CN103746915A - 一种基于区分服务的路由选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区分服务的路由选择方法，本方法通过对OSPF路由协议进行改进，采集网络拓扑信息和QoS参数信息，结合业务QoS需求特点，进行不同策略的路由选择，生成针对业务类型的多张路由表，从而实现对不同业务的有区别选路。本发明的有益技术效果是：实现了区分服务各类业务不同QoS需求的区别选路，方法简单可行，在通用路由协议OSPF的基础上，进行了适应性改进，保留了原有报文格式和核心算法，不影响与未升级路由器进行互联互通，无需另外制订复杂的路由协议，并且避免了冗余的路由协议报文在网络内的扩散，有效减少了网络开销。

Description

一种基于区分服务的路由选择方法

技术领域

本发明涉及通信领域的QoS技术和路由技术，尤其涉及一种基于区分服务的路由选择方法。

背景技术

随着网络技术和应用的发展，用户对服务质量的要求越来越高，尤其体现在对延迟、抖动、丢包率和带宽等方面，区分服务是现阶段实现QoS（服务质量）的主要手段，它根据业务的不同服务等级约定，有差别的进行流量控制和转发，其实现原理是在业务接入点对业务进行分类打标，由传输节点对不同的业务分类进行不同的转发控制。

区分服务实施过程中，通常采用传统路由技术来解决选路问题，尤其是大型骨干网络中广泛采用的OSPF，通过收集网络拓扑信息，采用最短路径算法计算到目的地的最短距离。由于网络内所有业务都采用同一路由选择方法，导致将到同一目的地的所有类型的业务汇聚到单一链路上来，容易造成网络拥塞，也忽略了不同业务类型的不同QoS需求。

发明内容

为了适应用户的QoS需求，需要对传统路由技术进行改进，使之与业务相结合。本发明提出了一种针对OSPF路由协议的改进方法，主要思路是依据区分服务对业务的QoS需求分类进行策略选路，具体实施步骤如下。

1) 拓扑信息收集：路由器启用OSPF路由协议，收集网络拓扑信息。

2) QoS参数信息收集：路由器采集本设备QoS参数信息，包括延迟、抖动、丢包率、链路带宽，将QoS参数信息填充到OSPF协议报文的附加tos metric字段，扩散给相邻路由器，每隔一段时间，路由器重新采集一次实时QoS参数信息并进行扩散，可以根据实际的网络规模，设定扩散阈值，只有QoS参数值超过阈值时，才进行更新扩散，这种方式可以有效减少QoS参数信息扩散量，节省网络开销。

3)路由选择：改进OSPF选路方法，结合步骤1）收集到的网络拓扑信息和步骤2）采集到的QoS参数信息，分别查找出满足不同业务QoS需求的拓扑，生成相应的拓扑子集。根据区分服务对业务分类，业务QoS需求可以归为三类：

a) 延迟敏感类业务QoS需求，涉及话音、交互式视频、特殊数据服务业务，这类业务对延迟、抖动、丢包率、带宽需求较高，延迟不超过150ms，抖动不超过30ms，丢包率不超过1%，带宽依赖于业务流的编码格式和实际速率；

b)带宽保证类业务QoS需求，涉及流式视频、大块数据、事务处理数据/交互数据、关键业务数据业务，这类业务对延迟、丢包率、带宽有一定要求，延迟不超过4~5秒，丢包率不超过5%，带宽依赖于业务流的编码格式和实际速率；

c) 普通数据业务QoS需求，主要涉及尽力服务数据，只对带宽有需求，带宽依赖于业务流的编码格式和实际速率。

根据QoS需求分类，生成三个相应的拓扑子集，然后对生成的拓扑子集内的路由器进行链路开销计算。三个拓扑子集分别采用三种不同的策略计算链路开销，三种策略都采用同一计算公式，但是不同策略的QoS参数权值取值不一样，采用K1~K4分别表示所选路径的带宽、延迟、抖动、丢包率权值，三种策略如下。 

策略1：针对延迟敏感类业务QoS需求，K1=0.5，K2=0.5，K3=0，K4=0。

策略2：针对带宽保证类业务QoS需求，K1=0.5，K2=0.2，K3=0.15，K4=0.15。

策略3：针对普通数据业务QoS需求，K1=1，K2=0，K3=0，K4=0。

链路开销计算公式如下：

链路开销=（100000*K1/带宽）+ (K2*延迟)+（K3*抖动）+（1000*K4*丢包率）

公式中，带宽的单位为kbps，延迟的单位为微秒，抖动的单位为微秒，丢包率采用百分比表示。 

链路开销计算完成之后，沿用OSPF的SPF算法对链路开销计算结果实施路由选择，生成特定策略的路由表。

4) 路由表管理：路由器同时维护步骤3）生成的不同策略的路由表，转发业务时，根据业务QoS需求分类，分别查询相应的路由表进行转发处理。

本发明的有益技术效果是：实现了区分服务各类业务不同QoS需求的区别选路，方法简单可行，在通用路由协议OSPF的基础上，进行了适应性改进，保留了原有报文格式和核心算法，不影响与未升级路由器进行互联互通，无需另外制订复杂的路由协议，并且避免了冗余的路由协议报文在网络内的扩散，有效减少了网络开销。

附图说明

图1、基于区分服务的路由选择方法处理流程图。

图2、基于区分服务的业务转发流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法作进一步详细说明，本发明包括以下步骤。

1、拓扑信息收集。

路由器启用OSPF路由协议，通过 OSPF hello 协议报文来发现与它连接的邻节点，然后用 LSA（链路状态广播信息）等和这些路由器交换链路状态信息。每个路由器都创建了由每个接口和对应邻节点组成的数据库。每个路由器从邻接路由器收到的 LSA 被继续向各自的邻接路由器传递，直到网络中的每个路由器收到了所有其它路由器的 LSA，从而实现了路由器拓扑信息收集。

OSPF每30分钟重新交换一次LSA，或者网络拓扑结构变化引起LSA的重新交换，完成数据库里链路状态信息更新，实现拓扑信息更新。

2 、QoS参数信息收集。

路由器通过硬件采样器定时采集本设备QoS参数信息，包括延迟，抖动，丢包率，链路带宽，判断采样值是否超过设定的阈值，如果没有超过则继续定时采样，如果超过还需将采集到的QoS参数信息填充到OSPF协议报文的附加tos metric字段，扩散给相邻路由器。为了减少QoS参数信息交互量，定时时间和阈值根据网络规模进行设定，如果网络规模较大，则定时时间和阈值设置的高一些，如果网络规模不大，定时时间和阈值设置低一些。

3 、路由选择。

根据区分服务对业务分类，业务QoS需求可以归为三类：

1)延迟敏感类业务QoS需求，涉及话音、交互式视频、特殊数据服务业务，这类业     务对延迟、抖动、丢包率、带宽需求较高，延迟不超过150ms，抖动不超过30ms，丢包率不超过1%，带宽依赖于业务流的编码格式和实际速率。

2)带宽保证类业务QoS需求，涉及流式视频、大块数据、事务处理数据/交互数据、关键业务数据业务，这类业务对延迟、丢包率、带宽有一定要求，延迟不超过4~5秒，丢包率不超过5%，带宽依赖于业务流的编码格式和实际速率。

3) 普通数据业务QoS需求，主要涉及尽力服务数据，只对带宽有需求，带宽依赖于业务流的编码格式和实际速率。

当步骤1收集到的拓扑信息或者步骤2收集到的QoS参数信息发生变化时，根据QoS需求分类进行如下操作，生成拓扑子集：

其中Node表示路由器节点，Req表示QoS需求，delay表示延迟，loss表示丢包率，jitter表示抖动，bandwidth表示带宽，top表示拓扑子集。

接下来对生成的拓扑子集内的路由器进行链路开销计算，根据QoS需求分类链路开销计算执行三种策略，这三种策略都采用同一计算公式来计算链路开销，只不过不同策略的QoS参数权值取值不一样，采用K1~K4分别表示所选路径的带宽、延迟、抖动、丢包率权值，三种策略如下：

策略1：针对延迟敏感类业务QoS需求，K1=0.5，K2=0.5，K3=0，K4=0。

策略2：针对带宽保证类业务QoS需求，K1=0.5，K2=0.2，K3=0.15，K4=0.15。

策略3：针对普通数据业务QoS需求，K1=1，K2=0，K3=0，K4=0。

链路开销计算公式如下：

链路开销=（100000*K1/带宽）+ (K2*延迟)+（K3*抖动）+（1000*K4*丢包率）

公式中，带宽的单位为kbps，延迟的单位为微秒，抖动的单位为微秒，丢包率采用百分比表示。 

拓扑子集内的路由器链路开销计算方法如下：

其中Metric表示链路开销。

链路开销计算完成之后，沿用OSPF的SPF算法对链路开销计算结果实施路由选择，生成不同策略的路由表。拓扑子集top(1)生成策略一路由表，拓扑子集top(2)生成策略二路由表，拓扑子集top(3)生成策略三路由表。

4 、路由表管理。

当步骤1收集到的拓扑信息或者步骤2收集到的QoS参数信息发生变化时，路由器根据步骤3）重新计算路由，根据路由计算结果控制路由表成员项的添加、删除、更新，路由器相当于同时保存三张不同策略的路由表。

区分服务的实现原理是在业务接入点对业务进行分类打标，然后由骨干网内的路由器对分类业务进行不同的转发控制。路由器根据图2进行业务转发控制，首先由路由器对输入业务报文类型标记字段进行识别，判断业务类型，然后进行QoS需求分类，根据QoS需求分类分别查询相应的路由表进行转发处理。延迟敏感类业务QoS需求涉及的业务查询策略1路由表，带宽保证类业务QoS需求涉及的业务查询策略2路由表，普通数据业务QoS需求涉及的业务查询策略3路由表。 

Claims (7)

1.一种基于区分服务的路由选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）路由器启用OSPF路由协议，收集网络拓扑信息；

步骤2）路由器采集本设备QoS参数信息，包括延迟、抖动、丢包率、链路带宽，将QoS参数信息填充到OSPF协议报文的附加tos metric字段，扩散给相邻路由器，每隔一段时间，路由器重新采集一次实时QoS参数信息并进行扩散；

步骤3）结合步骤1）收集到的网络拓扑信息和步骤2）采集到的QoS参数信息，查找出满足不同业务QoS需求的拓扑，生成三个相应的拓扑子集；

步骤4）对步骤3）生成的拓扑子集内的路由器进行链路开销计算，三个拓扑子集分别采用三种不同的策略计算链路开销；

链路开销计算完成之后，沿用OSPF的SPF算法对链路开销计算结果实施路由选择，生成相应策略的路由表；

步骤5）路由器同时维护步骤4）生成的不同策略的路由表，转发业务时，根据业务QoS需求分类，分别查询相应的路由表进行转发处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于区分服务的路由选择方法，其特征在于，步骤2）每隔一段时间，路由器重新采集一次实时QoS参数信息并进行扩散，可以根据实际的网络规模，设定扩散阈值，只有QoS参数值超过阈值时，才进行更新扩散，这种方式可以有效减少QoS参数信息扩散量，节省网络开销。

3.根据权利要求1所述的一种基于区分服务的路由选择方法，其特征在于，步骤3）所述不同业务QoS需求包括对延迟、抖动、丢包率和带宽QoS参数指标要求；

根据区分服务对业务分类，业务QoS需求可以归为三类：

延迟敏感类业务QoS需求，涉及话音、交互式视频、特殊数据服务业务，这类业务对延迟、抖动、丢包率、带宽需求较高，延迟不超过150ms，抖动不超过30ms，丢包率不超过1%，带宽依赖于业务流的编码格式和实际速率；

带宽保证类业务QoS需求，涉及流式视频、大块数据、事务处理数据/交互数据、关键业务数据业务，这类业务对延迟、丢包率、带宽有一定要求，延迟不超过4~5秒，丢包率不超过5%，带宽依赖于业务流的编码格式和实际速率；

普通数据业务QoS需求，主要涉及尽力服务数据，只对带宽有需求，带宽依赖于业务流的编码格式和实际速率。

4.根据权利要求1所述的一种基于区分服务的路由选择方法，其特征在于，步骤3）所述生成三个相应拓扑子集，包括满足延迟敏感类业务QoS需求的拓扑子集，满足带宽保证类业务QoS需求的拓扑子集，满足普通数据业务QoS需求的拓扑子集。

5.根据权利要求1所述的一种基于区分服务的路由选择方法，其特征在于，步骤4）所述三个拓扑子集分别采用三种不同的策略计算链路开销，这三种策略都采用同一计算公式，但是不同策略的QoS参数权值取值不一样，采用K1~K4分别表示所选路径的带宽、延迟、抖动、丢包率权值，三种策略如下：

策略1：针对延迟敏感类业务QoS需求，K1=0.5，K2=0.5，K3=0，K4=0；

策略2：针对带宽保证类业务QoS需求，K1=0.5，K2=0.2，K3=0.15，K4=0.15；

策略3：针对普通数据业务QoS需求，K1=1，K2=0，K3=0，K4=0；

链路开销计算公式如下：

链路开销=（100000*K1/带宽）+ (K2*延迟)+（K3*抖动）+（1000*K4*丢包率）

公式中，带宽的单位为kbps，延迟的单位为微秒，抖动的单位为微秒，丢包率采用百分比表示。

6.根据权利要求1所述的一种基于区分服务的路由选择方法，其特征在于，步骤5）路由器同时维护步骤4）生成的不同策略的路由表，包括OSPF对路由表成员项的添加、删除、更新。

7.根据权利要求1所述的一种基于区分服务的路由选择方法，其特征在于，步骤5）根据业务QoS需求分类，分别查询相应的路由表进行转发处理，包括延迟敏感类业务QoS需求涉及的业务查询策略1路由表，带宽保证类业务QoS需求涉及的业务查询策略2路由表，普通数据业务QoS需求涉及的业务查询策略3路由表。

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