（电路与系统专业论文）基于java的nsis协议研究和设计.pdf

?，j-l， jj r l i i i i fifi l l i lli i i ii i i if y 17 5 8 0 3 3 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： j l ! 垂 日期： 兰q ! ! ：li 望 一 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年解密后适用本授权书。非保密论文注释： 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： i l 鳢 导师签名： 日期： 2 1l ! ：l ! ! 日期：趁f 仝： f q ，l 、 气 b 基于j a v a 的n s ls 协议研究和设计 摘要 通常，基于存储转发机制的i n t e m e t 只为用户提供了“尽力而为” 的服务。这就意味着如果网络中的路由器负载量过大，i n t e r n e t 就不 能保证服务质量。但是，在全球i p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 网络融合的大趋 势下，用户对不同的应用服务有着不同的q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 要 求。q o s 保证技术就是让网络能够根据用户的要求分配和调度资源。 现有的q o s 解决方案大都是基于r s v p ( r e s o u r c er e s e r v a t i o n p r o t o c 0 1 ) 协议的，但由于r s v p 在移动性和扩展性等方面存在的诸多 问题，本文引入了下一代信令协议n s i s ( n e x ts t e p si ns i g n a l i n g ) 。本 文首先介绍了当前已有的具有资源预留功能的q o s 信令协议，分析 了r s v p 协议的特点、流程等，并说明了该协议的缺点。在此基础之 上，介绍了i e t f 新近提出的n s i s 协议，详细阐述了信令传输层 n t l p ( n s i st r a n s p o r tl a y e rp r o t o c 0 1 ) 和信令应用层n s l p ( n s i s s i g n a l i n gl a y e rp r o t o c 0 1 ) ，并分析了r s v p 和n s i s 的各种基本特性。 接着，本文详细地论述了基于j a v a 的n s i s 协议的实现，分析了 n t l p 和n s l p 的模块构成及关联关系，搭建了基于j a v a 的n s i s 实 验场景并验证了协议的连通性。为了克服n s i s 协议中固定刷新时间 的缺点，本文提出了可变刷新时间算法，并建立n s i s 消息处理模型， 仿真结果验证了该算法可以有效地减少n s i s 协议的延时和网络资源 的浪费。最后，为了实现优化刷新时间算法，也为了便于协议的使用， 本文设计了基于j a v a 的n s i s 协议g u i ( g r a p h i c su s e ri n t e r f a c e ) ，并 验证了该g u i 可完成协议的基本操作，方便了操作和管理n s i s 协议。 关键词：服务质量保证；下一代信令系统；图形用户界面；软状态 i i r e s e a r c ha n dd e s i g no fn e x ts t e p si n s i g n a l i n gb a s e d0 nj a v ai m p l e m e n t a t i o n a b s t r a c t t r a d i t i o n a l l y , b a s e do ns t o r e - a n d f o r w a r dm e c h a n i s m ，i n t e r n e tc a n p r o v i d eu s e r sw i t ho n l yab e s t - e f f o r ts e r v i c e t h i sm e a n st h a ti fe x c e s s i v e l o a do nt h en e t w o r kr o u t e r , i n t e r n e tc a nn o tg u a r a n t e eq u a l i t yo fs e r v i c e h o w e v e r , i nag l o b a li p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) n e t w o r kc o n v e r g e n c et r e n d ， u s e r sf o rd i f f e r e n ta p p l i c a t i o n sh a v ed i f f e r e n tq o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) r e q u i r e m e n t s t h eq o sg u a r a n t e et e c h n o l o g yc a ne n s u r et h en e t w o r kt o a l l o c a t ea n ds c h e d u l er e s o u r c e sa c c o r d i n gt oc u s t o m e r s r e q u i r e m e n t s t h ee x i s t i n gs o l u t i o n so fq o sa r em a i n l yb a s e do nr s v p ( r e s o u r c e r e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) h o w e r v e r , t h e r ea r ea r r a y so fs h o r t c o m i n g si n r s v ps u c ha sm o b i l i t ya n ds c a l a b l i t y t h u s ，m yr e s e a r c hi n t r o d u c e s n s l s ( n e x ts t e p si ns i g n a l i n g ) t h i st h e s i sf i r s ti n t r o d u c e st h ee x i s t i n g q o ss i g n a l i n g ，a n a l y z e st h em a i nf e a t u r e sa n dc o m m u n i c a t i o np r o c e d u r e o fr s v p , a n di l l u s t r a t e st h es h o r t c o m i n g so fr s v p t h e nb a s e do nt h e d i s a d v a n t a g e so fr s v p , t h i sp a p e ri n t r o d u c e sn s i s ，d e m o n s t r a t e s n t l p ( n s i st r a n s p o r tl a y e rp r o t o c 0 1 ) a n dn s l p ( n s i ss i g n a l i n gl a y e r p r o t o c 0 1 ) i nn s i s ，a n dg i v e sac o m p a r i s i o nb e t w e e nr s v pa n dn s i s r e s p e c t i n gv a r i o u sq o sb a s i cf e a t u r e s f o l l o w i n gt h a t ，t h i st h e s i si l l u s t r a t e st h ed e p l o y m e n to fn s i sb a s e d o nj a v ai m p l e m e n t a t i o n ，a n a l y z e st h em o d u l ec o m p o n e n t sa n dt h e i r r e l a t i o n s h i po f n t l pa n d n s l p , d e p l o y st h et e s t b e do fn s i s ，a n dv e r i f i e s t h ec o n n e c t i v i t yo fn s i st e s t b e d n e x t ，t oo v e r c o m et h es h o r t c o m i n g so f f i x e dr e f r e s hp e r i o do fn s i s ，t h i s p a p e rp r o p o s e st h ea l g o r i t h mo f s c a l a b l er e f r e s hp e r i o d ，s e t su pan s i sm e s s a g eq u e u e m o d e l ，a n dv e r i f i e s t h ef a c tt h a tt h ea l g o r i t h mc o u l dr e d u c et h ed e l a yo f n s i sa n dt h ew a s t e i i i o fn e t w o r kr e s o u r c ee f f e c t i v e l y i no r d e rt or e a l i z et h ea l g o r i t h mo f o p t i m a l i z a t i o nr e f r e s hp e r i o da n d e n h a n c et h ec o n v e n i e n c eo fn s i so p e r a t i o n ，t h i s p a p e re v e n t u a l l y p r o p o s e s an s i s g u i ( g r a p h i c s u s e r i n t e r f a c e ) b a s e d o nj a v a i m p l e m e n t a t i o na n d v e r i f i e st h ef a c tt h a tw ec o u l do p e r a t en s i sn o r m a l l y b yu s i n gg u i ，w h i c hi s c o n v e n i e n tf o ro p e r a t i o na n dm a n a g e m e n to f n s i s k e y w o r d ：q u a l i t yo fs e r v i c e ，n e x ts t e p si ns i g n a l i n g ，g r a p h i c su s e r i n t e r f a c e ，s o f ts t a t e i v ，i 目录 第一章背景介绍1 1 1 引言1 1 2 课题研究背景。2 1 2 1q o s 定义2 1 2 2i p 网络q o s 技术2 1 2 3 标准化组织研究现状3 1 3 本文主要工作4 1 4 论文结构5 第二章现有q o s 信令协议分析6 2 1 现有q o s 信令简介6 2 2r s v p 协议的框架8 2 1 1r s v p 协议介绍8 2 2 2r s v p 协议的特点8 2 2 3r s v ，p 协议的流程9 2 2 4r s v p 协议的缺陷11 2 3n s i s 协议的框架12 2 3 1n s i s 协议介绍12 2 3 2 信令传输n t l p 1 2 2 3 2 1g i s t 状态l3 2 3 2 2g i s t 传输模式1 3 2 3 2 3g i s t 信令交互流程1 4 2 3 2 4 信令会话和信令应用1 5 2 3 3 信令应用层q o s n s l p 。1 6 2 3 4n s i s 协议操作l8 2 4r s v p 与n s i s 的比较19 2 5 本章小结2 0 第三章基于j a v a 的n s i s 协议设计和实现2 l 3 1 基于j a v a 的n s i s 协议总体设计2 1 3 2q o sn s l p 模块设计21 3 2 1n s l pt h r e a d 模块21 3 2 2p c 模块2 2 3 2 3r m f 模块2 3 3 2 4a p p 模块2 4 3 2 5q s p e c 模块2 4 3 2 6m e s s a g e 模块2 6 3 2 6 1 公共头部2 6 3 2 6 2r e s e r v e 消息2 7 3 2 6 3q u e r y 消息2 7 3 2 6 4r e p o n s e 消息2 8 3 2 6 5n o t i f y 消息2 8 3 3g i s t 模块设计。2 9 3 3 1m e s s a g e 模块综述2 9 3 3 2q u e r y 消息、2 9 3 3 3r e s p o n s e 消息3 0 3 3 4c o n f i r m 消息3 0 3 3 5d a t a 消息31 3 3 6e r r o r 消息一3 1 3 - 3 7m a h e l l o 消息31 3 4n s i s 协议分析3 2 3 4 1 场景构建3 2 3 4 2 连通性验证3 3 3 5 本章小结3 5 第四章基于刷新时间的n s i s 协议优化算法研究3 6 4 1 信令状态和刷新时间3 6 4 1 1 硬状态和软状态一3 6 4 1 2n s i s 协议的刷新时间3 7 4 2 优化刷新时间算法设计和实现3 8 4 2 1 算法整体设计3 8 4 2 2 确定合适的刷新时间3 8 4 2 3 自适应的刷新时间4 0 4 3 建模与分析4 l 4 3 1 场景l 4 l 4 3 2 场景2 4 2 4 3 3j 历景3 4 3 4 3 4 结论4 5 4 4 本章小结4 5 第五章基于j a v a 的n s i s 协议g u i 设计和实现4 6 5 1g u i 简介4 6 5 1 1g u i 的定义和特点4 6 5 1 2j a v a a w t 和s w i n g 4 6 5 2n s i s 协议g u i 设计需求4 7 5 3 基于j a v a 的n s i s 协议g u i 设计4 8 5 3 1 总体设计思想4 8 5 3 2 界面模块4 9 5 3 3 事件处理模块51 5 3 4 刷新时问接口模块。5 3 5 4 结果及分析5 4 5 5 本章小结5 4 第六章总结与展望5 5 参考文献5 6 i i i l l 北京邮i 【1 人学硕i ：毕业论文 1 1 引言 第一章背景介绍 网络设计的最终目标是满足所承载业务的服务质量q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 。 q o s 是网络与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的 质的约定，例如时延、时延抖动、带宽、丢包率等。随着网络技术的发展，未来 的无线网络不仅要支持简单的语音和数据业务，还要支持基于互联网的多媒体服 务，不同的服务往往具有不同的q o s 要求。在网络中为用户提供高质量的q o s 必须解决以下问题： 1 ) q o s 的分类与定义：对q o s 进行分类和定义的目的是使网络可以根据不 同类型的q o s 进行管理和分配资源，例如对于实时业务，应分配较大的 带宽和较多的c p u 处理时间等，另一方面，对q o s 进行分类定义也方 便用户根据不同的应用提出q o s 需求。 2 ) 接入控制和q o s 协商：即根据网络中资源的使用情况和接入业务的资源 需求情况，允许用户接入网络传输数据业务并对不同q o s 机制进行协 商。 3 ) 资源预留：对于具有较高q o s 要求的业务，为了给用户提供满意的q o s ， 必须预约终端、路由器以及传输带宽等相应的资源，以确保这些资源不 被其它服务所占用。 4 ) 资源调度与管理：对资源进行预留之后，是否能得到这些资源，还依赖 于相应的资源调度与管理系统。 伴随着多种业务应用的出现，各种网络承载技术不断涌现，进行端到端通信 时，发送端和接收端之间的路径会跨越多个不同的域，不同的域有各自的策略、 资源控制方法和流量控制方法。因此在进行端到端通信时，需要一种共同协商的 语言即信令协议，用来预留和释放网络资源，建立、恢复、调节和删除流状态， 从而适应网络中拓扑结构、连接状态和端到端服务质量的变化。具有资源预留功 能的q o s 信令能够在传输数据之前，传输应用或网络的性能需求，并根据业务 的服务质量需求预约传输数据路径上的网络资源，为业务提供端到端的服务质量 保障。当前已有的q o s 信令，按照提出时间顺序依次为s t - i i 、r s v p 、y e s s i r 、 b o o m e r a n g 和n s i s 。其中，r s v p 发展较为成熟，新近提出的n s i s 是当前研究 的热点之一。 i e t f 早期提出的资源预留协议r s v p ( r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) 通过为 特定类型的数据流预留相应的网络资源，以此在i n t e r n e t 中提供q o s 保证。r s v p 北京邮i 也人学顾f ：毕业论文 是集成服务i n t s e r v 中资源预留的一种动态机制。在提供集成服务网络中的每个 支持r s v p 的路由器都执行r s v p 信令、接入控制、调度和策略。r s v p 由应用 程序在会话开始时发起。会话由通信的目的i p 地址、传输层协议类型和目的端 口号标识，每个r s v p 数据分组都包含着所属会话细节，一旦r s v p 要求的资源 被预留，通话的数据流就可以使用相应的资源。作为一种信令协议，应用程序可 以通过r s v p 协议把q o s 需求传送给网络元素。但是r s v p 只是用于传输q o s 参数，并不提供任何q o s 相关的功能；同时r s v p 基于流的特性使得该协议在 安全性、移动性、灵活性和扩展性等方面面临着诸多问题。 为了满足网络信令多样化的要求，需要一种更为灵活统一的m 信令协议体 系。2 0 0 1 年1 1 月i e t f 成立了n s l s ( n e x ts t e p sns i g n a l i n g ) t 作组，致力于研究 下一代信令的需求、体系结构以及协议实现等问题。n s i s 主要解决沿着数据路 径的网络控制状态的建立问题，它根据模块化的要求将信令协议分成了两层：信 令应用层n s l p ( n s i ss i g n a l i n gl a y e rp r o t o c 0 1 ) 和信令传输层n t l p ( n s i s t r a n s p o r tl a y e rp r o t o c 0 1 ) 。这种两层的信令协议体系结构在很大程度上决定了 n s i s 协议的灵活性和扩展性。本课题我们重点研究n s i s 协议。 1 2 课题研究背景 1 2 10 0 s 定义 q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) ，即服务质量。国际上不同的组织对q o s 有着多种的 定义形式：i t u - t 定义其为一个衡量服务满意程度的综合指标；i e t f 在r f c 2 3 8 6 中将其定义为传输数据流时，网络能够满足相应的服务需求，具体可以量化为带 宽、延迟、延迟抖动、丢包率、吞吐量等性能指标，所谓服务具体是指数据包经 过若干网络节点所享受的传输服务，强调端到端或网络边界到边界的整体性， q o s 反映了网络元素( 例如，应用程序，主机或路由器) 在保证信息传输和满足服 务要求方面的能力；c i s c o 定义q o s 为网络能够利用各种底层技术向选定的网络 业务提供更好的服务的能力，这些底层技术包括帧中继f r a m er e l a y 、异步传输 模式a t m 、以太网、s o n e t 以及口路由网络等【i 】；还有人认为q o s 是发送和 接收数据的用户之间以及用户与传输数据的综合服务网络之间关于数据传输质 量的约定。服务质量包含了用户的要求和网络服务提供者的行为两个方面，它是 用户与服务提供者两方面主客观标准的统一【2 】。 1 2 2 ip 网络0 0 s 技术 i pq o s 的研究目标是有效地为用户提供端到端的服务质量控制或保证。q o s 2 北京邮i 【1 人学硕l ：毕业论文 就是网络元素( 例如，应用程序，主机或路由器) 能够在一定级别上确保它的业务 流和服务要求得到满足。q o s 并没有创造带宽，只是根据应用程序的需求以及网 络状况来管理带宽。 i p q o s 的性能参数 衡量口网络服务质量有一套性能参数，主要包括： 1 ) 业务可用性：用户和i n t e r a c t 业务之间连接的可靠性。 2 ) 传输延迟：指两个通信节点之间发送和接收数据包的时间间隔。 3 ) 可变延迟：也称为延迟抖动j i t t e r ，指在同一条路由上发送的一组数据流 中数据包之间的时间差异。 4 ) 吞吐量：网络中发送数据包的速率，可用平均速率或峰值速率表示。 5 ) 丢包率：在网络中传输数据包时丢弃数据包的最高比率。丢失数据包一 般是由网络拥塞引起的。 i p q o s 的分类 根据处理策略的不同，i pq o s 可以分为基于资源预留和基于优先级两种基 本类型。对于基于资源预留的类型，网络资源按照某个业务的q o s 要求进行分 配，制定资源管理策略，互联网工程任务组i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 提出的综合服务i n t s e r v ( i n t e g r a t e ds e r v i c e s ) 体系结构便是基于这种策略，资源预 留协议r s v p ( r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 ) 是其核心部分。采用”资源预留”，按 照服务水平的要求分配资源给每一个数据流的方法并不适合”尽力而为”类型的 应用，考虑到带宽资源的有限性，i pq o s 的设计者们引入了优先级的概念，使 得在资源预留后”尽力而为”服务的数据流的传输也能得到一定的保障。在基于优 先级的类型中，网络边界节点对业务流进行分类、整形、标记。核心节点按照资 源管理策略分配资源，对q o s 要求高的业务给以优先处理。i e t f 提出的区分服 务d i f f s e r v ( d i f f e r e ：i l t i a t e as e r v i c e s ) 便是基于这种策略。 根据应用的数据流的不同，i pq o s 可以分为单数据流和聚集流两种，其中 单数据流类型下，单个数据流为在两个应用( 发送者和接收者) 之间的单个的、单 向的数据流。可以用传输协议、源地址、源端口号码、目的地址和目的端口号码 这五种参数来分类；聚集流中的综合流是由两个或更多个单个数据流组成。这些 流在一个或多个参数、标记或优先数以及一些认证信息方面有一些共同点。 1 2 3 标准化组织研究现状 现在，口网络如何提供服务质量q o s 支持这一问题现已成为业界关注的焦 点，国际上不同组织和团体提出了不同的控制策略。 i s o o s i 3 北京邮l u 人学硕i ：毕业论文 i s o o s i 提出了基于o d p 分布式环境的q o s 控制，但至今仍只停留在只给 出了用户层的q o s 参数说明和变成接e 1 阶段，具体实现q o s 控制策略并未提出。 a t m 论坛 a t m 论坛提出了q o s 控制的策略和实现，a t m 控制是“连接预定”型 ( c o n n e c t i o na n dr e s e r v a t i o n ) ，它的核心内容是在服务建立之前，通过接纳控制和 资源预留来提供服务的q o s 保证，而在服务交互的过程中，用户进程和网络要 严格按照约定的q o s 实现服务q o s 保证。 i e t f 为了解决i pq o s 问题，正t f 组织也已经提出了多种服务模型和机制来满足 对q o s 的需求，其中比较典型的有： 1 ) 综合服务和资源预留协议i n t s e r v p s v p ：以r s v p 信令向网络提出业务 流传输规格f l o w s p e c ，并建立和拆除传输路径上的业务流状态。主机和 路由器节点建立和保持业务流状态信息。尽管r s v p 经常用于单个流， 但也用于聚流的资源预留。 2 ) 区分服务：在区分服务网络中，边界路由器根据用户的流规格( s t r e a m p r o f i l e ) 将用户流划分为不同的级别，再聚合成流聚集，聚集信息存放在 i p 包头的d s 标记域，称为d s 标记d s c p ( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s c o d e p o i n t ) 。内部节点则根据d s c p 提供不同质量的调度转发服务。 3 ) 多协议标记交换m p l s ( m u l t i p r o t o c o ll a b l es w i t c h ) ：根据分组头的标记， 通过网络路径控制来提供流聚集的带宽管理子网带宽管理s b m ( s u b n e t b a n d w i d t hm a n a g e m e n t ) ：负责o s i 第二层数据链路层的分类和优先级排 列，同i e e e8 0 2 网络进行共享和交换。 4 ) n s i s 基本的设计思想是把信令应用和信令传输分离开来，将信令协议 分为两层：信令应用层n s l p 和信令传输层n t l p 。这种两层的信令协 议体系结构在很大程度上决定了n s i s 协议的灵活性和扩展性。 1 3 本文主要工作 依托国家8 6 3 项目“支撑新一代异构网络融合的协同管理新技术”的子课 题“q o s 保证和管理技术”，本人在硕士期间，重点研究了i e t f 新近提出的n s i s 协议，并对n s i s 协议的j a v a 实现做出了深入的研究和分析，为进一步研究n s i s 协议提供基础性的支持。本文的主要工作有： 1 ) 本文介绍了当前已有的具有资源预留功能的q o s 信令协议，重点分析了 r s v p 协议和n s i s 协议，说明了r s v p 协议的特点、流程和缺陷等， 同时阐述了n s i s 协议的原理，在此基础之上详细说明了信令传输层 4 北京邮l u 人学硕l ：毕业论文 n t l p 和信令应用层n s l p 的设计思想，并对比分析了r s v p 和n s i s 不同的基本特性。 2 ) 本文说明了基于j a v a 的n s i s 协议的实现，分析了n s l p 和n t l p 的模 块构成及关联关系，搭建了实验场景为n s i s 协议的深入研究打下基础。 3 ) 因为n s i s 协议使用固定的刷新时间，所以网络拓扑结构的改变将会导 致网络中较大的协议延时和资源浪费。针对该问题，本文提出了优化刷 新时间算法，通过为不同的网络类型设置可变的刷新时间，来减少重路 由过程中的网络延时和资源浪费。为了评价优化刷新时间算法，本文建 立了n s i s 消息排队模型，仿真结果验证算法的有效性。 4 ) 为了提高n s i s 协议的可视化效果，本文设计了基于j a v a 的n s i s 协议 的图形用户晃面，并验证了该界面能够正确地与协议进行交互，方便了 用户对协议的操作和管理。 1 4 论文结构 论文共包括六个部分。具体的章节安排如下： 第一章是背景介绍，介绍课题背景和论文结构。 第二章介绍了现有的q o s 信令协议，重点分析了r s v p 协议和n s i s 协议， 并比较了两种协议不同的基本特性。 第三章研究了基于j a v a 的n s i s 协议原理与实现，包括n s i s 协议中的信令 应用层q o sn s l p 的设计思想和信令传输层g i s t ( g e n e r a l i n t e r n e t s i g n a l i n g t r a n s p o r t ) 的设计思想。 第四章是阐述优化刷新时间算法，该算法主要通过采用可变的刷新时间来减 少n s i s 协议中重路由过程中产生的网络时延和资源浪费。为了评价优化刷新时 间算法的性能，本章结尾构建了仿真模型，并且实验结果表明通过使用该算法可 以有效地减少重路由过程中产生的网络时延和资源浪费。 第五章是基于j a v a 的n s i s 协议图形用户界面的设计与实现。设计出的g u i 使用户可以通过窗口、菜单、按键等方式方便地对n s i s 协议进行操作。 第六章是总结与展望 5 北京邮i u 人学顾i - 毕业论文 第二章现有o o s 信令协议分析 在下一代互联网中，服务质量的保证将是网络设计的最终目标。要高效地传 输各类业务，同时有效地保证业务质量，就必须有一种统一的i p 信令协议体系。 本章在说明现有的q o s 信令协议的基础上，介绍了r s v p 协议的概念、原理和 存在的问题，并从r s v p 协议的缺陷入手，引入了下一代信令协议n s i s ，最后 比较了r s v p 和n s i s 协议不同的基本特性。 2 1 现有( ；l o s 信令简介 对i p 网络提供q o s 支持的发展动向可作如下的总结：从“经历而为”走向“综 合业务”；从“无状态”道“面向流的软状态”；从服务的“先进先出策略”道“多队列 机制和面向业务的调度策略”；从数据转发的“软件交换”到“硬件交换”。具有资 源预留功能的q o s 信令能够在发送数据之前，在端到端路径上提前预约所需资 源，为业务提供端到端的服务质量保障。当前已有的q o s 信令【3 j 主要有s t - i i 、 r s v p 、y e s s i r 和b o o m e r a n g ，其发展历程如图2 1 所示 广1 ly e s s i ri l 1 9 9 8 i i _ j 圆扫匿 图2 - 1 现有q o s 信令发展历程 i n t e m e t 流控制协议s t - i i 4 j 是点到多点通信预留协议，由数据传输s t 和流 控制消息协议s c m p 组成。其中s t 只包含单一的p d u 格式，可以快速有效地 转发数据，s c m p 分组在s t 中携带传输。s t - i i 协议内，发端向多个接收端发起 连接消息，每个中间节点确定下一跳子网，并在相应链路上进行预留；当接收到 连接指示时，接收端必须向发送端返回a c c e p t 或r e f u s e 消息。当发送a c c e p t 消息时，接收端可能会通过刷新返回的流规范，进一步减少资源请求。s t - 1 1 支 持发送端发起的预留，但是不能估算组播群中接收端的数量，处理过程复杂。不 支持软状态和安全机制。 y e s s i r 和b o o m e r a n g 都是学者所提出的资源预留方案。y e s s i r 5 】的设计目 6 北京邮1 1 1 人学颂i j 毕业论文 的在于保留r s v p 所具有的功能之外，简化建立预留流过程，具有简单性、鲁棒 性、和多个发送端之间共享预留等特点。y e s s i r 是基于r t c p 的扩展。y e s s i r 支持发端预留、软状态、资源问询、广播、预留共享、部分预留和流聚合。该机 制由发端产生预留请求，新的收端可以重复使用先前发送者的现有的预留，以减 少处理开销。y e s s i r 还引入了部分预留的概念。对于一些类型的应用，即使本 地节点中没有足够的资源，预留请求也能够传递到下一跳，本地节点可以依靠优 化的重试来完成预留。为了支持多播，简化了单独预留类型和共享预留类型。由 于y e s s i r 不需要额外的m 和包头，因此有更好的性能和更低的成本；y e s s i r 的安全机制依赖于r t p 门玎c p ；同时y e s s i r 不支持移动性。 b o o m e r a n 9 1 6 基于i c m pe c h o r e p l y 消息传输。b o o m e r a n g 仅有一个消 息类型，唯一的预留建立和删除循环。允许发端发起、收端发起的预留；只能用 于单播会话，不支持多播的存在，并且没有特定的安全机制和策略交互机制。 为了解决i pq o s 问题，i e t f 已经提出了几种服务模型和机制，在综合业务 模型( i n t - s e r v ) 主要引入了一个重要的网络控制协议资源预留协议r s v p 7 1 ，它不 是路由协议，但是需要与路由协议一起使用。r s v p 的引入使得m 网络为应用 提供所要求的端到端的q o s 保证成为可能，但为了支持这种能力，数据包所经 过的每个网络元素( 子网和口路由器) 都必须能够支持r s v p 控制服务质量的机 制。r s v p 资源预留方式与异步转移模式a t m 中资源预留方式有两个不同之处： 第一，r s v p 是一种面向信宿端的协议，由信宿端来描述资源需求；而a t m 是 由信源端来要求资源预留。第二，r s v p 中保留的是“软状态”，需要周期性的更 新；而a t m 保留的是“硬状态”，通信期间不改变。 综合业务模型的这种利用r s v p 全程信令将原本面向无连接的i p 网络改为 面向连接的网络的方法存在着许多致命的缺陷，原因有二： 1 ) 综合业务模型下的预留状态信息是与业务流的个数成正比的，这使得路 由器的负担会随着网络的扩大、业务流的增多而加重，网络的扩展性不 好。 2 ) 综合业务模型中的每个路由器都要支持r s v p 控制协议，为业务流保持 状态信息，这对路由器的实现要求太高。如果有一个中间路由器不支持 r s v p 控制协议，虽然r s v p 仍可透明通过，但服务质量仍不能保证。 针对上述两点问题，i e t f 组织指定了一个相对扩展性强的方案n s i s 8 】协议。 n s i s 协议继承了r s v p 协议等众多优点，又克服了r s v p 协议中的诸多不足， 所以本文我们重点关注r s v p 协议和n s i s 协议，并将r s v p 协议和n s i s 协议 的不同特性做出对比。 7 北京邮i u 人学硕i ：毕业论文 2 2r s v p 协议的框架 2 1 1r s v p 协议介绍 i n t s o v r s v p 9 】服务模型在i e t fr f c l 6 3 3 中进行了定义。r f c l 6 3 3 将资源 预留协议r s v p 作为i n t s e r v 结构中的主要信令协议。其基本思想就在于以资源 预留的方式来实现q o s 保障，r s v p 是其核心部分。r s v p 是主机用来从应用程 序获得特定的q o s 的一种控制协议，完成综合服务需要定义的呼叫接纳控制功 能和资源预留功能。端点应用程序利用r s v p 消息向网络提出完成数据传送必须 保留的网络资源( 如带宽及缓冲区大小等) ，同时也确定沿传送路径的各个节点传 输处理策略，从而对每个业务流实现逐个控制。 在服务层次上，i n t s e 刚r s v p 提供了3 种级别的业务： 1 ) 端到端的质量保证型服务( g u a r a n t e e ds e r v i c e ) ：保证带宽、限制延迟、 无丢包。 2 ) 可控负载型服务( c o n t r o l l e d - - l o a ds e r v i c e ) ：类似于在当前的一个负载较 轻网络中实现的尽力而为业务的服务质量。 3 ) 尽力而为的服务( b e s te f f o r ts e r v i c e ) 类似当前i n t c r n c t 在提供的尽力而 为的服务。 在结构层次上，i n t s e r v r s v p 服务模型主要由四个部分构成：信令协议 r s v p ，接入