專利名稱：：分級服務(wù)核心路由器及其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)，尤其涉及一種分級服務(wù)核心路由器及其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的、主要用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的IP網(wǎng)為滿足語音業(yè)務(wù)與多媒體業(yè)務(wù)的需要，不得不考慮對網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點路由器采用分級服務(wù)算法，向分級服務(wù)網(wǎng)絡(luò)演進。為保證IP網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)質(zhì)量(QualityofService，QoS)，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(InternetEngineeringTaskForce，IETF)首先提出用RSVP(ResourceReservationProtocol，資源預留協(xié)議)和Intserv(綜合服務(wù))模型，在發(fā)送數(shù)據(jù)前對建立至接收端的傳輸路徑和預留資源，通過接入控制、策略控制、分類調(diào)度控制等機制實現(xiàn)端到端的QoS。由于要在傳輸路徑上的每個路由器為每一個流進行資源預留，并且要建立和拆除路徑，這就要求每個路由器都要支持RSVP，都要維護路由和資源的"軟狀態(tài)"信息，這樣，RSVP+Intserv模型的可擴展性及魯棒性差，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上特別對大型廣域網(wǎng)實現(xiàn)起來非常困難，其主要問題在于核心路由器難以實現(xiàn)基于流的和基于分組的混合流的高速分級轉(zhuǎn)發(fā)。這一問題促使IETF發(fā)展Diffserv(區(qū)分業(yè)務(wù))模型。在區(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，路由器分為邊緣路由器與核心路由器。其中，邊緣路由器的定義為，部署在區(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的邊緣，提供IP用戶終端進入?yún)^(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的接入的路由器；其功能為，對連接的IP用戶數(shù)據(jù)流向核心路由器進行雙向轉(zhuǎn)發(fā)。核心路由器定義為，部署在區(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部，連接邊緣路由器或其它核心路由器的路由器；其功能為，對連接的邊緣路由器或其它核心路由器進行雙向轉(zhuǎn)發(fā)。而核心路由器與邊緣路由器有如下區(qū)別其一、在上行鏈路中，網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器的輸入端口連接IP用戶終端，輸出端口連接核心路由器。在下行鏈路中，網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器的輸入端口連接核心路由器，輸出端口連接IP用戶終端。其二、網(wǎng)絡(luò)的核心路由器不直接與IP用戶終端連接，在上行鏈路中，網(wǎng)絡(luò)的核心路由器的輸入端口連接邊緣核心路由器。在下行鏈路中，網(wǎng)絡(luò)的核心路由器的輸入端口連接其它核心路由器，輸出端口連接邊緣路由器。其三、核心路由器需要處理的數(shù)據(jù)流的容量遠遠大于邊緣路由器，每秒鐘處理的數(shù)據(jù)包可達數(shù)千萬個。在如此海量數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)過程中，核心路由器完成區(qū)分業(yè)務(wù)功能是非常困難的。IETF發(fā)展Diffserv(區(qū)分業(yè)務(wù))模型，考慮將區(qū)分業(yè)務(wù)功能由網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器完成。其四、網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器將業(yè)務(wù)流分解成小數(shù)據(jù)量的聚集流(類)，由IP分組包頭的DSCP(DiffservCodePoint,區(qū)分業(yè)務(wù)碼)來標識。網(wǎng)絡(luò)邊緣路由器實施分類、標記、管理等功能，網(wǎng)絡(luò)的核心路由器僅根據(jù)DSCP相關(guān)的PHB(per-hop-behavior，單個路由段行為)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，簡化了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部核心路由器的結(jié)構(gòu)，取得比綜合服務(wù)Intserv大的多的可擴展性。但是，現(xiàn)有的區(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)方案中，核心路由器仍存在下列問題，以至于不能保證IP網(wǎng)有優(yōu)先級的語音業(yè)務(wù)與多媒體實時業(yè)務(wù)質(zhì)量。第一、現(xiàn)有的核心路由器方案不能對路由器入口接收數(shù)據(jù)流分類，丟包控制，按服務(wù)級別轉(zhuǎn)發(fā)。當區(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器向核心路由器同時注入有優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包時，核心路由器不能保證高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包的低延遲和低丟包率。第二、現(xiàn)有的核心路沒有考慮根據(jù)輸出連接容量對輸入分級數(shù)據(jù)流的接入控制。在有限連接容量的情況下，大量高服務(wù)級別的數(shù)據(jù)流，例如VOIP(VoiceoverInternetProtocol,網(wǎng)絡(luò)電話)的接入同樣會導致核心路由器大量丟包，無法保證已接入的高服務(wù)級別的數(shù)據(jù)流的服務(wù)質(zhì)量。第三、現(xiàn)有的核心路由器不能發(fā)現(xiàn)路徑下游節(jié)點路由器的擁塞情況。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種分級服務(wù)核心路由器和基于分級服務(wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，基于該核心路由器及其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，能夠保證高優(yōu)先級用戶的語音業(yè)務(wù)與多媒體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流的速率、最小延遲和丟包率。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種分級服務(wù)核心路由器，包括分類模塊、接入控制模塊、緩沖模塊、分級優(yōu)先隊列管理模塊、轉(zhuǎn)發(fā)路徑查找模塊、調(diào)度模塊。其中分類模塊用于將輸入所述核心路由器的數(shù)據(jù)流依據(jù)類別和優(yōu)先級別進行劃分；接入控制模塊用于依據(jù)所述核心路由器的輸出連接容量、所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，確定接入分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流；緩沖模塊用于依據(jù)所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，為進入所述分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流分別分配緩沖器，所述每一緩沖器對應(yīng)一個數(shù)據(jù)流緩沖隊列，并為所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量；分級優(yōu)先隊列管理模塊用于監(jiān)視所述各緩沖器中數(shù)據(jù)流緩沖隊列的長度，計算所述分級服務(wù)核心路由器穩(wěn)定平衡點的參數(shù)以對所述數(shù)據(jù)流緩沖隊列進行丟包控制，按照優(yōu)先級別，確定目標轉(zhuǎn)發(fā)對象；轉(zhuǎn)發(fā)路徑查找模塊用于依據(jù)路由表，查找所述目標轉(zhuǎn)發(fā)對象轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包發(fā)送至所述核心路由器的輸出電路接口；調(diào)度模塊用于依據(jù)所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量，發(fā)送所述輸出電路接口的數(shù)據(jù)包。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于分級服務(wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，包括步驟將輸入所述核心路由器的數(shù)據(jù)流依據(jù)類別和優(yōu)先級別進行劃分；依據(jù)所述分級服務(wù)核心路由器的輸出連接容量、所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，確定接入分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流；依據(jù)所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，為進入所述分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流分別分配緩沖器，所述每一緩沖器對應(yīng)一個數(shù)據(jù)流緩沖隊列，并為所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量；監(jiān)視所述各緩沖器中數(shù)據(jù)流緩沖隊列的長度，計算所述核心路由器穩(wěn)定平衡點的參數(shù)以對所述數(shù)據(jù)流緩沖隊列進行丟包控制，按照優(yōu)先級別，確定目標轉(zhuǎn)發(fā)對象；依據(jù)路由表，查找所述目標轉(zhuǎn)發(fā)對象轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包發(fā)送至所述分級服務(wù)核心路由器的輸出電路接口；依據(jù)所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量，發(fā)送所述輸出電路接口的數(shù)據(jù)包。相對于現(xiàn)有技術(shù)中，本發(fā)明通過對輸入數(shù)據(jù)流分類、接入控制、分級優(yōu)先隊列丟包控制等技術(shù)手段，充分利用路由器的出口帶寬，保證高優(yōu)先級用戶的語音業(yè)務(wù)與多媒體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流的速率、最小延遲和丟包率。圖1為表示本發(fā)明實施例分級服務(wù)核心路由器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為表示本發(fā)明實施例基于分級服務(wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法的步驟流程圖；圖3為IP包頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為兩級TCP流的數(shù)據(jù)包往返時間曲線圖；圖5為兩級TCP流的丟包率曲線圖；圖6為TCP、VOIP和UDP流為在本發(fā)明分級服務(wù)核心路由器處于擁塞情況下的吞吐量比較圖。具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。分級服務(wù)核心路由器實施例參照圖l，圖l是表示本發(fā)明實施例分級服務(wù)核心路由器的結(jié)構(gòu)框圖，分級服務(wù)核心路由器包括分類模塊110，用于將輸入所述核心路由器的數(shù)據(jù)流依據(jù)類別和優(yōu)先級別進行劃分。接入控制模塊120，用于依據(jù)所述核心路由器的輸出連接容量、所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，確定接入分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流。緩沖模塊130，用于依據(jù)所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，為進入所述分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流分別分配緩沖器，所述每一緩沖器對應(yīng)一個數(shù)據(jù)流緩沖隊列，并為所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量。分級優(yōu)先隊列管理模塊140，用于監(jiān)視所述各緩沖器中數(shù)據(jù)流緩沖隊列的長度，計算所述核心路由器穩(wěn)定平衡點的參數(shù)以對所述數(shù)據(jù)流緩沖隊列進行丟包控制，確定目標轉(zhuǎn)發(fā)對象。轉(zhuǎn)發(fā)路徑查找模塊150，用于依據(jù)路由表，查找所述目標轉(zhuǎn)發(fā)對象轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包發(fā)送至所述核心路由器的輸出電路接口。調(diào)度模塊160，用于依據(jù)所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量，將發(fā)送所述輸出電路接口的數(shù)據(jù)包。本實施例通過對輸入數(shù)據(jù)流分類、接入控制、分級優(yōu)先隊列丟包控制等技術(shù)手段，充分利用路由器的出口帶寬，保證高優(yōu)先級用戶的語音業(yè)務(wù)與多媒體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流的速率、最小延遲和丟包率。作為對上述實施例的改進，在接入控制模塊中，還包括為高優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)流預留預設(shè)連接容量的子步驟。在上述實施例中，分級優(yōu)先隊列管理模塊中，分級服務(wù)核心路由器穩(wěn)定平衡點的各參數(shù)滿足如下條件<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，k為離散時間，k=t/Ts，t為時間，T,為數(shù)據(jù)流取樣周期；、(k)為具有第i個優(yōu)先級別的用戶群的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，N《k)為路由器連接的具有第i個優(yōu)先級別的服務(wù)用戶個數(shù)；c《k)為所述核心路由器分配給第i個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流的連接容量，Pl(k)為第i個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流的丟包率；并且第i個優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)流的連接容量Cl(k)滿足<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>，C為所述核心路由器總連接容量。在上述實施例中，第i個優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的丟包率依據(jù)如下公式確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>,為路由器第i個q《k)為監(jiān)測的緩其中，Pl,皿為設(shè)定的第i個優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的最大丟包率，％,緩沖器的最小隊列長度，％皿為路由器第i個緩沖器的最大隊列長度，沖器中數(shù)據(jù)流緩沖隊列的長度。為了克服現(xiàn)有的區(qū)分業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的核心路由器不能發(fā)現(xiàn)路徑下游節(jié)點路由器的擁塞情況，調(diào)度模塊進一步用于定時檢測發(fā)送至所述分級服務(wù)核心路由器下游各核心路由器的探測數(shù)據(jù)包的時間延遲，并對路由表動態(tài)更新以獲取最小延遲路由表；所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑查找模塊依據(jù)所述最小延遲路由表，查找所述分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包發(fā)送至所述核心路由器的輸出電路接口。通過檢測到路徑下游節(jié)點路由器的擁塞情況，可以選取具有延遲保證的多條路徑，而非最短路徑的多跳路徑，從而找到更加合適的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)，提高數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)速率，進一步縮短延時?；诜旨壏?wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法實施例參照圖2，圖2為表示本發(fā)明實施例基于分級服務(wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法的步驟流程圖，轉(zhuǎn)發(fā)方法包括如下步驟步驟210，將輸入所述核心路由器的數(shù)據(jù)流依據(jù)類別和優(yōu)先級別進行劃分。在根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式中，分類器將分級數(shù)據(jù)流分為受控數(shù)據(jù)流(如TCP流)和非受控數(shù)據(jù)流(如UDP流，ICMP流，IGMP流等)。造成因特網(wǎng)絡(luò)擁塞的數(shù)據(jù)流主要為TCP流和UDP流。由于TCP流和UDP流的數(shù)據(jù)包的IP包頭是不同的，因此，通過讀取數(shù)據(jù)包中IP包頭可以判別所讀取的數(shù)據(jù)包是TCP流的數(shù)據(jù)包還是UDP流的數(shù)據(jù)包，從而對數(shù)據(jù)包進行分類。參照圖3，圖3為IP包頭的結(jié)構(gòu)示意圖，讀取到達數(shù)據(jù)包的包頭獲取數(shù)據(jù)流類別與服務(wù)級別。IP包頭一般是20字節(jié)長。在因特網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中，IP包頭緊跟著因特網(wǎng)幀包頭。IP包頭最長可擴展到60字節(jié)。IP包頭的各字段說明如下。(1)版本字段長度4位標識了數(shù)據(jù)包的IP版本號'進制的0100表示IP版本4(IPv4)，設(shè)置為0100表示IP版本6(IPv6)。(2)包頭長度(headerlength)字段長度為4位它表示32位字長的IP包頭長度。這個4位字段的設(shè)置為—[OO49](3)服務(wù)類型(TypeofService,Tos)字段長度為8位用來指定特殊的數(shù)據(jù)包處理方式。服務(wù)類型字段實際上被劃分為兩個字段優(yōu)先權(quán)和ToS。優(yōu)先權(quán)用來設(shè)置數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級。ToS允許按照吞吐量、時延、可靠性和費用方式選擇傳輸服務(wù)。(4)數(shù)據(jù)包總長度(TotalLength):數(shù)據(jù)包總長度字段的長度為16位。接收者用總長度減去IP包頭長度，就可以確定數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)有效載荷的大小。IP數(shù)據(jù)包的最大長度是65535。(5)標識(Identifier)字段長度為16位通常與標記字段和分段偏移字段一起用于數(shù)據(jù)包的分段。如果數(shù)據(jù)包原始長度超過數(shù)據(jù)包所要經(jīng)過的數(shù)據(jù)鏈路的最大傳輸單元(MTU)，那么必須將數(shù)據(jù)包分段為更小的數(shù)據(jù)包。(6)標記字段(Flag)長度為3位，其中第l位沒有使用。第2位為不分段(DF)位。當DF位被設(shè)置為1時，表示路由器不能對數(shù)據(jù)包進行分段處理。如果數(shù)據(jù)包由于不能被分段而未能被轉(zhuǎn)發(fā)，那么路由器將丟棄該數(shù)據(jù)包并向源點發(fā)送錯誤消息。第3位表示還有更多分段(MF)位，當路由器對數(shù)據(jù)包進行分段時，除了最后一個分段的MF位設(shè)置為0外，其他所有的MF位均設(shè)置為1，以便接收者直到收到MF位為O的分段為止。(7)分段偏移量(FragmentOffset)字段長度為13位以8個八位組為單位，用于指明分段起始點相對于包頭起始點的偏移量。如果一個分段在傳輸中丟失，那么必須在網(wǎng)絡(luò)中同一點對整個數(shù)據(jù)包重新分段并重新發(fā)送。容易發(fā)生故障的數(shù)據(jù)鏈路會造成時延不成比例。(8)TTL(生存時間，TimeToLive)字段長度為8位，在最初創(chuàng)建數(shù)據(jù)包時，TTL即被設(shè)置為某個特定值。當數(shù)據(jù)包逐個沿路由器被傳輸時，每臺路由器都會降低TTL的數(shù)值。當TTL值減為0時，路由器將會丟棄數(shù)據(jù)包并向源點發(fā)送錯誤信息。(9)協(xié)議(Protocol)字段長度為8位，它給出了主機到主機層或傳輸層協(xié)議的"地址"或協(xié)議號，協(xié)議字段指定了數(shù)據(jù)包中信息的類型。協(xié)議號一般包括l-ICMP、2-IGMP、被IP協(xié)議封裝的IP、4-TCP、17-UDP、45-域間路由選擇協(xié)議(IDRP)、47-通用路由選擇封裝(GRE)、54-NBMA下一跳解析協(xié)議(NHRP)、88-CiscoInternet網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議(IGRP)、89-開放式最路徑優(yōu)先(OSPF)。(10)包頭校驗和(HeaderChecksum)是針對IP包頭的糾錯字段。校驗和不計算被封裝的數(shù)據(jù)，UDP、TCP和ICMP都有各自的校驗和。(11)源IP地址和目的IP地址(SourceandDestinationIPAddress)字段長度為32位，分別表示發(fā)送者數(shù)據(jù)包源點和目的地的IP地址。(12)可選項(Options)是一個長度可變的字段，它是可選的。常用的可選項如下松散源路由選擇(LooseSourceRouting),嚴格源路由選擇(StrictSourceRouting),記錄路由(RecordRouting)，時間戳(Timestamp)。例如，在具體實施本發(fā)明時，通過讀取IP包頭的協(xié)議字段數(shù)值6:TCP,17:UDP，識別接入數(shù)據(jù)流的類型，將待進入數(shù)據(jù)流緩沖器的數(shù)據(jù)流分類為受控數(shù)據(jù)流TCP流和非受控數(shù)據(jù)流UDP流。在對數(shù)據(jù)流進行分類后，還需要對每一類數(shù)據(jù)流進行分級，分級主要根據(jù)數(shù)據(jù)流的重要性的不同，TCP流可分為l級數(shù)據(jù)流，2級數(shù)據(jù)流，…，I級數(shù)據(jù)流；UDP流可分為l級數(shù)據(jù)流，2級數(shù)據(jù)流，…，I級數(shù)據(jù)流。其中，第1級數(shù)據(jù)流具有最高優(yōu)先級別。比如，VOIP流屬于1級UDP數(shù)據(jù)流步驟220:依據(jù)所述核心路由器的輸出連接容量、所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，確定接入分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流。在該步驟中，超出分級服務(wù)核心路由器連接容量的大量不同類別與不同服務(wù)級別的數(shù)據(jù)流需要通過該路由器轉(zhuǎn)發(fā)時，接入控制模塊根據(jù)路由器連接容量，控制不同類別數(shù)據(jù)流與不同服務(wù)級別的數(shù)據(jù)流的接入，優(yōu)先接入高優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)流，限制或屏蔽低服務(wù)級別的數(shù)據(jù)流的接入。步驟230:依據(jù)所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，為進入所述分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流分別分配緩沖器，所述每一緩沖器對應(yīng)一個數(shù)據(jù)流緩沖隊列，并為所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量。例如，數(shù)據(jù)流緩沖隊列包括受控數(shù)據(jù)流(TCP流)的緩沖隊列和非受控數(shù)據(jù)流(UDP流)緩沖隊列。也就是說，數(shù)據(jù)流緩沖器用于對不同服務(wù)級別的數(shù)據(jù)流進行緩沖，可將受控數(shù)據(jù)流(TCP流)與非受控數(shù)據(jù)流(UDP流)分別按服務(wù)級別進行緩沖。其中，受控數(shù)據(jù)流(TCP流)的緩沖隊列和非受控數(shù)據(jù)流(UDP流)緩沖隊列中，分別包括，l級數(shù)據(jù)流緩沖器，…，I級數(shù)據(jù)流緩沖器。步驟240:監(jiān)視所述各緩沖器中數(shù)據(jù)流緩沖隊列的長度，計算所述核心路由器穩(wěn)定平衡點的參數(shù)以對所述數(shù)據(jù)流緩沖隊列進行丟包控制，確定目標轉(zhuǎn)發(fā)對象。該步驟是本實施例的一個重要的步驟，如何根據(jù)流緩沖隊列的長度，計算所述核心路由器穩(wěn)定平衡點，以對低優(yōu)先級別的各數(shù)據(jù)流進行丟包控制將在下面的優(yōu)選實施方式中進行詳細的說明。步驟250:依據(jù)路由表，查找所述目標轉(zhuǎn)發(fā)對象轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包發(fā)送至所述核心路由器的輸出電路接口。步驟260:依據(jù)所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量，將發(fā)送所述輸出電路接口的數(shù)據(jù)包。在本實施例中，通過對輸入數(shù)據(jù)流分類、接入控制、分級優(yōu)先隊列丟包控制等技術(shù)手段，充分利用路由器的出口帶寬，保證高優(yōu)先級用戶的語音業(yè)務(wù)與多媒體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流的速率、最小延遲和丟包率。作為對上述實施例的進一步的改進，在步驟120中，進一步包括為高優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)流預留連接容量的子步驟。作為對上述實施例的進一步的改進，分級優(yōu)先隊列管理步驟中，需要配置分級服務(wù)核心路由器的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，控制分級服務(wù)核心路由器穩(wěn)定平衡點的各參數(shù)滿足如下條件<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中，k為離散時間，k=t/Ts，t為時間，T,為數(shù)據(jù)流取樣周期；、(k)為具有第i個優(yōu)先級別的用戶群的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，N《k)為路由器連接的具有第i個優(yōu)先級別的服務(wù)用戶個數(shù)；c《k)為所述核心路由器分配給第i個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流的連接容量，p《k)為第i個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流的丟包率；并且，第i個優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)流的連接容量Cl(k)滿足t《0:)5C，C為所述核心路由器總連接容量。通過控制分級服務(wù)核心路由器穩(wěn)定平衡點的各參數(shù)，優(yōu)先將高級別數(shù)據(jù)發(fā)送到多隊列路由查表模塊與調(diào)度模塊處理，對于級別低的TCP流和UDP流實行丟包，這樣，無應(yīng)答的低服務(wù)級別的UDP流不能占用邊緣路由器未分配的連接容量。作為對上述實施例的進一步的限定，分級優(yōu)先隊列管理步驟中，第i個優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的丟包率依據(jù)如下步驟確定s禱p,.(t》=:A，71《/n"u《班、1其中，隊為路由器第ia為設(shè)定的最大丟包率，％^為路由器第i個緩沖器的最小隊列長緩沖器的最大隊列長度，q《k)為監(jiān)測的緩沖器中數(shù)據(jù)流緩沖隊度，％ma:列的長度。作為對上述技術(shù)方案的進一步限定，在上述步驟150中，路由表為最小延遲路由表，通過定時檢測發(fā)送至所述分級服務(wù)核心路由器下游各核心路由器的探測數(shù)據(jù)包的時間延遲獲得。通過檢測到路徑下游節(jié)點路由器的擁塞情況，可以選取具有延遲保證的多條路徑，而非最短路徑的多跳路徑，從而找到更加合適的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)，提高數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)速率，進一步縮短延時。下面結(jié)合具體實施例及實驗數(shù)據(jù)對本發(fā)明進行說明。在本實施例中，涉及兩類數(shù)據(jù)流TCP流和UDP流。其中，TCP流分第1級和第2級；UDP流分為第3級和第4級，第3級為VoIP數(shù)據(jù)流。這種一般的混合流連接能產(chǎn)生更切合實際的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量情況。依據(jù)上面所述的基于分級服務(wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，設(shè)計的分級服務(wù)核心路由器的實驗參數(shù)如表1和表2所示。在表1中，4類數(shù)據(jù)流分配的連接容量之和為該核心路由器的輸出連接容量10000數(shù)據(jù)包/毫秒。4類數(shù)據(jù)流在占用了4個緩沖隊列。分級服務(wù)隊列管理器對兩類TCP流進行控制，使其滿足H(k)Ai(k)[l-p湖《d，對于i二l，2。分類器保證第3級為VoIP數(shù)據(jù)流的接入，TCP流和一般UDP流(即第4級，盡力而為型服務(wù))不能占用語音VoIP數(shù)據(jù)流連接容量，分類器將整個4級數(shù)據(jù)流發(fā)送到不同的緩沖隊列。盡力而為型服務(wù)是指在連接容量許可的情況下，保證核心路由器的吞吐量為最大，而不管其丟包率、延遲、數(shù)據(jù)流的接入速率和數(shù)據(jù)包往返時間等指標。盡力而為型服務(wù)不適合語音VoIP流，因為它無法保證語音數(shù)據(jù)流的丟包率、延遲、數(shù)據(jù)流的接入速率。表1連接容量分配<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表2中，對于兩類TCP流，其傳輸延遲Ti，i=l，2在3毫秒和4毫秒之間變動，它們?nèi)Q于至目的地終端的轉(zhuǎn)發(fā)路徑上各核心路由器的延遲。分級優(yōu)先隊列管理控制丟包率，使數(shù)據(jù)包往返時間ri。=47毫秒和r2。=120毫秒，表2中設(shè)置參數(shù)^mm，i=l，2禾P化，max，i=l，2以使隊列長度的動態(tài)平衡點滿^:qi0，qimin^qi0^qimax。依據(jù)上述實施方式進行的網(wǎng)絡(luò)仿真中，數(shù)據(jù)包長度為100字節(jié)，兩類TCP流緩沖器最大容量為800數(shù)據(jù)包，而第3類(VoIP數(shù)據(jù)流)和第4類(UDP流)的緩沖器最大容量為200數(shù)據(jù)包。下面結(jié)合圖4、圖5和圖6進一步說明本發(fā)明。參照圖4，圖4為兩級TCP流的數(shù)據(jù)包往返時間曲線圖。其中，曲線a代表TCP流中第一級用戶數(shù)據(jù)包往返時間，曲線b代表TCP流中第二級用戶數(shù)據(jù)包往返時間。從圖4中可以看出，TCP流的往返時間被控制在表2給定的范圍。第一級用戶由于具有更高的優(yōu)先級，其數(shù)據(jù)往返時間有一個較小的值。參照圖5，圖5表明圖5為兩級TCP流的丟包率曲線圖。其中，曲線a代表第一級用戶的丟包率，曲線b代表第二級用戶的丟包率。丟包率為TCP流服務(wù)質(zhì)量的重要指標，丟包率低意味著數(shù)據(jù)傳輸可靠性高。從圖5看出，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流進入穩(wěn)定狀態(tài)(0.075毫秒)后，兩級TCP流的丟包率Pl,_=0.05和p2,max=0.1能夠得到保障。第1級TCP流用戶具有更高的優(yōu)先級，其丟包率有一個較小的值。參照圖6，圖6為TCP、VOIP和UDP流為在本發(fā)明核心路由器處于擁塞情況下的吞吐量比較圖。圖6表明，TCP，VOIP和UDP流的吞吐量可充分利用核心路由器的輸出連接容量。圖6中最下方曲線d表明第4類UDP流并不能保證用戶獲得可靠的數(shù)據(jù)傳輸速率，因為他們優(yōu)先級最低。但是，如果它們的合計鏈路容量小于1000數(shù)據(jù)包/毫秒，它們?nèi)匀豢梢垣@得所需的吞吐量。圖6中第2條曲線c表明第3類數(shù)據(jù)流(VoIP數(shù)據(jù)流)吞吐量恒定，可以保證VoIP數(shù)據(jù)流的快速轉(zhuǎn)發(fā)。圖6中最上方曲線a和第3條曲線b說明兩類TCP流的吞吐量的動態(tài)范圍穩(wěn)定，表明核心路由器可以提供穩(wěn)定的分級數(shù)據(jù)流接入與轉(zhuǎn)發(fā)。綜上，本發(fā)明一種分級服務(wù)核心路由器及其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法中采用多隊列并行處理、分級接入控制以及確定最小延遲轉(zhuǎn)發(fā)路徑等技術(shù)手段，可在有限連接容量的情況下充分利用路由器的出口帶寬，保證高優(yōu)先級用戶的語音業(yè)務(wù)與多媒體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流的速率、最小延遲和丟包率。本說明書中的實施例采用遞進的方式描述，實施例重點說明的是本發(fā)明的實施方式和效果。實際系統(tǒng)的實施例和方法實施例原理相似，相關(guān)之處可以互相參照。以上對本發(fā)明所提供的一種分級服務(wù)核心路由器及其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。權(quán)利要求一種分級服務(wù)核心路由器，其特征在于，包括分類模塊，用于將輸入所述核心路由器的數(shù)據(jù)流依據(jù)類別和優(yōu)先級別進行劃分；接入控制模塊，用于依據(jù)所述核心路由器的輸出連接容量、所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，確定接入分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流；緩沖模塊，用于依據(jù)所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，為進入所述分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流分別分配緩沖器，所述每一緩沖器對應(yīng)一個數(shù)據(jù)流緩沖隊列，并為所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量；分級優(yōu)先隊列管理模塊，用于監(jiān)視所述各緩沖器中數(shù)據(jù)流緩沖隊列的長度，計算所述核心路由器穩(wěn)定平衡點的參數(shù)以對所述數(shù)據(jù)流緩沖隊列進行丟包控制，按照優(yōu)先級別，確定目標轉(zhuǎn)發(fā)對象；轉(zhuǎn)發(fā)路徑查找模塊，用于依據(jù)路由表，查找所述目標轉(zhuǎn)發(fā)對象轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包發(fā)送至所述核心路由器的輸出電路接口；調(diào)度模塊，用于依據(jù)所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量，發(fā)送所述輸出電路接口的數(shù)據(jù)包。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級服務(wù)核心路由器，其特征在于，所述接入控制模塊中，還包括預留連接容量的子模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級服務(wù)核心路由器，其特征在于，所述分級優(yōu)先隊列管理模塊中，所述核心路由器穩(wěn)定平衡點的各參數(shù)滿足如下條件Ni(k歸)[l-Pi眺d其中，k為離散時間，k=t/Ts，t為時間，T,為數(shù)據(jù)流取樣周期；、(k)為具有第i個優(yōu)先級別的用戶群的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，N《k)為路由器連接的具有第i個優(yōu)先級別的服務(wù)用戶個數(shù)；d(k)為所述核心路由器分配給第i個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流的連接容量，p《k)為第i個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流的丟包率；并且第i個優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)流的連接容量c《k)滿足c為所述核心路由器總連接容量。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分級服務(wù)核心路由器，其特征在于，所述分級優(yōu)先隊列管理模塊控制第i個優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的丟包率依據(jù)如下公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，Pl,皿為設(shè)定的第i個優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的最大丟包率，％為路由器第i個緩沖器的最小隊列長度，％皿為路由器第i個緩沖器的最大隊列長度，q《k)為監(jiān)測的緩沖器中數(shù)據(jù)流緩沖隊列的長度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級服務(wù)核心路由器，其特征在于，所述調(diào)度模塊進一步用于定時檢測發(fā)送至所述核心路由器下游各核心路由器的探測數(shù)據(jù)包的時間延遲并對路由將輸入所述核心路由器的數(shù)據(jù)流依據(jù)類別和優(yōu)先級別進行劃分所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級表動態(tài)更新。6.—種基于分級服務(wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，包括如下步驟分類步驟，接入控制步驟，依據(jù)所述核心路由器的輸出連接容3別，確定接入分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流；數(shù)據(jù)緩沖步驟，依據(jù)所述數(shù)據(jù)流的類別和優(yōu)先級別，為進入所述分級優(yōu)先隊列組的數(shù)據(jù)流分別分配緩沖器，所述每一緩沖器對應(yīng)一個數(shù)據(jù)流緩沖隊列，并為所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量；分級優(yōu)先隊列組管理步驟，監(jiān)視所述各緩沖器中數(shù)據(jù)流緩沖隊列的長度，計算所述核心路由器穩(wěn)定平衡點的參數(shù)以對所述數(shù)據(jù)流緩沖隊列進行丟包控制，按照優(yōu)先級別，確定目標轉(zhuǎn)發(fā)對象；轉(zhuǎn)發(fā)路徑查找步驟，依據(jù)路由表，查找所述目標轉(zhuǎn)發(fā)對象轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將對應(yīng)的數(shù)據(jù)包發(fā)送至所述核心路由器的輸出電路接口；調(diào)度步驟，依據(jù)所述每一數(shù)據(jù)流緩沖隊列分配連接容量，發(fā)送所述輸出電路接口的數(shù)據(jù)包。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于分級服務(wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，所述接入控制步驟中，還包括預留連接容量的子步驟。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于分級服務(wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，所述分級優(yōu)先隊列組管理步驟中，所述核心路由器穩(wěn)定平衡點的各參數(shù)滿足如下條件Ni(k歸)[l-Pi眺d其中，k為離散時間，k=t/Ts，t為時間，T,為數(shù)據(jù)流取樣周期；、(k)為具有第i優(yōu)先級別的用戶群的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，N《k)為核心路由器連接的具有第i個優(yōu)先級別的服水務(wù)用戶^水數(shù)；d(k)為所述核心路由器分配給第i水iT優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流的丟包率；并且第i個優(yōu)先級別的數(shù)據(jù)流的連接容;A優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流的連接容量，p《k)為第Ci(k)滿足水wC為所述核心路由器總連接容量。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于分級服務(wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，第優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的丟包率依據(jù)如下步驟確定0，05仏#)《4油其中，Rmax為設(shè)定的第i個優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的最大丟包率，％mm為路由器第i個緩沖凡——二一、A,隨"/,("《氛,水緩沖器的最大隊列長度，q《k)為監(jiān)測的第i個器的最小隊列長度，％皿為路由器第i緩沖器中數(shù)據(jù)流緩沖隊列的長度。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于分級服務(wù)核心路由器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)發(fā)路徑查找步驟中，所述路由表為最小延遲路由表，通過定時檢測發(fā)送至所述核心路由器下游各核心路由器的探測數(shù)據(jù)包的時間延遲并對路由表動態(tài)更新獲取。全文摘要本發(fā)明公開一種分級服務(wù)核心路由器及其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法。所述方法包括如下步驟將輸入所述核心路由器的數(shù)據(jù)流依據(jù)類別和優(yōu)先級別進行劃分；依據(jù)所述核心路由器的輸出連接容量確定接入數(shù)據(jù)流；獲取數(shù)據(jù)緩沖隊列；對低優(yōu)先級別的各數(shù)據(jù)流進行丟包控制；依據(jù)路由表，查找所述分級優(yōu)先隊列組中高優(yōu)先級別數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)路徑；優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級別數(shù)據(jù)流的。本發(fā)明通過對輸入數(shù)據(jù)流分類、接入控制、分級優(yōu)先隊列丟包控制等技術(shù)手段，充分利用路由器的出口帶寬，保證高優(yōu)先級用戶的語音業(yè)務(wù)與多媒體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流的速率、最小延遲和丟包率。文檔編號H04L12/56GK101692657SQ200910235399公開日2010年4月7日申請日期2009年10月22日優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日發(fā)明者肖揚申請人:北京交通大學