（计算机应用技术专业论文）supanet的入网控制技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 本论文反映的研究工作的背景是：四川省网络通信技术重点实验室提出 的“单物理层用户数据传输与交换平台体系结构网络”( s i m a n e t ) 及其核 心技术一一“面向以太网的物理帧时槽交换技术”( e p f t s ) 的研究。 s l i p ：船嘎t 采用带外信令控制的概念将通信子网分为两部分：单层的“用户 数据传输与交换平台”( u - p l 甜b r m ) 和多层“信控、管理平台” ( s & m 巾la _ 响m ) 。单层用户数据传输与交换平台效率更高，服务质量更容 易得到保障。本论文研究的主题是s 1 聃n e t 中入网控制技术。 入网控制是在网络管理机制中在网域的边界对是否准许用户服务请求 和数据传输的控制技术。按网络的性质( 公用通信子网还是用户网) 划分， 可分为公用通信子网入网控制和用户网入网控制。前者的出发点是减少网络 拥塞和保障对用户数据的服务质量：后者的出发点还可能包括对用户网资源 的保护，也可能兼有身份认证的目的。本论文讨论的范围是s u p 蚣屯t 通信 子网的入网控制技术。s 1 融n e t 为用户数据的传输在提供物理层虚线路 ( v l v m a ll i n e ) 交换服务，因此，其入网控制技术应当包括两方面：信 控、管理平台上的呼叫准入控制( c a c c a l la d 窳s s i o nc o n h d l ) 和用户平 台上基于服务质量协商结果和拥塞状况的用户数据入网控制( u a c u s e r d a 忸a d i l l i s s i o n c o r i 的1 ) 。本论文研究的重点是u a c 。 笔者的贡献在于：在分析了现有用户数据入网控制技术存在的不足的基 础上，探讨性地研究了在s 切m n 盯的e p f t s 交换平台上如何利用 s 1 7 p a n e t 在连接建立过程中的服务质量参数协商结果，根据输出波长拥塞 状态字( 0 c s w ) 对与数据吞吐率有关的三个参数( 承诺的信息率c 取、承诺 的突发数据率c b r 和扩展的突发数据率e b r ) 进行控制的策略。笔者分别 对两种u a c 控制策略进行了仿真实验，证明利用笔者编制的用户数据入网 控制软件进行的初步实验表明：笔者有u a c 的控制策略是可行并达到了预 定的设计目标。 关键词单物理层用户数据传输与交换平台的体系结构网络( s l j p a n e t ) ； 面向以太网的物理帧时槽交换( e p f t s ) ：用户数据入网控制( u a c ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s t r a c t i h eb a c k g r 0 l do f t h ew o r k p r e s e n t e d 证t h i sd i s s e n 砒i o ni sn l es u p a n e i ( s i n g l ep h y s i e a ll a y e ru s e r - d a 衄订a r l s f e r s 谢t c h i n gp l a t f o 眦a r c h 沁c t u r e n v o r k ) a n di t sc o r et e 出岫u e ，e p f t st e t h e m e t - 嘶e n t e dp h y s i c a if 鲫e n m e s i o ts 、i t c h i n 曲i n 扛d d u c e da ts c - n e t c o ml a b s u p ：a n e ta d o p t so u t _ b a n d s i 驴a l i n gc 叩c e p tt oe n a b l e 也e “u s e r - d a 慨缸a n s 衔& s 谢t c h i n gp l a t f o 册” ( u p l a 怕m ) t ob er c d u c e dt oas i i l 西el a y c r 诵t l lh i 曲e fe m c i e n c ya n db e t t e r q o s ，( q l l a l 埘o fs e i c e ) w 姗em ep l a t f o r n l f o rc o 曲o la n dm 纽a g 锄e n t r e m a m sa s a m m t i l a y e rp l a t f o m( s & m -p l a 怕皿 - s i 弘a l i n g a n d m a n a g e m e n tp l a t f b n ) n et o p i co ft l l i sd i s s e r t a t i o ni sn e t w o r ka d m i s s i o n c o r 血0 1 ms u p a n e t n e 研o r ka d m i s s i o nc o 曲l ( n a c ) i v o l v e sw h e t h e rac a l lr e q l l e s ts h o u l d b ea c c e p t e do rw h e n l e ru s e r - d a 诅s h o u l db ea l l o 、e dt oe m e ra tt b ee d g eo fa 矾栅o r k t h ep 岬o s eo fn e t w o r ka d m i s s i o nc o r 灯o lc a nb cd i 扫f e r e n td c p e n d 堍 o nw h e 血e ri ti sap u b l i cd a t an e t w o r ko rac u s t o m e rp r 砌s e sn e t 、o r k i n 血e f o 肋e rc a s e ，i ti si n t e d e dt oe a s en e t w o r kc o n g e s t i o na n dt oe n s u r et 1 1 e 掣l a l i 够 o fs e i c ei i ld e l i v e r i n gu s e r - 讹；砌l ei nt h el a 牡e rc 雏e ，e x t e n d e d 加c 6 0 i l s ， s l j c ha sn e 础r e s o l 聃e sp r o 僦i o na n da u t h e n t i 锄o n ，c 觚a l s ob ep e 舶n c d t k st l l e s i si sd e d i c a t e dt on a c0 fs u b - n c 铆o r k s s im a n e t p 柏v i d e sa m l a l l i n es 、诎c gs e r “c ea t 血ep h y s i c a ll a y e rf o rl l s e rd a ：c a ；t h e r e f o r e ，i t sn a c i 1 1 c l u d e sc a l la d i n i s s i o nc o n 打o l ( c a c ) o v e ri t ss & m p l a 幽ma 1 1 du s e r _ d a 诅 a d m i s s i o nc o n 打0 1 ( u a c ) o v e ri t su i p la _ 怕r mb 嬲e d0 nn c 鲥如dq o s 姐d n e 晰o r kc o n g e s 廿o nc o n d i d o n s t h ee m p h a s i so ft h i sd i s s e 砌士i o nh 踞b e e n 西v t o u a c 1 1 1 i sd i s s e n a t i o ne x p l o r e sau a c p o l i c yo ft h r o u g h p u tb 船e do no u t p u t l 锄b d ac o n g e s t i o ns t a t u sw o r d( o c s 胃) 锄dq o s n e 9 0 t i a t i o nr e s u l t s ，m o r e p r e c i s e l y ，t h ec o l n d t t e dh 出) i 脚t i o nr a ：c e ( c i r ) ，c o 蚴i t t e db u r s tr a ：t e ( c b r ) ， a i l de x t e n d e db l l r s tr a _ t e b r ) p l i m i n a r ye x p e r i m e n t s 砌l 匝u a c i m p l e m e n t a 曲nh a v es h o w nm a tt h eu a cp o l i c yi sw o r k a b l ea n dh 够a c h i e v e d t h ep r e s e tg o a l 西南交通大学硕士研究生学位论文第j | i 页 k e y - o r d s s 17 p a l 、i e t ( s i n g l ep h y s i c a l1 a y e ru s e r _ d a t l 乜a n s f 打s w i t c h i n g p l a t f b m 舡蛐e c t u r en 咖r k ) ； e p f t s m e m e t ：o r i e n t e dp h y s i c a lf r 锄e t i m e s l o ts 谢t c g ) ： u a c ( u s e 卜d a ：t a a d r n i s s i o nc o n 订0 1 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 论文的研究大背景 i m e m e t 在全球的成功，使人们把以m 为基础的i n t e m e t 技术视为未来 网络技术的基础i l j 于是，“i po v e re v e 删血g ”和“e v e 聊 1 1 i n go v 盯d ”成 为当前网络互联的主要手段郾】。然而随着多媒体数据，特别是实时性较高 的音视数据在e t 网络应用中所占的比重的增加，三层通信子网结构也 使i n t 哪e t 面临服务质量保障问题的挑战。为此，m t f 提出了资源预创6 】、 集成服务( i n t l 掣a t e ds e r v i c c ) o ”、区分服务( d i 缸r 础a t e ds e n ，i c e ) 嫡j 和多协议标 签交换( m u l t i p r o t o c 0 1l a b l es 谢t c h h 培) 【4 】，试图解决服务质量保障问题，然 而都未能很好地解决服务质量保障问题。其根本原因就在于m 层或标签子 层对用户的服务质量承诺必须依赖数据链路层和物理层的服务质量保障机 制的支持，资源的预留也必须映射为下层的保障机制【9 】。 i i l t e m e t 的体系结构是在2 0 世纪7 0 和8 0 年代发展起来的，当时的通信 现状是：线路通信速率较低( k b p s 数量级) ，线路传输误码率较高( 1 0 4 1 0 6 ) ，网络应用数据以文本数据为主( 正确性要求高，但实时性要求较低) 【5 】。数据链路层就是为了弥补物理线路传输误码率较高的缺点，通过对应用 数据进行分帧，以帧为基础进行传输；由接收方对帧检错和要求发送方在出 错后重传等技术来确保数据传输正确性而设计的。另外，分帧也可减少出错 后需重传数据量【1 0 】。数据链路层的引入，使传统通信子网形成了传统的三 层结构。但是，现代光纤通信技术的误码率已经降低到1 0 1 1 到1 0 - 1 2 ，使数 据链路层的检错重传机制存在的价值收到挑战【l “。 密集波分复用( d e i l s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u 城p l e ) ( i n g ) 技术的进展将 单波长的数据传输能力提高到4 0 8 0 ，1 6 0 g b p s ，单根光纤传输能力提高到 t b p s 数量级，相当于目前大城市总话音业务、有线电视网络的业务和计算 机网络数据干线的总数据率。这就为人们向往已久的三9 西合一奠定了通信基 础 1 5 _ 2 0 】。 鉴于i n t 咖既和m p l s 在服务质量保障方面难以支持未来的三网合一网 络的需要，多层结构不利于高速交换，而通信误码率的多个数量级的降低使 数据链路层作为独立协议层的价值受到挑战d o 】，四川省网络通信实验室的 相关研究的目的就是探讨用带外信令控制的思想将用户数据与信令和管理 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 信号的传输以“面向以太网的物理帧时槽交换”( e p f t s ) 技术为基础的用 户数据传输与交换平台的s u p a 体系结构的背景。 1 2 本课题的研究意义与研究内容 传统的入网控制是本网与外网( 或本网的端系统) 之间的边界路由器或 交换节点避免入网数据过量而造成本网拥塞、死锁和交换效率降低的技术 口”，因此，入网控制可以看作是拥塞控制技术的一部分。在对用户数据的 传输与交换服务质量又要求的网络服务中，入网控制也是保障服务质量的重 要手段删。因此，在这一背景下，拥塞控制也可以视为服务质量保障体系 的一个重要环节【3 ”。由于s u i ，a n e t 是支持用户服务质量保障指标的网络， 因此，其入网控制的研究必须以对用户承诺的服务质量为前提进行。因此， 本项研究一方面必须借鉴现有网络中采用的流控技术、拥塞控制技术和入网 控制技术，另一方面，又必须针对s i 臌n e t 的特点。本论文包括两方面的 内容，即信控平台的呼叫准入控制( c a c c a l l a d 1 i s s i o nc o n d 1 ) 与用户平 台以服务质量控制为基础的入网控制( u a c u s * d a 诅a d m i s s i o nc o n t d 0 1 ) ， 研究的重点是后者。 1 3 论文的组织安排与笔者的贡献 本论文的后续章节的安排如下： 为了展开对s u p 砧咂t 入网控制技术的讨论，第2 章对s u p a n e t 体系 结构、以“面向以太网的物理帧时槽交换技术”( e p f t s e t h e m e t o r i e m e d p h y s i c a lf 舢en m s l o ts w h i 】【1 9 ) 为基础单物理层的用户数据传输与交换 平台、以及s u p a n e t 中的服务质量保障体系进行了概要的介绍。 第3 章分析现有网络中的典型入网控制技术利弊，为本项目的研究奠定 了研究的技术背景和基础。在多种网络之中，在用户平台用户数据入网控制 技术上，帧中继技术最有特色，针对拥塞状态和服务质量协商进行控制的思 想是笔者的研究工作的主要参考。但是，它采用的三个参数：承诺的信息速 率( c i r ) 、承诺的突发数据大小( b c ) 和过量突发数据大小( b e ) ，以及按 b “c 氓来计算数据采样周期的方式，计算较为复杂；对拥塞状态的判据以 输入队列长短为依据不尽合理，需要进行改进。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 第4 章讨论s u p a n e t 的入网控制技术，除概要地讨论了信控管理平台的 呼叫准入控制( c a c c a l la d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) 技术之外，讨论的重点 将放在用户数据的入网控制( u a c u s e r d a t aa d i n i s s i o nc o n t r 0 1 ) 技术 之上。笔者对经典的用户入网控制技术帧中继的工作进行了改进，改用承诺 的突发数据率( c b r ) 和扩展的突发数据率( e b r ) 作为控制参数，更有利 于入网速率的控制。这也是笔者工作的贡献之一。 对具体的控制策略进行了较为详细的讨论。为了证实上述策略的可行 性，第5 章利用仿真软件o n 咂tm o d e l e f 对两个入网控制策略进行了实验 仿真，初步验证了控制方法的可行性和正确性。最后在结论与展望一节对本 论文涉及的研究工作进行了小结，并对本项研究工作的前景和今后的进一步 工作做了分析和展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章s u p a n e t 与e p f t s 2 1 s u p a n e t 体系结构 s l 刀) a n e t 借用带外信令控制的概念，将用户数据的传输与交换平台( u 平台) 与信令和管理信息的传输平台分离。在实验室提出的“面向以太网的 物理帧肘槽交换”( e p f t s e 出e m e t 。耐e n t e dp h y s i c a lf m m en m e s l o t ) 技术 的基础上，将u 平台简化为单物理层结构，以利于提高用户数据的传输与 交换效率，减少传输与交换时延，保障服务质量。为了保持与i n t e m e t 的互 通能力，i n t e m c t 的协议栈被保留在s u 】! a n e t 的信控平台和管理平台，并 进行了与服务质量相关的增强。由于两平台都以t c p 或u d p m 作为佑 输平台；尽管两平台上的应用协议的用途不同，但两平台的应用层的信控协 议( 例如：路径信息交换协议r i p 、o s p f 、b g p 等) 和管理协议( 如s n l 心) 需要共享许多与服务质量相关的参数，如信道( 波长、端口) 的吞吐率( 平 均、最大) 、传输时延( 平均、最大和时延的变化，即抖动) ，因此，可以将 两平台合称“信控与管理平台”( s m 平台) 。 如图2 1 所示，工作于s u p a 模式下的s u e 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 t 设备互联网关中支持s u p a 接口协议的软硬部件。这类网关能够为传统i n t e h l e t 设备之间借用s u p a n l l 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p f t s 平台( 图 2 l 中的e p f s 子层) 上进行的，对传统的i n t e t 设各来讲，s 1 麟n e t 相 当于不可见高效传输“管道”，因此，其互联效果就像h l t e r n e t 设各直接互联 一样。s u p a 中问系统是s u 】) a 域中的节点设备，s u l ) a 中间系统间的互联 将通过“网络一网络接口”( 虹) 来完成；而与s i a 端系统互联时，则 通过“用户一网络接口”( l i n i ) 来完成。 通过“用户一网络接口”( u n i ) 来完成。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 用户系蓑 图2 1s i 脱n e t 的协议层次结构和相关接口 图2 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 n e ) 中的协议层次结构和信控管理接口( u n i 。和n n l 0 ；下半部为用 户数据传输平台的协议层次结构和接口( u n i m 和n n i 。) 。在s u p a 域内，用 户数据传输平台被简化为单物理层，由“面向以太网的物理帧子层”( e p f s e t h f 釉e t _ o r i e m e dp h y s i c a if m m es u b - l a y e r ) 和d w d m 予层组成。s u p a 节点的 用户数据传输与交换平台利用“面向以太网的物理帧时槽交换”技术 ( e p f t s e 也锄e t - o r i e i l 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 j n g ) 实现在多个端 口间e p f 的高速转发。 s u p a n e t 设各也可以工作于缺省i n t e r n e t 模式，此时，接口将按带内 信令方式工作。此时，图2 1 中下半部分不再参与数据的交换，因此；上半 部的s u p a 专用协议( q o s n p 、t m e p 等) 将处于不活动状态，所提供的服务 也就退化为传统的i n t e r n e t 服务。为了使s u p a 节点能自动识别用户希望使 用的服务，i p 报头中的特殊字段来标识( i p v 4 的t o s 和i p v 6 中的t r a f f i c c l a s s ) 。 s u p a 是一种基于密集波分复用技术( d 删：d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 m u l t i p l e x i n g ) 技术的，面向连接的网络体系结构，它利用带外信令将传输 平台分为用户平台和信控平台，又利用“面向以太网的物理帧时槽交换技术” ( e 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 皿et i m e s l o ts w i t c h i n g ) 解决了 以物理帧为基础的传输和交换问题，实现了单物理层用户平台体系结构。支 持s u p a 体系结构的网络，本文称之为s u p a n e t 。s u p a n e t 可以工作于两种模 式：缺省i n t e r n e t 模式和s u p a 模式。缺省模式与现有的i n t e r n e t 工作过 程完全相同，无需做进一步说明。 当。s u p a n e t 与s u p a 端系统互联时，所有节点将工作于s u p a 模式。在此 模式下。s u p a n e t 将为用户数据流提供虚线路服务f v l s v jn i 】a 】l i n e s e i c e ) ，信令控制和管理平台内的服务质量协商协议( q o s n p ) 将扮演连接建 立和服务质量协商的角色。q o s n p 将在连接建立过程中充分利用i n t e r n e t 的i p 路径信息作为选择输出端口参考，输出端口内输出波长的选择，则需 要根据用户请求的传输速率、优先级别以及相关波长剩余的传输服务保障能 力等因素进行。只有当一对用户之间所选择的虚通路( v p v i r t u a lp a t h ) 上所有节点都能提供要求的服务质量参数( 数据传输率、优先级别、抖动、 数据丢弃率等) 时，一条单向的虚线路l 一m l a ll i n e ) 才能够建立。因此， 在双向通信情况下，需分别建立两条虚线路来提供相应的服务。一条虚通路 ( v p ) 由沿着该通路上各节点间的虚连接标识符f v l i 一m l a l l i n e i d e 皿丘e r ) 共同标识。而v l i 则是一对e p f t s 节点间沿传输方向的唯一标识符。 图2 1 中的流监控信息交换协议( n 伍p t r 斌cm o n i t o r i n gi n f 0 舶a t i o n e x c h a l l g ep 喊o c 0 1 ) 用于在节点间交换网络流量分部与拥塞状况，为节点控制 拥塞、统计分析和入网控制提供基本数据。入网控制协议( a c p a d 虹s s i o n c o n 怕lp r o t o c 0 1 ) 在信控与管理平台的u n i 接口上根据局部和全网拥塞状 况，控制是否允许接受新的建立虚线路的请求。 2 2 面向以太网的物理帧时槽交换( e p f t s ) 技术 e p f t s 技术：“面向以太网的物理帧时槽交换”( e p f t s e 血e m 吐一o r i e m c dp h y s i c a lf r 锄et h e s l o ts w i t c h i n g ) 技术是把“以太网”m a c 帧作为主要格式作为e p f 的“净荷”部分进行设计的。换言之，其净荷部 分的长度固定，等于m a c 帧的最大长度( 1 5 3 0 字节) 。具有组播功能的e p f 的格式如图2 2 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 l 二 e p f h e a d 。 。i p a y l 。a d 。f e p f= i i 1 6 b ”e s f o r m u h k a s t 陋铆n b l e ( 7 b y t c s ) + e x t e n d c d m a ch e a d e r ( 1 9 b y t e s ) + 1 5 0 0b y t e s lo p e r m j d e c k s m ( 4 聃s ) 21 5 3 0 b y t e si | e 蛳m 。畹嘤 小f o 皿a t o f 日1 e e t l l 茹静。贰e 唧p h y s i c a lf r 吼e 1 1 1 e 打r 时b l o c kr 盎b 、 雌、，r h 、：o x ，。，。、。 乏二 _ f s l v l i 卜f s 21_ f s l 一-f s d _ -f s s p f s 6 、， 挖 。 量焉 i v i r t u l | | 萎 。 i 差 。 握 。 握 。 拒 。 亡 “n e 歪藿 量 萋囊菱 o l =i e 叶墒” z o + 2 b y c 二 l1卸唆2 b y 把s 。_ _ 2 b y t c s o 吣- - _ _ 2b y t 嚣_ - 2 b y t e s + 7 ；m 蚍b ) f o 珊a t ：f m eh e a d e ro f e n l e m e t - 矾；若碗汛l 蛉i c a lf r a r i l e s l ( 蹴l 膦 p o t y b 垴 ( e n d i n g r j s r - c s e r v e d ( 2 ) b i 乜)( 0 0 0 ：血ch i g h c s t 1 1 l ： ib i t ) lb i t ) t l i cl o w e s n b i t )i c ) f 0 珊a to f t h ec o n t r o lf i e l di ne f fh e a d e o 图2 2 面向以太网的物理帧格式及内部各字段意义 如图2 2 所示，具有组播功能的e p f 的物理帧头长度为1 6 字节，其 中，最多可容纳6 个2 字节超前交换( f o n a r ds w 矗c 1 1 i 】唱) 字段，用以在交 换节点的输入端标识输出端口和输出波长，以便不查找交换表即提前进行交 换。v l i 为虚连接标识符，作为输入端访问虚连接控制块( v l c b 一巾l a 】 l i n ec o n n 口lb l o c k ) 的索引。用户数据平台的入网控制也需要访问该控制块。 图2 2 中的其他字段与本文的研究主题入网控制的关系不大，在此不做进 一步的讨论。 s 1 p a n e t 中，密集波分复用子层和e p f t s 子层组成物理层的传输与 交换平台，以e p f 帧的传输时间作为基本“时槽”( 了妇e s l o t ) 异步地复用 波长信道，在交换节点中以e p f 为基础进行交换。由于用户机和用户网域 内9 5 以上的设备的数据链路层都是以太网的m a c 层，因此，s u 王a 网域 外的以太网的m a c 帧的传输变得十分简单，直接放入e p f 的净荷部分即可， 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 这就是为什么称之为“面向以太网的物理帧时槽交换”的原因。对于非以太 网m a c 的数据链路层协议数据单元，可利用应用适配层将组合为适合e p f 净荷长度的数据进行传输。 2 3 s u p a n 盯服务质量保障体系 q o s ( q u a j 埘o fs e r v i c e ) ，即服务质量。事实上从计算机诞生开始， 人们就孜孜不倦的致力于提高系统的服务性能和服务质量。目前，计算机网 路的q o s 问题已经成为国际网络研究领域最重要、最富有魅力研究领域之 一，对未来网络技术的研究、应用和发展具有举足轻重的意义m 删。 s i7 p a n e t 具有一整套的服务质量保障体系，主要包括以下两个部分， 即信令控制和管理平台的保障机制、用户平台的交换机制【3 2 1 。 s u p ：射瞧t 的信控管理平台的服务质量保障机制主要由服务质量协商协 议( q o s n p q o s n e g o t 矾o n p r o t o c 0 1 ) 【3 6 j 、单波长基于服务质量的路径信 息交换协议 q o sr j p ) 、流量监测与交换协议( n 伍p ) 和呼叫准入控制 ( c a c ) 机制组成。q o s n p 协议即为本论文研究的内容：九q o sr i p 主要是 针对d w d m 应用环境和s i 臌n e t 的特点而定制的基于服务质量的路径信 息交换协议，在现有h e m e t 网络的路径信息协议( 例如o s p f 、b g p 等) 中增加了与服务质量相关的信息交换，路径选法中也充分考虑了交换节点的 典型服务质量参数( 设计指标和动态更新指标) 、波长信道的可用传输能力、 网络拥塞状态等，从而使路径的选择与服务质量直接相关。呼叫准入控制 ( c a c ) 是s u p a n e t 边界节点根据网络负载和拥塞状况控制是否准许新的 连接建立请求的技术；t m e p 是网络所需的流量及其分布监控及相关信息的 交换协议，它对传统的网络管理对节点信息的收集和机制的补充。q o 外啦 是s u a p n e t 服务质量保障体系中与网络服务与一对端系统用户之间就请 求的建立的连接所需服务质量进行协商的工具，它涉及一对端系统与路径选 择过程中经过的所有s u a 节点的信控管理平台的o o s n p 协议实体。 由于服务质量协商协议q o s n p 是s im a n e t 服务质量保障体系中的第 一环节，也是用户数据传输与交换平台服务质量制控的依据，入网控制技术 在u a c 过程中利用的与吞吐率有关的三个q o s 参数( 即承诺的信息率( c r - c o m r n j t t e di n f o r m a t i o nr a t e ) 、承诺的突发数据率( c b r c o 删【n i t t e db l l r s t r a t e ) 和扩展的突发数据率( e b r 政c e n d e db u r s t 曲) ) 都来自q o s n p ， 现就q o s n _ p 的工作过程做简单介绍。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 0 0 s n p 是s i 臌n e t 的服务质量保障体系中的第一个环节，是基于服 务质量约束的连接建立协议。其协商结果将作为s 1 腊n e t 服务质量保障体 系中服务用户与网络服务提供方必须共同遵守的“服务合同”，对服务提供 者而言，它是提供服务的依据和进行服务质量监控的依据。q o s n p 是对完 成服务质量协商所应遵循的规程的描述，如果协商成功，相关的连接可以建 立，否则拒绝建立连接。s u p a n e t 中的服务质量协商协议借鉴了i s o 的 0 s i 和帧中继的网络服务质量协商的基本思想p 】，兼顾了传统连接请求与接 受过程的功能、基于服务质量的路径选择功能、i e r f 的资源预留【6 j 功能。 在协商的参数的选择上，充分考虑了如吞吐率、传输时延、抖动和数据丢失 率等重要的服务质量参数，又兼顾了将来的可扩展性。从这种意义上来讲， o o s n p 既是基于服务质量的路径选择和建立连接协议，也是资源预留协议。 o o s n p 工作在s i i p a n e t 中的信控、管理平台上，是一个面向连接的 应用层协议。它利用在传统路由器中已有的传送层协议u d p 来传输q o 外。 协议数据单元( p d l d 。在请求服务时，s u i ，a 域的端系统( 支持s u p a 的计 算机域或h 蜘l e t s u p 心咂t 网关) 之间的相应信控、管理平台的应用程序 将首先调用q o s n p 提供的服务，并将期望的q o s 参数写入q o s n p p d u 的相应字段，利用信控、管理平台的m 路径选择功能选择输出端口，再根 据服务质量需求在该端口内选择可支持该连接的波长。如果该节点具备支持 该服务质量请求的能力，则为该连接预留相应的资源，第一节点协商成功， 该协商过程推进到下一节点，直到s u 】) a 域的另一个端系统。如果在路 径选择经过的任一节点不具备支持请求的服务质量的能力，在该协商失败， 连接不能建立，相关信息被反馈给前面协商成功的节点，于是将已预留的资 源归还给系统。 2 4 节点内部访问接口和用户平台管理信息库( u m lb ) s u p a n e t 采用带外信令控制技术将其通信子网分为用户数据传输与交 换平台( u 平台) 和信控与管理平台( s & m 平台) 。多平台的通信子网必须 通过平台内和平台间的信息交换来实现平台间的协同工作。鉴于s u p a n e t 中s m 平台上关系到信令控制和管理的实体属于应用层，而s u p a n e t 的u 平台的e p f t s 属于物理层。参考文献 3 7 根据以下理由将其称为节点的内部 访问接口： 。 按照o s 班u 订，同层实体间信息交换受协议( p r o t o c o ls p e c i 丘c 舶n ) 的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 约束，邻层间的信息交换受服务的定义( s e n ，i c ed e f h l m o n ) p 3 ”j 。而上述 信息交换在不同平台的物理层与应用层之间进行，既不属于协议的范畴，也 不属于服务的范畴，所涉及的机制首先是一种“接口”性质的机制，它为网络 节点内不同平台上无直接协议层次关系的实体间的互访提供一种手段，故称 之为访问接口。 该类访问属于交换节点内部平台间的访问，不涉及节点以外的信息，因 此称之为节点的内部访问接口。 由于在两平台间交换的信息涉及种类较多，因此，将相关的信息按某种 方式组织成信息库( i b i n f o 珊撕o n b a s e ) 并提供统一的访问方式，有利于 信息的使用、管理和维护。信息库按所存放的平台可以分为信令控制平台信 息库、管理平台信息库或用户平台信息库：因为所有的信息多少与管理相关， 因此，这管理信息库( m i b m a n a g e m e mh f o m a t i o nb 船e ) 也被作为一个 通用的词汇来描述各类信息库【5 引。 在本论文的第4 章讨论s i 腰a n e t 的入网控制技术时，笔者将进一步涉 及与服务质量保障、u m i b 和认i 的关系。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 第3 章现有网络的典型入网控制技术 为了便于进一步讨论本文的主题入网控制技术，本章首先对入网控 制的概念及其内涵进行探讨，然后在分析现有网络中的典型入网控制技术的 利弊，为在第4 章探讨s u p a n e t 中的入网控制技术做准备。本章的讨论重点 将放在用户数据入网控制策略。 3 1 入网控制概念的探讨 所有与是否准许用户数据进入自身网络的机制都可以归入广义入网控 制的范畴。根据网络性质的不同，入网控制的内涵也不同，对于用户网络， 由于它既包括用户通信子网( 最多三层的网络) ，也包括应用层和具体应用 服务在内的用户资源网( 端系统组成的概念网) ，因此，其入网控制既可能 涉及通信子网的交换层( 网络层或更低层) ，还可能涉及在高于网络层的高 层进行的访问控制。例如，用户网络的入口防火墙也可以视为一类入网控制 技术，它可能涉及对请求的应用层服务的性质( 如利用传送层端口号) 和应 用系统访问控制权限和安全性检查( 是否恶意数据，请求服务方的用户资格 认证、等级等) 【1 3 - 1 4 1 。用户网的访问控制策略由用户域的管理部门来确定的。 由于通信子网( s u b n e t w o r k ) 的用户数据传输平台最多设计到0 s i r m 中的下三层，因此其入网控制技术不涉及访问网络应用资源问题。从网络服 务的属性考虑，无连接网络服务，入网控制是基于单个用户报文进行的，由 于服务中无连接的概念，因此很难就入网数据率进行控制。面向连接的网络 服务的入网控制既需要包括是否接受请求建立连接的呼口l ，也需要对入网数 据率数据量的控制。采用带内信令控制技术时( 例如x 2 5 的通信子网) 呼 叫准入控制与用户数据入网速率的限制都在同一平台上进行；采用带外信令 技术时，面向连接的入网控制的上述两项功能则是在不同的平台上进行的。 本章在讨论入网控制技术时都将其分为两部分：呼叫准入( c a c c “ a d l i s s i o nc o n 嘶1 ) 和用户数据的入网控制( u a c u s e r _ d a t a a d i n i s s i o n c o n 仃0 1 ) 来加以讨论，讨论的重点将放在u a c 的控制策略上。 3 2 呼叫准入控制( c a c ) 技术 呼叫准入控制( c a c c a l la d r n i s s i o nc o n 们1 ) 是用某种策略或算法确 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 定是否接受一个用户的建立连接的请求( c a l lr e q u e s t ) 的过程，因此，它 是提供面向连接服务的网络特有的入网控制技术。呼叫准入控制可以涵盖从 最“宽容”的接受所有连接请求的策略，到按照能否满足用户请求的服务质 量和网络拥塞状态相结合的各种策略。 帧中继与b i s d i n 都采用带外信令控制技术，因此，c a c 是两种网络 入网控制的重要内容之一。 3 2 1 帧中继网络 帧中继技术原理：帧中继是一种在x 2 5 分组技术上发展起来的快速分 组交换技术，它将x 2 5 分组网中通过分组节点间的重发、流量控制来恢复 差错和预防拥塞等处理过程进行了简化，将网络内进行的某些处理移到了网 络外的端系统中加以处理，大大简化了节点的处理过程，缩短了数据传输过 程中的处理时间，大大提高了数据传输的速度【2 3 ，2 4 】。 帧中继技术提供交换虚电路( s v c ) 和永久虚电路( p v c ) 两种面向连 接的服务。p v c 通信前不需要建立连接的协商过程，控制平面实体在u m 接口上使用o 9 3 3 的a n n e xa 有关规定，完成对p v c 的管理控制( 用户查 询有关已预先配置的p v c 状态；网络设备对用户查询的应答；增加与删除 p v c 等) 【2 5 1 。 在帧中继网络中，一个用户并不直接和另一个用户相连，而是和网络中 的一个帧处理器相连。利用呼叫控制协议( 0 9 3 1 ) 可以建立用户到远程帧 处理器的连接或到本地帧处理器的连接2 引。 3 2 2 b l s d n 网络 a t m 是一种面向连接的高速交换和多路复用技术，以独立的信元为信息 传输、复接和交换的基本单位的传输方式【2 s 】。 a t m 采用了虚连接技术，将逻辑子网和物理子网分离，类似于电路交换， a t m 首先选择路径，在两个通信实体间建立虚通路v c ，将路由选择与数据转 发分开，使传输中间的控制较为简单，解决了路由选择瓶颈问题阎。建立 虚通道v p 和虚通路v c 两级寻址，虚通道是由两节点间复用的一组虚通路组 成的，网络的主要管理和交换功能集中在虚通道这一级，减少了网管和网控 的复杂性1 2 6 刃】，在一条链路上可以建立多个通路，在一条虚通路上传输的数 据单元均在相同的物理线路上传输，且保持其先后顺序，因此克服了分组交 换中无序接收的缺点，保证了数据的连续性，更适合多媒体数据的传输【1 2 】。 有关b i d s n 网络的呼叫准入控制( c a c ) 是迄今为止有较多的研究的领 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 域1 5 6 】，在相关文献中把c a c 视为防止拥塞的手段。参考文献 5 6 把b i s d n 中的c a c 策略总结为以下几类： l 、等价容量策略( e q u i v a i c n tc 印a c 时) 这一策略假定数据源为“间断流过程”( i f p i n t e r n l p t e df 1 1 l i dp r o c e s s ) ， 可以用峰值速率r 、数据源出于活动时间的比例r 和活动期持续时间b 三个参 数来描述，其等效容量可近似计算为： n k + 妊i 丁i 面 2 口 公式( 3 一1 ) 中， 口= l n i l 善) 6 ( 1 一，坶，k 为缓存长度，i 为信元丢 失率。 等价容量可以用于为数据源预留资源的参考。 2 、快速缓存带宽分配策略( f a s tb 咖融，b 锄d 埘弛a o c a t i o ) ，即出现 突发数据时快速为突发数据分配缓存和带宽。 3 、重负载近似策略( h e a v y 嘣c 印p r o x i n l 蚯o n ) 4 、信元丢失概率上限策略( u p p e r b o u n d so f n l ec e l ll o s sp r o b a b i l n y ) 5 、时间窗口法( t i i n e w i n d o w s ) 等。 总之，b i s d n 采用的多控制策略的基本原理是根据各类业务流量的统 计复用特性，依据当前网络中已有各类业务连接的数量以及各类业务的服务 质量要求来估算的。 建立端到端的连