（计算机应用技术专业论文）supanet与mpls互连技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 在下一代计算机网络的领域中，由于种种原因形成了网络的异构性，对 异构网络的互连，互通，互操作的研究已经成为关注的热点。m p l s ( 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 ) ，即多协议标签交换，作为下一代网络中的 一项交换技术，正受到越来越多人的关注。m p l s 技术是一种在开放的通信 网上利用定长标签引导数据进行传输和交换的网络新技术。自1 9 7 7 年提出以 来，m p l s 技术以其高效率、超时代的特点得到了迅猛发展。m p l s 将标签 与一个前传等价类f e c 相联系来提供服务质量。但是m p l s 必须依赖于现有 的下层协议，换句话说，m p l s 技术并不能很好的提供q o s 保障。针对现有 的网络体系结构存在的不足，西南交通大学四川省网络通信技术重点实验室 提出了“单物理层用户数据传输与交换平台体系结构 ( s u p a s i n g l ep h y s i c a l l a y e ru s e r - d a t at r a n s f e r & s w i t c h i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e ) ，以s u p a 体系结构 构建的网络称作s u p a n e t 。s u p a n e t 采用带外信令控制思想将i n t e m e t 现 有的协议栈保留在其“信控管理平台”( s & m p l a t f o r m ) 上，以保持与i n t e m e t 的互连互通能力，而利用面向以太网的物理帧时槽交换( e p f t s e t h e m e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m et i m e s l o ts w i t c h i n g ) 技术将用户数据传输与交 换平台( u p l a t f o r m ) 简化为单物理层结构，为用户提供有服务质量保证的、面 向连接的业务传输服务。 虽然m p l s 对服务质量保障存在着一定的问题，但是，作为n g n 发展 的重要网络技术，无论在技术上还是商业市场范围中，m p l s 已经在当今广 域网络中日益成熟，起着重要的作用。s u p a n e t 作为下一代先进网络技术 的代表，从技术上已经可以解决m p l s 的问题。但是，下一代网络体系结构 的研究是一个长期的探索过程。有关s u p a 和e p f t s 的研究工作仍处于前期 阶段，距离像m p l s 在广域网中的实际应用和产品化开发都需要一定的时间。 由于充分考虑了保护在广域网上的投资问题，我们研究m p l s 与s u p a n e t 的互连技术，这样便能较容易地实现从m p l s 向s u p a n e t 的平滑过渡。 本论文提出的s u p a n e t 和m p l s 互连的基本思想是：利用s u p a n e t 带外信令的特性，在m p l s 域和s u p a n e t 域的边界半网关上对标签和虚线 路标识符进行映射，建立一个“l a b e l v l i 映射表，当m p l s 帧到达s u p a n e t 边缘交换机时，边缘交换机根据标签来查找对应的虚连接，从而可直接将 m p l s 帧封装为e p f 帧，在s u p a n e t 网内传输。论文中的互连技术需要在 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 ，m p l s 与s u p a n e t 交换机之间的信令的支持。信令主要用来定义m p l s 和 s u p a n e t 交换机之间的信息交互的规则和过程，完成m p l s 到s u p a n e t 的高效互连。 在进行理论研究的同时，本文利用o p n e t 网络仿真软件对所提出的互 连机制进行了仿真实验。建立了一个简化的s u p a 网络拓扑结构，对网络中 的信令流程进行了仿真统计，仿真结果基本符合互连工作流程，验证了该互 连机制的正确性和可行性。 关键字：单物理层用户数据传输与交换平台体系结构，多协议标签交换，网 络互连，o p n e t 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 a b s t r a c t i nt h ef i e l d so ft h en e x tg e n e r a t i o nc o m p u t e rn e t w o r k ，t h eh e t e r o g e n e i t yo f n e t w o r k sh a sa r i s e nd u et os e v e r a lr e a s o n s t h es t u d i e so ni n t e r - c o n n e c t i o n ， i n t e r - w o r k i n g ，i n t e r - o p e r a t i o nb e t w e e nh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sh a v e ，t h e r e f o r e ， a t t r a c t e dt h ee x t e n s i v ea t t e n t i o n 。m p l s ( 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 ) a sa n e ws w i t c h i n gt e c h n i q u ef o rt h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r ki sc u r r e n t l yap o p u l a r r e s e a r c h t o p i c m p l s i san e wk i n do ft e c h n o l o g yw h i c hc o n d u c t sd a t a t r a n s m i s s i o na n ds w i t c ha tt h eo p e nc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kb yu s i n gf i x e dl a b e l m p l st e c h n o l o g yh a v ed e v e l o p e dw i t hh i g hs p e e db e c a u s eo fi t sh i g he f f i c i e n c y a n du n p r e c e d e n t e df e a t u r e ss i n c e19 7 7 al a b e li sa s s o c i a t e dw i t haf o r w a r d e q u i v a l e n c ec l a s s ( f e c ) e x p e c t i n gu n d e r n e a t hl a y e r st oe n s u r e i no t h e rw o r d s ， m p l sa l o n ed o e sn o ta d dm a n yc r e d i t st oq o sp r o v i s i o n i n g f o rt h ev e r yr e a s o n ， s c - n e t c o ml a b ( s i c h u a nn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yl a b o r a t o r y ) h a s i n t r o d u c e dt h e s i n g l eu s e r - d a t at r a n s f e r s w i t c h i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e n e t w o r k ( s u p a n e t ) t h es u p a n e ts i m p l i f i e su s e r - d a t at r a n s f e r & s w i t c h i n g p l a t f o r m ( u p l a t f o r m ) i n t oas i n g l ep h y s i c a ll a y e rp l a t f o r mb ya d o p t i n gt h e o u t b a n ds i g n a l i n gc o n c e p t ，w h i l ek e e p se x i s t i n gp r o t o c o ls t a c k so fi n t e m e ti nt h e s i g n a l i n g & m a n a g e m e n tp l a t f o r m ( s m - p l a t f o r m ) t oe n a b l ei n t e r o p e r a t i o nw i t h i n t e r n e t t h ek e yt e c h n i q u ee n a b l i n gt h es i n g l eu p l a t f o r mi sc a l l e de p f t s ( e t h e r n e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m et i m e s l o ts w i t c h i n g ) s u p a n e tp r o v i d e s m u l t i m e d i at r a f f i cw i t haq o s i n s u r e d ，c o n n e c t i o n - o r i e n t e dt r a n s m i s s i o ns e r v i c e w h i l et h e r ei sac e r t a i nq o sp r o v i s i o n i n gp r o b l e ma b o u tm p l s ，b u ta st h e v e r yi m p o r t a n tt e c h n o l o g yi nt h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s ，m p l sp l a y sa n i m p o r t a n tr o l ei nt h es c o p eo ft e c h n i c a la n dc o m m e r c i a lm a r k e t s s u p a n e ta s t h en e x tg e n e r a t i o no fa d v a n c e dn e t w o r kt e c h n o l o g yc a nt e c h n i c a l l ys o l v et h e m p l s p r o b l e m s h o w e v e r , t h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r ka r c h i t e c t u r er e s e a r c hi sa l o n g t e r mp r o c e s so fe x p l o r i n g t h er e s e a r c ho fs u p a n e ta n de p f t si ss t i l li n t h ee a r l ys t a g e ，a n dt h e r ea l s on e e d sac e r t a i na m o u n to ft i m el i k em p l si nt h e p r a c t i c a la p p l i c a t i o na n dp r o d u c td e v e l o p m e n t a sf u l lc o n s i d e r a t i o nf o rt h e p r o t e c t i o no fi n v e s t m e n ti nw i d e a r e an e t w o r k s ，w es t u d ya n ds u p a n e ta n d m p l s i n t e r w o r k i n gt e c h n o l o g y ，t h i sw i l lb em o r ee a s i l ya n ds m o o t h l yt r a n s i t i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 v 页 f r o mm p l st os u p a n e r t h i sp a p e rp r e s e n t st h es u p a n e ta n dm p l si n t e r - w o r k i n ga n dt h eb a s i c i d e ai s ：u s i n gt h eo u t o f - b a n ds i g n a l i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，t h eh a l f - g a t e w a yc r e a t e sa l a b e la n dv i r t u a ll i n e i d e n t i f i e r sm a p p i n gt a b l ea tt h ee d g eo fs u p a n e ta n d m p l sd o m a i n w h e nm p l sf l a m ea r r i v e ds u p a 小t e t e d g es w i t c h e s ，t h e h a l f - g a t e w a yf i n dt h ec o r r e s p o n d i n gv i r t u a lc o n n e c t i o na c c o r d i n gt ot h el a b e l ，a n d m p l sf r a m ec a l lb ed i r e c t l ye n c a p s u l a t e dt oe p ff r a m e t h ei n t e r - w o r k i n g t e c h n o l o g yn e e d st h es u p p o r to fs u p a n e ta n dm p l ss i g n a l i n g i no r d e rt o f i n i s ht h e c o m p l e t i o n o fm p l st os u p a n e te f f i c i e n t i n t e r - w o r k i n g t h e s i g n a l i n gm a i n l yu s e df o rt h ed e f i n i t i o na n de x c h a n g eo fi n f o r m a t i o np r o c e s s b e t w e e nt h es u p a n e ta n dm p l sn e t w o r k s u s i n g o p n e tm o d e l e r , t h es i m u l a t i o no f i n t e r - w o r k i n gs i g n a l i n g m e c h a n i s mb a s e do ns u n 姗ta n dm p l si st a k e n i nw h i c has i m p l en e t w o r k t o p o l o g y s t r u c t u r ei se s t a b l i s h e dt oh e l pa n a l y z ea n de x p l a i nt h ep r o c e s so f i n t e r w o r k i n gi nt h es im a n e ta n dm p l sn e t w o r kt o p o l o g ys t r u c t u r e i tt u r n so u t t h a tt h er e s u l to fs i m u l a t i o ni si na g r e e m e n tw i t ht h ec o n c l u s i o n sd r a w nf r o mt h e t h e o r e t i c a la n a l y s i s t h ev a l i d i t ya n da c c u r a t e n e s so ft h em u l t i c a s ts i g n a l i n g m e c h a n i s mi sv e i l f i e d k e yw o r d s ：s u p a n e t , m p l s ，n e t w o r ki n t e r - w o r k i n g ，o p n e t 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密酬使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：曼瘀卜 日期：洲，2 0 指导老师签名： 爹第 j 日期：y d f 、们 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 _ 本学位论文的主要创新点如下： 首先反映在本论文研究的大背景s u p a n e t 与e p f t s ，其成功将对现有 的i n t e m e t 体系结构造成根本性的影响，为能够支持“三网合一”的下下一代 i n t e m e t 奠定基础；而且对要与目前极热的m p l s 技术相结合。 其次，为了让两大网络的互连，通过为m p l s 业务与s u p a n e t 业务相 映射来建立一条的m p l s 域到s u p a n e t 域的虚连接，将m p l s 标签映射到 e p f 帧中的v l i 字段，从而实现m p l s 帧直接封装到e p f 帧在网内传输，实 现s u p a n e t 与m p l s 能够成功无缝互连，让m p l s 向s i 脱n e t 平稳过渡。 最后，对两大网络的互连进行了详细地建模与仿真，仿真结果验证了论 文中论述的观点和设计方法的正确性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 本课题研究背景 第一章绪论弟一早三百了匕 本课题的研究的大背景源于四川省网络通信技术重点实验室关于下一代 i n t e r n e t 体系结构的研究工作。通信技术高速化和网络应用数据的多媒体化传 输使传统的i n t e r n e t 技术难以满足实时音、视频数据的传输服务质量需求。 因此，实验室提出了单物理层用户数据传输与交换平台体系结构( s u p a s i n g l ep h y s i c a ll a y e ru s e r - d a t at r a n s f e r & s w i t c h i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e ) 1 _ 7 1 。 根据s u p a 所设计的高速交换网络称作s u p a n e t 。s u p a n e t 最主要的特点 就是采用带外信令控制的思想，将控制与管理信息的传输与交换平台( 简称 s & m 平台) 与用户数据传输与交换平台( 简称u 平台) 相分离，最大限度 地简化为单物理层的数据传输和交换平台，从而提高对用户数据的传输与交 换效率和适应高速交换( 单信道或单波长数十，上百g b p s 的速率) 的需要 和克服了多层u 一平台难以保障服务质量的困难。s u p a n e t 是面向综合数据 业务传输的高速核心网络，能否与现有他类型网络的互连互通是s u p a n e t 未来能否走向成功的关键因素。m p l s ( m u l t ip r o t o c o ll a b e ls w i t c h ，多协议 标签交换) 是现有广域网的主要网络技术，而现有的广域网市场中，m p l s 占据了绝对的优势地位，现有的m p l s 网络能否在已经投资的硬件和软件环 境里不做或尽可能少做改动，方便地与s u p a n e t 进行互连，享受s u p a n e t 提供的高速的、有服务质量保证的业务传输能力，是s i 腰a n e t 最终能否被 用户接受的重要因素之一。所以m p l s 与s u p a n e t 互连研究也是整个 s u p a n e t 系统研究工作中的重要的组成部分。本论文研究的对象正是出于 上述问题而提出的。 1 2s u p a n e t 与物理帧时槽交换技术 1 2 1s u p a n e t 网络体系结构 。 四川省网络通信技术实验室在研究下一代城域网技术时，提出了三维以 太城域网( 3 d e m a n ) 【u 体系结构，后来又将3 d e m a n 体系结构推广到包 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 括广域网在内更广的网络范围，产生了通用的“单物理层用户数据传输平台 体系结构 。采用s u p a 体系结构的网络被称为s u p a n e t 。 s u p a 始于城域网体系结构研究l lj ，其基本思想是利用带外信令控制思想 将u 一平台简化为单层结构。具体实现是：将传统数据链路层的“成帧”，对物 理信道的复用功能和传统网络层或数据链路层对分组或帧的交换功能融为一 体，作为物理层复用与交换子层的基本功能，从而避免多层结构中上层对下 层的依赖关系。 s u p a 的体系结构将o s i r m 和i n t e m e t 中的通信子网的3 层传输与交换 平台的简化为单物理层结构，但在信控、管理平台上保留了i n t e m e t 的协议 栈，以便保持与i n t e m e t 的互连互通和保护全球在i n t e m e t 上的投资。 s u p a n e t 可以工作于两种模式：缺省i n t e m e t 模式和s u p a 模式。缺省模式 与现有的i n t e m e t 工作过程完全相同，无需做进一步说明。图1 1 为工作于 s u p a 模式下s u p a n e t 域内的接口与协议层次结构示意图。 i ： 图1 1 单物理层用户数据传输平台的体系结构t 作示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 如图1 1 所示，s i 胍n e t 体系结构同时支持带内外信令控制技术，图 1 一l 中上半部分表示s i m a n e t 与传统i n t e m e t 互联( 实际上应与传统的i n t e m e t 网、电话网和有线电视网互联) 和与支持s u p a n e t 结构的增强型用户之间互 联时所涉及的协议层次结构。当与传统的i n t e m e t 用户机或路由器互联时， 系统将工作于带内信令控制模式。在此模式下，s u p a n e t 专用协议( 服务 质量协商协议q o s n p ( q o sn e g o t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 、入网控制协议a c p 和流 量监控与信息交换协议t m e p ) 将不对相应的网络数据传输发生作用，此时， 与传统的i n t e m e t 工作过程一样，用户数据、信令和管理信息都在同一传输 平台上进行。当与支持s u p a n e t 的增强型系统互联时，系统将工作于带外 信令工作模式。在此模式下，上述3 种专用协议将作为信令控制和管理平台 内的专用协议，分别完成服务质量协商、入网控制和流量监控信息交换任务， 以确保对用户数据流提供的传输服务质量。i n t e r n e t 的路径协议( r i p 、o s p f 、 b g p 等) 和简单网络管理协议s n m p 将以传统方式工作，q o s n p 和s u p a m r p 协议将在连接建立过程中充分利用相关的路径信息。在此种模式下，信令控 制平台通过服务质量的协商确定一对用户之间的连接能否建立，并对成功建 立连接的数据流建立两条端到端的单向传输的虚通路( v p ，v i r t u a lp a t h ) 。一 条虚通路由沿着该通路上各节点间的虚线路标识符索引( v l i ) 共同标识。v l i 及相关的控制参数( 优先权、突发数据位、丢弃位和连接结束位) 是用户数 据传输平台( u p l a t f o r m ) 内进行数据交换的依据瞵j 。 图1 1 的上半部分表示用户系统和s u p a 节点的信令控制与管理平台 ( s & mp l a t f o r m ) 中的协议层次结构和信控管理接口( u n i s m 和n n i s m ) ；下半部 为用户数据传输平台的协议层次结构和接e l 御n i u d 和n n i u d ) 。在s u p a 域 内，用户数据传输平台被简化为单物理层，由“面向以太网物理帧子层”e p f s 和d w d m 子层组成。 图1 一l 中的用户系统代表支持s u p a n e t 的计算机系统或与s u p a n e t 互联的接口部分。工作于s u p a 模式下的s u p a 端系统既可能是支持s u p a 的计算机系统，也可能是s u p a 域与传统i n t e m e t 设备互联网关中支持s u p a 接口协议的软硬部件一一这类网关能够为传统i n t e m e t 设备之间借用 s i m a n e t 实现互联提供一种高效的“渡船服务”( 又称“装载服务”或“隧 道服务 ) 。在这种情况下，由于用户数据的传输是在高速、高效的物理层e p f s ( e p f s - e t h e m e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m es u b l a y e r ) 平台( 图1 1 中的e p f s 子 层) 上进行的，对传统的i n t e m e t 设备来讲，s u p a n e t 相当于不可见高效传 输“管道”，因此，其互联效果就像i n t e m e t 设备直接互联一样。s u p a 中间 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 系统是s u p a 域中的节点设备，s u p a 中间系统间的互联将通过“网络一网 络接口”( n n d 来完成；而与s u p a 端系统互联时，则通过“用户一网络接 口”( u n i ) 来完成。 1 2 2s u p a n e t 的s u p a 模式下的工作过程 s u p a n e t 为用户提供永久虚通路( p v p ，p e r m a n e n tv i r t u a lp a t h ) 年1 交换虚 通路( s v a ，s w i t c hv i r t u a lp a t h ) 服务，s v p 的工作过程可以分为3 个阶段，即 通路建立阶段、数据传输阶段和通路拆除阶段。在通路建立阶段，用户系统 与s u p a n e t 节点之间通过组播路径协商协议或服务质量协商协议 ( s u p a m r p q o s n p ) ，沿着i n t e m e t 路径信息交换协议( r i p 、o s p f 、b g p 等) 产生的路径交换表( r o u t i n gt a b l e ) 确定的路径逐级协商能否提供用户请求的 服务质量，直到另一端的用户。应当指出：由于d w d m 端口存在多个波长， 因此一条虚线路( v l ，v i r t u a ll i n e ) 实际使用哪一个波长仍然需要根据各波 长上的负荷进一步选择。 在数据传输阶段，物理帧利用通路建立阶段指定的v l i 在节点间区别不 同的虚线路，交换机根据此v l i 、服务优先级别、数据性质和承诺的服务质 量提供不同的传输与交换服务。因此，在一条完整的虚通路上，所有的v l i 共同来标识一条虚通路。 数据传输结束后，任一方都可用通路结束协议( c e p ，c o n n e c t i o ne n d i n g p r o t o c 0 1 ) 来结束虚通路上的通信。c e p 是边界路由器交换机的用户一网络 接口( u n i ) 上的局部协议。c e p 支持协商确认拆除通路和单方面拆除通路 两种模式，究竟采用哪种模式，在协商阶段确定。前一种模式的运作过程如 下：由请求结束通信一方发出c e p 请求，在得到对方确认后，入口的边界路 由器将继续向前进方向发送一个结束位( e b i t ，e n d i n g b i t ) 置“1 的e p f ， 收到该帧的节点将把该连接上的资源回归系统，直到另一端的边界路由器。 在后一种模式下，任何一方可以利用e b i t 直接拆除通路。c e p 可以利用 u d p t c p 来结束虚通路。一对用户之间两个方向上虚通路的拆除过程将分别 进行。应当强调指出：尽管从概念上讲，c e p 是信控平台的协议，但一旦q o s 协商完成并建立了相关的虚通路，所有的数据将在用户平台内以v l i 为标识 进行，c e p 协议数据传输单元( p d u ) 的传输也不例外。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 1 2 3 面向以太网物理帧时槽交换技术 面向以太网物理帧时槽交换( e p f t s ) 技术是以“以太网”m a c 帧为基 础的物理帧格式，以最大m a c 帧长( 1 5 3 0 字节) 作为e p f t s 的标准数据单元 ( 称为e p f ，e t h e m e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m e ) 的载荷，以单个e p f 的传输时间 为用户数据传输和交换的基本时槽( t i m e s l o t ) 的交换技术。由此根据单波长数 据率就可以确定基本时槽的时间，这样有利于在交换节点内用硬件实现高速 交换。对给定的单波长速率，每帧的最大等效用户数据速率也可确定。根据 特定用户对传输速率的需求，为该用户分配和预留相应的物理帧数( 即时槽 数) ，则可以为用户数据流提供等效传输速率。e p f 在单波长的光波内和在交 换节点内的波长之间，作为独立的数据单元进行传输或交换( 中继) 。为了避 免像s d h 那样的全网时钟同步需求，物理帧时槽之间以异步方式进行同步。 e p f t s 采用对物理层的传输能力资源的预留、高效的交换机制( 超前半 步交换、带优先级别的多队列输出等) 以及受服务质量参数控制的输出处理 等机制，是将用户数据传输平台简化为基于d w d m 的单物理层传输平台和 能够保证实时性要求高的数据流传输服务质量的关键技术，是一个具有q o s 保障机制、多粒度的物理层交换平刨引。 s u p a n e t 中，控制管理平台在服务质量协商并建立连接过程中，将在 两个e p f t s 相邻的交换节点间的指定一个唯一的虚线路标识符( v l i ，v i r t u a l l i n ei d e n t i f i e r ) 。一对e p f t s 边界路由器( 或支持e p 丌s 的端系统) 之间需 要形成两条服务质量相同或不同的单向传输虚通路；每条虚通路将由该通路 上的多个虚线路标识符来共同来标识，这里我们把在同一条虚通路上传输的 数据称为流( f l o w ) 。e p f t s 域外的以太网m a c 帧的地址及应用数据流的标识 符将保存在e p f t s 域的边界路由器之中，并在相关应用数据流与e p f t s 虚 通路之间建立绑定关系，留待e p f t s 与域外的系统进行数据交换时使用。 进入数据传输阶段后，e p f t s 节点将使用输入端口的v l i 来识别一条虚 线路上的e p f ，并以此作为查询前传端口的索引符。应当指出：e p f 是指用 户数据载体本身，具有协议数据单元( p d u ) 的特征，因而必须定义其格式； 而面向以太网物理帧时槽( e p f t ，e t h e m e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m et i m e s l o t ) 贝, 0 是对e p f 传输时间基本单元的称呼，因此不再讨论其格式。 当用户数据长度不足最大m a c 帧长发送时，需要在有效用户数据后面 进行填充。填充字符选择有利于在光纤上传输的编码，填充后不再重新计算 帧长度和校验字段，以保证在e p f t s 域内用户数据的透明性和退出e p f t s 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 域后能界定有效用户数据长度。考虑到光纤通信技术误码率较低( 1 0 m 一 1 0 小) ，在e p f t s 域内不考虑进行逐节点校验字段检查，以提高节点交换速 度；因此，校验字段在e p f t s 域内透明传输。e p f 的交换字段的格式如图 l 一2 所示： e p f ( 15 5 2 b y t e p r e 锄b k le p fh e a d e r ( 7 brytes)+l(16b荒)1fdl brv t e ) i r r 吖 e p fp a y l o a d ( 15 2 8 b y t e ) ：a d d r e s s ( 12 ) + t a g g i n gh e a d ( 4 ) + l t ( 2 ) + m a x m a c a v l o a dfl50 0 1 + c h e c k s u m ( 4 1 + p a d d i n g ( 6 ：o n t r o l lo 翠 f i e l di 写墨 l b ) ，t e ) ie 至 f i r s t s w i t c hf i e l d ( 4 b y t e ) s e c o n d s w i t c hf i e l d ( 4 b y t e ) t h i r d s w i t c hf i e l d ( 4 b y t e ) 印ig 墨 占l 互号 = io 茸 引垦季 等io 磊 厶 孓l n o p n l n o k n fv l i 要l ( 7 b i t ) i ( ib y t e ) l ( 2 b y t e ) 图卜2 面向以太网的物理帧格式及内部各字段意义 图1 2 中的m b i t 字段为标记数据是组播数据包还是单播数据包，当 m = i 时，数据为组播数据包；当m = 0 时，数据为单播数据包。n o p n ( n e x t o u t p u tp o r tn u m b e r ) 和n o 枞( n e x to u t p u tl a m b d an u m b e r ) 分别代表下一 个节点的输出端口号和输出波长号，端口号和波长号这样设置是为了实现半 步超前交换( h f s ，h a l f - s t e pf o w a r ds w i t c h ) 技术，由于每一个虚线路( v l ， v i r t u a ll i n e ) 的输出端口号和输出波长号在通路建立阶段就已经知道，因此 这样设置n o p n 和n o l n 是可行的。h f s 的优点在于旦e p f 帧到达，就 马上进行调度和通过交换矩阵而不需要首先进行查表操作，当e p f 帧的控制 字段到达输出端口，e p f 的数据部分在通过交换矩阵的同时进行查表操作， 这样将传统的查表、交换( 指调度和通过交换矩阵) 的“串行”操作，在一 定程度上改为“并行 处理，从而降低时延和抖动。 图1 2 中的虚线路标识符( v l i ) 用于在一对e p f t s 节点之间的光纤上标识 约2 6 2 x 1 0 5 条虚线路。由于虚线路是基于单个波长进行划分的，那么每波长 可分配2 6 2 x 1 0 5 条虚线路。由于每个e p f 为1 5 5 2 字节，以目前可预见的最 高波长速率8 0 g b p s 计算，单波长上最多可容纳6 5 4 x 1 0 6 个e p f ，约2 0 个e p f 可分配一个虚线路标识符，而对于高速数据流，一个虚线路内可有数十甚至 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 上百个e p f ，因此，虚连接标识的范围已经够用。( 如果认为大多数的流( 一 个虚线路可以视为经过该对交换节点的一个流) 的带宽要求小于2 0 个帧秒， 我们可以适当增大v l i 字段，目前我们定义v l i 字段的大小为1 6 个b i t ，即 2 b y t e ) 。 图1 2 中的突发标志位( b b i t ，b u r s tb i t ) 是为了保证同一实时性数据流的 虚线路中的突发数据的连续性和整体性而设置的。也正是由于存在着数据突 发性，当某一瞬亥f j e p f t s 节点的多个输入端口的突发数据都指向同一输出端 口时，可能造成输出队列过长甚至输出缓存溢出。图1 2 中的丢弃标志( d - b i t ， d i s c a r db i t ) 是为了出现紧急情况时，将部分对服务质量要求较低的实时数据 或可以通过重传而恢复的非实时性数据丢弃而设置的。可丢弃帧可以根据优 先级别和结合应用数据性质和协商的服务质量确定。为了保障商定的服务质 量，单位时间内允许丢弃的帧数是服务质量协商中的参数之一p ，l0 | ，e p f t s 节点将根据协商结果控制单位时间内丢弃的帧数，以保证不会由于丢弃一定 数量的e p f 而降低服务质量。 图1 2 中设置的3 比特优先级别标志( p r i o r i t yb i t s ) 与以太网定义的8 个优 先级别相适应。但是以太网的相关标准中并未定义如何使用优先级别，而留 待用户处理，这可能造成用户将各自的数据都设置为最高优先级别的局面， 而失去设置优先级别的意义。在e p f t s 中，优先级别的设置将根据服务协商 阶段承诺的服务质量，由e p f t s 域内的边界路由器设置。 图1 2 交换字段中最后一个比特称为“结束标志位 ( e b i t ，e n d i n gb i t ) 用于结束虚通路使用。当通信双方之一拟结束其发送数据过程时，将利用信 控管理平台内的通路结束协议( c e p ) 与通信对方协商结束事宜。当对方同意 结束该方向的数据传输时，发回确认信息，此后，连接结束发起方将发送连 接结束执行p d u ，e p f t s 域内的入口边界路由器将该p d u 映射为e b i t 置“1 的e p f ，e p f t s 域内所有节点收到e b i t 为“l 的e p f 后，将继续前传该帧， 同时将相关虚通路占用的系统资源归还给系统。结束通信的过程通常仅涉及 单个方向，但c e p 协商过程中也可以双向同时进行。应当指出：c e p 协议也 可以定义不经过协商而直接拆除连接的方式，e - b i t 的使用取决于c e p 。 1 3 本课题研究的内容 新一代网络技术多协议标签交换技术m p l s ( m u l t i p r o t o c o ll a b e l s w i t c h i n g ) 提供面向连接的服务，采用带外信令控制思想来描述其工作过程。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 m p l s 属于“2 5 层交换”，引入了基于标记的机制，把选路和转发分开，由标 记来规定一个分组通过网络的路径，将无连接的口数据报转化为面向连接的 虚电路交换。标签既是节点间的连接标识符，又是与服务质量相关的标志， 因此，对不同类别服务质量需求的用户数据流，将选用不同的标签作为转接 用户数据的基础。m p l s 比传统的交换技术更快捷，效率更高。由于m p l s 必须依赖现有的数据链路层协议，它对用户承诺的数据传输服务质量很大程 度上取决与数据链路层提供的服务质量。事实上，即使是面向连接的数据链 路层协议，如果不能将其服务传输承诺映射为物理层的传输能力和服务质量 保障机制，m p l s 也很难履行对用户的服务质量承诺。 为了解决服务质量保障问题，s u p a n e t 中用户数据传输平台e p f t s 中 蕴涵了各种支持服务质量保障机制，而且，如今i e t f 提出的m p l s 技术日 益成熟，支持m p l s 的硬件设备也应用广泛，因此，如果能将s u p a n e t 与 m p l s 互连，具有十分重要和更加实际的意义和研究价值。本课题研究的对 象正是研究s u p a n e t 和m p l s 网络互连技术。 本论文阐述的互连思想的意义在于通过为m p l s 业务与s u p a n e t 业务 相映射来建立一条的m p l s 域到s u p a n e t 域的虚连接，将m p l s 标签映射 到e p f 帧中的v l i 字段，从而实现m p l s 帧直接封装到e p f 帧在网内传输， 能够让m p l s 向s u p a n e t 平稳过渡。 1 4 论文组织结构 本论文初步设计了m p l s 与