（计算机应用技术专业论文）supanet中组播技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 现有的1 p 网络存在瓣用户数据传输平台层次结构复杂、传输效率低下 期服务质燕较难褥至q 保障蛇缺点，难以适艇高速综合业务数字网终传羧黢务 的需要。凰然在糟喇络t 提出了q o s 保障机制( 如集成服务、区分服务、 m p l s 、r s v p 等) ，但是这些技术目前还不是很成功。因此，四川省网络通 麓技术实验室着手予骚究下一霞毡耙珏斌静体系结构，掇疆了“革物理爱瘸 户数据传输平台体系结构网络”( s u p a n 丑t s i n g l ep h y s i c a ll a y e r u s 静d a t a 拓a 珏s rp l a 内王攮删l e 蕊u 芏en e l w 黻垴。该全耪豹网络体系缝搦， 利用带外信令控制技术，将服务质量保证体系的控制点的协议层次降低到物 理层，并简化用户数据传输平台为单层平台。 分布式多媒体实时数据流等业务以点到多点通信为特征的网络应用迫 切需要有效的组搬技术支持。缎播技术的核心是选路问题，设计戏选取合逶 豹组播貉由算法及协议，是解决缀播路由阐题韵关键，怒实现赧务质量保障 的重要手段。 本文对s u 艄嗣时中组播技零进行了探索性魄研究。通过对现有动态组 播路由算法及协议的研究和分析，总结了h t e m e t 中现有主流组播路由算法 秘耱议存在韵滔繇及其对b s 静支持。嶷魏基獭上，麸弼户瘟麓数据鞭务 质最特性入手，建立了基于q o s 的动态级播路由算法网络模型和q o s 约束 条件，提燃了s u p a 奎瑗：，r 中支持汹s 的缀援路出算法s t 溉w r 鞠设计了一 个基于该算法的缀播路径协商拚议( s u 触m r p ) 框架，定义了s u p a m r p 协议的工作流程秘消息格式，并对s u 】) a n e ，r 中的组播可靠性进行了一定的 探 寸。 在进行理论研究的同随，本文利用o p n l 强网络仿翼软件对s u p a m r p 协议进行了仿真襄验。建藏了一个篱纯静s u 胍阏络拓斡结构，辩网络中豹 缎播通信爨、资源预留情况和协议控制报文进行了仿真统计，仿真结果基本 簿合缝援逶绩特霰秘蛰议王据滚稚，验滋了辏议豹芷确髅密毒露毪。 关键词：s u p a ；服务质摄：组掇路径协商协议：o p m 朔 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 a b s t r a c t 殛搴e x i s l 遮藏狂n 燃w o f ke a 藏b 磷m o e 圭氇e 羚q 瑾| e m 秘to fh i 痨- s p d i n t e 毋a l e ds e r v i c e s ，b e c a u s ei pn e 腑o r kh 躺t o om 撇yl a y e r si i lu s e r _ d a t ap l a n e t ob e e 爨c i e n ta n 遘i sd i 蹙硼l 协秘霹稚t e e 鼬蝼t yo f s 斟i 铸( q o s ) a l 氆雠参 s e v 髓a lq o sg i l a r 粕t e cm e c h a n 主湖s ，s l l c h 船d i 虢r e n t i a t e ds e i c e ，h t e 鲈a t e d s e r v i c e ，a n dm p i sa r ep r o p o s e db 鹂e do ni pn e t w o r k s of a rt h e y 盯en o ts o s 嗽e s 幽1 强i s 狲s p 掰黼dt 沁瓣毋o fd e v e l o p i n g 龇s i n 醇eu s e f 豫a p l a t f o mc l i i t e c t u r en e 埘o r k( s u 糙n e a ts i c h u a nn e t w o r k e o 褪m 毽燃髓蛀我吐n o l o 露。sb yl 砧o f a 参猷y c _ 耗参mb 秘。强es u 始舰 s i m p l i f i e st l l e u s e r d a t at r a n s f c rp l a 惯0 咖_ p l a 渤姗) i n t o8s i 蟛ep h y s j c a l l a y e r ，w 掀c hc 蛆g m a t l yi m 即v ee 舾c i e n c ya sw e l la sq o sp l o v i s i o n i n gf o fu s e r d 挝ai n 睡eu p l a t 如f mw 毯i e 咒m a i n s 遍t e 芏n p e r a 醚ew i t he 】【i s t i n 窑k t e m c t s u c hn e t w o r ka p 口l i c a t i o n sw h ic ：h c h a m m e r i z ep o i n t - t o m u l t i p o i n t 啦m 珏矗l 档l i o 珏曩sd 主s l f i b 鞋e d 璋蠢妇e 瑾一主i 描磁主噩锺魏魄s 瓤参鑫m 蚤e 醛琢es u p 登甜 o fe 艏c i e n tm u n i c a s tt e c h n o l o g yu 鹅e n t l y t h ec q r e0 fm u l t i c 嬲ti sr o u t i n 岛t ob e e x a c t l y 蛔wt od o s i 弘错吐o o s e 重l l e 蠢曲tm u 王t i c a s tf o h t 主昭m 嚣嘲盎m 熊d p m t o c o l si st h ek e yt os o 王v et h ep r o b l e m 鞠dt l l e 洳p o r t a mm e a 璐t og u a r a n t e e o o sa s w e n b a s e 蠢o n 斑of e s e a f 巍越d 矗赫矗| y s i so fe x 主s t 融gd y n 甜蛹cm 西t 至。昭t n 魏g a l g o d m m sa n dp r o t o c o l s ， b ys u m m a r i z i n gt l l e i rs h o n c o 血n g s a n dt h c j r 娜痨i l h i e s q o sp f o v s i 黯i n 娶瓣摄曩礤耀r c s c 粼囊眭擞避垃c a s | l 融l o g y i ns u 测e ti sc a r r i e do u ti nt h i sp a p e ls t a r t i n gw i t ht h eq o sf e a t u r c si nu s e r a p p l i c a t i o nd a t a ，t h eq o s - b a s e dd y n 啪 ci n u l t i c a s tr o u t i n ga l g o r i n l i nn e t w o l k m o 如la n dt h eq o s r e l a t e df c s 童f 主c t i o 璐i s n s 娃t u 协d an e wm l l l t i 龆s tf o n 6 n 窟 a 1 9 0 r i t h ms u 黝蹦rw h i c hs u p p 0 吣q o si ns u w 蝴i sp u tf o 研越da n dt h e na 蠹a l 拄鼢r o 熔o fs 城轰& l t i c 鑫蛙致。珏| e 辩蚪i 越基gp 码l o c o l 器驻蚓r p ) 至s d e s i g 聆d ，w h i c hd e f i n e st l l ep 姗d 帆o fs u p a m r p 粕d 也ei 响肌a i i o nf b n n a t h la d d i t i o 娃，t h er c l i a b n i t vo fm u 王t i 麟ti ns u p a n e ti sd i s 瞄e dl os o m ee x t e 糠。 o p n 垂汀i su s e dt os i m u l a t es u b 蛆垤r pt ov a l i d a t ej l sa v a i l a b i l “va n d e m d e n c yb yc o n s t i t i l t i n gas i m p l i l i e ds u p an e 咐。呔t o p o l o g ys t r u c i u r e 1 1 i e 转l e v a 蛙s i 掇毪l a 虹烈lf 锚疆l 摭。薹氇et 娃娃l 稳麓s l 锈珏g 和疆l ，潞。u r e ol e s e f v 啦 o na l 癌 t h ec o n 们lm e s s a 旦eo fs u 艄堋潆i n d i c a t et h ev a l j d i t yo fs 切) a m r pw h i 曲 西南交通大学颂士研究生学倥论文第i 页 b 辐i c a l l yc o m p l i e sw i t l lt h ef c a t u r co fm u l t i c 船tc 0 h l m u l l i c a t i o n 龃dt h ep m t o c o l w 甜l 【p 辩d 珏臻 k e y w o 斑s ：s u p 茂；钾疆t yo fs e 群i c e ( q o s 麓m 谢娃c a s t 瑚t e 瓣g 暾 鑫l 裙 p r o t o c o l ( m r p ) ；o p n e t 西南交通大攀硕士研究生学位论文第1 页 1 1 引言 1 1 1 兰网合一的大趋势 第 章绪论 随着信息技术的飞速发展，特别是光纤通信技术的迅速发展，密集波分 笈用( d w d m d e n 8 ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 技术使单波长 光波上熬数据传输率远嵩于过去肇根光纾盼传输速率，这到了4 0 g b p s ，并 很快将达到8 0 g b p s ，单根光纤上的数据传输率达到了1 0 ”数量级。这一传 羧力意曝羞在攀摄党终上戆够阏薄赞输1 5 ，6 2 5 ，0 g 0 路寒压缭戆警逶落鼹 ( 6 4 k b p s 每路) ，或者同时传输7 ，1 4 2 囊未压缩有线电视节目( 1 4 伽b p s 每 簇) ，或纛同时传输1 0 0 0 套未压缩的高潢蹄渡彀视节目( 1 0 4 g b p s 每套) 。 换言之，先纾逶信技术已经能够支持大串城市综会数字鼗务两络倍怠传输的 需要，如果计算机网络技术能够邋应d w d m 高速传输能力的需要，将有可能 掇绩统数窍线毫襁鼹终、壤话交羧鼹终秘诗算捉瓣络3 个独立斡耀络合若为 个分组化、数譬化的综合业务网络。 目前，许多家庭同肘在使用三种网络：电信电话网、有线电视网和计冀 飘网络。电信电话阚豹掰史最为悠久，已有l 多年，它怒道界上规模最大、 耩盖面最广、管理最完善的网络。它的特点是以语音为最主要的传输对象。 魄蘩电透瓣阻毫话瘸失蒸秘逐步发震起来，嚣兹委l 户主蘩是双绞线，逶避交 换机与骨干网相滚。电话网是最早实现数字化的网络，其传输方式逐步向光 野到户发展，传输协议从准同步体系( p d h ) 到瞬步体系( s d h ) ，最终剐 释步传送模式，德国于发疆酶不平衡，尚不能做到全网传输和交换的数字优。 而作为一种全双向、对称流量的缩构，尽管有非对称用户环路( a d s l ) 和 舞逮建户繇路( v d s l ) 筹方式，速率霹迭足醚啦蔓| 忍十鹾辩，翟整令 劂络的传输能力受到双绞线原传输容量这一瓶颈的限制。有线电视网也有几 十年的历史，它以区域为界，以电视信号为最主臻的传竣对象。蠢线电秘数 字亿为信息交换攥供了一荦争前掰本有的广阔前景。其点到筒的广播特点及相 威的协议为数字电视广播和数字声音广播提供了廉价的平台。由于其带宽较 爨，广撵壤援系绞耱数字纯嚣双淹纯受容器将不溺戆韭务综合在一起。诗算 机网络出现的最晚，但发展的速度最为迅速，它以数字化信息为激主要的传 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 输对象。计算机网络的初期主要是局域网，远程网是在阑际互遘网大规模发 震惹方遮速进入平攀蚕娥家蹇静，荬数撵交换耋要是蘩予o 王p 协议瓣 l p 包交抉。它囤前主要依赖于电信网，因此同样受到带宽的限制，但熊互 连网协议( 瑾) 国于其灵活廉价正在被其它鼹终采熙i 矧。 这三个网络作为三大现代信息传输方式，经历数年的发展，b 分别农三 个信息平台上建妲起各自庞大的网络体系，扮演着不可溅缺的角色。然丽， 三耱弼终截然分立熬获魄已经鸯了疆大瓣交纯，霜嚣，这三令潮络歪在发生 相互影响、相互渗透。在电话网络上的数据传输撤务正在以惊人的速度发展。 晕在1 9 9 7 年，j e 美电馈市场上购数据遁傣量首次超过了语音遵揍量。蹰监 电话网络已经成为计算机网络的最有力的竞争对手。有线电缆上的“视顶盒” 正在作为接入m t e r n e t 网的最有效的方式之一，也在抢占计算机网络的市场。 l 嚣魏e 聪e l 魏弼主电话、鼹主胃褫毫话、电传鼗务歪在袋隽毫露灌话溺糖应 业务的w 怕竞争对手。 但是传统的电信踺，以及耨兴的考线毫税嬲敷诗算极互联嬲在弱终资 源、信怠资源和按入技术方面虽备有特点、优势，建设之初均是面向特定业 务的( 电信网面向话音、电视网丽向视频、计算机互联网面向数据) ，任何 一个基予溪喜按术瓣圈终舔不熬满是臻声竟繁接入、综食接入静需求，弼户 只能从不同的服务提供商处获得所需的备类业务，造成用户使用不便和资费 负担重。另一方藤，由予各网闻不互遴，也造成重复投浚巍逶镶姿滚懿滚 赞。因藏，将现有的电俯网络，计算机网络以及有线电视网络三网合一，逐 渐形成一个统一的网络系统，并以全数字化的网络设施来支持包括数据、话 酱霸援像在肉靛掰有堑务麓逶售瓣器求，篾有利于蘑户，遣存糕子运营鬻； 从全世界范围来糟，这也是现代通信和计算机网络发展的大趋势。 1 1 2i n t e m e t 体系结构滩以适成“三附含一”的需要 i n i e m c t 是在通信线路数据传输速率较低鳓p s 数十k b 嘲、误码率较 高( 1 0 6 1 0 5 ) 的背景下，为以传输文本数据为奎的应用背景设计的。随着 纛l 耗糟e 瓣应曩弱蕊广泛，多媒钵瑰丽数据在b 撼瞄畦孛瑟鑫懿毪耋越来越大。 多媒体实时数据澍传输服务的要求与文本数据传输刚好栩反：它舞求传输速 察高、传输时延小、传输抖动( j i t t e f ) 小，另一方蘧，它黠少量麴数据丢失 躐内容错误的敏感程度稠对较低粥。因就，它对传输稚务质量静要求也与 文本数据传输的鬃求有很大的不同。h n e 椭e t 作为以传输文本数据为主的网 终技拳，拄实践孛基经表瑷囊难1 2 姜逶应多媒俸矮络应臻转徐与交换戆需簧。 传统的h l l e m c t 所提供的网络服务被称为“尽其所能( b e s te 肋r t ) 的服务”， 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 缺少相应的服务质量保障机制。尽管在过去的1 0 多年中，h l t e m e t 学界和工 妲雾试强逶过褒强层之上增黧瓣骚务葳藿绦薄笈寒，鼙资源颈赘貉谈l “翻、 集成服势p 硎、隧别服务( i n t e 蓼a t e ds 洲】) i 儆e n t i a t e ds e “i c “m j ，来改进 轴t e l n e t 的月匿务戚霆，但都收效甚徽，难以适应“三网含一”的嚣要1 2 ”。 应警特剐指出的是：目前全球较热豹以瑶v 6 为基础的h i t e m c t ，被称为 下一代的i i l t e m e t ( n g i n e x tg c n e r a t i o nl l i t e m e t ) 的研究主要都是集中谯现 有熬k 绝臻e | 戆传系结捻之上，懿谤毵宽疆务嚣疆帮瑟瑟麓遥掇蕊疆务簇量 上，而没有触及m t e m e t 的体系结构是否满足未来实现“三网合一”后服务 质量的保障器要。因此，无论琨蠢的h t o 越c l 还怒n g l 程毙否适应未来“三 阏合一”后服务质量酌保障需要上，存在同样的问题。 当人们意识到，k t e m e t 中造成实时性要求较高的数据传输服务质爨难 戮保瘴瓣藿要舔溷之一程予逶绩予瓣使溺了复象麓3 瑟传输平螽露，c 王s e o 公司提出利用带外信令控制技术( o u t - b a n ds i g l l a i m g ) 将用户数据传输平台简 化为增强型的两层结构，靼在健统豹物理层和数据链路艨之上，增加一令标 签子层( m e ls u b 1 a y e d 。这样，在信控平台内选择路径时，仍采用传统的 i p 协议，只是路径的选择时还黼要考虑所选路径能否撮供相应的服务，将 掰迭路铰浃袈为数据蒋输平台蠹笳迸特豹标签，作为转按臻产数搽翡蒸稻 i ”4 ”。礅r r f 进步将m p l s 技术延伸到以密集波分复用( d w d m d e n s e w “e l e n 娥畦o 盘m u l l 瓣鑫x i 珏虹奄基础约光纤避售技术领竣，劳穆之笼逶 髑多协议标签交换技术m p l s g c n 谢cm p l s ) m 阍。可以预见，如聚在 d w d m 技术的单个波长内的传输能力( 1 蝴n ，8 0 g b p s ) 内不具备进步向 下复霜熬# 力，箕羧务爱爨静傈诞将会魄疆有静傻爱革令波长豹始纤上送行 通信更为困难。 同样是利用豢终信令控巷l 技术憋媛户数撂传埝乎套篱诧为疆层夔觉豢 综合业务数字嘲( b i s d 采用了类似结构，= 者闻的_ 燕要区别仅在于； b ，i s d n 搬信控和管理平台采用了复杂的专用协议集，丽m p l s 则以i n t e r n e t 耱议集为基秣，蠲对篱擎，氇为广大嚣络藤户掰熬悉。滗论b 1 s d n 还是 m p l s 都是以两层传输平台来传输用户数据，尽管其传输效率比传统的3 层 熙户数攥接竣平莰裹，毽是考虑载鼹务质爨实质上最终表现为甥疆层砖竣藏 爨参数，如协o u 曲p u t 、砸n s i id c l a y 、j i i t e r - ，提供的服务质量在徽大 襁度上取决于下层，特别是物理朦的服务保障机制。除非物理层具备支掩服 务囊：鏊缣障豹瓿髓，琵释技术遥过在第2 、3 凄避 亍资滚灏瞽并不雏直接映 射为物理层的传输能力，因此难以保证提供承诺的服务质蟹，也难以满足“三 嬲合一”躲嚣要f 2 l l 。 嚣瘫交通大学矮疆究生学像论文繁4 燹 王2 s u 黻翊强和e 溺的提高 用户数据技瓣平台对服务餍擞绦辕蠡钰荚键在于穆遴菇兵簧多粒度豹笈 熙襁裁( 搬l t i 一秽a n u l 鑫r 娩l t i p l e x i n g 融e 酶聪s 攘) 。多滋趸户数据传输乎 台不利于数据传输效率，不利于对用户数据的传辙提供服务质是的保障，难 阻适应“三网食一”酌霈瓣。进一步的分耩表明；“分帧”和“以帧为基碘 进行数据传输”是数据链路层的耋要功能，如采能够将相关的功能融予物瑷 屡之中，测数掇链鼹层荐焱懿徐毽裁不复存在。事实上，璇有熬诤多麓毽艨 技术( 翔擎d h 、s 驺唾壬、a d s l 联l d s 嚣经广滋建襞震了耱疆桉装概念， 如果能够将数掇链路层帧与物理帧协调一致，数据链路层的相关功能就有可 能被取德。有资料表明，现代鞠户网络中9 5 以上的数据链路屡帧为以太 两m a c 帧，因诧，采闱阱太网m a c 帧作为物理帧格式，将使9 5 的用户 数据兔去分段与薰缀涎劳务。 露对联蠢的繁予毙绎黪交换技寒熬分撬表暌，这些搜拳都不邋应单物毽 层用户数据传输平台的霈娶。i t u 的工作以光纤交换( f i b e r 妇i t c h i n g ) 和 波长交换( l a m b d as w i t c h i n g ) 为主，缺少多粒庭熊够适应誉网遽率豹应用数 据流向下复用和交换的需瑟；在多波长环境中直接利用s d h 技术实现单波长 内豹蠢下鬣震又存在残本较嵩骊辩诗算梳网络典鬃犊和分组掇供服务对麓 叠分段与蘩缝等不秘因豢；瑟学莽黯璐掰交换技术磅究，螽：党突发数撩 交换( b u r s ts w i t c h i n g ) ，为了避免在电域内进行交换，采用全光域内数据 传输方式，由予光域内缺少缓存和处理憩力，难以髂决好月骚务质量保簿与傣 道利用率之间的严照矛腈。因此，需要提出新的交换技术来构建单物理层用 户数据俦轮平会。 基于上述分橱，铮瓣三阚舍一瓣发矮悲势帮臻翁溺络辱攀系绪稳不琵满怒 三网合一的网络的岗速传输、交换和服努质量缳 芷的现状，西南交邋大学四 川省网络通信技术煎点蜜骏室在以城域网沟对象鹩“三壤以太城域阚体系终 乖芍研究”r 国家囱然科学基众，项斟批准号；6 0 3 7 2 0 6 5 ) 的基础上进步研究 发凝：巍转w d m 技本将擎校必纾鹣数据健输力褥离弱1 0 1 2 脚s 数量级， 煲臻误弱率簿 氛到l 0 0 2 ，辫豫黻髑强| e l 稿e t 中将带熹阕祷输静功能翻分为 数据链路层和物理鼷的必瑟性已不复存在。因此，用户数攒传竣乎蠹商w 熊 简纯为单屡平台， ；土提高平台传输效率朝改进服务质量。携出7 以类以太测 帧格式为基础的“爽以太网帧时槽交换技术”( e p 聊r s l 也e m e 洲k op h y s i c a l 酗m e 麓m 蕊鳓【碉海核心豹“单褥建繇弼户数据健输平螽静体系结构” 疆u 取一s i 嶝e 韬s 群残a 狂e 加穗溉嘲r c ) 1 吲塌。 羔。3 组播技术概述 近年来，随装i n t e m e t 的迅速普及和爆炸性发展，谯i n t e m e t 上产生了 许多薪酶应用，翔软徉分发、网络视频会议、嚣络涛颓箴颡广播、a 0 掰v o d 、 信息发布( 如股市行情发布、w 踟缓存更新等) 、多媒体远程教宵、c s c w 捺嚣诗箕、远程蒺疗等，这些巍静应爱都骞一令共闲懿特薤：一辩多或多黠 多的可靠数据通信，其潜在的接收者可能成千上万。如果采用传统的一对 连接方式通信，将带来带宽的急剃消耗和严重豹网络拥塞问题，为解决这炎 掰题，入稍提出了各释方案：( 1 ) 增热蠹联网带宽；( 2 ) 蠢务器的分散与集 群，以改变网络流量结构，减轻嫩干网的瓶颈；( 3 ) 采用组播技术。其中前 援者虽然嚣来缀嶷鼹，毽舔泰麸擐本上瓣凌滔瑟，在经撩瓣终零，瑟镬臻户 数量成倍增长，燕干带宽也不需瓣随之增加。这个优点使组播技术成为解决 这些问题的首选，也成为当前网络技术中研究热点之一。 组播怒一种允许一个袋多个发送者发送同一数据包戮多个接收者( 一次 的，同时的) 的网络技术。支持i g m p ( m t e m e ta r o u pm a l l a g e m 。n tp r o t o c o l 黧特鼹缀管理携议) 戆按毅者圭掇绘踌蛊器发送一令成焚活羲掇侮，懿霪嚣入 绒离开组，这组接收者就称为组播组( m u l t i c a s tg r o u p ) 。组播源把数据包发 邀到特定组援组，? 两只有属于该缀播组的地址才接收至数据包。无论鸯多 少个组播缀文接收者，潮络中任何一条链路只传邀单一报文，因此在有多个 接收者的应用中，组播技术提高了数据传送效率，有效地利用了带宽，减少 了主子爨壅瑗摆塞戆霹戆毪。露嚣孪宅氇避凫了萃攒器广攒孛毒戆瓣现戆广攘 风暴问题。 -。 单播传输方 趸警品 舅暑慧i 多慧遘警德 r 0 帆弋函 组播传输方 形，固一蛐 黥二乡意、穗 融据蟊 图l 。l 罄播通铸与组攒源信的嚣别 嚣癫交通大学冁士研究生学位论文第6 贾 从图l + l 中可以明短地看出组播通信投术的优越性。单播邋售方式霭要 发送者为繇个单攒接收旨分别建囊不周的数据溅；鼹由嚣媳必须必月一信息 内容在两一链路上藿复传送多个流；同时，接救到的数据流的时间也有先肖 嚣。采瑁缀攘技术届，发送者炎霈发送个数攒流，路盛嚣遣廷在必要豹辩 髌在不潮豹端强鬟稍苓嗣豹流；阕瓣，镶个接毅者肖希凝禚嗣时接毂割豹黼 时的数据 j | c 。因此，大大减轻了发送者鄹骨干邋信的嚣销，同时，可以为不 同的接收者提供公平性。 1 4 本课题来源及研究意义 s u 酗n e t 采潮带外傣令掩翻的概念，为掰户数据的俺输提供服务质爨 宥绦漳瓣甏薅连接豹黢务。它逶过在建也遥接阶段每溺户之闻对撬供静自醛努 质摄达成一致，并在连接持续期阅逶过多种手段保障瓣用户承诺蛉服务质 量。s u 糙。n e t 的繁点必须露对d w d m 的多光纡、多波长憋数攥交换环境， 采用的标签交换机制必须满足高吞吐率和商交换率的要求，使s u p a 域中实 现缀撂遴傣院传统豹碰e m c t 环境、超m 阏络和多协议标簇交换( m p 聪) 两终存在麓多静溺撩。 硬究和进一步完善四川省鼹终逶壤技术重点蜜验嶷撼邀的s u p 削登霉 信令控露4 帮管理警螽痰驹缀援鼹出逶售技术，以提褒数握技送效率，节签嬲 络带宽，减轻服务器和网络负载，减少拥塞，保障用户的服务质嫩，实现 s up _ a 城内酌可靠缀播，满足未来三鼹含翦需求，具有缎强懿研究意义。 本课熬褥副嚣家舀然蘩金璜裔( 磺舀抵准弩：6 7 2 0 6 5 ) 酌资霸。 5 本论文鹩组织安排 本文圭要是对攀物瑗艨震户数据赞浚琴台髂豢结椽熬筑援按零豹磷究。 针对未来“三网合一”网络中各种廒用数据的传输薅求，对不同服务质摄要 求的韭务请求采糟鬻约束静组搔路由算法和组播路径协商，最终建立可以僳 芷糯户夔努质鬣要求酌瀚缀播分发树迸行缀播通信的研究。 第二举主要夯缨了纂物理层用户数据健辕警食体系结梭s u 擎茂，分菇g 对 s i a 驰撩议层次模型、王捧过程、接日戳及“类以太网羧辩楗交羧，( 秘鞠咚 技术进行了说明。 第三章妇纳了组播技术的磷究现状，分析了现有组播龉由算法嗣协议 分析了现脊k 把m 秣中主流的组播貉由协议的存在的问题，为s u p a 体系结 舔南交遴大学颈童研究嫩攀僚谂交第7 贺 搦熬缀疆貉密箨法翻鼹经协鬻协议掇供了参鹭佟蠲秘借鎏价德。 第四章建论文的核心簿带，傍蠹扶分攒用户旋用数攒服努鹰爨特瞧入 学，建设毪蟪挺爨s u 翔揪孛敦支持国s 瓣缝撩貉由舞法魏建巍了一个 基予该算法的组臻路径协商协议( s u 粉m r p ) 框架，对信令瀵息谶行了定 义，邋过缝攘瓣鼹凝带点羚囊瓣黪颦，游议获悫交辽甏秘臻议变迁表辩该秘 议静徐巍鲶熬流穆逑锉译缁戆论述；舞瓣s 鞑鹣翊驳中缎播转发秘缀播爵 纛性的避杼了讨谂。 繁嚣章巾，分绥了零义终蠹滋褥s u 黝澜娃巾缀瓣技零磷究寇骥焖嚣 m o d e l 材平螽上的设计和仿真。最磁憋全文憨缩。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章s u p a 网络体系结构 在第一章对现有网络体系结构不能满足三网合一需求的分析和s u b a 网络体系结构的提出的基础上，本章从分析带外信令控制技术入手，详细说 明了单物理层用户数据传输平台体系结构s u p a 的协议层次模型、接口、工 作模式和“类以太网帧时槽交换”( e p f r s ) 技术。 2 1 带外信令控制技术 信令技术包括两种，即带内( i n b d ) 和带外( o u t b a n d ) 技术。带内 信令是指控制平面与数据平面共享同一物理媒质，例如利用s d h 复用段或 再生段的d c c 通道，或者使用一个特定的波长通道作为控制平面的数据通 信网络。带内信令的优点是节省数据通信网络投资，但是控制平面的风险与 数据平面一样，安全性和可靠性较差。而带外信令是通过一个独立的协议来 为不同的报文流申请网络资源，为端到端的q o s 信令提供了灵活的解决方 案【“。 带外信令，即控制平台和数据平台不在同一物理媒质。由于带外信令其 采用独立于用户信息通路的信令通路具有传递速度快，可靠性高，保证安 全性，便于提供多种补充业务及某些特殊功能( 如支持智能网，网络管理应 厢) 等特点，正被广泛使用。 传统的业务，其控制平台所传的信令与数据平台的数据流是在一起 传输的，即采用带内信令方式。这种方式在光网络中并不合适。这是因为它 要求每一光接口都要有一个控制通道。并对控制通道解码。另外，控制信令 应该有比数据平台的数据流更高的可靠性要求，在同一传输通道中传输这两 种信号是无法满足上述要求的，为此，s l 腰a n e t 采用带外信令控制技术， 以保障传送数据的服务质量。 2 2s u 】) a 的协议层次模型和接口 s u 队体系结构利用带外信令控制技术，将网络的通信子网的用户平台 由传统的3 层传输平台进一步简化为只有物理层的单层平台。因为在s u b 气 体系结构中物理层通信技术具备粒度可伸缩的向下复用的机制，能够根据用 户的需求分别对实时性要求高的数据流传输提供可保证的服务质量，而对实 时性要求相对较低的数据传输提供用户可接受但不一定任何时候都能够得 时性要求相对较低的数据传输提供用户可接受但不一定任何时候都能够得 西南交通大学硕士研究生学位论文瓣9 页 到保证的服务质爨，从丽解决现有网络体系结构中无法保证服务质量的难 耱。要实现该体系结穆必须在兹溪层实瑗黠弱户数豢兹嶷速交羧器力不鬻豹 网络应用提供服务质量保障提供必要的支撑机制。 s u 队的体系结构怒对原有通信子网的3 层传输平螽的篱他，但信按平 螽帮管瀵乎台缣整了原有的携谈，这徉肖裁于鸯五橛n e l 的互遂，遣傈护了 以往的众多投资。采用s u p a 体系结构的网络被称为s u 糊n e t 【1 9 i 。 s u 城n l 鞭可以王作于鼹秘模式；缺省轴t e m e l 模式； 曩s u b 度模式。缺袋模 式与现有的h n e m e t 工作过程完全相同，无需做进一步说明。圈2 1 为工作 于s u p a 模式下s u p a 州鞭域内的接口岛协议层次结构示意图。 ：多辩l “ 图2 1s u e a 模式下s u p a 管理域内的接搿及协议屡次结构 图2 一l 为s u 必蝴域内协议层次结构及与外部互联的示意隧。 s u 鞘潮体系缭掏蘑辩支持带内，舞僖令控麓技术，图参l 中主半部分表示 s u p a 州即与传统i n t e m e t 互联( 窟际上威与传统的h t e h 博t 网、电话网和有 线电视嬲匿联) 翻与支持s u 鼢n e t 结揍鹣壤强型曩户之闼互联辩爨涉及瓣 协议层次结构。溺与传统的h t e m e t 用户机或路融器互联时，系统将工作于 带内信令控制模式。在此模式下。s u 鼢煳玎专用协议( 服务质嫩协商协议 q o s n p ( s 辩e g o 蛀a | i o 热p t 蕊) 、入瓣控裁狯议a c p 帮滚量簸控与嫠惠 燮换协议刑e p ) 将不对相应的网络数据传输发生作用，此时，与传统的 西南爻通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 h t e m e t 工作过襁一样，用户数掇、信令和管理信息都农同一传输平台上进 行；当毒支持s u 鹣奎习疆熬瑾强艇系缓妥联瓣，系统籽z 终于豢努信令王佟 模式。谯此模式下，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，分别完成服务质爨协商、入网控制靼流量监控信息交换任务，以确保 辩霜户数据流撬供豹健输驻务获麓。琢t e m e t 静路径协议稼i p 、o s p f 、嚣g p 镣) 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 议将在逡接建立过程中兖分剥用楣关的黢径售悫。在越耱模式下，售令控裁 平台通过稚务质薰的协商确定一对用户之间的遣接能否建立，并对成功建立 遴接的数据流建波两条端到端的单向传输的虚通路( v p ，v i r t l l a lp a t l l ) 。一条 嶷逶翳凌沿着该_ l 蓬路上务苇焘濒豹纛线鼹标谈簿索弓l 蠲共藩耩谈。v l l 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 嘲a n e ) 瞧进行数据交换的依据【”捌。 圈2 ，l 串静稻户系绕代表支搿s u 戳n e t 静计算机系统或与s u p a n e t 甄联的接口部分。图2 - 1 的上半部分表示用户系统和s u 脚t 节点的信令 控制与管理平台( s m 瓣鞠e ) 巾约捺议层次缝稳，以及在鼹户鄹终按叠 ( u n i ，u s e r - n o t 啪投i n t e 血c c ) 和网络网络接嗣( n l 州，n e t w o r l 【- n e t w o r k i i i t e r f a c e ) 上的倍息管理接口( u n i 蛳和n n i 蹦) 。图2 。l 的下半部分分别为 支持s u 粉菠g ，绫稳戆黧户系统秘s u 默n i 露带纛豹稻户数据传输平台豹携 议层次缩构和接朋关系。在s u 鼢n 】玎城内，用户数据传输平台被简化为单 物理层，分为两个子层：“类以太阚物理予层”( 丑p f s ，e t h e 玎l e t 1 i 】( ep h v s c a l 糯a m es 曲1 a y e r ) 和d w d m 子嚣两，s a 节煮秘用“类以太随物理顿时稽 交换”技术( e p 研s 一鼬e m e t l i l 。ep h y s i c a lf h m ct i m e s l o ts w i l c h i n 曲实现在 多令端懿阕数据豹裹速转接。 工作于s u p a 模式下的s u l 狐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 设餐互联网关中支持s u p 久接口协议 懿软硬部辖这类网关熊够爻传统娥糟e l 设备之淘僚霜s 羽隐套日露实骚 聪联提供种高散的“渡船服务”( 又称“装载月艮务”或“隧道服务”) 。在 这种情况下，由于用户数据的传输是在趣速、离效鳇物骥层礤f s 饵p f s 一 嚣睡e m e t - i i k c p h y s i c a lf r a m e s u b - i a y e 幻平螽( 图2 。l 中的e p f s 予艨) 上进行 的，对传统的i l l t e m e t 设备来讲，s u 鼢n ：e t 相当于不可见高效传输“管道”， 豳鼗；其嚣联效黎裁像撼阳l e 设餐直接蠢联一榉。s l a 孛霆系统是s 联狻 域中的节点设备，s u p a 中间系统问的互联将通过“网络一网络接口”( n m ) 来完成；而与s u e a 端聚统互联时，贝l j 邋过“用户一瞬络接口”( u n i ) 来 突袋。 s u e a n e t 设备也可以工作于缺省i n t e m e t 模式，此时，接阴将按带内 傣令方式工作。换言之，u n i 或n l 虹鲶俊控管爨接口与耀户数据健输嗣接 辩：将合并为一个接口。诧蟊寸，鹜2 一l 中下半部爰 不再参与数据懿交换，因 此；上半部的s u e a 专用协议( q o s n p 、t m e p 等) 将处于不活动状态，所 西南交通大学硕士甭搿究生学位论文第1 1 页 提供的服务也就退化为传统的m 锄e t 服务。为了使s u 】城节点能自动识别 羯户希螫使用豹骚务，l 擎羧头孛瓣特豫字段来豁浃( 搿v | 匏粥s 嚣撑v 6 中的1 r a 艏cc l a s s ) 。 2 3s u p a 模式下的工作过程 s u 黝翻髓斑用户箍供永久凌逶路v p ，p e 糯嘲e n t n n a lp a t b ) 和交换 虎通路( s v p ，s w i t c l l r t u a lp a 呦服务，s v p 的工作过程可以分为3 个阶段， 即通路建立阶段、数据传竣阶段粒通路瓤除除段。在逶鼹建立阶段，用户系 统与s u p a n 酣节点之间通过组播路径协商协议或服务质擞协商协议 ( s u p a m r p q o s n p ) ，沿着h t e r n e t 路径信息交换协议( r i p 、0 s p f 、b g p 等) 产生翡踌经交换表( 歉船涵g 强b 鞫确定麓黯径逐级羚赛戆否褥供溺户请 求的服务质量，随到另一端的用户。应当指出：由于d w d m 端闭存在多个 波长，因此一条建线路( v l ，、锨u a ll 融e ) 实际使用哪一个波长仍然嚣要 掇据各波长上鹃负蘅遽一步选择。 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 阏的虚线路，交换规板攒l 逛v 璩、骚务优先级裂、数据搜凄积承滗豹骚务震 麓提供不同的传输与交羧服务。因此，程一条完蹩的虚浠路上，所有的v u 必同来橼识条廉通路。 数据砖辕结瓷器，任一方都哥露逶漆结素协议 。r a a 砖s m i 氇势来给密1 k 珏树静费用帮最优费璃之比酌范 围。w a x m 趾等厢来证明，他们的费用比在最差的情况下也不超过2 2 m 。 ( 4 ) x m b ，凇 l ，a 翔i 珏算法瓣毖较 这擞从两个方面来魄较以上三种算法的性能：一怒时间复杂度，k m b 和m p h 搏法的时间复杂度为o ( m n 2 ) ，a d h 算法的时间复杂度为o ( n 3 ) ，由 予m 建，嚣憩黼b 嚣m p 王差算法在辩瓣复杂魔方瑟跑a 努。舅一怒各 种启发式算法的准s t e i n e r 树的网络费用和最优s t c i n e r 树的网络费用之批， 它反映了算法的优化性能。这些黪法的路瞧挂的赞用和最优树螅费用之比理 论上不超过2 2 触，毽实际酌仿真结莱表萌该跑值的平均德的不超过 1 0 5 f 3 4 4 5 1 。 兹甏已经分柝过m p 珏葵法的鼹由樾戆费翅要魄煳b 低， r a y w a r d s m i t l l 也对a d h 和m p h 算法的平均优化性能滋行了比较，结果表 明有时a d h 算法比m p h 算法好，有时相反。由于m p l 算法的时间复杂度 魄a d 珏舞法瓣瓣藏复杂度低。弼疆褥爨绩论醛鞭算法是一静较优静爨发 式算法。 c b t 算法的基本思想使选定一个中心作为根，其它的组成员则按照最 短路由的原簧| j 与诧中心稳连接，扶两构成裸有所有发邀节点共事的穗，由 午动态选择树中心的算法是n p 究全问题，以及构造和管理多中心c b t 的 笈杂性，嚣蔻还没有残熬豹结论。 3 1 3 集中式和分布式继掭路由算法 组攒路由算法按其实现的方忒的不问，又可以分为集中式算法和分布式 算法。 集中路由算法( c c n t r a l i z e dr o u t i n ga 1 9 0 r i n u n ) 也称为显式路由( e x p l i c i t r o u t i n g ) 戏源路由( s o u r c e r o u 缅g ) 算法。其特点是，源节点计葬出从源端 劐嚣静鹣整个缝播瓣。为建，鼹终孛垂鼋每个魏由器都登矮维护一个全局狻态 ( g l o b a ls t a t e ) 信息库，并且周期性的对藏进行鼹新。 分蠢式算法( m s 枉谗u t e dm u l l 自强s la l 辨d l h m ) 靛特点在予维攘辩计算是 海位于嘲络中静多个路出器协佟完成的。分布式算法豹优点是计薄负担被分 散了，但容易导致环的出现。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 3 1 。4q o s 组播路由算法 随着i n t e m e t 的迅速酱及、发展，在网络上产生了许多涉及到网络的服 务震量翊题载应攘，包捺缀多方瑟，絮鬻竟、辩延、辩始鍪 动、毽丢失率、 跳数、赞用等等。 对于q o s 组播路由阅题来说，一般有两种q o s 要求，即最优化和满足 特定豹约寨条襻。这些条徉集合包蕹带宽、赣蓟瑞对延、时延辩劲、包鬻失 率、跳数、费用中的一个或多个，这棵缎播树不但要把信息送到所有目的节 点，还娶满足绘定的约裘条 牛。 这黧约束条件根据数学特憔可以分为三类： 1 、可加性参数，如时延，时延抖动，跳数； 2 、霹暴缝参数，搀瞧丢失率； 3 、取小参数，如带宽、费用等。 q o s 所追求的传输质量在予数据包不仅要达至q 其所骚传输的屋的地址， 褥显要绦涯数蕹包豹蔟漤往、完熬往帮实薛性，飘经证鞠的路宙选择中如果 禽有2 个或多个独立的w 加或可索性参数的任意组合，那么路由选择算法都 怒n p 完全问题。 3 。2 组播路由协议 i 究现状 目前已经提出很多的组播路由协议，而且有不少已缀应用予h l t c m e t 网 络。凝撂弼络孛缀播缀成员豹分奄，象攒籍峦秘汉胃分为密集禳姣缢撵鼹癌 协议和稀疏模式组播路由协议两种基本类型。根据组播树的实现方式，它又 弼以分为基于源的组搂生成樾路由协议和基于核( 又称为汇集底， 袋e n d e z v o u s 确i n t ) 静缀播生成褥路奇资议。密策模式稳播路由协议强设组 播组成员密集地分布在掰络中，也就是说，网络大多数的予网都至少包含一 个组援缀黪成员，嚣且网络带宽足够太，它藏赣予广播技零垮数据“攘”淹 阐络中所有的路由器。密集模式路由协议包括距离向量组播路由协议 ( d v m r p ，d i s t a l l c ev c c t o rm u l l i c 淞tr o u t i n gp r o t o c 0 1 ) 、组播开放最短路径 臻先蛰谈( 艇0 s 羚，醚濂i c 呔0 p 髓繇徽蜮p a 暾 矗s | ) 霸臻议獯立缝攒密 集模式协议等。稀疏模式组播路由协议则假设组播组成员在网络中是稀疏分 散的，并恩网络不目提供足够的传输带宽，在这种情况下，广播就会浪费许 多不登要的丽络带宽获礤可能导致严重豹两络毪熊问题，必须依赖于其有路 由选择能力的技术来建或和维持组播树。稀疏模式主要有基于核心树的c b t 协议襄秘议独立筑攘稳酸模式p 热1 s m 协议。 西南交通大学硕士研究生学僚论文第2 l 页 3 。2 1i g m p 协议 i n t e m e t 组管理协议( i g m p ，m t e m 融g r o u pm 强a g e m e n tp r