CN101510846A - 基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统和方法，其创新之处是业务终端设有负责感知待发送的业务数据报文的业务类型及其流量特性的业务感知部件，该业务感知部件用IPv6 QoS扩展头来承载感知到的业务流量参数，并在业务数据报文中添加该IPv6 QoS扩展头，发送至网络。入口边缘节点设有快速检测进入网络的业务数据报文，判断是否承载有IPv6 QoS扩展头的IPv6 QoS扩展头检测器，以及负责提取业务数据报文的IPv6报头和IPv6 QoS扩展头内承载的业务信息，并依据提取到的信息自适应地更新业务信息表的业务QoS自配置部件。再由该边缘节点的分类器和标记器分别根据业务信息表对业务数据报文进行分类、标记和配置流量控制机制的参数，藉此为QoS保障提供支持，实现自治QoS。

Description

基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于IP网络、对服务质量(QoS，Quality of Service)实现自治的系统和方法，确切地说，涉及一种基于区分服务网络，在业务终端上感知业务类型和业务流量特性，再通过一种新设计的IPv6QoS扩展头来承载感知到的业务流量参数信息，然后由区分服务网络的边缘节点对承载有IPv6QoS扩展头的业务数据报文进行解析处理，并依据获得的业务流量参数信息来配置节点上的业务流量控制机制，从而为QoS保障提供支持，实现自治QoS的网络系统和方法。属于互联网的技术领域。

背景技术

现有的IP网络，因用户业务量的增加造成网络资源的利用很不均衡，Internet的尽力而为服务也远远满足不了实时业务的要求。解决IP网的QoS问题，就是在保持IP网固有的无连接传输的优势下，如何合理利用现有的有限带宽，既能够保证网内传输的各种业务的QoS，同时提供较低的操作和管理开销，从而保证实现IP网新业务的发展。

目前，已有许多研究机构提出了多种解决网络QoS的技术方案，如综合服务(IntServ)模型、区分服务(DiffServ)模型、多协议标签交换(MPLS)技术和QoS路由等。其中，最典型的QoS模型就是综合服务和区分服务两种模型。

IntServ模型的基本思想是在传递用户数据之前，根据用户业务请求，利用资源预留协议RSVP预留网络资源，以便为用户业务提供端到端的QoS保障。IntServ模型的优点是能够提供严格的端到端QoS保证，RSVP使得用户可以对业务种类进行详细规定。但是，IntServ模型也有很多缺点：首先，可扩展性不好，它要求业务路径上的所有路由器都必须支持RSVP协议，否则就无法完成端到端的资源预留；其次，每个路由器都需要维护大量的状态信息，耗费大量内存，基于流的操作的复杂性会随着流数量的增加而增长；再者，IntServ模型不适合于短生存期的分组流，因为短生存期分组流的预留资源开销可能大于处理流中所有分组的开销。

DiffServ模型的基本思想是将多种业务流分别按其业务特性进行分类标识，然后汇聚为少数几种类型，并为不同类型的业务流设置不同的优先级，以实现区分服务。DiffServ(区分服务)自IntServ发展而来，它采用了IETF的基于RSVP的服务分类标准，抛弃了流沿路节点上的资源预留。DiffServ的目标是简单、有效，其实现途径为：(1)简化网络内部结点的服务机制，业务流的分类标识和流量控制是在网络边缘入口处完成，网络内部的核心路由器中只保存简单分类和分类处理信息；(2)简化网络内部结点的服务对象，采用聚集传输控制，服务对象是流聚集，单流信息只在边缘节点保存和处理。

DiffServ模型通过对DiffServ标记字段(DS Field)中区分服务编码点(DSCP，DiffServ CodePoint)的定义实现了业务汇聚流的标记。同时，DiffServ模型利用逐跳行为(PHB，Per-Hop Behavior)描述DiffServ节点对外可观察的转发行为，通过DSCP与PHB的对应，实现了业务汇聚流和转发行为的关联，从而为网络业务提供了多种服务类型的选择可能。

DiffServ网络的组成架构如图1所示。IETF共定义了4个PHB，分别是：

尽力而为(BE，Best Effort)PHB：相当于传统互联网尽力而为地调度转发方式的PHB，它既是DiffServ节点必须支持的一种PHB，也是DiffServ体系结构中默认的PHB类型。

快速转发(EF，Expedited Forwarding)PHB：用于为分组提供低丢失率、低时延、低抖动、具有带宽保证的端到端服务，EF PHB的优先级最高，但它并不是DiffServ体系结构的必选项。

确保转发(AF，Assured Forwarding)PHB：该服务类型实际上是一个PHB组，它包含了业务流的多种类型和多种优先级，特点是可以具有较高的时延和抖动的容忍度，但对分组流的可用带宽和丢包率相对比较敏感。

类选择(CS，Class Selector)PHB：该服务类型对应的码值数值越大，其相应的优先级也就越高，在合理的网络运行状况和业务量负载情况下，一个类选择码值所规范的PHB应该给予其对应的分组以不低于较低优先级的类选择码值所规范的PHB所得到的转发服务。

DiffServ模型的优点是：扩展性好，DS标记字段只规定了有限数量的业务级别，状态信息的数量正比于业务级别，而不是流的数量；实现和部署都比较容易，DiffServ模型把复杂的业务流分类、标记、计量和整形操作都设置在网络的边缘节点或主机上实施，网络内部的核心节点只要实现简单的按类型转发而不需要保持状态信息；DiffServ模型中的宏聚流不需要使用额外的信令控制开销。

DiffServ模型的缺点是：无法解决端到端的QoS问题，只承诺相对的服务质量，不能为用户提供绝对的服务质量保证；需要大量网络单元的协作，才能提供端到端的服务质量；汇聚后的DiffServ业务流无法保证完全实现汇聚流中业务微流之间的业务公平性；另外，由于标准还不够详尽，不同运营商的DiffServ网络之间的互通还存在问题。

现在，对于业务QoS的管理，一般需要用户和服务提供商就SLA进行签订，再由服务提供商根据签订结果配置具体的QoS机制和策略到各个网络节点；典型解决方案是使用带宽代理(BB)。BB也叫做QoS资源、策略管理器，它是针对区分服务的一个改进方案。这种方法用于统筹管理设定网络内的服务质量供应，基本上属于一种静态的配置方案。业务终端需要通过与策略管理器之间的QoS信令交互，才能在具体的网络节点落实QoS保障，其过程较为繁杂，实效性不好，而且这种集中式的管理方式存在其固有的瓶颈问题。此外，网络节点只是根据策略管理器的控制策略进行QoS机制的配置，无法根据业务QoS相关信息进行更好的自适应配置。

业务感知技术是一种将网络中不同的业务流进行区分的技术，是应未来的自治通信网络应提供多样化的QoS保证需求而产生的技术。传统的IP网络只能简单地传送各种业务，难以同时实现多业务的服务质量保证。目前的解决方案是针对某些重要的服务质量保障建设专网，是一种相对静态的QoS解决方案，但这不是根本的解决方法。在未来的自治通信网络中，必须解决多业务承载的QoS问题，网络不应当只是简单的访问控制和标记，其智能性应体现在业务的动态感知、网络资源的动态调整等方面。业务感知是实施服务质量策略和安全策略的基础。一般来说，业务感知的基本过程为：网络的边缘节点根据进入网络的业务流特征、流标记以及流统计阀值来触发针对特定业务的感知，并根据业务感知结果来调整QoS服务的提供。未来网络的业务多样性要求边缘节点具备强大的业务感知能力，能够执行不同粒度的业务类型感知需求，并能够灵活地根据实际需要进行感知。业务感知除了在边缘节点上执行之外，还可以与业务管理系统一起配合来使用，这样可以更好地实现整体的策略部署，但是，现在这种方法还存在集中式管理方式难以避免的不足。

IPv6的提出不但解决了IPv4地址枯竭的问题，同时也在QoS和安全性方面作了很大改善。IPv6协议在基本报头和扩展报头中包含了少量特定于QoS的服务元素，可以按照不同方式使用，并可综合应用。

IPv6的报头中包含两个与QoS相关的字段：流量类别(TC，Traffic Class)和流标签(FL，Flow Label)。其中，流量类别字段有8位，对应于IPv4的服务类型(ToS，Type of Service)字段。在DiffServ网络中，通过设置该字段的DSCP值能够实现实时数据的处理以及不同等级业务的区分服务。流标签字段有20位，用于标识属于同一业务流的包，IPv6中利用源、目地址和流标签唯一标识每个业务流。由于同一流中的所有包具有相同的流标签，因此，加快了有相同QoS需求的分组的处理速度。

IPv6的新特性为某些传统机制的改进提供了新的思路，借助于IPv6新型扩展头的设计，能够增强传统机制的能力，如QoS保障。通过设计新型的IPv6扩展头来承载特定信息，并把这种扩展头封装在业务IPv6数据报文中，通过相应的IPv6数据报文在网络中的传输，使得网络节点能够基于这些信息做出一些相应的自治操作，从而为QoS保障提供一种新的改进思路。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统和方法，本发明立足于在当前的服务质量保障领域有着非常重要应用的区分服务模型，对区分服务网络的终端和网络中的节点及其传输方法进行QoS保障方面的改进，由业务终端感知业务类型和业务流量特性，并把感知结果承载在本发明创新提出的IPv6 QoS扩展头中，边缘节点通过解析承载有IPv 6QoS扩展头的业务数据报文就可以获得业务流量特性，以此简化边缘节点对于业务流量特性的感知，为边缘节点上的QoS保障提供更好的支持。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统，该系统包括：业务终端，以及与业务终端相连接、并经由入口边缘节点、一个或多个核心节点与出口边缘节点组成传输路由的区分服务网络，所述边缘节点内设有分类器和标记器；其特征在于：

所述业务终端设有功能插件结构的业务感知部件，该业务感知部件负责感知待发送的业务数据报文的业务类型及其流量特性，采用IPv6 QoS扩展头来承载感知到的业务流量参数信息，并在业务数据报文中添加该IPv6 QoS扩展头，发送至网络；

所述入口边缘节点还设有IPv6 QoS扩展头检测器和业务QoS自配置部件，其中IPv6 QoS扩展头检测器负责对进入网络的业务数据报文进行快速检测，判断是否承载有IPv6 QoS扩展头；如果有，则提取该业务数据报文的IPv6报头和IPv6 QoS扩展头，交由业务QoS自配置部件作进一步处理，然后再按传统方法处理该业务数据报文；否则，就直接执行传统方法处理该业务数据报文；业务QoS自配置部件负责提取该业务数据报文的IPv6报头中的源IP地址、目的IP地址、流标签和流量类别信息，以及IPv6 QoS扩展头内承载的业务流量参数信息，并依据提取到的信息自适应地更新业务信息表；该入口边缘节点的分类器和标记器分别根据业务信息表对业务数据报文进行分类、标记和配置流量控制机制的相关参数，藉此为QoS保障提供支持，实现自治QoS。

所述业务终端的业务感知部件与业务终端系统协议栈中的应用层、传输层和IP网络层的各个功能模块分别进行交互，以便感知该业务终端上待发送的业务数据报文的业务类型及其流量特性，再将感知到的信息承载在所述IPv6 QoS扩展头中，并在网络层把该IPv6 QoS扩展头附加在业务数据报文中发送至网络。

所述IPv6 QoS扩展头的格式及其设置的字段如下：

起始的8bit是Next Header字段，表示下一个扩展头的类型，用于定义紧跟在IPv6 QoS扩展头之后的该扩展头和协议报头的类型，其数值应区别于已有的IPv6扩展头类型；

紧接的8bit是Hdr Ext Len字段，采用一个无符号整数来表示该下一个扩展头的字节长度，且该长度不包括最初的8字节，并采用8字节对齐的方法来填充字节；

后续的各位bit是Service QoS字段，即根据需求设置的承载业务流量参数的选项Option字段，该Option字段以类型-长度-值TLV格式的编码承载各种业务流量参数；其格式编排如下：第一个8bit是Option Type字段，用于表示该选项类型和相关节点对该选项的处理方法；第二个8bit是Option Length字段，用于表示该选项的字节长度，其数值不包括Option Type和Option Length的长度；后续的各bit是Option Value字段，用于承载该选项的具体值，表示根据实际需要扩展设置的、与该选项相关的特定数据，即不同的选项值。

所述Option Type字段的各位bit的含义：

最高两位bit用于说明相关节点对该选项的处理方法：该最高两位bit为00的处理方法是跳过该选项，继续其它选项的处理；为01的处理方法是丢弃该数据报文；为10或11的处理方法尚未定义，预留用于以后的扩展应用；

第三高位bit用于表示该选项的值是否能够在网络传递过程中发生改变，0表示不能改变，1表示能够改变；

后五位表示为Option Type_，并在Option Type字段的最高三位均为000的情况下，预先定义设置下述9个选项含义：Option Type_为0，Option Length为0时，Option Value是一字节填充的填充值；

OptionType_为1，Option Length为N时，Option Value是N字节填充的填充值；

Option Type_为2，Option Length为默认值4时，Option Value是承诺信息速率，单位Byte/s；

Option Type_为3，Option Length为默认值4时，Option Value是峰值信息速率，单位Byte/s；

Option Type_为4，Option Length为默认值4时，Option Value是顺从突发量，单位Byte/s；

Option Type_为5，Option Length为默认值4时，Option Value是扩展突发量，单位Byte/s；

Option Type_为6，Option Length为默认值1时，Option Value是符合承诺行为：0表示不降级，1表示降级，2表示丢弃；

Option Type_为7，Option Length为默认值1时，Option Value是超出承诺行为：0表示不降级，1表示降级，2表示丢弃；

Option Type_为8，Option Length为默认值1时，Option Value是超出扩展承诺行为：0表示不降级，1表示降级，2表示丢弃。

所述IPv6 QoS扩展头采用选项Option的形式承载的内容并不局限于上述业务流量参数信息，其能够根据实际应用需求来扩展后续的选项类型，并设置相应承载的信息内容。

所述符合承诺行为、超出承诺行为或超出扩展突发行为都是由业务终端设置的，用于提供边缘节点对业务流进行处理时执行对应的不降级、降级或丢弃的操作，这些操作在边缘节点上被映射为具体的逐跳行为PHB值。

所述业务感知部件感知业务数据报文的业务类型和业务流量特性的方法有下述三种：

业务感知部件采用现有的深度分组检测DPI或深度流检测DFI技术识别业务数据，感知其业务类型，并在识别的基础上对设定时间内的业务流进行流量统计，获得业务流量参数；

业务感知部件采用现有的深度分组检测DPI或深度流检测DFI技术识别业务数据，感知其业务类型，根据识别的业务类型及预先设定的业务类型与业务流量规范之间的映射关系，设置相应的业务流量规范，即感知业务流量特性；该方法与第一种方法的不同之处是它预先定义业务类型与业务流量规范之间的映射，不是通过业务流量统计方法来获取业务流量参数，属于静态的映射方法；

在业务终端上设置业务定制界面，提供业务定制选项，以供业务应用程序根据业务定制信息，应用设定的配置策略生成相应的包括业务类型及其流量参数的业务配置文件；在业务开始后，业务感知部件从相应业务配置文件读取业务类型及业务流量参数信息，实现业务类型和业务流量特性的感知。

所述边缘节点维持的业务信息表是对传统区分服务网络中的边缘节点上的分类表所存储的信息的扩展，用于存储各个业务流的相关信息；每条业务流对应一个条目，其内容包括：由源IP地址、目的IP地址和IPv6流标签表标识的流ID，协议号，业务类型，包括承诺信息速率、峰值信息速率、顺从突发量、超额突发量、承诺符合行为、超出承诺行为和超出扩展突发行为的业务流量特性。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种根据上述基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统的工作方法，其特征在于，包括下列操作步骤：

(1)位于发送端的业务终端上的业务感知部件感知业务数据报文的业务类型及其流量特征，再籍由IPv6 QoS扩展头来承载感知到的各个业务流的业务流量参数信息，并在业务起始的多个业务数据报文中或周期性地在业务数据报文中承载该IPv6 QoS扩展头，发送至网络；

(2)入口边缘节点对进入网络的业务数据报文进行自治QoS的相应处理；

(3)区分服务网络的原有核心节点和出口边缘节点分别使用各自传统的业务数据报文处理机制，对业务数据报文执行相应的处理操作。

所述步骤(2)进一步包括下列操作内容：

(21)入口边缘节点的IPv6 QoS扩展头检测器先检测业务数据报文中是否承载有IPv6 QoS扩展头，如果有，则在原有的业务数据报文处理流程上再增加下述操作：提取该业务数据报文的IPv6报头和IPv6 QoS扩展头，交由业务QoS自配置部件作进一步处理，然后再按传统方法该处理业务数据报文；否则，直接按照原有方法处理该业务数据报文；

(22)业务QoS自配置部件负责提取该业务数据报文的IPv6报头中的源IP地址、目的IP地址、流标签和流量类别信息，以及IPv6 QoS扩展头内承载的业务流量参数信息，并使用提取到的信息自适应地更新业务信息表，填写该业务流对应的流量规范；更新方法是：根据流ID查询业务信息表，如果业务信息表中已有对应的条目，则使用提取到的信息更新该条目的相关内容；否则，说明该业务数据报文属于一个新流，在业务信息表中增加一条条目，用来存储新提取到的该业务流信息；

(23)入口边缘节点的分类器和标记器分别根据业务信息表对业务数据报文进行处理：如果在业务信息表中存在对应的条目，则根据该条目中的业务类型和流量规范分别对数据报文进行分类和标记处理，后者是根据流量规范来配置标记器流量控制的相关参数；如果在业务信息表中没有对应的条目，则采用缺省方法对业务数据报文进行处理。

本发明系统的创新优点是：基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS，适用范围广，能够在不设置附加的业务QoS管理监控设备、不再构造业务QoS管理专用信令报文的前提下，完成边缘节点对业务流量特性的感知，执行更有效的流量控制，更好地为各种业务提供QoS保障，同时开拓了业务QoS保障的新思路。本发明系统通过业务流的流量特性来调整标记器相关参数的配置，便于标记器根据业务流量特性的变化来做自适应调整，提供更好的QoS。并将业务感知功能从边缘节点转移到业务终端来执行，有利于业务终端直接感知业务流的流量特性，不仅降低了边缘节点的电路结构复杂性，也有利于本发明的推广应用。

本发明的另一创新特点是提出一种IPv6 QoS扩展头，并采用TLV格式编码的选型形式设计该IPv6 QoS扩展头中的选项：Option字段，有利于根据实际需要来扩展和定义新的选项，以满足不同的承载需求，具有良好的可扩展性；同时，这种方法也提高了信息提供的标准化程度。本发明的工作流程简单、实用，容易掌握。

附图说明

图1是传统的DiffServ网络体系结构组成示意图。

图2是本发明基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统结构组成示意图。

图3是业务感知部件在业务终端系统协议栈中的位置示意图。

图4是IPv6 QoS扩展头格式示意图。

图5是IPv6 QoS扩展头中的选项结构示意图。

图6是本发明系统中的边缘节点结构组成示意图。

图7是本发明基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统工作方法流程图。

图8是本发明进行仿真试验实施例的系统结构组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图2，介绍本发明基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统的结构组成。该系统是在区分服务网络的基础上构建的，与传统的DiffServ网络体系结构(如图1所示)相比较，该系统也设有：业务终端，与业务终端相连接的、设有分类器和标记器的入口边缘节点，多个核心节点和出口边缘节点。但是，该系统有以下两个关键的改进：

首先是业务终端设有业务感知部件，该业务感知部件负责感知待发送的业务数据报文的业务类型及其流量特性，采用本发明新设计的IPv6 QoS扩展头来承载感知到的业务流量参数信息，并在业务数据报文中添加该IPv6 QoS扩展头，发送至网络。

其次是入口边缘节点还设有IPv6 QoS扩展头检测器和业务QoS自配置部件。IPv6 QoS扩展头检测器负责对进入网络的业务数据报文进行快速检测，判断是否承载有IPv6 QoS扩展头；如果有，则提取该业务数据报文的IPv6报头和IPv6 QoS扩展头，交由业务QoS自配置部件作进一步处理，然后再按传统的方法处理该业务数据报文；否则，就直接执行传统方法处理该业务数据报文。业务QoS自配置部件负责提取该业务数据报文的IPv6报头中的源IP地址、目的IP地址、流标签和流量类别信息，以及IPv6 QoS扩展头内承载的业务流量参数信息，并依据提取到的信息自适应地更新业务信息表；该边缘节点的分类器和标记器分别根据业务信息表对业务数据报文进行分类和配置流量控制机制的相关参数，藉此为QoS保障提供支持，实现自治QoS。

上述两个网元的改进，是采用相应的软件功能模块或硬件器件实现的，也是本发明系统的关键特征。再加上与传统区分服务DiffServ网络中的QoS运行机制的协作，使得入口边缘节点能够根据业务流的流量特性来执行相应的流量控制机制，从而改善QoS提供，构成在区分服务网络中实现自治QoS的系统。

参见图3，介绍本发明业务终端的设计，业务终端的主要特征是设有功能插件形式的业务感知部件，业务感知部件在业务终端系统协议栈中的位置如图3所示，即业务感知部件与终端系统协议栈的应用层、传输层和IP网络层的各个功能模块分别进行交互，以便感知业务终端上待发送的业务数据报文的的业务类型和业务流量特性，再将感知到的信息承载在本发明新设计的IPv6 QoS扩展头中，并在网络层把IPv6 QoS扩展头附加在业务数据报文中发送至网络。

在说明业务感知部件具体的工作原理之前，首先说明本发明中IPv6 QoS扩展头的格式及其设计的字段(参见图4所示)，IPv6 QoS扩展头包括如下字段：

(A)下一个扩展头的类型(Next Header字段)占用起始的8bit，用于定义紧跟在IPv6 QoS扩展头之后的该扩展头和协议报头的类型，其数值应区别于已有的IPv6扩展头类型。

(B)扩展头长度(Hdr Ext Len字段)占用第二个字节8bit，通过一个无符号整数来表示IPv6 QoS扩展头的长度，不包括最初的8字节，在本发明中采用8字节对齐的方法来填充字节。

(C)后续的各位bit是根据需求设置的承载业务流量参数的业务QoS字段(Service QoS)，该字段以类型-长度-值(TLV)格式编码的选项(Option)来承载各种业务流量参数。选项格式如图5所示，具体格式设计如下：

Option Type字段(8bit)，表示选项类型和相关节点对该选项的处理方法。

Option Length字段(8bit)，表示选项的字节长度，其值不包括Option Type和Option Length的长度。

Option Value承载选项的具体值(后续各bit)，表示与选项相关的特定数据，它是根据实际需要来扩展设置的不同的选项值。

在上述IPv6 QoS扩展头的设计中，Option Type既标识选项的类型，也指明了相关节点对该选项的处理方法。下面介绍Option Type字段的各位bit的含义：

Option Type字段的最高两位bit用于说明相关节点对该选项的处理方法，例如某些节点无法识别选项的类型时该做何种处理。最高两位bit为00时，处理方法是跳过该选项，继续其它选项的处理；为01时，处理方法是丢弃该数据报文。本发明对最高两位bit为10或11的处理方法尚未定义，预留用于以后根据实际需要作进一步的扩展应用。

Option Type字段的第三高位bit用于表示该选项的值是否能够在网络传递过程中发生改变，0表示不能改变，1表示能够改变。

前面是选项类型的最高三位的定义，Option Type的后五位表示为OptionType_，并设置了下述9个预定义(下述各选项的类型字段的最高三位均为000)：

 

Option Type_	Option Length	Option VALUE
			0	0	一字节填充的填充值
1	N	N字节填充的填充值
			2	默认值为4	承诺信息速率，单位Byte/s
3	默认值为4	峰值信息速率，单位Byte/s
			4	默认值为4	顺从突发量，单位Byte
5	默认值为4	扩展突发量，单位Byte
			6	默认值为1	符合承诺行为：0表示不降级，1表示降级，2表示丢弃
7	默认值为1	超出承诺行为：0表示不降级，1表示降级，2表示丢弃
			8	默认值为1	超出扩展突发行为：0表示不降级，1表示降级，2表示丢弃

上表中提及的符合承诺行为、超出承诺行为和超出扩展突发行为都是由业务终端设置的，它是提供边缘节点对业务流进行处理时的参考操作行为(不降级、降级或丢弃)，这些操作行为在边缘节点上被映射为具体的PHB(逐跳行为)值。本发明IPv6 QoS扩展头采用选项Option的形式承载的内容并不仅限于上述业务流量参数信息，这里只是定义了一部分可以用到的选项类型，它是能够根据实际的应用需求来进一步的扩展和定义选项类型，再设置承载的信息内容，并无严格规定要包含哪些信息。

本发明采用TLV格式编码的选项形式来构建业务QoS字段，便于根据实际需要来扩展和定义新的选项，以满足不同的承载需求，具有良好的可扩展性。同时，这种方法也提高了信息提供的标准化程度，使得各个网络节点可以根据扩展头中特定标志字段(在后续的具体实施方式中有详细说明)的值来判定如何对承载有IPv6 QoS扩展头的业务数据报文进行处理，这样便可以有效地实现网络节点对携带有IPv6 QoS扩展头的业务数据报文的有选择性处理。此外，这种方法也可以显著降低实现的复杂性，不需要任何附加的网络设备和信令设计。

上面已经详细说明了本发明中的IPv6 QoS扩展头的设计方案，下面介绍本发明业务感知部件感知业务数据报文的业务类型及其流量参数的三种方法：

方法一：业务感知部件采用现有的DPI(深度分组检测)或DFI(深度流检测)技术识别业务数据，感知其业务类型，并在识别的基础上对设定时间内的业务流进行流量统计，获得业务流量参数。

方法二：业务感知部件采用现有的DPI(深度分组检测)或DFI(深度流检测)技术识别业务数据，感知其业务类型，根据识别的业务类型及预先设定的业务类型与业务流量规范之间的映射关系，设置相应的业务流量规范，即感知业务流量特性。如对于视频业务类型，预先规定好相应的流量参数规范，承诺信息速率、峰值信息速率等参数应该达到什么样的指标。该方法与第一种方法的不同之处是它预先定义业务类型与业务流量规范之间的映射，而不是通过业务流量统计方法来获取业务流量参数，基本属于静态的映射方法。

方法三：在业务终端上设置业务定制界面，提供业务定制选项，以供业务应用程序根据业务定制信息，应用设定的配置策略生成相应的包括业务类型及其流量参数的业务配置文件。例如，对于定制高质量的视频会话业务，该业务的流量特征应该是什么样的，各项业务流量参数应达到什么样的指标，以及业务性能(带宽、时延、时延抖动等)需求是如何的。在业务开始后，业务感知部件从相应业务配置文件读取业务类型及业务流量参数信息，实现业务类型和业务流量特性的感知。

参见图6，介绍本发明系统中的入口边缘节点的结构组成，它包括：IPv6 QoS扩展头检测器、业务QoS自配置部件、分类器、标记器和其它执行QoS的相关部件。其中前两个部件是本发明的创新改进所在。

IPv6 QoS扩展头检测器通常以硬件方式实现，负责对进入网络的业务数据报文进行快速检测，判断是否承载有IPv6 QoS扩展头。如果有，则在原有的业务数据报文处理流程上再附加一个特定的处理：提取该业务数据报文的IPv6报头和IPv6 QoS扩展头，交由业务QoS自配置部件做进一步处理，然后再按传统的方法处理该业务数据报文；否则，直接按照传统方法处理该业务数据报文。业务QoS自配置部件负责提取该业务数据报文的IPv6报头中的源IP地址、目的IP地址、流标签和流量类别信息，以及IPv6 QoS扩展头内承载的业务流量参数信息，并基于提取到的信息自适应地更新业务信息表。分类器根据业务信息表对业务数据报文进行分类，标记器根据业务信息表来进行标记器相关参数的配置。通过这种方式为QoS保障提供支持，实现自治QoS。

在边缘节点上维持的业务信息表，相当于传统DiffServ中边缘节点上的分类表，只是本发明中的业务信息表对分类表存储内容进行了扩展，用于存储各个业务流的相关信息，每条业务流对应一个条目，包括如下四个内容：

流ID：包括源IP地址、目的IP地址、IPv6流标签表标识；

协议号；

业务类型：流量类别信息；

业务流量特性：包括承诺信息速率、峰值信息速率、顺从突发量、超额突发量、承诺符合行为、超出承诺行为、超出扩展突发行为。

业务QoS自配置部件负责提取该业务数据报文的IPv6报头中的源IP地址、目的IP地址、流标签和流量类别信息，以及IPv6 QoS扩展头内承载的业务流量参数信息，并使用提取到的信息来更新业务信息表，其更新方法是：根据流ID查询业务信息表，如果在业务信息表中有对应的条目，则对该条目相应内容进行更新；否则，说明该业务数据报文属于一个新流，就在业务信息表上增加一条对应的条目，添加业务流相关信息。

本发明自治QoS系统中的边缘节点的分类器和调节器(包括标记器、整形器等QoS部件)基于业务信息表对进入网络的业务数据报文应用分类(Classify)和调节(Condition)的处理方法如下：

分类器根据业务信息表执行数据报文的分类功能，如果在表中能够查询到对应的条目，则直接根据表中的业务类型进行分类；否则，缺省而将该业务数据报文归为BE(尽力而为)类型。标记器负责根据预定的流规范对进入或离开该网络区域的业务流进行调节，包括计量、标记和管制(整形)等操作，使得(输入或输出)业务流符合预先规定的流规范，并在分组包头标记DSCP值，分类归入行为汇聚。在本发明系统中，各个流的流规范对应于业务信息表中的业务流量特性内容，对于某个特定的业务流，以业务信息表中对应条目的业务流量特性内容来配置标记器的相关参数，实现对业务流数据报文的标记功能；对于每个新流，或者在业务信息表中查找不到该业务流对应的条目，则采用缺省的流规范来执行标记功能。在DiffServ网络中，标记对应于不同的DSCP值，边缘节点根据DSCP和PHB的对应关系来实现报文的数据转发。业务QoS自配置的实现依赖于业务信息表来对分类器和标记器的相关参数产生影响。

业务QoS自配置部件是根据从IPv6 QoS扩展头中解析得到的业务流量参数信息来更新业务信息表，并基于这些业务流量参数信息配置单速率三色标记器或双速率三色标记器的相关参数。其中，符合承诺行为、超出承诺行为和超出扩展突发行为提供边缘节点在对业务流进行处理时的参考行为，其值包括不降级、降级和丢弃，业务QoS自配置部件会结合业务类型，影响标记器中不同标记颜色对应的DSCP值。两者之间的参数映射关系如下表所示：

 

解析得到的业务流量参数信息	单速率双色标记器	双速率三色标记器
			承诺信息速率	CIR	CIR
峰值信息速率		PIR
			顺从突发量	CBS	CBS
超额突发量	EBS	PBS

参见图7，介绍本发明系统的工作流程的相关操作步骤：

(1)位于发送端的业务终端上的业务感知部件感知业务数据报文的业务类型及其流量特征，再籍由IPv6 QoS扩展头来承载感知到的各个业务流的业务流量参数信息，并在业务起始的若干个业务数据报文中或周期性地在业务数据报文中承载该IPv6 QoS扩展头，发送至网络。

(2)入口边缘节点对进入网络的业务数据报文进行自治QoS的如下处理；

(21)入口边缘节点的IPv6 QoS扩展头检测器先检测业务数据报文中是否承载有IPv6 QoS扩展头，如果有，则在原有的业务数据报文处理流程上再增加下述操作：提取该业务数据报文的IPv6报头和IPv6 QoS扩展头，交由业务QoS自配置部件作进一步处理，然后再按传统方法处理该业务数据报文；否则，直接按照原有传统方法处理该业务数据报文。

(22)业务QoS自配置部件负责提取该业务数据报文的IPv6报头中的源IP地址、目的IP地址、流标签和流量类别信息，以及IPv6 QoS扩展头内承载的业务流量参数信息，并使用提取到的信息自适应地更新业务信息表，填写该业务流对应的流量规范；更新方法是：根据流ID查询业务信息表，如果业务信息表中已有对应的条目，则使用提取到的信息更新该条目的相关内容；否则，说明该业务数据报文属于一个新流，在业务信息表中增加一条条目，用来存储新提取到的该业务流信息。

(23)入口边缘节点的分类器和标记器分别根据业务信息表对业务数据报文进行处理：如果在业务信息表中存在对应的条目，则根据该条目中的业务类型和流量规范分别对数据报文进行分类和标记处理，后者是根据流量规范来配置标记器流量控制的相关参数；如果在业务信息表中没有对应的条目，则采用传统的尽力而为方法对业务数据报文进行处理。

(3)区分服务网络的原有核心节点和出口边缘节点分别使用各自传统的业务数据报文处理机制，对业务数据报文执行相应的处理操作。

参见图8，介绍本发明系统在区分服务网络域中进行的实施例试验情况：

业务终端(源端)和业务终端(目的端)之间进行某项业务，它们之间的网络区域提供的是区分服务，在该网络区域的入口边缘节点上配置有单速率(或双速率)三色标记器，负责对业务数据报文进行标记。在该实施例中，业务终端(源端)上设有业务感知部件，入口边缘节点设有IPv6 QoS扩展头检测器和业务QoS自配置部件，以便在入口边缘节点上执行业务流量控制。其它核心节点和出口边缘节点都采用传统DiffServ中的相关网元的结构组成和运行机制。

本发明的实施例的试验是成功的，实现了发明目的。

Claims (10)

1、一种基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统，该系统包括：业务终端，以及与业务终端相连接、并经由入口边缘节点、一个或多个核心节点与出口边缘节点组成传输路由的区分服务网络，所述边缘节点内设有分类器和标记器；其特征在于：

所述业务终端设有功能插件结构的业务感知部件，该业务感知部件负责感知待发送的业务数据报文的业务类型及其流量特性，采用IPv6 QoS扩展头来承载感知到的业务流量参数信息，并在业务数据报文中添加该IPv6 QoS扩展头，发送至网络；

所述入口边缘节点还设有IPv6 QoS扩展头检测器和业务QoS自配置部件，其中IPv6 QoS扩展头检测器负责对进入网络的业务数据报文进行快速检测，判断是否承载有IPv6 QoS扩展头；如果有，则提取该业务数据报文的IPv6报头和IPv6 QoS扩展头，交由业务QoS自配置部件作进一步处理，然后再按传统的方法处理该业务数据报文；否则，就直接执行传统方法处理该业务数据报文；业务QoS自配置部件负责提取该业务数据报文的IPv6报头中的源IP地址、目的IP地址、流标签和流量类别信息，以及IPv6 QoS扩展头内承载的业务流量参数信息，并依据提取到的信息自适应地更新业务信息表；该入口边缘节点的分类器和标记器分别根据业务信息表对业务数据报文进行分类、标记和配置流量控制机制的相关参数，藉此为QoS保障提供支持，实现自治QoS。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述业务终端的业务感知部件与业务终端系统协议栈中的应用层、传输层和IP网络层的各个功能模块分别进行交互，以便感知该业务终端上待发送的业务数据报文的业务类型及其流量特性，再将感知到的信息承载在所述IPv6 QoS扩展头中，并在网络层把该IPv6QoS扩展头附加在业务数据报文中发送至网络。

3、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述IPv6 QoS扩展头的格式及其设置的字段如下：

起始的8bit是Next Header字段，表示下一个扩展头的类型，用于定义紧跟在IPv6 QoS扩展头之后的该扩展头和协议报头的类型，其数值应区别于已有的IPv6扩展头类型；

紧接的8bit是Hdr Ext Len字段，采用一个无符号整数来表示该下一个扩展头的字节长度，且该长度不包括最初的8字节，并采用8字节对齐的方法来填充字节；

后续的各位bit是Service QoS字段，即根据需求设置的承载业务流量参数的选项Option字段，该Option字段以类型-长度-值TLV格式的编码承载各种业务流量参数；其格式编排如下：第一个8bit是Option Type字段，用于表示该选项类型和相关节点对该选项的处理方法；第二个8bit是Option Length字段，用于表示该选项的字节长度，其数值不包括Option Type和Option Length的长度；后续的各bit是Option Value字段，用于承载该选项的具体值，表示根据实际需要扩展设置的、与该选项相关的特定数据，即不同的选项值。

4、根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述Option Type字段的各位bit的含义：

最高两位bit用于说明相关节点对该选项的处理方法：该最高两位bit为00的处理方法是跳过该选项，继续其它选项的处理；为01的处理方法是丢弃该数据报文；为10或11的处理方法尚未定义，预留用于以后的扩展应用；

第三高位bit用于表示该选项的值是否能够在网络传递过程中发生改变，0表示不能改变，1表示能够改变；

后五位表示为Option Type_，并在Option Type字段的最高三位均为000的情况下，预先定义设置下述9个选项含义：

Option Type_为0，Option Length为0时，Option Value是一字节填充的填充值；

Option Type_为1，Option Length为N时，Option Value是N字节填充的填充值；

Option Type_为2，Option Length为默认值4时，Option Value是承诺信息速率，单位Byte/s；

Option Type_为3，Option Length为默认值4时，Option Value是峰值信息速率，单位Byte/s；

Option Type_为4，Option Length为默认值4时，Option Value是顺从突发量，单位Byte/s；

Option Type_为5，Option Length为默认值4时，Option Value是扩展突发量，单位Byte/s；

Option Type_为6，Option Length为默认值1时，Option Value是符合承诺行为：0表示不降级，1表示降级，2表示丢弃；

Option Type_为7，Option Length为默认值1时，Option Value是超出承诺行为：0表示不降级，1表示降级，2表示丢弃；

Option Type_为8，Option Length为默认值1时，Option Value是超出扩展承诺行为：0表示不降级，1表示降级，2表示丢弃。

5、根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于：所述IPv6 QoS扩展头采用选项Option的形式承载的内容并不局限于上述业务流量参数信息，其能够根据实际应用需求来扩展后续的选项类型，并设置相应承载的信息内容。

6、根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述符合承诺行为、超出承诺行为或超出扩展突发行为都是由业务终端设置的，用于提供边缘节点对业务流进行处理时执行对应的不降级、降级或丢弃的操作，这些操作在边缘节点上被映射为具体的逐跳行为PHB值。

7、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述业务感知部件感知业务数据报文的业务类型和业务流量特性的方法有下述三种：

业务感知部件采用现有的深度分组检测DPI或深度流检测DFI技术识别业务数据，感知其业务类型，并在识别的基础上对设定时间内的业务流进行流量统计，获得业务流量参数；

业务感知部件采用现有的深度分组检测DPI或深度流检测DFI技术识别业务数据，感知其业务类型，根据识别的业务类型及预先设定的业务类型与业务流量规范之间的映射关系，设置相应的业务流量规范，即感知业务流量特性；该方法与第一种方法的不同之处是它预先定义业务类型与业务流量规范之间的映射，不是通过业务流量统计方法来获取业务流量参数，属于静态的映射方法；

在业务终端上设置业务定制界面，提供业务定制选项，以供业务应用程序根据业务定制信息，应用设定的配置策略生成相应的包括业务类型及其流量参数的业务配置文件；在业务开始后，业务感知部件从相应业务配置文件读取业务类型及业务流量参数信息，实现业务类型和业务流量特性的感知。

8、根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述边缘节点维持的业务信息表是对传统区分服务网络中的边缘节点上的分类表所存储的信息的扩展，用于存储各个业务流的相关信息；每条业务流对应一个条目，其内容包括：由源IP地址、目的IP地址和IPv6流标签表标识的流ID，协议号，业务类型，包括承诺信息速率、峰值信息速率、顺从突发量、超额突发量、承诺符合行为、超出承诺行为和超出扩展突发行为的业务流量特性。

9、一种根据权利要求1所述的基于区分服务网络和IPv6扩展头实现自治QoS的系统的工作方法，其特征在于，包括下列操作步骤：

(1)位于发送端的业务终端上的业务感知部件感知业务数据报文的业务类型及其流量特征，再籍由IPv6 QoS扩展头来承载感知到的各个业务流的业务流量参数信息，并在业务起始的多个业务数据报文中或周期性地在业务数据报文中承载该IPv6 QoS扩展头，发送至网络；

(2)入口边缘节点对进入网络的业务数据报文进行自治QoS的相应处理；

(3)区分服务网络的原有核心节点和出口边缘节点分别使用各自传统的业务数据报文处理机制，对业务数据报文执行相应的处理操作。

10、根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述步骤(2)进一步包括下列操作内容：

(21)入口边缘节点的IPv6 QoS扩展头检测器先检测业务数据报文中是否承载有IPv6 QoS扩展头，如果有，则在原有的业务数据报文处理流程上再增加下述操作：提取该业务数据报文的IPv6报头和IPv6 QoS扩展头，交由业务QoS自配置部件作进一步处理，然后再按传统方法处理该业务数据报文；否则，直接按照原有的传统方法处理该业务数据报文；

(22)业务QoS自配置部件负责提取该业务数据报文的IPv6报头中的源IP地址、目的IP地址、流标签和流量类别信息，以及IPv6 QoS扩展头内承载的业务流量参数信息，并使用提取到的信息自适应地更新业务信息表，填写该业务流对应的流量规范；更新方法是：根据流ID查询业务信息表，如果业务信息表中已有对应的条目，则使用提取到的信息更新该条目的相关内容；否则，说明该业务数据报文属于一个新流，在业务信息表中增加一条条目，用来存储新提取到的该业务流信息；

(23)入口边缘节点的分类器和标记器分别根据业务信息表对业务数据报文进行处理：如果在业务信息表中存在对应的条目，则根据该条目中的业务类型和流量规范分别对数据报文进行分类和标记处理，后者是根据流量规范来配置标记器流量控制的相关参数；如果在业务信息表中没有对应的条目，则采用传统的尽力而为方法对业务数据报文进行处理。

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