定的，抖动就是延迟的时间差。 抖动是对服务质量的最大影响。丢包率：指在传输数据期间传输期间丢失的数据包百分比占传输数据包总数的百分比。2.3 使用IP QoS的优点 IP网络在逐步的向多元化多业务多承载的网络方向发展，目前市场细分了中高端用户对不同需求的不同服务， 如何确保 IP网络上用户信息传输的质量是所有 IP网络运营商需要考虑的问题。 IP QoS目前广泛的部署从一定的

10、程度上缓解了这些问题。（1）能够有效精准的控制网络资源以及更加完善的使用网络资源；（2）为单一IP网络上提供了更多种类业务的可能；（3）可以使网络在提供VPN等一类新型业务的要求上奠定的基础；（4）可以在现有网络的基础上更加详细地区分用户，并为不同用户的不同需求提供不同的服务。 完善用户体验；（5）为时间敏感的多媒体业务提供带宽和低延迟保证，在使用其他业务时不影响时间敏感业务；所以说， IP QoS在对网络带宽的使用，网络延迟的时效和用户体验上相比较传统的 IP网络上有了很大的提高， 它可以解决不同用户的不必要需求，保证用户体验。2.4 QoS的三种模型（1）Best-Effort servi

11、ce（这一种服务模型的含义是尽力而为，它表示的是竭尽全力的服务-一种默认的服务模型）（2）Integrated service（这一种服务模型具有整体的含义，它表示的是一体化的服务，称为IntServ-对某种流量沿途上的所有设备都必须提供相同的资源）（3）Differentiated service（区分服务模型，简称DiffServ-每一个设备都对一种流量可以是不一致的对待方式）2.5 DiffServ概述 QoS的宗旨是供给需要的且有保障的差异化服务，无论是在互联网还是其他任何基于IP的网络上这一宗旨都同样适用。这种有保障的差异化服务能够供给各类级别的QoS，不同的级别代表不同的QoS体系

12、结构模型，它们是一一对应关系。2.6 QoS的技术综述简而言之，QoS技术包括数据流的分类和标记，流量监管，流量整形，接口速率限制，拥塞管理，拥塞避免等。流量的分类和标记：对象由特定的规则匹配(通常用于访问方向)标识，并使用特定的规则标识符合特定类型特征的消息。是对网络进行区分服务的前提。流量监管（CRA）：规范与设备之间的特定流量。 可以用于接入口方向或者接出口防线，一般作用于接入口方向。主要用途是对某类或者某端口进行限速。流量整形：流控制措施，主动调整输出速率，以避免不必要的消息被丢弃或延迟。 一般用于出接口方向。拥塞管理：当出现拥塞时，为了确定消息的转发顺序，提出了一种资源调度方案，通常

13、用于发送接口的方向。也只有当发生拥塞时，拥塞管理才会生效。拥塞避免：当拥塞加剧时，我们会主动放弃一些消息。 调整队列长度以防止网络过载，通常用于接口外方向。2.6 IP QoS需要解决的问题在传统的IP网络中，所有数据包传输都是平等对待的，没有区别。 每个数据转发设备用同等对待先入先出（FIFO）的处理方式所有消息。 通过这中方式，设备会处理尽力而为状态（ Eest- Effort）将报文送达目的地， 但是这样对报文的传输安全性、可靠性、延迟等性能不提供任何的保证， 只是尽力而为。2.7 本章小结 本章主要对于IP QoS相关技术与原理以及QoS所解决的问题进行了简单的介绍。3 VPN的技术内

14、涵3.1 VPN技术与概念VPN登陆是一种远程登陆服务器加密的安全登陆方式。在各大服务商中提供的 VPN的 ping码当中的发生器中，若是在此时很多用户需要进行远程登陆的方式进入服务器中， VPN生成器将需要立即生成保护用户登录所需的密码，以确保用户在相对安全的环境中远程登录到服务器。VPN是一种虚拟的使用网络构建的专业网络。该网络主要是通过大型的公共网络构建起来的且比较安全。 VPN技术一般是针对的企业内部网络的性能扩张，通过VPN可以更加方便的帮助远程用户或者公司旗下的其他分公司或机构。再或者可以通过该连接功来与其他的商业伙伴或者内部供应商之间内部网络的连接更加安全可靠，并且数据传输的安全

15、性能也能得到保证。VPN还可用于全球互联网上移动用户的快速访问，从而实现对安全连接的快速访问。由于VPN的出色性能和安全性，VPN还可用于实现与Intranet之间可进行安全的通信工作。VPN架构中采用了多种安全机制，其中包括有隧道技术，加密和解密技术等。在进行安全布置的时候是通过对各种网络构建时所需要的安全技术进行的，达到保护的效果才能够确保在使用网络连接中这些资料是可以在其他公共网络中进行传输的时候不会被他人窃取。进行了安全的正确的防护措施，即使被他人窃取了数据传输，也可以使得对方无法读取数据包内所需要传输给对方的内容。3.2 QoS VPN的好处（1）VPN保证数据的安全传输通过VPN的配置，可以通过远程的方式来帮助客户以及各合作伙伴、供应商之间建立起安全可靠的连接，并且该连接还要保证数据能够安全传输。例如IPSec、L2TP、SSL VPN等。其中， L2 TP（二层隧道协议） VPN是一个由公网实现的虚拟专用网，可以用于企业， 用户，公司分支机构，服务提供商，合作伙伴，供应商公司，小型 ISP和移动工作人员提供访问服务; IPSec VPN可以保护数据传输中的IP数据包，降低数据包被其他人拦截和窃取的风