（计算机应用技术专业论文）基于qos和sla的计费系统设计与关键技术实现.pdf

南京i i i i j l u 人学坝l j 研究生学位论文 摘要 摘要 随着计算机网络在现实社会中各个领域的广泛应用，网络的服务质量受到了越来越多 的关注。基于q o s 和s l a 的计费不但可以使网络提供商的利益最大化，而且可以成为对 网络资源合理分配的一种激励机制。它利用合理的价格体系使用户选择最适合自己需求的 服务质量，避免了由于无限制的要求高质量服务而造成的网络资源浪费。 区分服务以很小的丌销提供对各类业务不同优先级的处理，已被业界接受为i pq o s 的基础网络技术。本文结合华为基金项目的要求，完成了基于q o s 和s l a 的计费系统设 计，并对其中的q o s 映射以及带宽代理( b b ，b a n d w i d t hb r o k e r ) 两项关键技术的实现进 行了重点阐述。 首先，基于q o s 计费应用的需求，本文设计了基于q o s 和s l a 的计费系统方案，并 对系统中的各重要模块涉及的关键技术以及实现方法做了阐述。 其次，本文在分析区分服务技术的基础上，提出了种基于业务定级的d s c p 与p h b 的映射方法，此方法将业务简要的划分为四类，对不同业务不同等级区分对待，充分体现 了结合s l a 映射的思想，实现了高等级优先处理，低等级在拥塞发生时优先丢弃的理念。 再次，在分析现有带宽代理接纳控制方法的基础上，提出了基于带宽代理的多域点对 点接纳控制方案模型，该模型包含了三个重要部分：s l s 协商，接纳探测以及分布式监控。 o p n e t 环境中，在简化系统模型的情况下，对c o p s p r ( c o p sp o l i c yp r o v i s i o n i n g ) 和接 纳控制模块进行了系统的仿真建模，通过仿真实验证明了带宽代理有效的管理了网络资 源，实现了业务点对点的服务质量保证。 最后，在实验室环境下，实现了计费原型系统。在网络正常以及 爿j 塞情况下，对计费 原型系统进行了系统测试，并给出了具体的测试结果及结果分析。 关键词：服务等级协定接纳控制带宽代理 南京i l i l j i u 人学烦j ：研究生学位论义 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o no fc o m p u t e rn e t w o r ki nv a r i o u sf i e l d s ，q u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) h a sr e c e i v e di n c r e a s i n ga t t e n t i o n s c h a r g i n gf o rq o sc a nb et h ei n c e n t i v eo fr e a s o n a b l e d i s t r i b u t i o no fr e s o u r c e ，a n dm a k et h em a x i m u mb e n e f i to fn e t w o r kp r o v i d e r t h er e a s o n a b l e p r i c i n gs y s t e mm a k e sc o m s u m e r sc h o o s et h e i rq o sd e m a n d sa c c o r d i n gt ot h e i rr e a lr e q u i r e m e n t s i tc a l la v o i dt h ew a s t eo fn e t w o r kr e s o u r c ed u et ot h eu n l i m i t e dq o sd e m a n d s p r o v i d i n gd i f f e r e n tt y p e so fp r i o r i t yp r o c e s s i n gw i t hl o wc o s t ，t h ed i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s h a v eb e e na c c e p t e da st h eb a s i sn e t w o r kt e c h n o l o g yo fi pq o s i nd i f f s e r ve n v i r o n m e n t ，t h i s p a p e rd e s i g n sb i l l i n gs y s t e mm o d e lb a s e do n q o sa n ds l a ，a n dg i v e st h ep r o t o t y p ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o no ft w ok e yt e c h n o l o g i e s ：q o sm a p p i n ga n db a n d w i d t hb r o k e r f i r s t l y , t h i st h e s i sd e v i s e st h es c e n a r i ot h a ti ti sb a s e do nt h eq o sa n ds l ab i l l i n gs y s t e m ， a n dd e s c r i b st h ek e yt e c h n o l o g i e sa n dm e t h o d si n v o l v e di nt h em a i nm o d u l e s s e c o n d l y , b a s e do nt h ed i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e st e c h n o l o g y , t h i st h e s i sp r o p o s e so n ed s c p a n dp h bm a p p i n gm e t h o db a s e do nb u s i n e s sc l a s s i f i c a t i o n i nt h i sa p p r o a c h ，s e r v i c e sa r ed i v i d e d i n t of o u rk i n d s ，a n dc l a s s i f i e di n t od i f f e r e n tg r a d e s t h i sa p p r o a c hf u l l ye m b o d i e st h ei d e ao f s l a m a p p i n g ，a n dr e a l i z e sr e a l i z e dt h ec o n c e p to ff i r s tp r o c e s s i n gh i g h - g r a d ep a c k e t sa n df i r s t d i s c a r d i n gl o w - g r a d ep a c k e t s t h i r d l y , b a s e do nt h ee x i s t i n gb a n d w i d t hb r o k e rm e t h o d ，t h i st h e s i sp r o p o s e sa ne n d t o e n d b a n d w i d t hb r o k e ra d m i s s i o nc o n t r o lf r a m eb a s e do nm u l t i d o m a i n t h em o d e lc o n t a i n st h r e e e s s e n t i a lp a r t s ：s l sn e g o t i a t i o n ，a c c e p t e dd e t e c t i o n ，a n dd i s t r i b u t e dm o n i t o r i n g i no p n e t e n v i r o n m e n t ，c o p s - p r ( c o p sp o l i c yp r o v i s i o n i n g ) a n da d m i s s i o nc o n t r o lm o d u l ea r es i m u l a t e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tb a n d w i d t hb r o k e rm a n a g e st h en e t w o r kr e s o u r c e se f f e c t i v e l v a n dr e a l i z e se n d t o e n ds e r v i c eq u a l i t yw e l l f i n a l l y , i nt h el a b o r a t o r ye n v i r o n m e n t ，w er e a l i z et h ep r o t o t y p eo ft h eb i l l i n gs y s t e m i n n o 衄a la n dc o n g e s t i o nc i r c u m s t a n c e s w ep r e s e n ts y s t e m t e s t i n ga n a l y z a t i o no ft h eb i l l i n g p r o t o t y p es y s t e m ，a n dg i v eas p e c i f i ct e s tr e s u l t sa n da n a l y s i s k e yw o r d s ：s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，a d m i s s i o nc o n t r o l ，b a n d w i d t hb r o k e r i i 南京邮电大学硕士研究生学位论文 参考文献 图表清单 图2 1 整体拓扑图。7 图2 2 计费系统功能模块8 图2 3用户登录流程图9 图2 4 接纳控制各功能子模块1 1 图2 5d p i 识别区域1 2 图2 - 6d s c p 标记和域内d s c p 传播15 图3 1i pq o s 体系结构框架l8 图3 2i p 网络的q o s 概念模型1 9 图3 3d i f p s e r v 网络域模型21 图3 - 4 基于r g ! 的映射模型2 2 图3 5i p v 4 中d s 字段定义2 4 图4 1 d i 疗s e r v 网络拓扑模型2 6 图4 2 接纳控制方案模块组成：2 7 图4 3基于s i p 的业务协商一2 8 图4 4s l s 协商逻辑描述2 9 图4 5 基于s l s 的接纳控制模型3 0 幽4 - 6c o p s 基本模型3 3 图4 7 带宽代理模块组成。3 4 图4 - 8 网络层次结构。3 6 图4 - 9路由器上c o p s p r 模块状态转移图3 6 图4 1 0 接纳控制状态转移图4 0 图4 1 l接纳控制核心处理流程4l 图4 - 1 2 无b b 网络场景4 2 图4 一1 3 有b b 网络场景4 3 图4 1 4 无b b 情况下视频会议点对点时延4 4 图4 - l5 有b b 情况卜视频会议点对点时延4 4 图4 一1 6 无b b 情况下视频会议时延抖动4 4 图4 17 有b b 情况下视频会议时延抖动4 4 图5 - 1 计费原型系统模型4 6 图5 2 实验室环境一4 7 6 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 参考文献 图5 3b i l l s t a t 、n e t s t a t 、r a d i u s 和s l a 数据库之间的关系4 8 图5 - 4 计费系统主页面4 9 表1 1s l a 模版2 表1 2s l s 定义2 表3 1r g i 与丢包优先级映射芙系2 4 表3 2 业务分类与d s c p 映射2 4 表4 1 拓扑路径表。3 9 表4 2 路径信息表( p a t h 表) 3 9 表4 3 链路资源信息表( 1 i n k 表) 4 0 表4 - 4 网络配置信息表4 3 表5 1用户登录测试5 0 表5 - 2 业务识别测试51 表5 3d s c p 标记测试5 2 表5 - 4 流量统计测试5 3 表5 5 用户费用测试5 4 表5 - 6 网络正常情况卜系统测试5 5 表5 7 拥塞情况下系统测试5 6 6 5 南京邮电大学硕士研究生学位论文 缩略词表 缩略词表 缩略词 英文全称 中文说明 a a a l r e a d ya d m i t t e dp a c k e t s 已接纳分组 a c r a d m i s s i o nc o n t r o lr e q u e s tp a c k e t s接纳控制申请分组 a c t a d m i s s i o nc o n t r o lt y p eb i t s 接纳控制类型位 a t m a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 异步传输模式 b b b a n d w i t hb r o k e r 带宽代理 c a c c a l la d m i s s i o nc o n t r o l 呼叫接纳控制 c o p sc o m m o no p e np o l i c ys e r v i c e通用开放策略服务 d s c p d i f ! f s e r vc o d ep o i n t ， 区分服务代码点 i c ii n t e r f a c ec o n t r o li n f o r m a t i o n 接口控制信息。 i p d vi pp a c k e td e l a yv a r i a t i o n i p 时延抖动 i p e r i pp a c k e te r r o rr a t e i p 误码率 i p l ri pp a c k e tl a s sr a t e i p 丢包率 i p p m i pp e r f o r m a n c em e t r i c s i p 性能度量 i p t di pp a c k e tt r a n s f e rd e l a y i p 时延 m p l s m u l t i p l ep r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g 多协议标签交换 p d p p o l i c yd e c i s i o np o i n t 策略决策点， p e p p o l i c ye n f o r c e m e n tp o i n t策略执行点 p i b p o l i c yi n f o r m a t i o nb a s e 策略信息库 p h bp e rh o pb e h a v i o r 每跳行为 p s p r e m i u ms e r v i c e 增值服务 r g ir e l a t i v eg r a d ei n d e x 相对等级参数 r r r e t u r nr e s u l tp a c k e t s 返回结果分组 r s v pr e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l 资源预留协议 s d ps e s s i o nd e s c r i p t i o np r o t o c o l 会话描述协议 s l s s e r v i c el e v e ls p e c i f i c a t i o n 服务等级规约 6 2 南京邮电大学硕上研究生学位论文 缩略词表 s i ps e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l会话初始化协议 s v cs w i t c h e dv i r t u a lc i r c u i t 交换虚电路 t e1 r a f n ce n g i n e e r i n g 流量工程 v 6 i pv o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c o l i p 语音 6 3 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，除了中文特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包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他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。 、汤 研究生签名：壁垒日期：兰翌堡! 。 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 或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容 相一致。除在保密期内的保密论文外，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。 珥 盏 名 台徘沼 懿咯 薤呀 南京邮i 也人学硕f j 研究生学位论义 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 计算机网络发展r 新月异，大量非传统应用如i p 语音( v o l p ，v o i c eo v e ri n t e m e t p r o t o c 0 1 ) 及视频会议不断涌现，这些新应用要求计算机网络能够提供一定的带宽、时延、 延迟抖动、分组丢失率保证等服务质量，典型特征为“高带宽、低延迟、低抖动和低分组 丢失”。原来以提供尽力而为服务( b e ，b e s te f f e c t ) 的计算机网络以“边界复杂、核心 简单”为设计原则，网络节点只提供简单的分组转发服务，显然不能满足网络发展的要求。 为此，人们提出了网络服务质量1 1 】的概念。计算机网络中的服务质量是研究网络如何 在现有资源的情况下，尽最大努力保证网络应用的服务要求，提供可以满足一定用户要求 的分组端到端时问延迟、延迟抖动、分组丢失率、带宽保证等。 目前，i p 技术在电信领域中的应用范围越来越广，从业务量来看，以i p 技术为基础 的数据业务已经超过了传统的、以电话业务为代表的、基于t d m ( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x ) 的电信业务。但是从业务收入来讲，数据业务还不能和t d m 业务相比，原因是多方面的， 这既包括运营模式、管理策略方面的原因，也包括技术方面的原因，其中主要的原因是i p 技术本身所存在的一些固有问题长期得不到彻底解决，i pq o s 问题就是一个典型的例子。 只有能够为基于i p 的数据业务提供有效的q o s 保证，才能真j 下的实现电信级的i p 运营网 络、实现基于i p 技术的电信多业务承载。 i pq o s 的研究一直是互联网研究领域和电信网研究领域的重点问题。对于i p 网络 q o s 问题的研究已经取得了许多重要的成果，这些研究成果在实际应用中也收到了一定的 效果，但是仍然存在许多问题，因此研究空间依然比较广阔。 本论文的研究课题来源于华为高校科技基金项目“基于q o s 和s l a 2 】( s e r v i c e l e v e la g r e e m e n t ) 计费的关键技术研究”，该项目着眼于q o s 和s l a 的计费问题，对现有 计费方案和i pq o s 技术进行了深入的研究。结合现有的实验条件，课题组在对s l a 以及 d i f f s e r v 3 1 技术研究的基础上，提出了基于s l a 优化i p d i f f s e r v 的计费管理方法，并在实 验环境下实现了基于q o s 和s l a 的计费原型系统。 本项目在研究现有计费技术的基础上，针对下一代网络的特点，将s l a 引入计费系统， l 塑室! ! ! ! ! 里查兰堡：! ：型塑竺堂堡垒苎j 坠! 量! ! 蔓竺一 对基于q o s 和s l a 计费的关键技术进行了深入研究。基于q o s 和s l a 的计费策略能够根 据业务类型、使用量和网络状态对用户业务进行计费，为用户提供差异化的服务，保证用 户q o s ，控制网络拥塞，合理分配网络资源。 1 服务等级协定s l a s l a 是服务提供商( i s p ，i n t e m e ts e r v i c ep r o v i d e r ) 和用户之间的协商约定，是存在 于服务提供商和用户之i 日j 的一个合约( 或者合约的一部分) ，是在服务品质、t j l 亡先权和责 任义务等方面达成的协议，是一种电信服务评估标准。s l s 【4 】( s e r v i c e l e v e ls p e c i f i c a t i o n ) 作为s l a 的技术部分，是一组参数及相应的值，定义了业务流所获得的服务。换言之，s l s 指定了与特定服务相关的网络参数及参数值。 一套标准的s l s 参数和语义说明，对于提供点对点q o s 和简化s l s 协商至关重要。 i e t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 草案提出了关于s l s 的表示方法，综合现有研究成 果本文制定了简要的s l a 以及s l s 模版，如表1 - 1 和1 - 2 所示。 表1 1s i ，a 模版 以视频点播业务为例，列出s l s 模版涉及的具体内容，如表i - 2 所示。 表1 2s l s 定义 s l s实例 服务名称视频点播 服务类别音视频实时交互型 服务等级中级 降级标志 t r u e 带宽 1 m 点对点时延 4 0 0 m s 抖动 5 0 m s 丢包率l 奉1 0 0 误码率1 + 1 0 4 可州性9 9 5 为了能够满足不同业务的特点和要求，制定的s l a 模版尽可能具有通用性和可扩展 2 南京邮i 乜人学硕l ：研究生学位论文 第一章绪论 性；同时，为了能够满足接纳控制的要求，也要尽可能保证其简洁性。为了能更好的描述 i p 服务的性能，i p p m ( i pp e r f o r m a n c em e t r i c s ) 工作组已经制定了一系列标准的度量参数。 在d i f f s e r v 中，关于业务最重要的s l s 承诺显然是建立在点对点时延、抖动、丢包率、带 宽和可用性等参数定义基础之上的。对于降级标志，是考虑到nn , jn n n 源不能满足用户 的s l a 约定时，用户是否接受降级使用。 基于s l a 计费的意义 将s l a 引入i n t e r n e t 是为了实现服务的自管理，以适应因特网复杂性逐步提高的要求。 将s l a 引入计费系统的意义1 5 】在于： 1 ) 有助于优化任务调度和资源配置。利用s l a 模型可以预测每项任务所需时间，这 样网络管理员就可以将在网络中传输的信息进行分类，限制s l a 伎用的资源，优化任务调 度，使网络达到最优化状念。 2 ) 有助于引入市场激励机制。通过s l a 反馈信息，i s p 可以实时了解当前网络状态和 用户行为，这样就可以采取动念计价机制，在不同的网络状态下采用不同的价格，通过价 格束引导用户行为，优化网络状态。 3 ) 有助于用户监督计费的真实性。用户可以按需选择服务协议并根据s l a 反馈信息 监督i s p 的计费是否真实可靠。 因此，将s l a 引入到d i f f s e r v 的计费管理中对于提高网络的可管理、可运营水平具 有重要意义。 1 2 本文主要工作 第一章主要介绍了课题的研究背景，并在此基础上简要介绍了s l a 以及基于s l a 计 费的意义。 第二章结合华为基金项目的需求，对q o s 计费做了重点研究，在此基础上设计了基于 q o s 和s l a 的计费系统模型，并对其核心模块涉及的关键技术进行了阐述。 第三章本文在分析区分服务技术的基础上，提出了一种基于业务定级的d s c p 与p h b 的映射方法，此方法将业务简要的划分为四类，对不同业务不同等级区分对待，充分体现 了结合s l a 映射的思想，实现了高等级优先处理，低等级在捌塞发生时优先丢弃的理念。 第四章在分析现有带宽代理接纳控制方法的基础上，提出了基于带宽代理的多域点对 南京邮i 也大学硕十研究生学位论文第一章绪论 点接纳控制方案模型，该模型包含了三个重要部分：s l s 协商，接纳探测以及分布式监控。 在o p n e t 仿真坏境中，简化系统模型的情况下，对c o p s p r 和接纳控制模块进行了系统 的仿真建模，并进一步分析了实验数据。实验证明：带宽代理很好的管理了网络资源，降 低了业务的网络时延及抖动，同时由于引入了接纳控制的功能，也减少了网络拥塞发生的 可能性。 第五章在实验室环境下，实现了计费原型系统。首先对系统各模块进行了功能测试， 其次，在网络正常以及拥塞状况下，对计费原型系统进行了系统联调测试，并给出了具体 的测试结果及分析。 4 南京邮电人学硕l j 研究生学位论义 第二章g - - t 二q o s 和s l a 的计费系统坠堕 第二章基于q o s 和s l a 的计费系统设计 基于q o s 和s l a 的计费系统包括了用户登录、接纳控制、流量统计、实时计费、数 据库设计等模块，本人主要负责接纳控制模块。在接纳控制技术中，本人提出了基于r g i 的q o s 映射机制( 见第三章) ，并对基于带宽代理的接纳控制方案进行了系统仿真( 见第 四章) 。首先介绍一下计费系统的设计方案。 2 1 计费系统需求分析 网络计费系统对于运营商来说是一个极其重要的支撑系统，不仅可以用于统计用户的 费用，而且还可以用来监控网络数据流量，优化网络资源分配。先进的计费系统是提供优 质网络服务的重要保证。随着宽带网络的迅速普及，使用网络资源的用户越来越多，他们 对网络服务的质量和应用需求提出了不同的要求，而现有的网络计费处理存在计费方法简 单、计费规则不合理等问题，已经严重制约网络用户的发展和新业务的推广。网络在传输 数据时，仅仅采用尽力而为服务是不能满足实时多媒体业务的传输要求的，于是i n t e m e t 上会出现多种服务类型，根据提供的q o s 来进行计费便也随之被人们所重视。 不同类型的多媒体信息在i n t e m e t 上传输时，对网络系统有不同的性能要求。如电子 邮件以及f t p 等数据传输应用，要求所传输的数据具有1 0 0 的f 确性和具有较大的吞吐 量，但对延迟和等待不十分敏感，而t e l n e t 则是一种交互性的网上操作，它需要较高的实 时性和可靠性，同时也需要数据传输具有1 0 0 的正确性。音频信息允许一定的数据丢失， 也允许一定的延迟，但是它要求连续性和同步性；对于实时视频点播，因为它同时包含了 视频信息和音频信息，所以它允许一定的数据丢失，但不允许间隔和抖动，要求网络保证 稳定和足够的传输带宽。 如果采用基于时间的计费，那么对于那些允许延迟和等待的业务，许多费用花费在网 络延迟上，而要求实时性的业务则可以在短时间内得到较大的数掘量，虽然它对网络资源 的利用远远超过了数据传输业务，而费用却不高，因为它占用的网络时间短：如果采用基 于流量的计费，业务的费用就不能正确反映各种业务对网络传输信道的要求，在相同数据 量时，延迟大、带宽窄的业务，虽然对网络要求很低，但可能比那些要求带宽大、实时性 5 南京邮f 【1 人学硕i j 研究生学位论文第二章皋十q o s 和s l a 的汁费系统设计 高的业务的费用还要高。从而造成打i p 电话和视频点播费用很低，而电子邮件、文件下载 的费用却很高，这种计费方式导致的不公平性是显而易见的。 所以，在网络对不同业务提供不同的服务时，计费策略也应该相应地改为基于q o s 的 计费。基于q o s 的计费就是度量用户对网络资源的利用程度，也就是说，计费单位要考虑 网络对用户申请的业务所提供的q o s 服务，根据q o s 参数制定。我们不再单以用户上网 时间来计费，也不能仅仅根据用户得到的总数据量末计费，要把用户上网时间、总数据流 量和业务的q o s 参数综合考虑。 本项目立足于现有q o s 计费的需要，结合华为高校科技基金项目的要求，希望通过对 基于q o s 和s l a 的计费关键技术的研究，提出基于s l a 的计费管理方法，实现基于s l s 的差异化定价方法，制定出合理可行的计费系统模型，并在此基础上搭建计费原型系统平 台。 2 2 计费系统总体设计 针对下一代网络的特点，在对网络计费涉及的计费协议、数据采集技术、计费策略以 及相关计费方案、具体实现模式进行全面调研和整体分析的基础上，我们提出了基于q o s 和s l a 的计费系统这一概念。对基于数据包的q o s 计费、基于s l a 优化i p d i t t s e r v 计费 管理方法等计费的关键技术进行了初步研究，并制订出一个合理、可行的计费系统技术方 案。该方案可实现如下功能：用户身份认证，s l a 参数管理，q o s 参数管理，接入流量业 务分类，数据包标记，资源管理和调度，计费数据采集，计费数据处理，计费数据管理， 用户帐单管理。 另外，本项目提出的融合q o s 以及s l a 计费方案，是一种针对业务定价、具有多费 用体系的准动态计费策略。用户通过签订s l s ，以合约条款的形式定义基础业务类，划分 服务质量等级：i s p 对不同的服务等级实现差异化定价，对用户实行差别服务。它采用包 括接入费用、业务费用、拥塞费用和补偿费用的多种费用体系对用户业务应用在不同状况 下，实际的资源使用情况进行计费，提高了计费的合理性。各计费参数根掘网络长期运营 的统计结果由i s p 设定，研究结果表明，这种准动态的计费方法同样可以达到动态计费控 制网络拥塞的效果，而且可以大量减少动态计费的计算复杂性，实现实时计费。本计费策 略可以使网络提供的业务具有较高的。1 1 4 i 4 - 白骨匕l , 价格比，使网络通路能够有效避免拥塞，在不降 低网络运营商收益的前提下保证用户q o s 需求的最佳性价比。 6 南京邮l n 大学坝十日 兜生学位论立第幸基于q o s 和s l a 的汁费系统世汁 1 系统拓扑 本系统是针对下一代网络的特点综合采用服务等级协议( s l a ) 模式、基于s l a 和 q o s 的接纳控制、基于动静结合的计费策略等内容建立的计费系统。本系统的网络拓扑模 型如图2 一i 所示。 嘲2 - i 整体拓扑幽 在本文设计的计费系统中，各个用户的业务流到达网络接入设备时，接入设备都会根 据用户与i s p 签订的s l a 为其调度资源丌展网络服务。在接入网络设备处，需要统计业 务流量，并将该统计数据写入计费中心数据库，进行实时计费；进入网络d i f l s e r v 域以后， 每经过一个路由器都会按照用户请求的q o s 参数分配网络带宽，并进行路由调度，同时路 由器会将这次路由分发的网络资源的指标参数反馈给计费中心数据库：在业务流到达目的 网关之后，目的网关会统计收到的流量，将统计信息写入计费中心数摒库，根据合同调整 用户使用费用。计费中心数据库不断地把新产生的计费信息发送给各对应的i s p ，作为1 s p 对用户收费和i s p 相互之间结算的依据。 2 计费系统模型 凌计费系统模型如图2 2 所示，包括接入网关、d i f f s e r v 域、目的网关和计费中心。 与系统功能实现密切相关的模块有s l a 签订模块、用户认证和配黄模块、接纳控制模块、 数据采集模块、数据处理模块和计费模块。其中，s l a 签订模块、用户认证和配置模块、 接纳控制模块分布在接入网关单元。s l a 是用户事先与i s p 簦订好的，在系统中体现为s l a 数据处理模块可以分抑在接 网关单元上，也可以分柿在区分服务域中，对从网关、区 分服务域和目的网关采集到的数掘进行分析、处理，并转换为系统处理所需要的数据。计 费模块可以分布在接入网关单元上，也可以分布在区分服务域中。数据库的创建、管理和 南京邮电人学硕士研窒圭兰垡堡奎 笙三垩苎旦! 兰塑! 兰垒塑! 壅墨竺垦生 维护也是该系统的重要组成部分。 图2 - 2 计费系统功能模块 首先，i s p 按照已经制定好的s l a 模板与用户签订s l a 协定，并将每个用户的用户信 息和s l a 协定分别存入用户和s l a 数据库；然后，用户登录时，接入网关上的用户认证 和配置模块对用户身份加以认证，合法用户成功登录，并按照s l a 数据库中的用户s l a 协定信息配置用户；非法用户拒绝登录。当合法用户请求某种业务时，通过业务感知模块 确定用户现在开始的业务类型，参照用户配置的s l a 信息，看是否用户已经签订此项业务， 并调用其业务相关参数。接下来便是进行接纳控制，按照当前的网络资源和一定的资源管 理以及调度策略来决定是否能为用户开展此业务，若不能，查看是否能够降级服务，从而 最终决定能否接入用户请求的业务，对于成功接纳的用户根据q o s 原则对业务进行合理的 的资源分配和业务调度，转发业务数据流。离丌接入网关，数据流进入到一个d i f f s e r v 的 网络环境之中，直到目的网关，到达目的主机。目的网关将本次通信的s l a 监控信息返回 接入网关，接入网关经数据处理后把s l a 监控数据及时记录进s l a 数据库，经流量统计 后把计费相关数据存入计费数据库，由计费模块按照计费策略进行计费，形成用户的账单。 8 南京邮i 乜人学硕1 ：研究生学位论文笫二章皋于q o s 和s l a 的计费系统没哇 2 3 系统主要模块设计 计费系统模型包含了接入网关、d i f f s e r v 域、目的网关和计费中心四个组成部分，现 对其中的用户登录模块、接纳控制模块、流量统计模块以及实时计费模块四个核心模块进 行系统设计，具体如下。 2 3 1 用户登录模块 用户登录模块分为用户请求、身份认证、余额管理和用户配置四个子模块，实现用户 的合法性认证、余额管理以及资源授权等功能，如图2 3 所示。首先，用户向接入网关发 送接入请求，等待身份验证：然后，身份认证子模块查询数据库中的用户信息，若密码正 确并通过相应的加密认证机制，进入余额管理子模块：如果帐户有余额，则进入用户配置 阶段，否则拒绝该用户请求；最后，用户配置子模块给该用户动态分配i p 地址，查询该用 户的s l a ，并根据s l a 的内容，在接入网关上为该用户分配资源。 图2 3 用户登录流程图 软件平台采用l i n u x 6 1 下流行的r a p p p o e l 7 8 】服务端结合f r e e r a d i u s 9 】以及m y s q l 进行 a a a 川认证。分为用户请求、身份认证、余额管理和用户配置四个子模块。 1 用户请求 9 南京邮也大学硕| j 研究生学位论文第二章基于q o s 和s l a 的计费系统没汁 用户通过客户端软件，如w i n x p 自带的p p p o e 客户端软件，查找本网段内的p p p o e 服务器，找到后，向p p p o e 服务器提交用户名和密码，等待身份验证。 2 身份认证 p p p o e 服务器接收到用户认证请求后，咨询r a d i u s 服务器( 用户信息存放在r a d i u s 数据库) ，r a d i u s 数据库上如果存在该用户，并且通过密码验证( 密码可以采用明文或m d 5 加密) ，则进入余额管理子模块。如果该用户不存在，则视为无效用户，p p p o e 服务器拒 绝该用户请求。 3 余额管理 余额管理通常不需要直接去判断余额。我们给r a d i u s 数据库增加两个用户组，组名分 别为d y n a m i c 和s u s p e n d ，并设置相应属性。通过s h e l l 脚本，对每个帐户余额进行周期性 扫描，如果余额大于零，我们将用户加入到d y n a m i c 。组，位于该组的用户都为合法用户， 能够f 常接入；如果余额小于或等于零，则将该用户加入到s u s p e n d 组，表示用户欠费， 拒绝接入。r a d i u s 服务器只需判断用户是否属于d y n a m i c 组，是则向p p p o e 服务器发回用 户认证成功回应，进入用户配置阶段。 4 用户配置 1 ) p p p o e 服务器在收到r a d i u s 服务器的认证成功回应后，做以下工作： 首先，给该用户动态分配i p 地址，同时运行脚本进行用户名和i p 地址绑定，绑定结 果写入s l a 数据库u s e rs l a 表： 其次，查询s l a 数据库，获取该用户和i s p 签订的s l a 。根据s l a 协定内容，在接入 网关上为该用户配置相应的防火墙规则和q o s 设置。 2 ) r a d i u s 服务器认证成功后，做以下工作： 给该用户动态分配i p 地址，并在r a d i u s 数据库r a d a c c t 表中记录用户的相关信息，如： 用户名、动态分配的i p 地址、该用户物理网卡的m a c 地址、发生的流量，用户登录时刻 等。 相反，当用户登出时，p p p o e 服务器除了释放该用户资源，还需运行脚本解除用户名 和i p 绑定，将u s e r s l a 表中i p 字段设置为o f f i i n e ，同时r a d i u s 服务器还将记录用户登出 时刻。 1 0 南京邮电犬学硕一l 二研究生学位论文 第一二章基于q o s 和s l a 的计费系统设计 2 3 2 接纳控制模块 接纳控制【1 2 j 5 1 是在有网络或用户业务请求时，根据请求的业务特性、服务质量要求和 当前网关资源( 带宽、缓冲区) 情况判断是否接纳该请求，并进行资源调度服务。接纳控 制可以同时实现两个目标： 1 ) 根据s l a 要求，尽可能保障所有连接的q o s ； 2 ) 有效地提高网络资源利用率，即在用户需求和网络效益最大化之间取得良好的折 中。接纳控制作为一种预防性的流量控制手段，是实现网络q o s 保障的重要手段。 幽2 4 接纳控制各功能子模块 接纳控制模块的各功能子模块如图2 - 4 虚线框中所示，分为业