资源预订协议 RSVP 协议

　由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。RSVP(ResourceReserveProtocol)是正在开发的Internet上的资源预订协议，使用RSVP预留一部分网络资源（即带宽），能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。在某些试验性的系统如网络视频会议工具vic中就集成了RSVP。

6.4 RSVP协议
　 6.4.1 背景
　 资源预订协议（RSVP）是网络控制协议，它使Internet应用传输数据流时能够获得特殊服务质量（QoSs），RSVP是非路由协议；它同路由协议协同工作，建立与路由协议计算出路由等价的动态访问列表， RSVP属OSI 七层协议栈中传输层，开始是研究人员构造的，IETF正朝标准化方向努力，图3.4 说明了RSVP运行环境。

　 

　 图3.4 RSVP中主机信息通过数据流发送给接收者示意图 
　 6.4.2 RSVP数据流
　 在RSVP中，数据流是一系列信息，有着相同的源、目的（可有多个）和服务质量，QoS要求通过网络以流说明形式通讯。流说明是互连网主机用来请求特殊服务的数据结构，保证互连网处理主机传输。RSVP支持三种传输类型：最好性能（best-effort），速率敏感（rate-sensitive）与延迟敏感（delay-sensitive）。用来支持这些传输类型的数据流服务依赖QoS实施，以下部分陈述传输类型与相关服务。
　 最好性能传输为传统IP传输。应用包括文件传输（如邮件传输）、磁盘映像、交互登录和事务传输。支持最好性能传输的服务称为最好性能服务。速率敏感传输放弃及时性，而确保速率。例如：速率敏感传输请求100 kbps带宽，如在扩展期实际发送200 kbps，路由器可能延迟传输。速率敏感传输目的不在通过电路交换网络传输，但它通常与电路交换网络（ISDN）应用有联系，现在正运行在数据报网络（IP）上。这类应用如H.323视频会议，设计运行在ISDN （H.320）或ATM（H.310）上，但发现在Internet上也有应用。H.323编码是常数速率或准常数速率，它需要常数传输速率。RSVP服务支持速率敏感传输，称为位速率保证服务。延迟敏感传输要求传输及时，并因而改变其速率。例如：MPEG-II视频根据图象改变量大小平均流量为3 到7 Mbps，3 Mbps可能对应一堵上色的墙，而7 Mbps 可能是海洋的波浪。MPEG-II视频源发送关键和增量帧。典型的，每秒一个或两个关键帧，描述整个图象，而每秒13或28帧描述关键帧之间的变化，增量帧通常比关键帧小。因此，帧与帧之间速率变化较大。但由于单个帧要求在一帧时间内发送出去，或×××速度跟不上，必须对增量帧传输进行特定优先级别协调。RSVP服务支持延迟敏感传输，被看作控制延迟服务（非实时服务）与预报服务（实时服务）。
　 6.4.3 RSVP 数据流处理
　 RSVP数据流基本特征是连接，数据包在其上流通。连接是具有相同单播或组播目的数据流，RSVP分别处理每个连接。RSVP支持单播和组播连接（这里连接是一些发送者与另一些接收者的会话），而流总是从发送者开始的。特定连接的数据包被导向同一个IP目的地址或公开的目的端口。IP目的地址可能是组播发送的组地址，也可能是单个接收者的单播地址。公开目的端口可用UDP/TCP目的端口段、另外传输协议等价段或某些应用特定信息定义。
　 RSVP数据发布是通过组播或单播实现的。组播传输将某个发送者的每个数据包拷贝转发给多个目的。单播传输特征是只有一个接收者。即使目的地址是单播，也可能有多个接收者，以公开端口区分。多个发送者也可能存在单播地址，在这种情况下，RSVP可建立多对一传输的资源预订。每个RSVP发送者和接收者对应唯一的Internet主机。然而，单个主机可包括多个发送者和接收者，以公开端口区分。
　 RSVP服务质量(QoS)
　 在RSVP中，服务质量（QoS）是流规范指定的属性，流规范用于决定参加实体（路由器、接收者和发送者）进行数据交换的方式。主机和路由器使用RSVP指定QoS；其中主机代表应用数据流使用RSVP从网络申请QoS级别，而路由器使用RSVP发送QoS请求给数据流路经的其它路由器。这样做，RSVP就可维持路由器和主机状态来提供所请求的服务。
　 RSVP连接启动
　 为了初始化RSVP组播连接，接收者首先使用Internet组成员协议（IGMP）加入IP目的地址指定的组播组。对单播连接，单播路由就象IGMP结合协议无关组播（PIM）在组播时的作用。接收者加入组后，潜在的发送者就开始发送RSVP路径信息给IP目的地址。接收者应用收到路径信息，开始发送相应资源预订请求信息，使用RSVP指定欲点播的流描述。发送者应用接收到资源预订请求信息后，发送者开始发送数据包。
　 6.4.4 RSVP资源预订类型
　 资源预订类型指一套指定所支持参数的控制选项。RSVP支持两种主要资源预订：独占资源预订和共享资源预订。独占资源预订为每个连接中每个相关发送者安装一个流；而共享资源预订由互不相关的发送者使用。表3.10说明这两种资源预订协议的应用范围及所支持的范围与类型的组合情况。
　 
　 6.4.5 RSVP软状态实现
　 对RSVP，软状态指可被某些RSVP信息更新的路由器和终端结点的状态。软状态特征允许RSVP网络支持动态组成员变化，并适应路由变化。一般说来，软状态由基于RSVP网络维护，使网络可在没有查询终端结点的情况下改变状态。对比电路交换结构，终端结点进行依次呼叫，如失败，进行依次新呼叫。
　 RSVP协议为创建和维护组播和单播混合发送路径的分布式资源预订状态提供了一个通用功能。为维护资源预订状态，RSVP跟踪路由器和主机结点的软状态。路径与资源预订请求信息创建并周期更新RSVP软状态。如在清除时间间隔到期前没有收到相应更新信息，就删除该状态，显式teardown 信息也可删除软状态。RSVP周期扫描欲建立的软状态，并转发路径与预订请求更新信息给下一跳。
　 当路由改变，下一个路径信息初始化新路由的路径状态，将来资源预订请求信息建立资源预订状态。现在未使用的网段状态标记为超时。（RSVP规范要求在拓扑改变后两秒通过网络初始化新资源预订）。当发生状态变化，RSVP无延迟的将变化从RSVP网络的一个终端传到另一个终端。如接收到的状态与存储状态不同，就更新存储状态。如结果改变了欲产生的更新信息，更新信息立即生成并转发出去。
　 6.4.6 RSVP 操作模型
　 在RSVP下，资源为简单数据流（单向数据流）预订起来。每个发送者逻辑上与接收者不同，但任何应用都可充当发送者和接收者，接收者负责请求资源预订。图3.5说明了其基本操作环境，紧接部分将提供特定事件序列的框架。

　 

　 图3.5 RSVP 操作环境：为单向数据流预订资源
　 6.4.6.1基本RSVP协议操作
　 RSVP资源预订处理初始化开始于RSVP 后台服务查询本地路由协议以获得路由。主机发送IGMP消息加入组播组，而发送RSVP消息预订沿组路径的资源。每个能加入资源预订的路由器将收到的数据包传递给包分类器，然后将它们在包调度器中排队。RSVP包分类器决定每个包的路由和QoS类；RSVP调度器给每个接口所使用的特殊数据链路层媒介上传输分配资源。如数据链路层媒介有自身的QoS管理能力，包调度器负责协调数据链路层，获得RSVP所请求的QoS。调度器本身分配无源QoS媒介上包传输能力，如双铰线；也可分配其它系统资源，如CPU时间与缓存。QoS请求一般发源于接收者主机应用，而被传递到本地RSVP应用，如RSVP 后台服务。RSVP协议接着将对所有结点（路又器与主机）的请求沿逆向数据路径传到到数据源。在每个结点处，RSVP程序应用一个称为进入允许控制的本地决定程序决定是否能提供所请求的QoS。如进入允许控制成功，RSVP程序设置包分类和调度器的参数，以获得所申请的QoS。如进入允许控制在某结点处失败，RSVP程序给产生此请求的应用返回一个错误指示。
　 6.4.6.2 RSVP 隧道
　 在整个Internet上同时配置RSVP或任意其他协议都是不可能的。实际上，RSVP决不可能在每个地方都被配置。因此，RSVP必须提供正确协议操作，即使只有两个支持RSVP的路由器与一群不支持RSVP的路由器相连。一个中等规模不支持RSVP的网络不能执行资源预订，因而服务保证也就不能实现。然而，如该网络有充足额外容量，也可以提供可接受的实时服务。
　 为了支持RSVP网络连接通过不支持RSVP的网络，RSVP支持隧道技术。隧道技术要求RSVP和非RSVP路由器用本地路由表转发到目的地址的路径信息。当路径信息通过非RSVP 网络时，路径信息拷贝携带最后一个支持RSVP的路由器的IP地址。预订请求信息转发给下一个上游支持RSVP的路由器
　 6.4.7 加权平均排队方案
　 用技术来加强出现瓶颈处的有效资源预订（如Cisco的加权平均排队方案）有着正面影响。隧道技术仅在瓶颈出在非RSVP 域且不可避免时才有风险。图3.6表示基于RSVP网络间采用隧道技术的RSVP环境

　 

　 图3.6 ：应用隧道技术的RSVP环境
　 6.4.8 RSVP 消息
　 RSVP支持四种基本消息类型：资源预订请求消息、路径消息、错误与确认消息和断开消息。
　 6.4.9 RSVP 包格式
　 表3.11说明了RSVP包格式，如下内容列出格式的头和对象段。 
　 表3.11 RSVP包格式 RSVP消息头段（长度单位：位） 4 4 8 16 16 8 8 32 15 1 16 版本 标志 类型 校验和 长度 预订 发送TTL 消息ID 预订 MF 偏移量 RSVP对象段（长度单位：位） 16 8 8 可变 长度 分类号 C类型 对象内容 
　 RSVP 消息头段
　 RSVP 消息头段组成：
　 版本号---4位，表示协议版本号（当前版本为1）。
　 标志---4位 ，当前没有定义标志段。
　 类型---8位， 有几种可能值，如表3.12所示。
　 表3.12：RSVP消息类型段取值 值 消息类型 1 路径 2 资源预订请求 3 路径错误 4 资源预订请求错误 5 路径断开 6 资源预订断开 7 资源预订请求确认 校验和---16位，表示基于RSVP消息的内容上标准TCP/UDP校验和。
　 长度---16-位，表示RSVP包的字节长度，包括公共头和随后的可变长度对象。如设置了MF标志，或片段偏移为非零值，这就是较大消息当前片段长度。
　 发送TTL---8位，表示消息发送的IP生存期。
　 消息ID---32位，提供下一RSVP跳/前一RSVP跳消息中所有片段共享标签。
　 更多片段 (MF) 标志---一个字节的最低位，其它7位预订，除消息的最后一个片段外，都将设置MF。
　 片段偏移---24位，表示消息中片段的字节偏移量。
　 
　 RSVP 对象段
　 RSVP 对象段组成如下：
　 长度---16-位，包含总对象长度，以字节计（必须是4的倍数，至少是4）。 
　 分类号---表示对象类型，每个对象类型都有一个名称。RSVP程序必须可识别分类，类型在表3.13列出。如没有识别出对象分类号，分类号高位决定结点采用什么行动。
　 C-类型---C类型，在分类号中唯一。最大内容长度是65528个字节。分类号和C-类型段(与标志位一起) 可用作定义每个对象唯一位的16位数。 
　 对象内容---长度、类型号和C类型段指定对象内容的形式。
　 
　 6.4.10 RSVP小结
　 RSVP运行在传输层，在IP上层。与ICMP和IGMP相比，它是一个控制协议。RSVP的组成元素有发送者、接收者和主机或路由器。发送者负责让接收者知道数据将要发送，以及需要什么样的QoS；接收者负责发送一个通知到主机或路由器，这样他们就可以准备接收即将到来的数据；主机或路由器负责留出所有合适的资源。
　 RSVP协议的两个重要概念是流与预定。流是从发送者到一个或多个接收者的连接特征，通过IP包中"流标记"来认证。发送一个流前，发送者传输一个路径信息到目的接收方，这个信息包括源IP地址、目的IP地址和一个流规格。这个流规格是由流的速率和延迟组成的，这是流的QoS需要的。接收者实现预定后，基于接收者的模式能够实现一种分布式解决方案。
　 RSVP领域的发展是非常迅速的，但目前并没有在任何一种网络上得到证实，它的应用只是局限在测试的小Intranet网络上。因为RSVP的预定必须建立在完全流方式的基础上，其可扩展性问题倍受关注。RSVP还存在诸如当一个服务请求被申请控制否决时网络应该怎样通知用户以及用户怎样应答这样的通知等问题。