（计算机系统结构专业论文）基于ipv6的服务质量的计费系统的研究与实现.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 随着网络技术的发展和各种网络服务迅猛发展，各种口网络服务也随之得到 飞速发展，这些网络服务的发展离不开网络计费系统的支持。计费是网络提供商 获取报酬的最主要最为直接最有效的手段，同时也是关系到整个网络的运营和网 络服务发展的经济基础，具有相当重要的地位。但是，当前的各类网络计费方式 存在各种缺陷，单一的计费方式，越来越不能满足用户不同的业务需要，也无法满 足更多更复杂的业务计费。同时，这种单一的计费方式容易造成网络资源的浪费、 增加拥塞发生率，降低了服务质量，严重影响了用户的满意度。单一的计费也无 法让网络运营商利用价格杠杆调节用户的网络行为。于是计费管理进入了策略计 费时代，策略计费能够为不同业务提供不同等级的计费服务，但无法根据用户所 需要的服务质量进行计费。 在下一代网络n g n 中，更加丰富的业务类型，以及不同业务类型对服务质量 要求的不同，要求网络提供商施行新的计费方式和策略。于是就提出了基于q o s 的计费策略，基于服务质量的计费策略能基本满足运营商和用户的要求，针对不 同服务质量，不同的业务进行不同的计费。但是，这种基于服务质量的q o s 计费 只是根据用户和运营商事先的q o s 协商s l a 进行计费，实质上是一种基于服务类 型的计费，并非真正的q o s 计费。另外，根据不同q o s 等级的业务采取不同的定 价以让用户获得不同的服务质量，可能会由于不公平的定价策略可能引发用户不 正确的网络行为，从而影响网络运营的效率。 因此，本文在深入研究了下一代网络的基础上，参考计费功能模型的基础上， 提出了一种在i p v 6 网络中基于业务运行时获得真实q o s 的计费策略，并在实时运 行中，根据当前o o s 对事先协商的s l a 计费策略进行修正，制定实时的价格。以 便网络提供商通过价格杠杆来控制用户的网络行为和控制资源分配及利用，从而 优化网络状况，提高用户满意度。最后对该计费策略实现了一个模型系统，并通 过模拟仿真证明本方案的可用性。 关键词： i p v 6 ，服务质量，策略计费，服务类型计费，真实q o s 计费策略 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e tt e c h n o l o g y , t h ei ps e r v i c e sd e v e l o pq u i c k l y i tn e e d s as u p p o r to fn e t w o r kb i l l i n gs y s t e m n e t w o r ka c c o u n t i n gi sad i r e c ta n de f f e c t i v e m e t h o dt oo b t a i nt h er e w a r df o rt h en e t w o r ks e r v i c ep r o v i d e r s ，a n da l s op l a ya n i m p o r t a n tr o l ei nt h eo p e r a t i o na n dd e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e t n e v e r t h e l e s st h e r ea r e s o m el i m i t a t i o n s e s p e c i a l l yb i l l i n gw i maf l a t - f e ep r i c i n gm e t h o d i tsn e i t h e rs a t i s f i e d t h en e e do f t h eu s e r sr e q u i r e ，n o rt h ec o m p l e xb i l l i n go p e r a t i o n m e a n w h i l e ，t h ef l a t - f e e p r i c i n gl e a d saw a s t eo fn e t w o r kr e s o u r c e ，i n c r e a s e s t h e p r o b a b i l i t yo fn e t w o r k c o n g e s t i o na n dr e d u c e st h es e r v i c eq u a l i t y a l lo ft h i si n f l u e n c e st h eu s e r ss a t i s f a c t i o n t h en e t w o r ks e r v i c ep r o v i d e rc o u l dn o ta d j u s tt h er i s e r sa c t i o no fu s i n gn e t w o r k r e s o u r c ew i t hp r i c i n gl e v e r a g e i no r d e rt or e s o l v et h i s p r o b l e m ，p o l i c y - b a s e d a c c o u n t i n gc o m e sd o w n i nt h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，n e wb i l l i n gm e t h o d sa n dn e wb i l l i n gp o l i c ya r e r e q u i r e df o rt h ea b u n d a n c et y p e so fo p e r a t i o na n di t ss e r v i c eq u a l i t y ab i l l i n gp o l i c y w h i c hb a s e do nt h eq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) i sp u tf o r w a r d t h eq o s b a s e db i l l i n g p o l i c yc a ns a t i s f yw i t ht h en e t w o r ks e r v i c ef o rb o t hp r o v i d e r sa n du s e r s d i f f e r e n t o p e r a t i o n sp r o v i d ed i f f e r e n tb i l l i n gp o l i c i e sw i t hd i f f e r e n tq u a l i t yo fs e r v i c e s t h i s q o s - b a s e db i l l i n gn e e du s e rc o n f e r r i n gw i t l ln e t w o r ks e r v i c ep r o v i d e ro ns e r v i c el e v e l a g r e e m e n t ( s l a ) b e f o r eb i l l i n g , a n dt h e nw h e n u s e rs t a r t st ou s i n gn e t w o r k ，t h eb i l l i n g s y s t e ms t a r t sc h a r g i n ga c c o r d i n ga st h es l a t h i si sa c t u a l l yat y p eo fs e r v i c e ( t o s ) b a s e do nb i l l i n g i na d d i t i o n ，i ta f f o r d sad i f f e r e n tp r i c eo fd i f f e r e n ts e r v i c et ot h eu s e r s w i t hq o s - b a s e db i l l i n g ：u n f a i rc h a r g i n gp o l i c ym a yl e a dn e t w o r ku s e r su s en e t w o r k r e s o u r c ei n c o r r e c t l y , e v e nr e d u c e st h ee f f i c i e n c yo f n e t w o r kc o n s e q u e n t l y t h i sp a p e rd e e p l yr e s e a r c h e st h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r ka n db i l l i n gf u n c t i o n r e f e r e n c e ，a n dt h e np r e s e n t sam e t h o do fq o s - b a s e db i l l i n ga r c h i t e c t u r ew h i c hb i l l i n g s y s t e mp r o v i d e sar e a lq o sb i l l i n g ：ac h a r g i n gp o l i c ym o d i f i e st h ea r r a n g e ds l a a c c o r d i n gt ot h er e a lq o su s a 8g e t n e t w o r ks e r v i c ep r o v i d e rc a nl e a dt h en e t w o r k u s e r s b e h a v i o ro fu s i n gn e t w o r kr e s o u r c ea n dc o n t r o lt h ed i s t r i b u t i o no fn e t w o r k r e s o u r c e ，a i m i n gt ot h ea c h i e v ew h i c hn e t w o r ks t a t u sc a nb eo p t i m i z e da n dn e t w o r k 1 1 s e 瓤3c a ng e tab e t t e rs a t i s f a c t i o n a tl a s t ，a ne m u l a t i o n a le x p e r i m e n ta n dam o d u la r e p r o v e dc o l t e c t n e s so f t h eq o s - b a s e d a r c h i t e c t u r ea n dt h ec h a r g i n gp o l i c y k e y w o r d s ：口v 6 ，q u a l i t yo fs e r v i c e ，p o l i c y - b a s eb i l l i n g ， l o s ，r e a lq o sp o l i c y i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中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，也不包含为获得重迭太堂 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谢意。 学位论文作者签名：绌青匆签字日期：跏7 年月e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于， 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：致够、守勿 导师签名：夕侈专交 签字日期：汹7 r 年月日签字日期：舻6 月配日 重庆人学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 计费是运营支撑系统的一个重要组成部分，它直接关系到网络运营商的收益及 其运营战略，其主要功能有【l 】：1 、对用户使用的网络运营商提供的网络资源和基 本服务进行计量，使得网络运营商根据计量记录向用户收取费用。2 、对内容提供 商提供的服务所使用的网络资源和基本服务进行计量。在内容商托管的情况下能 够为内容提供商进行费用计量。3 、通过费率政策实现对用户的网络状况进行控制 和调整。4 、为相关单位提供客户相关信息，使内容提供商和服务提供商能够把握 客户消费的基本状况和提供对市场的评价。计费系统的质量将影响整个运营支撑 系统是否能否成功实施。下一代网络的进一步发展也对计费系统提出了新的要求。 1 1 本文的研究背景与问题的提出 目前，运营商的宽带网络基础建设相继完成，带宽的竞争已经由基础网络建设 的竞争转为如何吸引终端用户的竞争。于是，如何快速地发展用户，如何制定合 理的宽带上网资源，如何管理用户的上网行为等系列问题是所有宽带网络运营商 所关心的。用户的需求是多层次的，计费系统必须能够为不同需求的用户提供不 同的服务并按不同的要求进行不同的收费。计费对于m 网络运营管理来说是至关 重要的，也是运营商们都必须首先解决的一个棘手的问题。 随着i p v 6 主干网络的建成，基于i p v 6 上的应用将逐渐增加，如i p v 6 视频会 议i p v 6 上的p 2 p 应用，以及目前已经在i p v 4 上应用的v o i p ，m t 、，v o d ，网络 游戏也将逐步转移到i p v 6 上来等等。而目前的网络计费的方式和策略主要包括： 包月上网，限时上网，流量计费，限带宽等等比较简单的形式，它们都是属于典 型的直接接入型计费。这些计费方式和策略在当前和未来日益丰富的网络应用中 越来越不能适应广大用户的需求。用户除了满足简单的接入服务，更是强烈要求 网络运营商在对网络视频，网络音频，网络游戏，远程教育，股票交易等对q o s 要求较高的服务领域提高服务质量。同时，对不同业务采用不同的计费方式，对 开发新的i p v 6 上的新的业务有着巨大的促进作用。因此，计费技术不仅仅是增强 网络运营商的利润空间和给用户带来更透明的消费、更好服务质量，而且能在很 大程度上促进宽带技术的进一步应用和下一代互联网络( i p v 6 ) 在更大范围内的普 及【2 1 。 下一代互联网络将是一个更大地址空间，更快速度，更安全的网络。i p v 6 是下 一代互联网络的核心技术。随着口v 6 的启用，口地址将从2 的3 2 次方增加到2 的1 2 8 次方【3 】【4 】，这是一个理论上无限大的地址空间；在下一代互联网中，速度 重庆大学硕士学位论文1 绪论 强调的是端到端的速度，2 0 0 4 年1 2 月7 日，c e r n e t 在北京与天津之间就实现了 世界上第一次有真实流量的4 0 g 的互联带宽；下一代互联网络在设计之初就从体 系结构上充分考虑了安全问题，使网络安全的可控性和可管理性大大的增强。i p v 6 不仅在地址上的有着比m v 4 更大的地址空间，在下一代互联网更强调端到端的绝 对速度，同时，下一代互联网络更加的安全。 口服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 【5 】是指m 数据流通过网络时表现出来 的特性，这种特性的主要指标包括传输服务的可靠性、延时、延时抖动、吞吐量、 丢包率。i pq o s 是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等一系列问 题的一种技术。i p q o s 对于普通的特定的无时间显示的应用系统是没什么意义的， 但是，i pq o s 对关键性应用和多媒体应用就非常必要了。当网络过载或者拥塞时， i pq o s 能确保重要业务不受延迟或丢弃，同时保证网络高效的运行。在i p v 6 报头 中的8 位用于对报文业务类别进行标识的传输类别( t r a f f i cc l a s s ，t c ) 6 1 7 1 和2 0 位用于标识属于同一业务流的包的流标签( f l o wl a b e l ，f l ) l 【7 】是i p v 6 协议层面提 供的用于支持q o s 的实现。 随着网络应用的不断深入，特别是在口v 6 下大容量高带宽的网络应用使得目 前网络计费模式和计费策略出现很多弊端，特别是基于流量的计费系统，固定的 费率使得网络用户计费很不合理，无法适应未来网络的计费需求。因此，研究个 性化服务的、根据q o s 服务质量的计费很有必要。目前在i p v 4 网络上支持q o s 服务质量的计费系统处在研究阶段，实际应用都非常少，i p v 6 网刚刚起步，各种 支撑应用很少，计费系统基本没有。因此，很有必要对m v 6 下基于q o s 的计费进 行研究。 1 3 研究的目的和内容 基于口v 6 上的i p 服务质量的计费系统的设计与实现，结合i p v 6 特点进行计费 系统的深入研究，研究合理的基于服务质量的计费算法策略；提出i p v 6 下支持策 略管理的计费框架，以及基于真实q o s 的计费策略和基于有效公平定价策略，以 适应下一代网络业务的需求，降低拥塞率，提高用户的满意度，最大化网络运营 商的利益。 1 4 本文的组织结构 第一章作为全文的绪论，介绍了本文的研究背景及意义，以及本文的工作。 第二章介绍下一代口网络发展现状，以及i p 网络下的计费发展现状，指出口 网络计费的发展方向是q o s 计费和策略计费。 第三章介绍q o s 技术，以及i p v 6 下q o s 性特性。 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 第四章介绍策略计费。介绍了为什么要策略计费，以及策略计费的模型框架。 第五章提出了基于i p v 6 上的服务质量的计费体系，以及真实q o s 的计费策略 和有效公平性定价策略。 第六章计费系统的设计与实现。 最后对本文工作进行了总结。 重庆大学硕士学位论文 2i p 网络计费 2i p 网络计费 2 1i p v 4 简介 i n t e m e t 依靠t c p m 协议，在全球范围内实现不同硬件结构、不同操作系统、 不同网络系统的互联。在i n t c r n e t 上，每一个节点都依靠唯一的口地址互相区分 和相互联系。每个口地址都包含两部分网络i d 和主机i d 。网络i d 标识在同一 个物理网络上的所有宿主机，主机d 标识该物理网络上的每一个宿主机，于是整 个i n t e m e t 上的每台计算机都依靠各自唯一的m 地址来标识。i p 地址构成了整个 i n t e m e t 的基础，从网络的层次结构考虑，一个地址必须指明两点：1 属于哪 个网络：2 是这个网络中的哪台主机。于是，m 地址的格式为：网络号、主机号。 目前因特网使用的地址都是口v 4 地址，3 2 比特，通常用4 个点分十进制数表 示，如：2 0 2 1 1 2 1 4 1 。它主要由两部分组成：一部分是用于标识所属网络的网络 地址；另一部分是用于标识特定网络上的某个特定主机的主机地址。为了给不同 规模的网络提供必要的灵活性，m 的设计者将i p 地址空间划分为几个不同的地址 类别，地址类别的划分就针对于不同大小规模的网络。 a 类网：网络号为1 个字节，定义最高比特为0 ，余下7 比特为网络号，主机 号则有2 4 比特编址。用于超大型的网络，每个网络有1 6 7 7 7 2 1 6 台主机( 边缘号码 如全“0 ”或全“1 ”的主机有特殊含义，这里没有考虑) 。全世界总共有1 2 8 个a 类网络，早已被瓜分完了。 b 类网：网络号为2 字节，定义最高比特为l o ，余下1 4 比特为网络号，主机 号则可有1 6 比特编址。b 类网是中型规模的网络，总共有1 6 3 8 4 个网络，每个网 络有6 5 5 3 6 ( 2 1 6 ) 台主机( 也忽略边缘号码) 。 c 类网：网络号为3 字节，定义最高三比特为l l o ，余下2 l 比特为网络号，主 机号仅有8 比特编址。c 类地址适用的就是较小规模的网络了，总共有2 0 9 7 1 5 2 个网络号码，每个网络有2 5 6 台主机。 d 类网：不分网络号和主机号，定义最高四比特为1 1 1 0 ，表示一个多播地址， 即多目的地传输，可用来识别一组主机。 如何识别一个口v 4 地址的属性? 只须从点分法的最左一个十进制数就可以判 断其归属。例如，1 1 2 6 属a 类地址，1 2 8 1 9 1 属b 类地址，1 9 2 2 2 3 属c 类 地址，2 2 4 2 3 9 属d 类地址。除了以上四类地址外，还有e 类地址，但暂未使用。 对于因特网妒地址中有特定的专用地址不作分配： ( 1 ) 主机地址全为“0 ”。不论哪一类网络，主机地址全为“0 ”表示指向本网，常 用在路由表中。 4 重庆大学硕七学位论文 2i p 网络计费 ( 2 ) 主机地址全为“1 ”。主机地址全为“l ”表示广播地址，向特定的所在网上的所 有主机发送数据报。 ( 3 ) 四字节3 2 比特全为“l ”。若口地址4 字节3 2 比特全为“1 ”，表示仅在本网 内进行广播发送。 ( 4 ) 网络号1 2 7 。t c p i p 协议规定网络号1 2 7 不可用于任何网络。其中有一个特 别地址：1 2 7 0 0 1 称之为回送地址( l o o p b a c k ) ，它将信息通过自身的接口发送后返 回，可用来测试端口状态。 由于口v 4 采用了3 2 b i t 的地址结构，从理论上讲可以提供近4 3 亿的主机数量， 但实际上所能分配的地址远远小于该数目。这种地址配置的效率非常低下，主要 是由于口v 4 地址以a 、b 、c 等类别进行认为划分。在i n t e m e t 的发展初期，由于 对其发展速度估计不足，都以为地址空间将会一直非常宽裕，所以有很多时候， 一个公司、一所大学就能获取到一个a 类或b 类地址。同时由于历史的原因，美 国一些大学和公司站用了大量的口地址。而截止到2 0 0 5 年底，我国大陆口v 4 地 址总数为7 4 3 9 1 2 9 6 个，合4 a + i l l b + 3 1 c 。也就是说，每2 6 个中国人只能分享一 个球地址。与此形成鲜明对比的是，美国2 亿多人口拥有近1 2 亿地址，站口v 4 地址的四分之一，平均每个美国人享有5 个地址，由此产生的结果是，一方面被 占用的地址大量空置，另一方面是在互连网快速发展的国家i p 地址紧缺。有专家 预测，m v 4 地址将在2 0 1 1 年耗尽。 2 2i p v 6 发展现状 2 2 1i p v 6 简介及发展现状 为了解决口v 4 存在的这些问题，i e t f 下一代网络协议i p n g 工作组于1 9 9 4 年 9 月提出t h e r e c o m m e n d a t i o n f o r t h e i p n e x t g e n e r a t i o n p r o t o c o l 草案，并在1 9 9 5 年底确定了i p n g 协议规范，称为口版本6 ，即i p v 61 3 1 。i p v 6 所提供的巨大的地 址空间以及所具有的诸多优势和功能，使其成为构筑下一代网络的重要基础，从 提出至今获得了普遍关注和广泛认可。 i p v 6 正在全球受到越来越多的重视。在亚洲，由于缺少地址等原因，对待i p v 6 的态度比欧美积极，其中最积极的同本，日本政府把i p v 6 技术的确立，普及与国 际贡献作为政府的基本政策，将现行网络推进过渡到i p v 6 网络作为“超高速网络建 设和竞争政策”的具体目标。 中国对i p v 6 的研究是从1 9 9 8 年开始的。2 0 0 0 年，建立起了中国第一个面向商 用的i p v 6 实验床，2 0 0 1 年实现了与清华大学和北京邮电大学的互联互通，并加入 了6 b o n e 。 5 重庆大学硕士学位论文 2i p 网络计费 2 2 2i p v 6 特性 i p v 6 的主要特性有：新的协议头格式、巨大的地址空间、内置的安全性、更好 的支持q o s 、有状态和无状态的地址配置、高安全、高效率性路由选择、内置的 移动性、具有可扩展性等等。 i p v 6 的报文格式：i p v 6 的数据报有一个固定大小的基本首部，其后可以有 零个或多个扩展首部，再后是数据。i p v 6 的基本首部仅包含8 个字段( m v 4 是1 3 个字段) ，在口v 4 数据报首部中的选项和一些固定的字段，i p v 6 中被移到了扩展 首部。这一改变使得路由器能很快地处理分组。 辍攀( 4 lk 壁( 搿务凌键 黔熬擀包0 k 嚏( 1 5 ) 如q 纡( 1 妨 耘鑫( 3 ) l 舒罐锻榜照( 1 3 ) 掌露謦于端( s 传辘辫l z ( 8 )搬兔竣孵轺( 1 6 ) 惦滁地域( 3 2 ) 像窝地垃( 3 2 ) 迭滞( 扔壤亳f 奄莨) 蛾的撬豫 敝奉( 牲输漶蹙掣( 8 )嚣【獭赢酝麓( 2 0 ) 柯饿巍褥莨匿( 1 酏f 。中撵璺、( g ) l 髓嚣馘搿勖 髂簿地缝( 1 2 8 ) 偿鬻地照( 1 2 8 ) 廖话静蒸霉簸燕 图2 1 腰v 6 基本报头和i p v 4 报头的比较 f i g2 1 口v 6h e a d e rc o m p a r ew i t l li p v 4h e a d e r 版本：4 位。表m 协议的版本号，i p v 6 报头中该字段值为6 。 传输类别：8 位，可用于信源点和转发路由器标识和区分不同的i p v 6 包的类别 或优先级。 6 重庆大学硕士学位论文 2i p 网络计费 数据流标签：2 0 位数据流标签。用于源节点标识那些需要i p v 6 路由器处理的 包的序列。 有效数据长度：1 6 位无符号整数，表口v 6 有效数据长度。也就是以8 位组为 单位，在这个包中i p v 6 首部后面的其余部分的长度。( 注意，扩展首部将被认为是 有效数据的一部分，计算在有效长度内) 。 下一个首部：长度为6 位。标识紧接在i p v 6 首部后面的下一个首部的类型。 使用与m v 4 协议字段相同的数值。 跳数限制：6 位无符号整数。在每个传输此包的接点处递减1 。如果跳数限制 为零，就抛弃此包。 源地址：1 2 8 位包的发送方的地址。 目的地址：1 2 8 位的预期接收方的地址( 如果存在路由首部可能不是最终的接 收者) 。 i p v 6 的地址空间：i p v 6 的地址空间由口v 4 的3 2 b i t 扩大到1 2 8 b i t ，i p v 6 的 1 2 8 地址长度形成了巨大的地址空间，彻底解决了邛v 4 地址不足的难题。 i p v 6 的安全性：随着口网络在商用和消费网络中的重要性与日俱增，缺乏 安全性已经成为口网络的一个重要缺陷，因为攻击所导致的潜在危害将具有空前 的破坏性。m 邗在i p v 6 中提出了全新的网络安全体系结构标准i p s e s 。i p v 6 加强 了对数据包的加密和认证，克服了口v 4 协议在源路由器攻击、口地址假冒、网络 窃听、多次重发等方面的不足。 球v 6 的服务质量( q o s ) ：服务质量( q o s ) 包好了几个方面的内容。从协 议的角度来看，i p v 6 的优点体现在能提供不同水平的服务。这主要由于i p v 6 报头 中增加了业务级别和流标签。有了它们，在传输过程中，中间的各节点就可以识 别和分开处理任何口地址流。尽管对这个流标签的准确应用还没制定出相关标准， 但在将来它会应用于基于服务级别的新的计费系统。另外，i p v 6 也有助于改进服 务质量。这主要表现在支持“时时在线”连接，防止服务中断及提高网络性能方面。 2 3i p 网络计费 2 3 2i p 网络计费现状 现有的计费服务【8 l 系统主要有三种：基于网管的计费系统、基于代理服务器 的计费系统和基于网关的计费系统。 基于网管的计费系统： 基于网管的计费系统主要是利用s n m p 网管协议获取网络硬件设备上m a c 或 者口的流量记录和统计，由计费服务器和路由器合作完成。遵照s n m p 网管协议 的工作原理，由计费服务器充当s n m p 的m a n a g e r ，路由器充当s n m p 的a g e n t ， 7 重庆大学硕士学位论文2 口网络计费 由计费服务器定期向路由器发送s n m p 请求s n m p w a l k 从路由器上获取数据，然后 本地处理数据，完成数据的存储、统计等同能，提供能直接为计费使用的数据格 式。 它的主要缺点是： 1 ) 效率低，s n m p 本身不是用来完成计费功能的，这种计费是属于事后型计 费。 2 ) 对网络带宽的性能影响很大，m a n a g e r 频繁的向a g e n t 发送命令，将对网络 带宽造成很大的影响。 3 ) 对路由器性能影响很大，计费服务器发送给路由器的每次请求都需要路由 器重复的“响应一处理一发送”过程大大的加重了路由器的处理负担，降低了路由器 处理其他事务的处理效率。 4 ) 不准确，在宽带网络的环境中，i p 地址、m a c 地址、v c 、交换机端口等 参数都在一定程度上代表用户，但又都不能唯一确定用户的身份。 基于代理服务器的计费系统： 用户只有通过授权认证后才能使用代理，代理记录下用户访问的每一个地方， 然后根据记录的日志计费。 基于p r o x y 的计费系统至少有如下几个缺点： 1 ) 不全面，有漏失。因为许多口应用不能通过代理或不可被代理，这些口 包显然无法被统计和计费。 2 ) 不准确。从应用层推算m 层的流量，就像拿把本身刻度就不准的尺去量 长度一样，其误差是显而易见的。 3 ) 效率低。p r o x y 大部份运行在w i n n t 、l i n u x 或s o l a r i s 操作系统平台上。 p r o x y 和这些操作系统对系统的开销很大，再加上数据库和计费软件的开销，结果 是随着用户数和流量的增加，系统越来越慢，甚至崩溃。 4 ) 无法杜绝多人共用同一账号上网。目前还有少部分小区或小型网络还再使 用这样的系统。 基于网关的计费系统： 基于网关的计费系统一般都是在出口路由器内放置一透明计费网关，在口层 上对经过网关的所有流入流出数据，计费网关都将进行处理，计费网关对用户和 网络设备都是透明的。这样可以对宽带上网提供用户身份认证、带宽控制、多i p 服务的管理与计费等问题，并支持多种计费策略。基于网关的计费系统很好的解 决了网管型和代理服务器型计费的很多缺点，目前大部分但目前的计费系统没有 提供基于q o s 的计费。 总体来说，这几种计费方式都能在网络发展初期满足网络运营商和用户的需 重庆大学硕士学位论文 2i p 网络计费 求，但是随着网络计费的发展，以及用户对服务类型和服务质量要求的提高，目 前这些计费方式越来越不满足用户和网络运营商的需求了。需要新的计费方式来 适应网络发展的需要。 2 3 3 计费认证方式 认证是网络计费中一个非常重要也非常基础的环节。认证是认证一个用户的真 实性，以便对用户的上网行为进行计费。目前，业界常用在计费主要有三种认证 的方式：p p p o e l 9 1 、w e b 、8 0 2 1 x t l 0 】和r a d i u ss e r v 一1 1 认证，下面分别对这些认 证方式做一个简要的介绍。 p p p o e 以太网上的点对点协议( p p po v e re t h e m e t ) 技术，主要目的是把最经济的局 域网技术、以太网和点对点协议的可扩展性及管理控制功能结合在一起。它使服 务提供商在通过数字用户线、c a b l em o d e m 或无线连接等方式，提供多用户的宽带 接入服务时更加简便易行。 p p p o e 认证的优点是：它是窄带拨号技术在以太网接入技术的延伸，和原有的 窄带网络用户接入认证体系一致，最终用户比较容易接受。并且业界的设备大部 分都支持。缺点：p p p 协议需要再次封装，封装的效率很低。p p p o e 的发现阶段会 产生大量的广播包，影响网络的性能，需要有专门的客户端软件进行登录。 w e b 方式 w e b 认证是用户使用w e b 的方式，通过在浏览的页面中输入用户名和密码实 现用户的认证。w c b 认证是目前比较流行的认证方式。它不需要特殊的客户端软 件，与系统平台无关，使用d h c p 得到口地址，没有额外的封装开销，并支持多 播协议。 但是，w e b 认证承载在七层协议之上，对于设备的要求较高，建网的成本高， 用户的连接性差，不容易检测到用户离线。 8 0 2 1 x 认证 i e e e 8 0 2 1 x 是基于端口的访问控制协议，能够在利用i e e e 8 0 2 局域网的优势 基础上提供一种对连接到局域网设备或用户进行认证和授权的手段。通过这种方 式的认证，能够在局域网这种多点访问环境中提供一种点对点的识别用户的方式。 8 0 2 i x 协议为二层协议，不需要到达三层，且接入层的交换机不需要支持 8 0 2 1 q ，业务报文直接承载在二层报文上，用户通过认证后，业务流和认证流分离， 对后继的数据包没有特殊要求。但是该协议目前还没有正式的标准化，并且与 8 0 2 1 q 不兼容，而且需要专门的客户端软件进行登录。 对于这三种方式的普及率，最早以p p p o e 为最多，当w e b 方式得到越来越多 的设备厂商的支持之后，它更加受运营商的青睐，而8 0 2 i x 为新的技术，标准还 9 重庆大学硕士学位论文 2i p 网络计费 未形成，少量厂家支持。 r a d i u ss e r v e r 随着网络的高速发展，远程拨入用户的数量也在很快的增加，r a d i u s ( r e m o t e a u t h e n t i c a t i o nd i a li nu s e rs e r v i c e ) 是l u c e n t 实验室开发的基于c l i e n t s e r v e r 的拨 号安全认证协议标准，它通过授权认证来提供安全服务。r a d i u s 服务器把用户的 认证信息集中在一台服务器管理，支持r a d i u s 协议的客户端，把用户要求的认 证信息( 用户名和口令) 送到r a d i u s 服务器认证，只有在和服务器上用户数据 库中信息一致时，才被允许进入网络。认证信息以加密的方式在客户端和服务器 间传送。同时r a d i u s 服务器也可对每个用户进行安全和计费管理。 总之，这几种认证方式目前还是用的很普遍，也能满足网络运营商的需要，以 及计费的需要。在下一代网络中，为了增强网络安全性，人们对r a d i u s 协议进行 了改进以让r a d i u s 能适应i p v 6 t 1 4 1 ，另外还提出了d i a m e t e r 认证协议f ”】，它充分 利用了i p v 6 的安全特性，能更好的实现认证过程的安全性。 2 3 4i p v 6 下可用计费方式 计费要素主要包括计费时间，计费流量，计费内容计费的服务质量【1 】圆等等。 从计费要素来看，目前m 网络计费可以使用以下几种方式； 基于时长的计费：在i p v 6 网络中，业务仍然可以按照时长进行计费，实现方 式和i p v 4 网络没有差别。但由于口v 6 网络中存在一部分业务会要求终端永远在线， 如家用电器的远程监控、安保等，因此基于市场的计费方式在口v 6 网络中的比重 会有所下降。 基于流量计费：i p v 6 和口v 4 相比，在地址空间等方面进行了完善，而基于流 量计费的核心是计算数据流量的大小，如果计费模型不变，那么在计费实现方式 上不存在本质差异。 从用户的角度看，由于网络不能提供给用户一个较好的手段实现对用户使用业 务的实时流量测算，因此现网仅对少部分具有典型特点的业务使用基于流量的计 费方式。由于计费信息的不对称，用户可接受程度稍差，基于流量计费方式在i p v 6 网络中所占的比重可能会下降。但流量信息作为其他计费方式( 如内容计费，q o s 计费) 的辅助手段或中间实现过程而存在。 基于信息量的计费，是指应用按条或次计费。i p v 6 网络中，业务种类更加丰富， 基于信息量的计费信息对称，用户能够接受，因此仍然对信息计费有需求，实现 方式与口v 4 没差异。 基于q o s 计费：目前在i p v 6 网络中q o s 的实现仍然采用目前i p v 4 网络中常 见的技术，包括集成服务和区分服务等，实际上与i p v 4 网络在q o s 保证方面所采 用的机制完全相同。如何使用i p v 6 协议中的q o s 元素，尤其是对流标签的使用， l o 重庆大学硕士学位论文 2i p 网络计费 目前还远没有形成标准，有待于进一步的研究。 i p v 6 网络中，由于地址空间资源的增长，很多新业务应运而生。不同的业务在 传送优先级、延迟等级、可靠性、尖峰数据吞吐量等方面和平均数据吞吐量都有 各自不同的特点，需要针对这些具体的特点来确定不同的计费标准。根据对业务 的不同o o s 定义，可以制定相应的计费策略，采用不同的计费方式。 q o s 计费可以通过与用户签定s l a 来实现。针对不同的数据业务或服务，用 户可以与运营商签定诸如网络延迟、丢包率、抖动参数的s l a 协谢”】。 s l a 中包括网络参数和服务参数两类。网络参数是与网络性能和服务质量相关 的参数，例如时延、丢包、抖动、可用率、故障次数等；服务参数是与系统与网 络售后服务水平有关的参数，例如( q z 均) 业务故障响应时间、( q z 均) 业务修复 时间等。 s l a 中定义的面向用户和业务的q o s 等级需要映射成网络底层可以识别和实 现的网络性能参数。s l a 运行期间，需要对s l a 进行监控。采集s l a 性能参数、 检查s l a 运行状况等。同时在s l a 中还需要定义s l a 目标没有实现时的惩罚和 折扣处理机制。整个过程涉及到网络配置、网络控制、网络数据管理及计费和收 集等许多底层网络控制处理模块的交互作用。 基于内容计费：基于内容计费是指运营商通过对用户上下行数据包进行包过滤 和分析，以识别用户上下行数据传送内容种类，并把相关信息传送到运营商的预 付费和后付费系统，令运营商可以通过这些内容计费信息对用户做出更灵活的计 费处理。 2 3 5i p v 6 给计费带来的变化 从目前的发展看来，采用i p v 6 网络承载现网( i p v 4 ) 业务时，主要的变化来 自地址空间的丰富，在种变化将在网络结构和地址分配机制带来相应的改变。 对计费而言，i p v 6 网络带来的影响主要表现在以下几个方面： 、采集点的集中： 1 ) 现网业务的计费采集点没有本质的变化； 2 ) 软交换网络中，语音业务的采集点设置将集中并减少； 3 ) i m s 业务离线计费的话单采集点统一在c c f 。 、计费要素的丰富： 1 ) 对q o s 计费，内容计费，融合计费的方式将大大增加； 2 1 跨计费要素的组合优惠及跨产品的交叉捆绑优惠。 、话单格式变长： 1 1 话单内容增加； 2 1 数据量剧增； 重庆大学硕士学位论文2 球网络计费 3 ) 采集功能加强； 4 ) 基于内容的计费对于变长话单的支持。 、业务支撑系统功能强大： 1 ) 实时接口功能； 2 ) 增强产品管理功能，资源管理功能，业务受理功能，q o s 计费功能，内容计 费功能，结算功能等。 、促使业务支撑系统设备升级及网络安全结构调整。 总之，i p v 6 对计费并未带来本质的影响，但将促使计费采集点的集中化，话单 格式的变长话、计费要素的丰富化以及业务支撑系统功能的增强化。 2 4 总结 本章节介绍了坤v 4 网络及i p v 6 网络的发展，介绍了i p v 6 的多种特性。同时， 还介绍了网络计费的现状，分析了当前网络计费的缺陷，以及i p v 6 下网络计费的 一些分析和i p v 6 给网络计费带来的变化。 1 2 重庆大学硕士学位论文3 服务质量 3 服务质量 3 1o o s 技术 3 1 1q o s 技术概述 邮件和w e b 这类的数据通信与音频、视频等实时数据所需要的网络质量是不 同的。例如：前者有几秒的延迟、抖动是没有问题的，而后者就会发生音频和视 频质量的下降。要想使音频数据减少延迟传输，当某个网关有多个数据包在等待 时，就必将音频数据包优先于其他数据包送出出口链路。减少音频数据传送延迟 的反面，就会发生f t p 数据包等其他数据包的延迟增大的情况。 如果音频通信量增大，只传输这个通信而f t p 数据包全然不被传输的情况也是 会发生的。为了防止这种现象，每个通信保证一定的数据速率的技术也是必要的。 q o s 技术就是研究如何保证因特网上的数据流在保证指定质量的同时还可以 多个数据流同时传输的技术。显然，在没有足够多的网络资源的情况下，传统的“尽 力而为”的网络设计思想是不能满足要求的，而如果采用“过度设计”，必然造成大 量的经济负担和资源浪费。有效的方法是：在不过度增加网络设备的条件下，在 同一个网络设备上根据不同的数据流提供不同的q o s 服务。( 这样，网络上应该具 有选择服务质量的原则、执行这些原则的方法和设备，基于策略的网络服务质量 管理就是我们用来解决这个问题的方法) 目前，i n t e r n e t 工程任务组( i e t f ) 在口网络的q o s 方面建议了一些服务模型和机制，以满足q o s 的需求。其中比较 著名的有：综合服务模型( i n t s e r v ) 、区分服务模型( d i f f s e r v ) 、多协议标签转换 ( m p l s ) 、流量工程和约束路