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基于业务感知的自治q o s 系统设计 基于业务感知的自治q o s 系统设计 摘要 传统的互联网体系结构目前在很多方面已不能适应网络应用的 发展，网络体系结构的自治化( a u t o n o m i c ) 研究是当前网络体系结 构研究的热点之一，自治网络是一种新型的网络结构，它具有灵活性、 动态性、安全性的特点，能够自治形成适应网络节点及整个网络的多 种网络操作策略，适应未来网络发展的需求。未来的自治网络应当提 供多样化的服务质量q o s 保证，并能够自动适应于网络环境的动态 变化，满足不同用户的特殊需求。同时，未来网络的多业务特性决定 了需要引入业务感知技术来改进传统的q o s 机制，如何在未来的自 治网络中实现业务的q o s 保障成为当前的研究热点。 本论文依托于国家8 6 3 项目“广义上下文感知的自治网络体系结 构模型研究”( c a a n m ) ，致力于自治化网络体系原型中自治q o s 系 统的设计和实现，立足于g a n a4 d a 4 d 架构，设计基于自治控制环 的c a a n mq o s 系统。在此基础上，对已有的i pq o s 模型进行分析 和改进，引入业务感知技术，设计一种基于业务感知的自治q o s 系 统，并探讨了其实施方式。 论文首先对课题的相关背景技术进行了介绍，包括自治网络研究 现状、i pq o s 技术方案、i p v 6 技术和业务感知技术，并引出c a a n m 项目中采用的技术方案；然后就c a a n m 项目中自治控制环的设计 进行了介绍，从网络、节点、功能和协议四个层次说明c a a n mq o s 系统的设计方案和工作原理，重点介绍了其中业务感知功能和队列调 度功能的设计；随后介绍了基于业务感知的自治q o s 系统的设计， 包括需求分析、概要设计、详细设计和实施方式。 论文最后对全文做出了总结，分析存在的不足和可能的进一步工 作，并总结了本人在硕士研究生期间的工作和成果。 关键词：自治网络自治控制环q o s 业务感知队列调度 北京邮电大学硕士学位论文 基于业务感知的自治o o s 系统设计 d e s i g no fa u t o n o m i c q o ss y s t e m b a s e do n s e r v i c e a 酗眦 a bs t r a c t t h et r a d i t i o n a la r c h i t e c t u r eo ft h ei n t e r n e tc a nn o tm e e tt h e d e v e l o p m e n to fn e t w o r k i n ga p p l i c a t i o ni nm a n ya s p e c t s t h es t u d yo nt h e a r c h i t e c t u r eo fa u t o n o m i cn e t w o r ki st h eh o ts p o to fc u r r e n ts t u d i e so n n e t w o r ka r c h i t e c t u r e a u t o n o m i cn e t w o r ki san o v e ln e t w o r kw i t hg o o d s c a l a b i l i t y , d y n a m i c i t ya n ds e c u r i t y , w h i c hi sa b l et op r o d u c ev a r i o u s p o l i c i e so nt h eo p e r a t i o n so ft h ew h o l en e t w o r ka n dn o d e sa u t o n o m i c a u t o n o m i cn e t w r kc a ns a t i s f yt h ed e v e l o p m e n tr e q u i r e m e n t so ff u t u r e n e t w o r k t h ef u t u r en e t w o r ks h o u l db ea b l et op r o v i d ed i v e r s i t yq o s a s s u r a n c e ，a n da l s ob ea b l et om e e tt h ed y n a m i cc h a n g eo fn e t w o r k e n v i r o n m e n tt os a t i s i f yt h es p e c i a ln e e d so fd i f f e r e n tu s e r s a tt h es a m e t i m e ，t h em u l t i s e r v i c en a t u r eo ff u t u r en e t w o r kr e q u i r e st ob r i n gi nt h e s e v i c e a w a r et e c h n o l o g i e st oi m p r o v et h et r a d i t i o n a lq o sm e c h a n i s m s h o wt op r o v i d eq o si nf u t u r ea u t o n o m i cn e t w o r ki st h eh o ts p o to f c u r r e n ts t u d i e s t h i st h e s i sw h i c hi st h e s u b p r o j e c t o fn a t i o n a l8 6 3p r o j e c t “c o n t e x t - a w a r e db a s e da u t o n o m i cn e t w o r km o d e la n da r c h i t e c t u r e r e s e a r c h ( c h h n m ) ，s t u d i e s t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f a u t o n o m i cq o ss y s t e mi na u t o n o m i cn e t w o r k s t a n d i n go nt h eg a n a 4 d a 4 da r c h i t e c t u r e ，w ed e s i g n e dt h ec a a n m q o ss y s t e mb a s e do nt h e a u t o n o m i cc o n t r o ll o o p o nt h i sb a s i s ，w ea n a l y z e dt h ec u r r e n ti pq o s m o d e l sa n di m p r o v e dt h e mb yb r i n g i n gi ns e r v i c e - a w a r et e c h n o l o g i e s h e r ew ed e s i g n e da na u t o n o m i cq o ss y s t e mb a s e do ns e r v i c e a w a r ea n d e x p l o r e di t si m p l e m e n t a t i o nw a y i nt h et h e s i s ，t h er e l a t e db a c k g r o u n dt e c h n o l o g i e sw e r es p e c i f i e d f i r s t l y t h e s et e c h n o l o g i e si n c l u d e dt h e r e s e a r c hs t a t u so na u t o n o m i c n e t w o r k ，i pq o st e c h n o l o g i e s ，i p v 6t e c h n o l o g i e sa n ds e r v i c e a w a r e 第1 i l 页 北京邮电大学硕十学位论文 基于业务感知的自治q o s 系统设计 t e c h n o l o g i e s t h e nt h et e c h n o l o g ys c h e m ei nc a a n mp r o j e c tw a s d e s c r i b e d a n dt h e nw ei n t r o d u c e dt h ed e s i g no fa u t o n o m i cc o n t r o ll o o p i nc a a n mp r o j e c t w ei n t r o d u c e dt h ed e s i g no fc a a n m q o ss y s t e m f r o mn e t w o r k ，n o d e ，f u n c t i o na n dp r o t o c o lt h e s ef o u rl e v e l s h e r ew e p u te m p h a s i s o nt h e d e s i g n o fs e r v i c e - a w a r ef u n c t i o na n d q u e u e s c h e d u l i n gf u n c t i o n a l s ow ed e s c r i b e dt h ed e s i g no fa u t o n o m i cq o s s y s t e mb a s e do ns e r v i c e a w a r e ，i n c l u d i n gr e q u i r e m e n ta n a l y s e ，s u m m a r y d e s i g n a n dd e t a i l e d d e s i g n ，a l s o t h e i m p l e m e n t a t i o n m e t h o d si s m e n t i o n e d i nt h ee n do ft h i st h e s i s ，w eg i v et h es u m m a r yo ft h ew h o l et h e s i s ， p o i n to u tt h el a c k i n go fw o r k ，a n dm a k et h ef o r e c a s to ft h ef u t u r er e s e a r c h d i r e c t i o n k e yw o r d s ：a u t o n o m i cn e t w o r k ，a u t o n o m i cc o n t r o ll o o p ， q o s ， s e r v i c e a w a r e ，q u e u es c h e d u l i n g 第1 v 页 北京邮电大学硕士学位论文 基于业务感知的自治q o s 系统设计 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 日期： 丛当：蔓：玉! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学 本人签名： 导师签名： ，适用本授权书。 日期 一竺叠：l ：蔓! 日期：p 址 北京邮电大学硕士研究生学位论文 基于业务感知的自治0 0 s 系统设计 1 1 论文背景 第一章绪论 传统的互联网体系结构目前在很多方面已不能适应网络应用的发展，一直以 来针对这个问题的研究主要集中在如何对现有网络结构进行修补，使其适应新的 需求，然而，这种修补方式的实施受到网络结构、地址机制等诸多因素的限制， 对满足日益增长的应用需求显得越来越无能为力。为此，需要探索和设计一种全 新的网络体系结构，来替代现有互联网网络结构，从根本上解决原由体系结构存 在的问题，针对新型网络体系结构的研究正在成为新的研究热点。 自治化是未来网络体系结构研究中的一个研究内容。所谓自治化，指的是在 网络体系结构中设计自治化的网络功能实体，以便实现各种自治特性，自治特性 能够减少网络管理的人工操作的负担，解决网络在面临异质通信需求时导致管理 控制的复杂性问题。自治网络是一种新型的网络结构，具有灵活性、动态性、 安全性的特点，能自治形成适应网络节点及整个网络的各种网络操作策略，能够 适应未来网络发展的需求。当前，自治化网络体系结构的研究大都还处在探索阶 段，没有搭建成熟的试验平台，设计与实现还需要进一步的研究和实验。 本论文作为国家8 6 3 项目“广义上下文感知的自治化网络体系结构模型的研 究 的一个子课题，致力于分析和改进现有的i pq o s 模型，并在原型化的广义 上下文感知自治网络中，设计和实现能满足未来网络应用需求的自治q o s 系统。 未来网络的多业务特性决定了在q o s 方面需要根据业务流的不同，对网络 中的业务流进行区分对待，从而产生了业务感知技术。在网络中引入业务感知技 术，可使网络感知用户的业务需求，从而更好地实现业务，保证业务q o s ，提高 网络资源利用率。业务感知技术在自治q o s 系统中的应用也是本论文的研究内 容之一。 1 2 论文目标 本论文的目标是在分析现有i pq o s 模型的基础上，设计可应用于原型网络 中的c a a n mq o s 技术方案，并引入业务感知技术，设计一种基于业务感知的 自治q o s 执行系统，支持业务的q o s 感知，并能够按照业务的q o s 需求与网络 状态提供差异性的q o s 服务。 北京邮电大学硕： ：研究生学位论文 基于业务感知的自治o o s 系统设计 1 3 论文工作 本论文涉及的工作内容包括： i pq o s 技术的介绍：包括i pq o s 模型，及各种模型的特点和应用情况的 分析。 自治网络体系结构模型的分析：分析未来网络需求及其研究现状，包括 对a n a 和e f i p s a n s 项目研究进展的调研，以及g a n a 体系结构中4 d 、 a 4 d 概念和自治分层控制环( h c l ) 的介绍。另外，分析了如何将分层 控制环思想应用于改进q o s 提供。 业务感知技术的介绍：包括对业务感知的技术原理、特点和应用情况的 介绍，重点分析业务感知技术在q o s 提供中的应用。 i p v 6 技术的介绍：包括对i p v 6 技术特点及i p v 6 报头的介绍，着重介绍 i p v 6 对q o s 的支持。 设计一种具有自治特性的c a a n mq o s 系统方案：这一方案的设计以 g a n a4 d a 4 d 架构为基础，采用自治控制环来实现自治，并引入业务 感知技术改进传统的q o s 提供。 设计和实现一个基于业务感知的自治q o s 系统：提供系统的设计和实现 方案，包括需求分析、概要设计和详细设计，并说明其实施方式，该系 统能够应用于改进i p v 6 网络中的q o s 提供，满足未来网络的q o s 需求。 1 4 论文结构 本论文后续各部分内容安排如下： 第二章介绍本论文的相关背景技术，包括自治网络研究分析，并介绍各种i p q o s 技术方案、i p v 6 技术和业务感知技术，及c a a n m 项目采用的技术方案。 第三章详细介绍基于自治控制环的c a a n mq o s 设计方案，包括对4 d a 4 d 、 c a a n m q o s 系统结构的介绍，以及系统总体设计和工作原理，重点介绍了业务 感知功能的设计和实现方案。 第四章详细介绍基于业务感知的自治q o s 系统的设计方案，包括总体设计、 需求分析、详细设计、系统工作原理和实施例的介绍，该系统可以解决i p v 6 网 络中业务的q o s 保障问题。 第五章对本论文进行总结，提出下一步改进和完善的建议，最后列出本人在 硕士研究生期间的工作情况和取得的成果。 北京邮电大学硕士研究生学位论文 1 分类器i = = = 调度器i _ = = i i1 i ii i l i i = 0 i n t e r n e t i 转发器i输出驱动舞 一i 图2 - 3i n t s e r v 体系结构】 如图2 3 所示，r f c l 6 3 3 1 l 】给出了i n t s e r v 模型的体系结构，用以支持不同 的服务类型，从整个网络结构的视角来看，i n t s c r v 体系框架可包括分别位于主 机和路由器中的若干功能部件，网络中支持i n t s c r v 的每一个路由器和主机都要 实现这些部件功能。 i n t s e r v 的优点是能够提供严格的端到端q o s 保证，r s v p 使得用户可以对 业务种类进行详细规定。但是，i n t s e r v 模型也有很多缺点：首先，可扩展性不 好，i n t s e r v 要求业务路径上的所有路由器都必须支持r s v p 协议，否则就无法 完成端到端的资源预留；其次，每个路由器都需要维护大量的状态信息，耗费大 量内存，基于流的操作的复杂性会随着流数量的增加而增长；再者，i n t s e 哩 v 模 型不适合于短生存期的分组流，因为短生存期分组流的预留资源开销可能大于处 理流中所有分组的开销。 7 l=ii = 一 = 一 = 出动一 一 输驱一 一 北京邮电大学硕：e 研究生学位论文 基于业务感知的自治q o s 系统设计 2 2 2 2 区分服务 d i f f s e r v 模型的基本思想是将多种业务流按其业务特性进行分类标识，然后 汇聚为少数几种类型，不同类型的业务流可以具有不同的优先级，以实现区分服 务。 d i f f s e r v 模型是为了克服i n t s e r v 模型可扩展性差而提出来的一种q o s 解决 方案，它采用了i e t f 的基于r s v p 的服务分类标准，抛弃了流沿路节点上的资 源预留。d i f p s e r v 模型将网络划分为不同的区分网络域，网络域内的节点又分为 边缘节点和核心节点，图2 4 所示是典型的d i f f s e r v 体系结构。d i f f s e r v 模型的 目标在于简单和高效，其实现途径为：( 1 ) 简化网络内部节点的服务机制，业务 流的分类标识和流量控制是在网络边缘入口处的边缘节点上完成，网络内部的核 心节点中只保存简单分类和分类处理信息；( 2 ) 简化网络内部节点的服务对象， 采用聚集传输控制，服务对象是流聚集，单流信息只在边缘节点保存和处理。 p h 8 图2 - 4d i f f s e r v 体系结构 d i f f s e r v 模型通过对d i f f s e r v 标记字段( d sf i e l d ) 中区分服务编码点( d s c p ) 的定义实现了业务汇聚流的标记。同时，d i f f s e r v 模型利用逐跳行为( p h b ) 描 述d i f f s e r v 节点对外可观察的转发行为，通过d s c p 与p h b 的对应，实现了业 务汇聚流和转发行为的关联，从而为网络业务提供了多种服务类型的选择可能。 i e t f 定义了四种p h b ，分别为尽力而为( b e ) p h b 、快速转发( e f ) p h b 、 确保转发( a f ) p h b 和类选择( c s ) p h b 。其中，b ep h b 是d i f f s e r v 模型中 节点必须支持的一种p h b ，也是默认的p h b 类型，相当于传统互联网中尽力而 为的调度转发方式。e fp h b 的优先级最高，可以为分组提供低丢失率、低时延、 低抖动和具有带宽保证的端到端q o s 服务。a fp h b 的优先级低于e fp h b ，但 高于b ep h b ，它其实是一个p h b 组，包含了多个业务类型和多种优先级，其 特点是允许一定的时延和抖动，但是对带宽和丢包率比较敏感。c sp h b 是从i p 8 北京邮电大学硕士研究生学位论文基于业务感知的自治q o s 系统设计 t o s 字段演变过来的，共有八类。 d i f f s e r v 的优点包括是扩展性好，d s 字段只是规定了有限数量的业务级别， 状态信息的数量正比于业务级别，而不是流的数量；实现和部署都比较容易， d i f f s e r v 把复杂的业务流分类、标记、计量和整形操作放在网路的边缘节点或主 机上实施，网络内部的核心节点只需要实现简单的按类型转发而不需要保持状态 信息；d i f f s e r v 中的宏聚流不需要使用额外的信令控制开销。 d i f f s e r v 也存在缺点，无法解决端到端的q o s 问题，只承诺相对的q o s ，不 能为用户提供绝对的q o s 保证，需要大量网络单元的协作，才能提供端到端的 q o s ；汇聚后的d i f f s e r v 业务流无法保证完全实现汇聚流中业务微流之间的业务 公平性；由于标准还不够详尽，不同运营商的d i f t s e r v 网络之间的互通还存在问 题。 针对d i f f s e r v 体系结构的一个改进方案是带宽代理( b b ) 体系结构，如图 2 5 所示，每个区分服务域内可以拥有一个实现域内服务分类的策略资源管理 节点，是一种在区分服务域内实现集中式管理q o s 提供的改进方案。在带宽代 理体系结构中，q o s 策略资源管理器接受q o s 请求并完成带宽的静态或动态 分配，每个区分服务域通过边缘节点复杂的分类和业务流调节机制以及核心节点 简单的区分转发实现域内的区分服务【3 9 1 。跨域之间的区分服务需要各个域的q o s 策略资源管理器进行等级或网络资源的协商。 q o s 镱略资源管理器q o s 镱略t 资源管理器 静 2 2 3ipo o s 管理技术 图2 - 5 带宽代理( b b ) 体系结构 求 i p 网络的q o s 管理是指通过提供一个统一的q o s 管理平台，实现对用户业 务的差异性服务管型3 9 1 。i p 网络的q o s 管理包括i p 网络业务管理和资源管理。 9 北京邮电人学硕十研究生学位论文皋于业务感知的自治q o s 系统设计 目前，对于m 网络的管理并没有标准的管理模型，相关的管理模型主要有i t u t 提出的电信管理网( t m n ，t e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n t n e t w o r k ) 、电信管理 论坛( t m f ，t e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n tf o r u m ) 提出的电信运营图( t o m ， t e l e c o m m u n i c a t i o no p e r a t i o nm a p ) 模型、增强的电信运营图( e t o m ，e n h a n c e d t o m ) 模型以及服务等级协定s l a ( s e r v i c el e v e l a g r e e m e n t ) 管理模型和i t u t 提出的q o s 体系架构等。 i pq o s 中的资源管理是指根据用户业务需求和网络当前状况，对网络资源 进行有效的分配和管理，在为用户业务提供q o s 保证的同时实现资源的优化使 用。m 网络资源管理的方式有两种：集中式和分布式。集中式资源管理在每个 网络域中设置独立的资源管理服务器，由它完成资源规划、接纳控制、域间资源 管理等功能，带宽代理就属于集中式资源管理方式。分布式资源管理的基本思想 则是每个网络的边缘节点都要实现资源管理的功能，即每个边缘节点需要独立完 成只与本端相关的资源管理，并且针对从该节点进入网络的业务流量进行接纳控 制和配置，确保已接纳业务的q o s 和网络的资源优化使用。 为了解决i p 网络规模庞大、系统复杂和异构性突出的问题，提出了基于策 略的管理。基于策略的管理将策略和执行分离，策略存放于策略数据库中，网络 节点根据策略来执行相应任务。基于策略的管理可以根据用户和网络管理员的需 求，灵活制定和取消策略，实现对网络的动态管理。 2 3i p v 6 技术概述 2 3 1ip v 6 报头 04 1 21 6 2 43 1 v e r s i o n p r i o r i t y l f l o wh b e t p a y l o a d1 e n g t h n e x l e a 程e 1 i h o pi 。i m t f s o u r c ea d d r 群s d e s t i n a r l o na d d r e s s 图2 - 6i p v 6 基本报头 1 0 北京邮电大学硕士研究生学位论文 基于业务感知的自治q o s 系统设计 i p v 6 报头结构比i p v 4 简单，删除了m v 4 报头中许多不常用的域，放入了可 选项和报头扩展中。i p v 6 报头分为基本报头( 图2 6 ) 和扩展报头两部分，具体 如下： ( 1 ) 基本报头 版本( v e r s i o n ) ：表示i p 包的版本信息，即第六版。 优先级( p r i o r i t y ) ：不同数据报文提供不同的优先级。 流量标志( f l o wl a b e l ) ：不同的数据报文有不同的标志。 数据长度( p a y l o a dl e n g t h ) ：记录整个数据报文长度大小( 不包括i p v 6 的报头) ； 下一报头( n e x th e a d e r ) ：记录下一个扩展报头的类别，表示紧接着在基 本报头后面是一个扩展报头，在i p v 4 中属于传输层协议的t c p 或u d p 在i p v 6 中也被看作是一种特殊的报头。 跳数限制( h o pl i m i t ) ：每经过一个传输站，该栏位的值就自动减去一， 一直到该值为零时，就不再传输该数据，跳数限制主要用来避免错误的 数据一直在网络中传输引起死循环。 源地址和目的地址：与i p v 4 基本相同，只是位数扩大到了1 2 8 位。 i p v 6 的分段只能由源节点和目的节点进行，这样就简化了报头并减少了用 于选路的开销。逐跳分段被认为是一种有害的方法，首先，它在端到端的分段中 将产生更多的分段。此外，在传输中，一个分段的丢失将导致所有分段重传，i p v 6 的确可以通过其扩展头来支持分段。 ( 2 ) 扩展报头 在口v 6 中的同一个数据报文内，可以含有不同的扩展报头，来进行不同的 控制。所有报头都有一定的顺序，除了i p v 6 基本报头外，紧接着是扩展报头组 合，扩展报头之间还有先后顺序。在r f c2 4 6 0 中规定所有的i p v 6 节点必须支持 如下六种口v 6 扩展报头：逐跳选项扩展报头( 类型值为o ) 、目的选项扩展报 头( 类型值为6 0 ) 、路由报头( 类型值为4 3 ) 、片段报头( 类型值为4 4 ) 、身 份验证报头( 类型值为5 1 ) 、封装安全有效载荷报头( 类型值为5 0 ) ，它们在 i p v 6 数据报文中的相对顺序如下： 逐跳选项扩展报头 目的选项扩展报头 路由报头 片段报头 身份验证报头 封装安全有效载荷报头 北京邮电大学硕士研究生学位论文 基于业务感知的自治q o s 系统设计 上述各个扩展报头中，除了目的地选项扩展报头外，其余的报头最多只能在 一个数据报文中出现一次。所有处理完一个扩展报头后，就能够知道是否需要处 理下一个扩展报头。 2 3 2ip v 6 对q o s 的支持 i p v 6 的提出不但解决了i p v 4 地址枯竭的问题，同时也在q o s 和安全性方面 提供了很大的改善空间。i p v 6 的基本报头中包含两个与q o s 相关的字段：流量 类别( t c ) 和流标签，流量类别字段有8 位，对应于i p v 4 的服务类型( t o s ) 字段。在d i f l s e r v 网络中，通过设置流量类别字段的d s c p 值，实现实时数据的 处理以及不同等级业务的区分服务。流标签字段有2 0 位，用于标识属于同一业 务流的包，i p v 6 中利用源、目地址和流标签惟一标识一个业务流。由于同一流 中的所有包具有相同的流标签，因此，可以对具有相同q o s 需求的流进行相同、 快速的处理。 与i p v 4 相比，i p v 6 提供的改进的选项和扩展头支持为某些传统机制的改进 提供了一些新的思路，借助于i p v 6 新型扩展头的设计，可以增强传统机制的能 力，如q o s 保障，通过设计新型的i p v 6 扩展头来承载特定信息，并把这种扩展 头封装在业务i p v 6 数据报文中，通过相应的i p v 6 数据报文在网络中的传输，使 得网络节点能够基于这些信息做出一些相应的自治操作，从而为q o s 保障提供 一种新的改进思路。 此外，目前在互联网上存在多个网络提供商，不同的网络提供商所采用的 q o s 机制可能不同，导致跨越多个网络提供商的端到端的q o s 业务提供存在问 题。现在，向i p v 6 的过渡将给q o s 的标准化提供一个很好的机会。 2 4 业务感知技术概述 业务感知技术是一种将网络中不同的业务流进行区分的技术，是应未来的自 治通信网络应提供多样化的q o s 保证需求而产生的技术。从某种意义上讲，业 务感知是实施q o s 和安全相关策略的基础。一般来说，业务感知的基本过程为： 网络的边缘节点根据进入网络的业务流特征、流标记以及流统计阀值来触发针对 特定业务的感知，并根据业务感知结果来调整q o s 服务的提供。未来网络的业 务多样性要求边缘节点具备强大的业务感知能力，能够执行不同粒度的业务类型 感知需求，并能够灵活地根据实际需要进行感知。业务感知除了在边缘节点上执 行之外，还可以与业务管理系统一起配合来使用，这样可以更好地实现整体的策 略部署。 北京邮电大学硕士研究生学位论文基于业务感知的自治q o s 系统设计 传统的业务感知方案感知方法比较单一、感知准确率不高，不能适应各种粒 度的感知需求，灵活性和可扩展性较差。当前针对业务感知技术，有两种典型的 技术解决方案，分别是深度业务感知( d e e pp a c k e ti n s p e c t i o n ，d p i ) 和深度流检 测( d e e pf l o wi n s p e c t i o n ，d f i ) 。 d p i 技术的本质是对数据报文的应用层协议进行分析，从而判断出业务类 型，即对业务进行识别，然后予以相应的处理，如流分类、流量控制等，以此保 证高优先级的业务流得到有保障的服务和整个网络的公平性。d p i 以业务流的连 接为感知对象，深入分析业务的高层协议内容，结合数据报文的深度特征值进行 检测和协议行为的分析，以达到应用层网络协议识别的目的。基于业务感知技术 发展而来的d p i 设备一般部署于网络的边缘节点上。 d f i 技术是对业务数据的流量行为做一段时间的统计，记录数据流的四层信 息、数据包平均大小、持续时间、数据流量速率等信息，进而对数据流的类型进 行识别。 目前，在识别的精细度和准确度方面，d p i 技术均优于d f i 技术。d p i 技术 不仅可识别出大类业务，还可识别出同一大类业务中的不同应用协议，也能够提 供更为精细的业务运营和q o s 保证。d f i 技术一般只支持大类流量的识别，不 支持或较少支持具体协议流量的识别，也因此无法对具体单协议业务数据进策略 控制，不利于运营商针对应用层某些特定业务流量的区分管理。由于d f i 技术 无需对数据流进行逐包的拆解分析，只需对数据流行为进行统计，因此，d f i 技 术的识别效率要高于d p i ，并且对于流量特征与已知流量较为一致的加密数据 时，其识别能力要高于d p i 技术，但此时d p i 也需要借助d f i 或者其他识别技 术。此外，由于应用层的业务类型变化很快，d p i 技术需要经常升级其特征库， 而d f i 的升级频率相对低一些。 2 5c a a n m 项目采用的q o s 技术方案 c a a n m 项目致力于自治网络体系结构模型的研究，其目标之一是在自治化 网络体系原型中设计和实现自治q o s 系统。c a a n m 采用的q o s 技术方案是在 区分服务模型的基础上进行改进，将网络划分为不同的区分服务域，在每个区分 服务域中设置一个相应的q o s 管理节点负责该域的q o s 管理。同时，立足于 g a n a4 d a 4 d 架构，设计适用于c a a n m 项目的自治控制环，将q o s 管理节 点与各个网络节点所执行的功能分别对应于自治控制环的不同层次，通过自治控 制环来组织该网络域中的q o s 提供，构成一个自治的c a a n mq o s 系统。 此外，c a a n mq o s 系统提出在边缘节点引入准确、有效的业务感知功能， 以便在感知的基础上执行更有效的自治q o s 保障，即应用特定的q o s 机制。在 1 3 北京邮电大学硕：【：研究生学位论文基于业务感知的自治0 0 s 系统设计 项目研究过程中，基于区分服务网络和i p v 6 扩展头，设计了一种适用于i p v 6 网 络的基于业务感知的自治q o s 系统，该系统对传统的q o s 保障方法进行了创新 和改进，灵活性和可扩展性较好，可作为c a a n m 项目自治网络原型中自治q o s 提供的解决方案。 1 4 北京邮电人学硕士研究生学位论文基于业务感知的自治q o s 系统设计 第三章基于自治控制环的c a a n mo o s 系统设计 3 1c a a n mq o s 系统结构 与q o s 相关的幂件或监控儇愚 自治行为或臻珞 图3 - 1 c a a n mo o s 系统结构 图3 1 所示是c a a n mq o s 系统结构，基于d i f f s c r v 模型来设计自治化原型 网络，将网络划分为若干个q o s 管理域，每个管理域内有特定的q o s 管理节点， 负责根据域内各个自治节点( 包括边缘自治节点和核心自治节点，下面分别简称 为边缘节点和核心节点) 提供的与q o s 相关的事件或监控信息来执行q o s 管理 分析和决策，而后向各个自治节点派发自治行为和策略，影响各个自治节点的 q o s 提供。未来网络规模庞大，可能存在多个q o s 管理域，这就需要各个域之 间的q o s 管理节点就q o s 等级和资源进行协商，以确定自治行为和策略，提供 具有自治特性的q o s 解决方案。 相比传统的带宽代理系统，本系统方案对之进行了扩展，传统的带宽代理系 统均由带宽代理来统一执行域内的q o s 管理和域间的q o s 协商，其策略配置多 是人工预先指定，缺乏灵活性和可扩展性，而本系统在分析g a n a4 d a 4 d 架构 的基础上，设计了自治控制环来组织各个节点的功能，将o o s 管理节点和边缘 节点上的q o s 相关功能模块分别映射到网络、节点、功能和协议四个控制环层 次的d e 上，通过d e 之间的协作，使得q o s 提供给能够根据网络状况和节点资 源状况做出自治的调整，达到自治q o s 的目的。 1 5 北京邮电人学硕士研究生学位论文基于业务感知的自治q o s 系统设计 q o s md e 节点层| 、 1 ，、 i。 (n 。e - d e ( 节点决策矗) 一一一一一一一一一一一一一一