（光学工程专业论文）业务感知技术及其在光接入网中的应用.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 随着通信技术的发展和人们对通信需求的提高，下一代网络必须要解决多业务承载的 q o s 问题。业务感知技术是将网络中不同的业务流进行区分的技术，是网络提供差异化服 务的必要条件，业务动态感知是实施服务质量策略和安全策略的基础。无源光网络( p o n ) 是光纤接入的发展方向，其中e p o n ( e t h e m e tp o n ) 具有运行效率高、管理方便、维护 成本低、技术简单、标准化程度高以及支持q o s 等优点，被认为是f 硎的最佳实现方案 之一。将业务感知技术应用到e p o n 中，把业务感知点推到网络边缘，能够最大限度地提 高业务感知度，并为后续传送网络环节提供更准确的业务分类，为提供端到端q o s 奠定良 好的基础。基于上述原因，本文提出了一种将业务感知技术应用于e p o n 系统的方案，并 设计了e p o n - s a ( e p o n s e r v i c ea w a r e ) 系统来实现业务感知技术与e p o n 技术的结合。 本文的工作旨在深入研究业务感知技术和光接入网技术的基础上，将业务感知技术应 用于e p o n 系统，并设计出相应的e p o n s a 系统模型。e p o n s a 系统由e p o n 系统加上 一个业务感知控制中心与一组业务感知代理构成。业务感知控制中心是整个e p o n s a 系 统的控制中心，由管理模块、接口模块、感知信息模块、标记信息模块以及d b a 算法表 构成，负责确定对每个o n u 采用的感知策略并安排e p o n 上行带宽的调度算法。业务感 知代理位于各个o n u 处，是执行业务感知的部件，由业务感知模块、标记处理模块、标 记生成模块组成，其主要功能是根据控制中心确定的感知策略对通过其所在o n u 的数据 流进行感知，并随数据包将感知结果加以标记。在e p o n s a 系统中，如何对业务感知结 果进行标记是一项关键技术，本文采取的方案是利用m p l s 技术对业务感知结果加以标记。 通过对相应的帧格式进行改进，可以在e p o n 中实现m p l s 功能，达到利用标签传递业务 感知结果的目的。 本文最后用o p n e t 对e p o n s a ( e p o n s e r v i c ea w a r e ) 系统方案进行仿真实验。主 要验证了利用m p l s 技术在e p o n 中对业务感知结果进行标记的可行性，通过建立仿真模 型并对不同条件下产生的系统开销进行分析，验证了本设计方案的可行性。 关键词：业务感知以太无源光网络服务质量多协议标签交换多点控制协议 南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n di m p r o v e m e n to fp e r s o n a l c o m m u n i c a t i o nd e m a n d s ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ( n g n ) h a st os o l v et h ep r o b l e mo fq o s a b o u tc a r r y i n gm u l t i s e r v i c e s e r v i c e a w a r et e c h n o l o g yd i s t i n g u i s h e sd i f f e r e n tt r a f f i cf l o w si n n e t w o r k s ，w h i c hi st h en e c e s s a r yc o n d i t i o nf o rn e t w o r k st os u p p l yd i f f e r e n ts e r v i c e s d y n a m i c s e r v i c e a w a r ei st h eb a s i so fi m p l e m e n t i n gq o ss t r a t e g ya n ds e c u r i t ys t r a t e g y p a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k ( p o n ) i st h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o no fo p t i c a lf i b e ra c c e s s e p o n ( e t h e m e tp o n ) h a s t h ea d v a n t a g e so fh i 曲o p e r a t i o ne f f i c i e n c y , c o n v e n i e n tm a n a g e m e n t ，l o wm a i n t e n a n c ec o s t ， s i m p l et e c h n o l o g y , h i g h s t a n d a r d i z a t i o na n ds u p p o r t i n gq o s ，w h i c hi so n eo ft h eb e s t i m p l e m e n t a t i o ns c h e m e sf o rf 刑t h r o u g ha p p l y i n gs e r v i c e a w a r et e c h n o l o g yt oe p o na n d p u s h i n gs e r v i c e - a w a r ep o i n t st on e t w o r ke d g e s ，i tc o u l dr a i s es e r v i c e a w a r ed e g r e et ot h e m a x i m u ma n ds u p p l ym o r ea c c u r a t es e r v i c ec l a s s i f i c a t i o nf o rt h ef o l l o w i n gt r a n s p o r tn e t w o r k n o d e s i tc a ne s t a b l i s hag o o df o u n d a t i o nf o re n d t o e n dq o s b a s e do nt h er e a s o n sa b o v e ，t h i s p a p e rp r o p o s e sas c h e m ew h i c ha p p l i e ss e r v i c e a w a r et e c h n o l o g yt oe p o n ，a n dd e s i g n sa n e p o n - s a ( e p o n - s e r v i c ea w a r e ) s y s t e mt o r e a l i z et h ec o m b i n a t i o no fs e r v i c e - a w a r e t e c h n o l o g ya n de p o n t h em a i np u r p o s eo ft h i sp a p e ri st oa p p l ys e r v i c e a w a r et e c h n o l o g yt oe p o nb a s e do nt h e i n - d e p t hs t u d yo fs e r v i c e a w a r et e c h n o l o g ya n da c c e s sn e t w o r kt e c h n o l o g y , a n dd e s i g nt h e c o r r e s p o n d i n ge p o n s as y s t e mm o d e l e p o n - s as y s t e mc o n s i s t s o fe p o ns y s t e m ，a s e r v i c e a w a r ec o n t r o lc e n t e ra n dag r o u po fs e r v i c e - a w a r ea g e n t s s e r v i c e - a w a r ec o n t r o lc e n t e ri s t h ec o n t r o lc e n t e ro fw h o l ee p o n - s as y s t e m i ti n c l u d e sm a n a g e m e n tm o d u l e ，i n t e r f a c em o d u l e ， a w a r ei n f o r m a t i o nm o d u l e ，l a b e li n f o r m a t i o nm o d u l ea n dd b aa l g o r i t h mt a b l e ，w h i c hi si n c h a r g eo fd e t e r m i n i n ga w a r es t r a t e g yf o re v e r yo n u ，a n da r r a n g i n gs c h e d u l i n ga l g o r i t h mf o r e p o nu p s t r e a mb a n d w i d t h s e r v i c e a w a r ea g e n tl i e si ne v e r yo n ua n di su s e dt oe x e c u t e s e r v i c e - a w a r e i tc o n s i s t so fs e r v i c e a w a r em o d u l e ，l a b e lp r o c e s s i n gm o d u l ea n dl a b e lg e n e r a t i o n m o d u l e i t sm a i nf u n c t i o ni st oa p p e r c e i v et h ed a t af l o w si no n ua c c o r d i n gt oa w a r es t r a t e g y d e t e r m i n e db yc o n t r o lc e n t e r , a n dl a b e lt h ea w a r er e s u l t sw i t hd a t ap a c k e t i ne p o n - s as y s t e m ， h o wt ol a b e ls e r v i c e - a w a r er e s u l ti sak e yt e c h n o l o g y w eu s em p l st e c h n o l o g yt ol a b e lt h e a w a r er e s u l t s b yi m p r o v i n gc o r r e s p o n d i n gf r a m ef o r m a t ，m p l sc o u l db eu s e dt ot r a n s f e r 南京邮电大学硕f j 研究生学位论文 摘要 s e r v i c e - a w a r er e s u l t sb yl a b e l si ne p o n f i n a l l y ，w eu s et h eo p n e t s o f t w a r et os i m u l a t ee p o n s as y s t e m ，a n dm a i n l yv e r i f yt h e f e a s i b i l i t yo fl a b e l i n gt h es e r v i c e a w a r er e s u l t si ne p o nb ym p l st e c h n o l o g y t h r o u g hb u i l d i n g t h es i m u l a t i o nm o l la n da n a l y z i n gs y s t e mo v e r h e a d si nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，t h i sd e s i g ns c h e m e i sv e r i f i e dt ob ef e a s i b l e k e y w o r d s ：s e r v i c e a w a r e ，e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( e p o n ) ，q o s ，m u l t ip r o t o c o l l a b e ls w i t c h i n g ( m p l s ) ，m u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l ( m p c p ) i i i 南京邮电大学硕士研究生学位论文 缩略语 a p o n d b a d s a p e p o n e p o n s a f e c f t t h g p o n i c m p i e t f i p l e r l i b l l i d l s p m a c m p c p m p l s n g n o a m o d n o n u o s i p o n q o s r e g 缩略语 a t mp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k d y n a m i cb a n d w i d t h a l l o c a t i o n d e s t i n a t i o ns e r v i c ea c c e s sp o i n t e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k e p o n s e r v i c ea w a r e f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s f i b e r 勋功eh o m e g i g a b i t - c a p a b l ep a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k i n t e r a c tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c o l 1 1 1 ei n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e i n t e r a c tp r o t o c o l l a b e le d g er o u t e r l a b e li n f o r m a t i o nb a s e l o g i cl i n ki d e n t i t y l a b e ls w i t c h e dp a t h m e d i aa c c e s sc o n t r o l m u l t i p l ep o i n tc o n t r o lp r o t o c o l m u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k o p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k o p t i c a ln e t w o r ku n i t o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k q u a l i t yo fs e r v i c e r e g i s t e r a t m 无源光网络 动态带宽分配 目的服务访问点 以太网无源光网络 e p o n 业务感知系统 转发等价类 光纤到户 吉比特无源光网络 网际控制报文协议 互联网工程任务组 网络互连协议 标记边缘路由器 标签信息表 逻辑连接标识 标记交换路径 介质访问控制 多点控制协议 多协议标签交换 下一代网络 运行、管理、维护 光配线网络 光网络单元 开放系统互联模型 无源光网络 服务质量 注册帧 南京邮电大学硕j j 研究生学位论文 缩略语 r e ga c k r e g _ r e q r t c p r t p 刚ps a p s d p t c p t d m a t o s r e g i s t e ra c k n o w l e d g ec h a r a c t e r r e g i s t e rr e q u e s t r t pc o n t r o lp r o t o c o l r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l s e s s i o na n n o u n c e m e n tp r o t o c o l s e s s i o nd e s c r i p t i o np r o t o c o l t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t y p eo fs e r v i c e i i 注册证实帧 注册请求帧 r t p 控制协议 实时传送协议 会话通知协议 会话描述协议 传输控制协议 时分多址接入 服务类型 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特j 5 t l d n 以标注的地方外，论文不含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：蓝盛堑 日期：丝堕：竺星 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所 送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保 存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期间的保 密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部 分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权南京邮电大学研究生部办理。 = ： 研究生签名： 聋区仝璺 导师签名： i 必兰日期：型 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着通信业务种类和内容的不断丰富，人们对通信的需求变得更强烈，原有的通信网 络体系结构已不能满足用户的需求。以软交换设备为核心，采用开放、标准体系结构并可 以提供话音、视频、数据等多媒体综合业务的下一代网络( n g n ) 应运而生。n g n 具有 综合、开放的网络构架，能够提供话音、数据和多媒体等业务，是未来网络的发展方向【1 】【2 】。 下一代网络是基于包传送的多业务的网络，业务感知技术是将网络中不同的业务流进 行区分的技术【3 】。传统的i p 网络只能简单传送各种业务，难以同时实现多业务的服务质量 保证，常常为了一些重要业务的服务保证而建设专网，如视频专网、o a 专网等，因此下 一代网络必须解决多业务承载的q o s 问题f 4 】。有别于传统i p 网络采用的静态q o s 解决方 案，下一代网络需要提供更强的智能性，这里的网络智能不再是简单的访问控制和标记， 而是体现在业务的动态感知、带宽严格保证、带宽动态调整三个方面【5 】【6 】。对不同业务提 供不同的服务质量的前提是对网络中的业务进行感知。因此，对业务感知技术进行研究对 下一代网络技术的研究具有重要的意义f 7 1 。 随着信息技术的发展和人们对高速数据业务和图像业务的迫切需求，传统电信网的概 念和体系正在发生变化，宽带化和p 化成为新一代电信网的基本特征。在这一大的背景和 环境下，接入网技术的发展呈现新的特点，宽带化和i p 化是未来接入网发展的主要技术趋 向【8 1 【9 j 。 目前接入网中广泛使用的是无源光网络( p o n ) ，它具有传输距离长、维护费用低廉 等优点【1 0 】【l l 】。在p o n 技术中，e p o n 由于其速率高、费用低、互操作性、低开销等多种 特性，被认为是f t t h 的最佳实现方案之一【1 2 】【1 3 1 。经历多年发展的e p o n 技术已经成熟， 开始走向了规模应用f 1 4 1 1 ”】。e p o n 作为新一代的接入网如果要进一步发展，必须要克服传 统以太网的缺陷，即在以支持i p 业务为主、提高接入带宽的q o s 保证和多业务接入等方 面，必须有端到端服务来保障【1 6 】【1 7 1 。这就要求对在e p o n 当中传输的网络业务有一定的感 知能力，所以，将业务感知技术应用到e p o n 当中有着良好的发展前景。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 2 研究目的和意义 业务感知技术是网络提供差异化服务的必要条件，接入网是传送用户信息的第一个环 节。将业务感知技术应用到接入网中，将业务感知点推到网络边缘，能够最大限度地提高 业务感知度，并为后续传送网络环节提供更准确的业务分类，为提供端到端q o s 奠定良好 的基础。本文讨论了一种将业务感知技术应用于接入网的方案，并以e p o n 作为载体设计 了e p o n s a ( e p o n s e r v i c ea w a r e ) 系统来实现业务感知技术与e p o n 技术的结合，在 e p o n 中应用业务感知技术，达到改善网络传输性能的目的。 本文所构建的e p o n - s a 系统的技术优势主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 业务感知点更加边缘化：选择接入网这一传送用户信息的第一环节作为业务感 知点，能够最大限度地提高业务感知度： ( 2 ) 感知策略相对独立：对于每一个o n u 都可以采取独立的业务感知策略，针对不 同的用户可以采用不同的感知策略； ( 3 ) 可以指导改善接入网内部的传输性能：通过在接入网中实施业务感知，可以根 据业务感知的结果在接入网内部就采用相应的手段，比如说带宽分配，来改善接入网本身 的传输性能； ( 4 ) 采用m p l s 技术进行感知结果标记：符合m p l s 从骨干网走向边缘网这一趋势， 给边缘网带来更多的带宽、更高的智能和更多的服务； ( 5 ) 可以为后续网络提供有力支持：通过在接入网中实施业务感知策略，可以为后 续网络提供更准确的业务分类，为提供端到端q o s 奠定良好的基础。 ( 6 ) 可以帮助运营商进行网络监管：运营商一方面要加强对网络的监控，另一方面 又要考虑成本因素，由于e p o n s a 系统的感知代理部分均由件实现，可以很好的兼顾网 络监管需求和成本控制之间的平衡。 1 3 论文研究工作 本课题“业务感知技术及其在网接入网中的应用”通过深入研究业务感知技术和e p o n 技术，提出了将业务感知技术与接入网相结合的方案，以e p o n 作为载体建立了e p o n s a 模型，并对其主要技术环节进行讨论。主要创新点有以下方面：将业务感知技术与接入网 技术相结合，使业务感知点最大限度的边缘化，提高了业务感知度；针对不同0 n u 采取不 同的业务感知策略，使不同的业务感知需求得到满足，当o n u 处的感知需求发生改变时只 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 需要对业务感知策略进行更新就可以满足需求；利用m p l s 技术在e p o n 中对业务感知结果 进行标记，使感知结果在后续网络都可以得到充分利用；分析了如何利用业务感知技术对 e p o n 上行带宽分配算法进行改善。 本文余下章节的内容安排如下： 第二章主要对业务感知技术进行介绍，包括业务感知技术的产生背景、业务分类的方 法以及业务感知方式的种类，在业务感知方式的讨论中分别对协议解析和流量识别两种方 式进行了介绍； 第三章首先简要介绍了e p o n 的系统结构，工作原理和关键技术，然后分别对e p o n 中o l t 和o n u 的功能和技术要求进行说明，最后讨论了e p o n 中m a c 层的m p c p 协议； 第四章提出了将业务感知技术应用在接入网中的方案，以e p o n 作为载体建立了 e p o n s a 系统模型，并对系统的各个组成部分进行了详细的介绍，最后讨论了e p o n - s a 模型的相关技术环节，主要包括业务感知策略的制定，业务感知结果的标记，e p o n 中根 据业务感知结果对网络资源进行调度的方案等； 第五章对e p o n s a 模型的功能进行仿真，通过仿真说明了e p o n s a 系统的可行性； 最后一章对全文进行简单的总结，并提出对下一步工作的展望。 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章业务感知技术 第二章业务感知技术 业务感知技术是将网络中不同的业务流进行区分的技术，业务动态感知是实施服务质 量策略和安全策略的基础【3 】。其基本过程如下：i p 网络边缘设备根据业务流的特征、流标 记以及流统计阈值触发特定业务的感知。由于新业务不断涌现，故需要m 网络边缘节点具 备强大的智能处理能力和业务灵活性。业务感知可以由边缘节点独立完成，也可以与业务 管理系统配合，这样更容易实现整体的策略部署。n g n 具有多业务融合特性，因此感知网 络中各种业务流，对n g n 的管理、计费、安全、q o s 保障等具有重要意义【4 】。 业务感知含有三方面的概念：感知对象、感知方式以及感知结果。感知对象可以是数 据包，或是业务流；感知方式可以是协议解析，也可以是通过分析流量特征，或两者结合； 感知结果是业务感知产生结果，一般为网络对业务的分类需求。业务感知技术包括对业务 的分类技术、业务特征提取技术，分别对应于业务感知技术感知主体的确定，以及感知的 具体手段【5 】【6 】。 2 1 概述 2 1 1 产生背景 近年来，随着通信网络的快速发展，人们对通信的需求由原来的语音变为对数据、图 像、语音的综合需求。目前，电信网逐渐向i p 网方向演进的趋势已经明朗，但由于传统i p 网与传统电信网在业务特征和网络要求上的巨大差异，导致m 网络与传统电信网在网络设 计、流量规划、运行维护等理念上存在根本差异【1 8 】。 目前的i p 网络远不能满足电信级业务的需求，面临以下关键问题： ( 1 ) 服务质量( q o s ) 问题：无法保证电信级业务的q o s ； ( 2 ) 安全问题：网络设备、业务和管理服务器等易遭黑客攻击，发生业务盗用； ( 3 ) 运营维护问题：缺少方便的网络规划机制以满足电信业务对流量统计、规划、 路由规划等方面的要求； ( 4 ) 对承载网故障缺乏及时有效的定位和测试手段。 下一代网络( n g n ) 的出现和发展，是科技、用户需求、竞争这三大推动力共同作用 的结果。与传统的电路交换网络相比，n g n 在业务构成、结构、交换技术上有了革命性的 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章业务感知技术 变化，它不再是单一的业务网，而是由固定网、移动网、i p 网及接入网组成的多业务融合 网，能够全面支持现有的通信业务，包括宏观意义上的公众通信业务、专用v p n 业务、 固定业务、移动业务，按业务特性划分的多媒体业务、固定比特率或可变比特率业务、实 时或非实时业务、单播或组播业务等，这就增加了n g n 管理的复杂性和挑战性，提供有 保障的、可靠的业务已成为n g n 发展的焦点之一。而业务感知技术也因此受到越来越广 泛的关注【1 9 2 0 1 。 2 1 2 网络需求 下一代网络是基于统一的i p 协议、基于分组的网络，采用开放化、组件化的网络架构， 在组件之间提供基于标准协议的开放接口，其特点是：业务提供与业务实现分离、呼叫控 制与传输承载分离。因此，对网络中业务的研究，将具有重要的意义，而对网络中的多种 业务进行感知，则是对下一代网络中业务研究的基础【吲。 i p 网络的基本设计原理是将“智能 放在网络边缘的终端，使网络核心尽可能的“简 单”。传统电信网络以“面向连接、电路交换、时分复用 为基本特征，而i p 网络则“无 连接，分组交换、统计复用”。i p 网络传输分组数据包时，需要在网络的交叉节点通过路 由器来进行转发。在路由器中排队等待的数据分组过多的情况下，分组不能及时转发就会 出现时延，排队缓冲满了分组就会被丢弃。因此，目前的i p 网络只能“尽力而为 地提供 传输服务，无法根据不同用户和业务的需要来提供对应的服务质量保证，也无法满足多媒 体业务的实时性需求，q o s 问题己成为发展基于p 的下一代网络的关键。要解决这个问题， 前提是对网络中的业务和用户进行感知，然后根据不同用户和业务的需求，提供有区别的 服务质量保证【2 0 1 1 2 1 1 。 下一代网络将是基于i p 分组技术的网络， 目标，其必须具备五大关键要素【2 2 】： ( 1 ) 高品质业务：主要解决q o s i h l 题， 以及带宽动态调整能力三个方面； 构建高品质i p 网络已经成为网络建设的关键 体现在具备业务的动态感知、带宽严格保证 ( 2 ) 业务高安全：将特别关注业务流的安全； ( 3 ) 业务高可靠：涉及业务、网络和设备三个层面的内容； ( 4 ) 业务高性能、可扩展：不局限于对i p 转发性能的提高； ( 5 ) 业务可管理、可优化：突出业务与管理并重的理念。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章业务感知技术 2 2 业务分类技术 2 2 1 网络业务的特征 业务感知技术的主体是业务，要研究下一代网络业务感知技术，首先需要对下一代网 络中的业务进行研究。业务是多种通讯方式的融合，用户可以同时使用一种或多种不同数 据格式的媒体进行信息交换。从通讯能力来看，p s t n 主要是提供语音业务，而n g n 可提 供的业务能力有很大的扩展，不仅可以提供实时通讯方式，如语音、文本、视频等，而且 还可以提供多种非实时通讯方式，比如语音下载、视频下载、语音流媒体、视频流媒体、 数据文件传输、文本消息、短消息、e m a i l 、网页浏览、多媒体消息m m s 等【2 3 1 1 2 4 1 。 由于n g n 的分组化、开放式、高带宽、多种媒体流统一承载等特性，使n g n 能够将 多种网络功能组合包装成各种用户感受的新业务，并与电子商务、教育、医疗、娱乐休闲、 自动控制等结合起来为人们提供新的工作生活方式。通信的对象也由单纯的人与人扩展为 人与物、物与人、人与人、物与物等。未来网络业务的含义比今天通信业务的含义将有较 大的扩展，有些业务己经超出单纯通信的范畴。与现有网络相比，在不涉及具体业务的情 况下，未来的业务特性可以归结为以下几点【2 5 】： ( 1 ) 多媒体特性明显，n g n 中发展最快的特性将是多媒体特性，同时多媒体特性也 是n g n 最基本、最明显的特性； ( 2 ) 日益完善的开放性，n g n 网络具有标准的、开放的接口( o p e n a p i ) ，为用户 快速提供多样的定制业务； ( 3 ) 业务提供个性化，个性化业务的提供将给未来的运营商带来丰厚的利润： ( 4 ) 虚拟业务将逐步发展，虚拟业务是将个人身份、联系方式以至于住所都虚拟化， 用户可以使用个人号码、可携带号码等虚拟业务，实现在任何时候、任何地点的通信； ( 5 ) 业务的智能化，n g n 的通信终端具有多样化、智能化的特点，网络业务和终端 特性结合起来可以提供更加智能化的业务。 2 2 2 业务的分类方式 传统i p 网所提供的服务主要有：f t p 业务、w e b 业务、e - m a i l 业务、h t t p 业务、 v o i p 业务、信息检索业务、信息点播业务、会议电视业务等等。传统m 网提供的是尽力 而为的服务，在初期对网络中的数据包并不进行区分。但随着传统i p 网因特网的普及，因 特网上提供的业务类型也越来越丰富，因此人们开始对网络提供业务的q o s 质量提出要 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章业务感知技术 求，从而提出了很多种保障i p 网络中业务q o s 的方法，例如综合服务模型、区分服务模 型、m p l s 技术等等2 6 1 1 2 7 1 。 目前电信网中提供的业务主要是语音业务、会议电视业务以及各种增值业务，我国电 信增值业务主要有：国内多方通信业务、国内虚拟专用网v p n 业务、因特网数据中心业 务、第二类增值电信业务、在线数据处理和交易处理等【2 5 1 。 下一代网络中的业务类型，主要可以分为基本业务、补充业务、智能网业务、多媒体 增值业务等等。多媒体增值业务又可以分为五大类：多媒体会话型业务，如i p 多媒体会议 电话等业务；消息型业务，如电子邮件等；检索型业务，如w e b 浏览、文件下载、新闻 检索等；分配型业务，如视频点播、新闻点播、现场广播组播等；分布式多媒体监控业务， 如交通监控系统等【2 j 。 另外，从不同的角度，业务也有不同的分类方法。对于业务，从用户、服务提供商和 网络提供商的不同角度，业务类型有不同的划分方法：用户感受到的是具体的服务；服务 提供商所做的是利用网络提供商提供的网络资源，提供业务的处理逻辑，为用户提供具体 的服务；而网络提供商所做的是根据服务提供商对资源的需求，为其提供相应的资源，以 实现业务逻辑。 除此之外，从其它的角度来看，业务也可以有不同的分类方法，例如从业务的类型来 看，网络中的业务可以分为数据业务、流媒体业务等等，而数据业务又可以具体细分为f t p 业务、h 1 v r p 业务等等。 同时，面向不同需要也可以进行不同的划分【2 6 】： ( 1 ) 面向q o s 特征及要求的聚合来进行划分，以便于p 逻辑承载网的规划和设计， 将业务划分为：网络控制( 例如重要告警、心跳命令、记费、路由更新等) ；实时交互( i p 电话、视频会议、交互游戏、实时监控等) ；实时非交互( c v o d 、广播、m p 3 播放、电 子商务等) ；尽力而为( e m a i l 、语音邮件、f t p 、h t t p 等) 。 ( 2 ) 面向记费进行划分，以方便建立很好的盈利模式，这样可以将有相同记费标准 的业务归于同一类进行划分。传统的i p 网只收取一些接入费用，而其上提供的业务多数是 免费的。下一代网络要建成电信级的大网，除了要能够提供满足用户需求的各项业务外， 还需要能够建立相应的盈利模式，使得能够针对提供的不同业务，合理的收取相应的费用。 这样，需要能够根据不同的收费标准对不同的业务进行分类，例如，可以将业务划分为： 按使用时长进行记费的业务( 例如可进一步细分为国内长途电话和国际长途电话、视频会 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章业务感知技术 议、某些游戏等) 、按流量来进行记费的业务( 例如信息提供类业务等) 、按照资源占用 的情况进行分类的业务等。 ( 3 ) 面向业务安全级别的提供进行划分，根据安全的级别将业务分类：网上交易业 务、敏感信息传送业务、一般安全需求级别等。 2 3 对业务感知方式的研究 图2 1 所示为业务感知方式示意图。感知的对象可以是数据包，也可以是数据流，不 同的感知对象需要不同的感知方法。业务感知的方式有两种：通过协议解析和通过流量特 征的识别。下面分别对协议解析和流量特征识别进行研究。 图2 1 业务感知方式 2 4 通过协议解析进行业务感知 流量的分类规则由两部分组成：流量描述和行为。流量描述定义了规则的流量分类类 型。行为定义了对于分类类型匹配的流的操作，例如将其加入v l a n ( 虚拟局域网) ，或 为其分配业务类型，或者同时进行两种操作。当数据帧到达交换机的某个端口时，交换机 查看帧的分类类型是否和已定义的规则的类型相匹配，如果匹配，就将规则应用于数据帧。 下一代网络的骨干核心技术是i p 分组技术，从t c p i p 协议分层的角度，通过对网络 中数据包各个层次的解析，可以不同程度的对数据包进行识别。表2 1 显示了t c p i p 协议 的层次结构以及各层使用的主要协议。我们可以根据t c p i p 模型的2 、3 、4 、5 层进行分 类类别的确定。 8 ) 、渣弋 诵、矿 冯拢 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章业务感知技术 表2 1t c p i p 协议的层次结构 应用层 h t t ps m t pt f t pr t s p 传输层 r t pr t c pr s v pu d pt c pi c m p 网际层i p v 4i p v 6b g pt i po s f ts t i i ( i p v 5 ) 网络接口层 e t h e m e ta t mm p l si s d nf r 物理层 p d h s d hs o n e td w d m 网络中的数据包都是通过封装的形式对数据进行传输的，形式如图2 - 2 所示。即上层 协议数据总是被封装在下层协议中，当作下层协议的数据部分。 首部应用协议数据 土1 l u d p 首部u d p 数据区 上 i p 首部i p 数据区 上 i帧首部 t 帧数据区 图2 - 2 协议结构不葸图 各层包头的信息用于标示帧的分类类别。每层都使用不同的信息对数据帧进行分类： 第二层网络接口层( 对应于o s i 的数据链路层) ：基于每个帧的m a c 地址或特定协 议类型来进行分类； 第三层网际层：通过网际层的包头的特定信息来进行分类以及识别； 第四层传输层：通过t c p 、u d p 的包头所含有的端口号来进行识别和分类； 最高层应用层：通过特定业务特征来对特定业务进行识别。 分类的目的在于对不同的数据包实行差异化对待，因此不同分类类别的特定值，对应 不同的行为。当数据包到达某个设备，例如交换机或者路由器时，设备会查看其分类类别 是否和已定义的规则的类型相匹配，若匹配，则根据类型值对数据包进行相应的处理，这 就涉及到对业务感知技术的应用。 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章业务感知技术 2 4 1 在网络接口层对业务进行感知 网络接口层的感知可以根据匹配的m a c 地址或每帧的协议类型类来进行，具体有以 下几种感知依据： ( 1 ) e t h e r t y p e ：这种感知方式是基于每帧的两字节的e t h e r t y p e 字段所定义的协议类 型来进行感知。e t h e r t y p e 字段常见的协议类型及其所对应的类型值如表2 2 所示： 表2 - 2e t h e r t y p e 字段所定义的常见协议类型 协议类型字段值 i p0 x 0 8 0 0 a r p0 ) 【0 8 0 6 r e v e r s ea r po x 8 0 3 5 n o v e l li p xl 0 x 8 1 3 7 n o v e l li p x20 x 8 1 3 8 b a n y a n 0 x o b a d a p p l e t a l k 0 x s 0 9 b d e c n e tp h a s e40 x 6 0 0 3 d e c n e tm o pd u m p l o a d0 x 6 0 0 1 d e c n e tm o pr e m o t ec o n s o l e0 x 6 0 0 2 d e cu n a s s i g n e d 0 x 6 0 0 8 o x 6 0 0 9 o t h e r0 x 6 0 0 0 0 x f f f f ( 2 ) d s a p s s a p ：通过特定协议类型每帧的d s a p 字段和s s a p 字段来进行分类和 识别，这两个字段各一个字节。d s a p 和s s a p 的值合在一起生成一个两字节的值( 例如， d s a p 值为e 0 ，s s a p 值为e o ，则结合起来为e o e 0 ) 。d s c p s s a p 常用的协议类型及其 所对应的类型值如表2 3 所示： 表2 - 3 常用d s c p s s a p 类型和其对应的值 协议类型字段值 i p0 ) 【0 6 0 6 i p x0 x e o e 0 n e t b i o s0 x f o f 0 b a n y a nv i n e s 0 x b c b e s n a0 x 0 4 0 4 o t h e r 两比特值 1 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章业务感知技术 ( 3 ) m a c 源地址，m a c 目的地址，或两者结合 通过特定源m a c 地址，或目的m a c 地址，或两者结合的方式来对流进行分类或识 别。 ( 4 ) m p l s ：m p l s 是介于二层和三层之间的协议，在支持m p l s 的网络中，可以根 据其报头字段进行业务的分类和识别，m p l s 标签的结构如图2 3 所示。 标签 c o s s t t l 3 2 比特 l 2 层头部 m il s 头部 i p 头部数据 图2 3m p l s 标签结构 使用m p l s 包头中的c o s 字段来映射口的d i f f s e r v 等级，这种方式较为简单，但是 由于c o s 字段只有3 比