（通信与信息系统专业论文）pnni协议关键技术研究.pdf

摘要 摘要 ( a t m 是宽带网络的关键技术，专用a t m 网络节点间协议( p n n i ) 是a t m f o r u m 的标准，因此，研究p - n n i 协议具有十分重要的实际应用价值与学术价值0 本文给出p - n n i 协议的总体功能框架，为进一步开发p - n n i 产品奠定了一定 的基础。同时，对a t m 网络中的若干关键问题进行了深入的研究，并得到以下 创造性成果：在w a x m a n 网络模型的基础上提出了e f f i c i e n t c o n t r o l l a b l e 网络模型， 使生成的随机网络更接近实际的网络、更具有可操纵性，仿真效率更高，为本人 的路由算法仿真提供了较好的实验平台；对通信网络q o s 路由中的多约束条件下 最小代价路由问题进行了研究，提出了适用于多种网络的i m p r o v e dm u l t i l a b e l 算 法，能够根据用户提出的速率因子等参数改善算法性能，灵活地在算法收敛速度 与代价之间做出权衡，并提出一种新的路由筛选机制，及时将较差的路径淘汰， 因此能够更灵活、效率更高地进行路由选择。此外，在文中证明了用改进的算法 选出的路由是无环路的，进一步说明了i m p r o v e dm u l t i l a b e l 算法具有较好的性能。 在本人所提出改进的网络仿真模型中作了大量的仿真工作，证明改进的算法比原 有的算法性能有了明显的改善，它效率更高、更灵活地解决了多约束条件下的最 小代价路由这一难题；对a t m 分级网络中关键节点的带宽需求与网络的可靠性作 了深入的分析与研究，在分析过程中考虑到呼叫到达的多种典型分布，分别做了 分析与比较，得到科学的结论。经过大量的仿真实验得到验证，证明理论分析所 得到结论的正确性。分析与仿真结果表明在a t m 分级网络中，关键节点的等级越 高，承担的业务负载越重，相应的带宽需求越大，对网络可靠性的影响也越大。 对避免a t m 分级网络中瓶颈链与瓶颈节点的出现、提高q o s 、改善网络性能有 实际的指导意义。上述的路由算法及理论分析也适用于其它类型的通信网，具有 一定的学术价值。 由于p n n i 协议非常复杂，而且协议中的许多内容还有待于进一步规范。例 如：在分级结构下根据非精确信息的路由选择就没有统一的标准，分级选路是当 前研究的热点也是很大的难点，是约束通信技术发展的瓶颈之一。在给出p n n i 的总体框架后如何更好地实现p - n n i 还有许多难题需要解决，还需做大量的工作d 关键词：a t m ，p - n n i 协议，q o s 路由算法，分级网络，路由筛选机制 摘要 a b s t r a c t a t mi st h e k e yt e c h n o l o g yo fb r o a d b a n dn e t w o r k t h e p n n ip r o t o c o li st h e s t a n d a r do fa t mf o r u mo nn n i t h e r e f o r e t h es t u d yo fp - n n i p r o t o c o lh a sp r a c t i c a l v a l u ea n dt h e o r yv a l u e t h i sp a p e rp r e s e n t st h eg e n e r a lf u n c t i o nf r a m e w o r ko fp - n n ip r o t o c 0 1 w h i c h m a yb et h eb a s i so ff u r t h e rd e s i g n i n gp n n ip r o d u c t b e s i d e s ，s t u d i e so fs o m ek e y p r o b l e m so fa t m n e t w o r ka r em a d e ，c r e a t i v ea c h i e v e m e n t sa r ea c q u i r e da sf o l l o w s b a s e do nt h ew a x m a nn e t w o r km o d e l t h ee f f i c i e n t c o n t r o l l a b l en e t w o r km o d e ii s p r e s e n t e d ，w h i c hi s m o r es i m i l a rt o p r a c t i c a ln e t w o r k ，m o r ec o n t r o l l a b l e ，a n d c a n i m p r o v et h e s i m u l a t i o n e f f i c i e n c y ，p r o v i d i n g ag o o de x p e r i m e n te n v i r o n m e n tf o r r o u t i n ga l g o r i t h ms i m u l a t i o n ；s t u d yo fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kq o sr o u t i n gi sm a d e ， m e i m p r o v e d m u l t i l a b e la l g o r i t h mi sp r e s e n t e d w h i c hc a r li m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f a l g o r i t h ma c c o r d i n gt o t h ev e l o c i t yp a r a m e t e rp r e s e n t e db yt h eu s e r w ec a ng e tt h e b a l a n c eb e t w e e nt h ec o n v e r g e n c ev e l o c i t yo ft h ea l g o r i t h ma n dt h ec o s tf r e e l y an e w p a t hf i l t r a t i n gm e t h o di sa l s op r e s e n t e dw h i c hc a nd e l e t et h ew o r s tp a t h so nt i m ew h e n m u t i n g ，s ow ec a r lr o u t em o r ef r e e l ya n de f f i c i e n t l y f u r t h e r m o r e ，w ep r o v et h a tp a t h s m u t e du s i n gt h ei m p r o v e da l g o r i t h ma r el o o p l e s s ，w h i c hf u r t h e rp r o v et h a tt h ei m p r o v e d m u l t i l a b e l a l g o r i t h m h a s g o o dp e r f o r m a n c e m a n y s i m u l a t i o n sa r ed o n eo nm y r t w o r km o d e l ，w h i c hp r o v et h a tt h en e w a l g o r i t h mi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fr o u t i n g t oac e r t a i ne x t e n t t h en e wa l g o r i t t u ns o l v e st h ed i f f i c u l t p r o b l e mo fm i n i m a lc o s t r o u t i n gw i t hm u l t i p l e c o n s t r a i n t sm o r ef l e x i b l ya n de f f i c i e n t l y r e s e a r c h e so nt h e b t m d w i d t hr e q u i r e m e n to fd i f f e r e n tl e v e lk e yn o d e sa n dt h er e l i a b i l i t yo fn e t w o r ka r e d o n e s o m et y p i c a lk i n d so fc a l l sa r et a k e ni n t o a c c o u n t a n a l y s i sa n dc o m p a r i s o n a m o n gt h e ma r em a d e s i m u l a t i o n sa r em a d ea sw e l la sm a t h e m a t i c a la n a l y s i s t h e r t s u l t so f a n a l y s i sa n ds i m u l a t i o ns h o w t h a tt h eh i 曲e rt h el e v e lo f k e yn o d e ( p h y s i c a l b o r d e rn o d e ) t h eh e a v i e rs e r v i c el c a dt h en o d es h o u l ds h o u l d e r , s ot h eb a n d w i d t h r e q u i r e m e n to ft h ek e yn o d ei sh i g h e r , t h ei n f l u e n c eo nt h er e l i a b i l i t yo fn e t w o r ki s h e a v i e r ，w h i c hm a k e si m p o r t a n tr o l et oa v o i d i n gt h ea r i s e no fb o a l e n e c ki i n ka n d b o t t l e n e c kn o d e ，i m p r o v et h eq o sa n dt h ep e r f o r m a n c eo fa t mh i e r a r c h i c a ln e t w o r k 1 1 噼a l g o r i t h ma n dt h e o r ya n a l y s i sa r ea l s oa p p l i c a b l et oo t h e rc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s b e c a u s et h ep n n i p r o t o c o l i s v e r yc o m p l e xa n dn e e df u r t h e rs t a n d a r d i z e d i m p l e m e n t i n gt h e p - n n ip r o t o c o ls t i l lh a sm a n yd i f f i c u l t yt od e a lw i t ha n dm a n y p r a c t i c a lw o r kt od o f o re x a m p l e t h er o u t i n gw i t hi n a c c u r a t ej n f o r m a t i o nu n d e rt h e h i e r a r c h i c a ls t r u c t u r eh a sn ou n i f o t i ns t a n d a r d w h i c hi st h eh o t s p o ta n dt h ed i 伍c u l t yo f n e t w o r kt e c h n o l o g yr e s e a r c h ，i so n eo ft h eb o a l e n e c k st h a tc o n s t r a i nt h ed e v e l o p m e n to f c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y a f t e rg i v e nt h ef r a m e w o r ko fp n n i w ei m p l e m e n t i n gt h e p r o t o c o ls t i uh a v em a n yp r o b l e m st or e s o l v ea n dm u c h w o r kt od o k e y w o r d s ：a t m ，p - n n ip r o t o c o l ，q o sr o u t i n ga l g o r i t h m ，h i e r a r c h i c a l n e t w o r k ，p a t hf i l t r a t i n gm e t h o d 创新性声明 y 量0 5 2 7 0 本人声明所呈交的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，除了本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；也不包含为获得西安电子科 技大学或其它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做了明确的说明并表示了谢意。 本人签名：盘物 b 甄知叫。 ； 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全 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论文。( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本k 签铝：；棚t日嶷弘i 沁 日期妯厂 第一章a t m 基本原理及p n n i 协议 第一章a t m 基本原理及p - n n i 协议 i 1 传统的交换技术与快速分组交换 随着科学技术的发展，信息己成为推动社会向前发展的巨大资源。a t i v l 作为一种 面向未来的高速数字网络技术，在未来的2 l 世纪中，将发挥越来越重要的作用。 信息传递模式包括了通信网的传输、复用和交换技术，其中关键是交换技术。交 换技术主要采用三种方式：电路交换、报文交换和分组交换。 1 电路交换 在电路交换的网络中，双方通信之前通过请求建立一条端到端的连接，该连接的带 宽是固定的。这条连接一直维持，直到双方的任一方要求才释放这条连接。电路交换一 直是电话交换的主要方式，但在传递突发式数据时，效率很低。 2 报文交换 报文交换技术将信息分成称为报文的数据单元。各个报文在网络中的传送是相互独 立的。双方通信之前不需要建立连接，通过中间节点的存储转发，将报文从源节点传递 到目的节点。这种交换方式引起的报文传送时延很长，现已很少采用。 3 分组交换 分组交换与报文交换相似，也是存储转发式交换，只是在分组交换中，将存储转发 的数据单元进一步分小，即将报文分成多个分组。分组交换又分为虚电路和数据报两种 方式，分别提供面向连接和非连接服务。分组交换适合传送突发式数据业务，传输信道 统计复用，信道利用率高。但存在如下缺点： ( 1 1 各个中转节点要进行链路级别的差错控制和流量控制，处理较为复杂，需要用软件 来实现，这使网络的速率不可能很高，一般分组网的速率只能达到6 4 k b s 左右。 ( 2 ) 由于分组的长度可变，交换机的交换结构和缓存器管理的复杂性从另一方面限制了 分组网的速率。 表1 - 1 各种交换技术比较 电路交换报文交换数据报分组交换虚电路分组交换 独占传输信道不独占传输信道不独占传输信道不独占传输信道 对交互式业务足够快不满足交互式对交互式业务足够快对交互式业务足够快 不存储报文存储报文可存储分组至转发存储分组至转发 为整个通信过程建立为每一个报文选路为每个分组选路为整个通信过程建立 通路通路 过载会阻塞呼叫但对过载会增加报文时延过载会增加分组时延过载会阻塞呼叫并增 己建立呼q 不影响加分组时延 第一章a t m 基本原理及p n n i 协议 f 固定带宽带宽可动态利用带宽可动态利用带宽可动态利用 l 耄叫建立后无附加开 每个报文有开销每个分组有开销每个分组有开销 4 快速分组交换 由上述各种交换技术的基本原理和特点可知：电路交换技术更适用于电话通信，报 文交换更适用于非交互式的文件传递。分组交换技术适用于交互式的数据通信。但若要 将这种技术应用于综合业务，特别是多媒体通信中，还需克服交换速率低、时延不可控 的缺陷。因此，新型宽带通信网中采用一种分组长度固定、简化的分组交换技术，即快 速分组交换，它有以下的特点： ( 1 ) 分组长度固定 采用固定长度的分组，是为了减小交换结构和缓存器管理的复杂性，便于硬件来实 现交换功能，提高交换速率。而且，各种业务都采用统一长度的分组，便于实现业务综 合，对支持未来新业务的接入，具备更强的适应性。 a t v i 交换中的分组长度为5 3 个字节，称为信元( c e l l ) 。其中前5 个字节为信元头， 内含虚通路标志等信息，4 8 字节是信息域。 【信元头信息域 l5 个字节4 8 个字节 图卜1a i m 信元结构 ( 2 ) 面向连接 面向连接这一点与虚电路交换方式很相似，但其过程不同。用户在通信之前，通过 信令系统向网络请求建立连接，在这个呼叫请求中告知网络一些用户信息，如用户信息 类型、信息流峰值比特率、平均比特率、突发性、服务质量要求等，网络则根据这些信 息和网络当时的负荷情况以及一定的准则，来判断是否接纳这个呼叫请求。如果不能接 纳，则拒绝；如果接纳，则给这个呼叫建立一条从源节点到目的节点的虚连接，这个虚 连接通路由一连串虚通路的链路构成，每条虚链路用属于该链路的信元标头的v p i v c i 值来标识。这些v p i v c i 是局部性的，即只在该链路及该链路相连的节点上有效。面 向连接的特性使采用a t m 技术的网络有连接建立、拆除的开销，但可以保证接受信元 的次序与发送时一致。而且更为重要的是，可以通过建立时的呼叫接纳机制，将无法满 足的呼叫业务阻挡在网络2 9 1 - ，保证己建立呼叫的服务质量。 ( 3 ) 简化协议 在传统的分组网中，由于信道质量所限，所以每个节点必须对链路上发生的传输 差错进行差错控制。在现代宽带网中，由于一般采用光纤作为传输媒介，传输质量很高， 所以不需要在链路级进行差错控制，只需在端与端之间进行差错控制即可，因此可提高 第一章a t m 基本原理及p n n i 协议 节点交换的速率。 1 2b - i s d n 协议参捌 在r r u t 的建议1 3 2 1 中，参照o s i 参考模型中分层的原则，并针对宽带综合业 务数字网( b i s d n ) 的特点和功能，定义了b i s d n 的协议参考模型。在b i s d n 协 议参考模型中引入了面( p l a n e ) 的概念，其着眼点在于将信息流按功能种类进行划分， 进行不同的处理。用户面负责用户业务信息的传递以及与用户业务信息流直接相关的控 制功能( 如流量控制、差错恢复等) 。控制面提供呼叫和连接控制功能，处理与呼叫和 连接的建立、监控及释放等有关的各种信令。用户面和控制面都是分层的，管理面分为 面管理和层管理。面管理实现与整体系统有关的管理功能以及提供各个面之间的协调功 能，面管理没有分层结构。层管理实施与资源以及协议实体内参数有关的管理功能，并 处理各层中的运行和维护( o a m ) 信息流。 图1 - 2b - i s i ) n 协议参考模型 高层高层功能 汇聚子层( c s )汇聚 a a l 层 拆装子层( s a r )分段和重装 一般流量控制信元头处理 a t m 层 v p i v c i 识别与转换信元复接，分接 传输汇聚子层信元速率解耦信元头差错控制 ( 1 ) 信元定界传输帧装砖斥传输帧适配 物理层 物理媒体子层 比特定时物理媒体 ( p m ) 表1 - 2b - i s i 汁i 协议参考模型的分层及功能 第一章a t m 基本原理及p n n i 协议 在协议参考模型中，用户面和控制面以及层管理都采用分层结构，各层从下到上 依次是：物理层、a t m 层、a i m 适配层( a a l ) 和高层。用户面和控制面复用共同的 a t m 层和物理层，只是在高层和也层因功能不同而分开。 1 3p - n n i 协议参考模型与a 嘣信令协议栈 图1 门卜削i 协议参考模型 p - n n i 是p r i v a t en e t w o r k - t o - n e t w o r ki n t e r f a c e 的缩写，a t mf o r u m 于1 9 9 6 年完 成p - n n is p e c i f i c a t i o n1 0 。p - n n i 协议的设计目标是：提供比任何现有协议都大得多的 可扩充性，支持真正的基于o o s 的路由选择。 p - n n i 协议包括两个方面的内容： ( 1 ) 拓扑协议：用于交换机之间或若干交换机构成的群体之间传输网络的拓扑与路由 信息，这些信息被用来进行路由计算。协议规定a t m 专用网采用分级结构，使 网络具有很强的可扩展性，便于建立大型网络。 ( 2 ) 信令协议：用于定义在a t m 网络中建立连接( 包括点到点与点到多点) 的信令 及建立连接的具体规则，它基于a t mf o r u m 的u n i 信令，并增加了若干的新 内容。 图l - 3 可以很好地说明p - n n i 协议。在网络侧，它被分为三个主要部分：信元流、 n n i 信令以及拓扑协议，在另一侧，它也被分为三个主要部分：信元流、u n i 信令以 及管理接口协议。 1 3 ，lp - n n i 拓扑协议 p - n n i 协议作为一种可扩展协议的关键是分级网络结构，在这种多级结构中，各 级问都有简单的拓朴、路由信息。o s p f 协议便可实现这种机制，但它只能实现两个级 别，这对于大型网络来说是远远不够的。p - n n i 可支持1 0 5 个级别，可扩展性几乎是无 限的，而且组网非常灵活，它的级别信息包含在地址中，a t m 分级网络的编址方式我 第一章a t m 基本原理及p n n ! 协议 们会在后续章节详细论述。图1 _ 4 为一a t m 分级网络的示例。为了支持这种分级结构， 营 图1 叫a t m 分级网络的炻朴结构 p - n n i 协议规定了每级都采用统一的网络模型。p - n n i 协议分级模型说明了每个级 别的运行方式、一级中的多个设备或节点如何汇总到较高级以及各级间的信息交换方 式。这种模型是递归式的，在一个级别中使用的同一机制可用于下一级中。分级结构中 的每一级都由一组逻辑节点构成，他们由逻辑链路相互连接。在最低一级，每个节点表 示一个物理交换系统，我们称之为物理节点，该节点可以是一个单一的物理交换机，也 可以是由多个在内部运行p - n n i 协议，并支持p - n n i 协议进行外部连接的交换机组成 的网络。例如，图1 _ 4 中节点a 11 、a 1 2 、a 1 3 、a 1 4 均为物理节点，由这四个物 理节点的全体构成一个群，这个群被抽象地表示为上一层次的逻辑节点a 1 。节点a 1 为节点a 1 1 、a 1 2 、a 1 3 、八1 4 的父节点，相应的：节点a 1 1 、a 1 2 、a 1 3 、a 1 4 为节点a 1 的子节点。每一级中的节点都被分为群，称为同等群。一个同等群中所有的 节点都有彼此完整的状态信息，同等群不能太大，因为这样可能导致过多的p t s v ( p - n n i t o p o l o g ys t a t ep a a k e t ) 流量与过大的处理开销。每一个同等群在其父同等群中都缺省地 表示为一个逻辑节点，称为逻辑群节点。在父同等群中。逻辑群节点作为一个普通节点 与其它节点交换p t s p 。同等群通常是通过严格的a t m 地址前缀来标识的。在较高级 6 第一章a t m 基本原理及p n n i 协议 别，同等群d 的缺省值是较低同等群i d 的前缀。父同等群d 一定要比其子同等群d 短。这样，确定两个同等群之间的关系就非常容易，同时也防止了分级结构中同等群环 路的形成。同等群级别越高，同等群i d 就越短。 除节点以外，p - n n i 协议还要求对链路进行标识。由于a t m 网络的链路属性可以 是非对称的，因此链路由节点d 与本地分配的端口i d 来共同标识。实际上，链路的 标识在某种程度上说更复杂。 在每一个同等群选出一个节点来执行整个群的功能，这种通过选择机制选出的节 点称为群首( p g l ：p e e rg r o u pl e a d e r ) ，在图中用黑点来表示。它是根据“领导优先级” 和交换机节点的d 得出的。每一个同等群中的群首负责形成p t s p 并与其同等级的节 点交换p t s p 。父同等群中的群首还_ 应壬黾供其子同等群的可达性和属性信息。同样，群 首将获得的父同等群的信息传送到群内的各个节点，以便建立完整的路由信息厍。 p - n n i 链路在p 州i 模型中将进一步分类，分为水平链路和外部链路。水平链路 连接同一同等群中的两个节点；外部链路连接分属于两个不同同等群的节点，而这两个 节点被称为边界节点。因此，边界节点可以定义为：在一个同等群中与其他同等群中的 节点相连的节点。如在最低层次上：连接节点a 1 1 和节点a 1 4 的链路为水平链路， 而连接节点a3 5 和节点a 1 4 的链路为外部链路，节点a3 5 和节点a 1 4 为边界 节点。 当节点完成初始化加入网络后，相邻的两个节点通过p - n n ih e l l o 协议相互识别， 如果两个相邻节点通过比较包含在h e u o 信息包中的同等群d ，发现它们属于同一同等 群，它们就开始相互发送p t s p , 将它们的可达数据库同步。一旦相邻节点的数据库完 成同步，它们就在整个同等群内传播p r s p 。在这一协议下，节点每隔一段时间就与相 邻节点交换h e g o 信息包，以确定相邻节点所处的状态。p t s p 被定期发送或在发生重 要事件时被触发而发送。使用p 划ih e u 0 协议，两个边界节点也可通过外部链路相 互发现，这通过两个节点具有不同的同等群i d 号来确认。在p - n n l 分级结构的较高级 别，多个外部链路可会聚成数目较小的逻辑上行链路，但是必须通告这些逻辑上行链路 与其构成外部链路间的聚合信息，以便将逻辑同等群间链路映射成物理链路。边界节点 还交换各自同等群的p ( 也信息。这样，属于同一父同等群的p g l 便可通过确定的上行 链路建立s v c c ( s w i t c h e dx r m u a lc h a n n e lc o n n e c t i o n ) 连接，并开始交换各自的h e h o 和 p t s p 信息包。随后，他们将发现更高级别的同等群，依次递归，最后每个节点者口会发 现整个网络的分级结构。p g l 通过接受包含汇总的可达性和上行链路信息的p t s p ，可 以发现整个网络状态。 总而言之，p n n i 拓扑协议主要完成以下功能： f 1 ) 邻接节点与链路状态的识别 ( 2 ) 在同一群内的节点之间同步拓扑数据库 ( 3 ) 在群内以泛洪式传播p 1 w n n i 脚l o 科s t a t ee 1 钮1 e n t ) 来更新拓扑数据库 第一章a t m 基本原理及p n n i 协议 ( 4 ) 在群内选举一个节点做为群首，行使群的职能 ( 5 ) 精简群内的拓扑状态 ( 6 ) 构造选路的等级机制 1 3 2p - n n i 信令协议 图1 - 5a t m 网络接口 p - n n i 信令协议主要实现a t m 专用网中连接的建立，保持与释放等，整个过程通 过一系列的消息、信息元素的传递来完成。图中的前向( f o r w a r dd i r e c t i o n ) 表示主叫 ( c a l l i n g ) 方到被叫( c a l l 曲方的方向，后向( b a c k w a r dd i r e c t i o n ) 与之相反，表示被叫 方到主叫方的方向。 图1 - 6 信令协议栈 p - n n i 信令层包含两个独立的实体：p - n n i 呼叫控制实体和p - n n i 协议控制实体。 p - n n i 呼叫控制实体实施高层的功能，例如带宽资源的分配、呼叫接纳控制、路由表操 作等：p - n n i 协议控制实体为p - n n 呼叫控制实体提供建立连接等服务。两个实体之 间通过原语交互信息。 第一章a t m 基本原理及p b l n 协议 下面介绍在呼叫连接控制时，a t m 网络中节点的状态类型： n u u ( n n 0 ) ：无呼叫 c a l li n i f i a t e d ( n n l ) ：被叫方收到主叫方的呼叫建立请求，但还没有应答( 被叫节点状态) c a l lp r o c e e d i n gs e n t ( n n 3 ) ：被叫方已应答主叫方的呼叫建立请求( 被叫节点状态) a l t e r i n gd e l i v e r e d ( n n 4 ) ：被叫方已向主叫方发送a l t e r i n g 消息( 被叫节点状态) c a l lp r e s e n t ( n n 6 ) ：主叫方已向被叫方发出呼叫建立请求，但还没有收到应答( 主叫节 点状态) a l e r t i n g r e c e i v e d ( n n 7 ) ：主叫方收到被叫方的a l t e r i n g 消息( 主叫节点状态) c a l lp r o c e e d i n gr e c e i v e d ( n n 9 ) ：主叫方收到被叫方的建立连接请求的a c k ( 主叫节点状 态) a c f i v e ( n n l o ) ：连接已建立 r e l e a s er e q u e s t ( n n l l ) ：网络中的节点向另一侧的节点发出拆除连接的请求并等待对方 的应答( 发出拆除连接请求的节点状态) r e l e a s el n d i c a t i o n ( n n l 2 ) ：网络中的节点收到另一侧的节点发出拆除连接的请求( 收到 拆除连接请求的节点状态) a i m 专用网中的呼叫连接控制都是通过消息的传递来实现的。p - n n i 信令协议中 的每个消息均由9 个字节的公共信息单元和可变长度信息单元组成。 消息组成字节数 协议鉴别字 1 呼叫参考值 4 消息类型信息 2 消息长度信息 2 可变长度信息可变 表1 - 3 消息的般格式 ( 1 ) 协议鉴别字：用于将p - n n i 信令协议消息与其他消息相区别 ( 2 ) 呼叫参考值：标识各个呼叫，只具本地意义 ( 3 ) 消息类型信息：标识可变长度信息的类型 ( 4 ) 消息长度信息：表示整个消息占用的字节数，包括公共信息单元和可变长度信息 单元在内 下面给出一些消息的定义： 【1 】与点到点的连接有关的消息： ( 1 ) s e t u p ：呼叫建立消息。前向发送，用来实现呼叫和连接的建立。它包含的可变 长度信息单元有a a l 参数、a i m 业务流描述符、宽带承载能力、主叫与被叫号 码、连接标识、路由信息、s o f tp v c 信息、端到端传送时延等。 第一章a t m 基本原理及p n n i 协议 9 ( 2 ) c a l lp i 的c e e d i n g ：呼叫进程消息。后向发送，表示为建立呼叫所需的消息 己收到并已开始对呼叫进行处理，不再接受其它的呼叫建立消息。 ( 3 ) a i t e r 玳g ：通知消息。后向发送，表示该呼叫正通知被叫用户。 ( 4 ) c o n n e c t ：连接消息。后向发送，表示被叫用户已接受呼叫。 ( 5 ) r e i e a s e ：释放消息。可由任何一个节点向它的邻接节点发送，用来指示已拆 除端到端的连接，要求释放呼叫参考值及其它资源。 ( 6 ) r e l e a s ec o m p l e t e ：释放完成消息。可由任何一个节点向它的邻接节点发 送，用来表示它已释放呼叫参考值。 ( 7 ) n o t i f y ：可由任何一个节点发送，用来表示消息属于某一呼叫或连接。 ( 8 ) s t a t u se n q u i r y ：状态查询消息。可由任何一个节点向它的同等级实体发送， 请求一条s t a t u s 消息。 ( 9 ) s t a t u s ：状态消息。作为对s t a t u se n q u i r y 消息的应答，也可以在其它任 意时刻发送，用来报告一些错误情况。 2 】与点到多点的连接有关的消息： a d dp a r t y 、a d db 蛆h ya c i o ，l e d g e 、p a r ：r ya u ! r 兀n g 、a d dp a r t y r e t 、d i pp a r ：r y 、d r o pp a r t ya c k n o w l e d g e 每条消息的含义与点到点的连接有关的消息类似，在此不再详述。 在图l 一7 中我们可以清楚地看到网络节点在各时刻的不同状态，从图l 一8 中我们可以看 到成功建立连接的过程，而图1 - 9 为连接建立失败的实例。 t i t e rs t a t e 9 嚣：篙。 t 3 0 3 删6 t 3 1 。土 m 图1 - 7 卜i 的有限状态机 n n 0 硎1 1 3 n h l 2 n n 0 眦 啪 lt 8瑚 ， 第一章a t m 基本原理及p n n i 协议 t ex n r “訾畦n e - o n t ey 0 乡 0 步 - 一一一 - c a l l p j m c 一 。乡 乡 一一。 ， 毒 一一一 。乡 o 婴三 c 0 m i 【i n i c a t l 0 n 图1 _ 8 成功建立连接的过程 图卜9 建立连接失败的过程 1 4 软p v c 与 t m 网络的路由选择机制 在本节，我们将针对p - n n i 协议中独具特色的软p v c 与路由选择机制作较为详细 的介绍。 a t m 作为一种面向连接的交换技术，引入了虚通路( v c ) 的概念。v c 指的是a t m 信元的一种单向通信能力。般说来，将v c 分为交换虚通路s v c ( s w i t c h e d v t r t u a l c h a n n e l ) 和永久虚通路p v c ( p e r m a n e n t v m u a l c h a n n e l ) 。s v c 是根据业务的需要 第一章a t m 基本原理及p n n i 协议 而由交换系统临时建立的( 通过信令) ，而p v c 是永久的，始终保持“连接已建立”状 态，在没有业务的情况下不占用带宽资源，但仍然占用呼叫参考值等资源。p v c 是由 网管系统来配置的。一般来说，由于骨干链路的业务量大且相对平滑，一般采用p v c ， 这样可节约大量的建立s v c 连接的开销。在p - n n i 协议中，引入软p v c 的新概念， 它可以说是界于p v c 和s v c 之间的一个概念。一条软p v c 由通信网中的两个终端共 同“拥有”，其中的一个终端负责建立与释放连接。软p v c 是由网管来配置的，每次以 预先选定的相同的路由建立连接，建立连接时不允许对q o s 等参数进行协商。所以， 软p v c 以部分网管的开销为代价，换取了建立连接的极大便利。 图卜1 0a m 网络蹯由 在a t m 分级网络中，采用源选路( s o t n v , er o u t i n g ) 与分布式选路( d i s t r i b u t i o n r o u t i n g ) 相结合的路由策略，每一个位于群入口处的物理边界节点( 针对于每一条具 体的路由而言) 负责选择群内的路由。我们结合图1 1 0 的例子作一说明，假设群a 1 、 a 2 、a 3 、b 1 、b 2 的等级为1 ，群a 、b 的等级为2 ，而整个网络所在的群等级为3 。 现在我们给出路由等级的概念：一条路由的等级指包含主被叫双方的“最小群”的等 级。例如：假设主叫方为a 1 1 ，被叫方为a 3 3 ，包含主被口q 双方的最小群为a ，其等 级为2 ，所以该路由的等级为2 ：假设主叫方为a 1 1 ，被叫方为b 2 3 ，包含主被叫双 方的最小群为整个网络，其等级为三。a t m 专用网络的路由选择遵循自顶向下、逐步 细分的原则。作为举例，我们对主叫方为a 1 1 ，被叫方为b 2 3 的路由选择做详尽的说 明：首先由源节点a 1 1 在等级三上选路，形成等级为三的d t l ( d e s i g n e dt r a n s i tl i s t ， 由若干节点构成表示路由提供给后续的被叫节点) ：【a 、b 】；接着在等级二上选路，形 成等级为二的d t l ： a 1 、a 2 、a 3 】；然后在等级一e 选路，形成等级为一的d t l ： a 1 1 、a 1 _ 3 、a 1 2 】，并将所有的d t l 加入s e t u p 消息中，向下传送。位于入口处 的物理边界节点a 2 1 收到这个消息后，将所得到的所有d t l 消息备份，以备发生意 外时启动c r a n k b a c k ，同时将对被叫节点( 并非是被叫方b 2 3 ) 已经没有实际意义的 d t l ： a 1 1 、a 1 3 、a 1 2 】删除。物理边界节点a 2 1 负责在群a 2 中选路，形成新 的等级为1 的d t l ： a 2 1 、a 2 2 、a 2 3 、a 2 5 】，加入s e t u p 消息中，将该消息向 被叫节点提交。同理，物理边界节点a 3 1 收到这个消息后，将对被叫节点已经没有实 际意义的d t l ：【a - 2 1 、a 2 2 、a 2 3 、a 2 5 】删除，同时负责在群a 3 中选路，形成新 第一章a t m 基本原理及p n n i 协议 的等级为一的d t l ： a 3 1 、a 3 5 、a 3 2 】。物理边界节点b 1 1 负责在群b 与b 1 内 选路，等级分别为2 和l ，共有两个d t l ： b 1 、b 2 】、【b 1 1 、b 1 3 。同样的，物理边 界节点b - 2 l 负责在群b 2 内选路，等级为1 ，形成一个d t l ：i b 2 1 、b 2 2 、b 2 5 、b 2 3 1 。 这样，完成从节点a 1 1 到b 2 3 的路由选择，该路由在图中用粗线条表示。如果由于 某种原因，中间的某一节点或链路无法建立符合q o s 要求的连接，整个系统将启动 c r a n k b a c k 动作，要求判断出原因，得到c r a n k b a c k 的等级，并将这一信息包含在 r e l e a s e 消息中沿原来建立的路由返回。每到一个位于原路由入口处的物理边界节点 ( 即：参与选路的物理边界节点) 将根据c r a n k b a c k 的等级判断是否有能力选择合适的 替代路由。如果有能力，将结束沿原路由返回的操作，开始新的路由选择，并将新的路 由信息加入s e t u p 消息中向新路由中的后向节点传送。否则，将继续沿原路由返回的 操作。c r a n k b a c k 机制是p 州i 协议的一个重要特色。 第二章实现p - n n i 协议的功能框架 第二章实现p - n n i 协议的功能框架 2 1 总体拒骤 图2 - 1 网络节点总体功能框架 由于连接控制的模块与q 2 9 3 1 协议的相关内容剡以，在本章节中不再重复。 下面，我将图2 1 中的各个环节作具体的说明。 1 p n n ig r o u pm a n a g e r ：负责t o p l o g yd a t a b a s em a n a g e r 的生成与初始化 2 】2m i bm a n a g e r ：与外部的管理部门相沟通，共同负责m i b 的管理，实施网管功能 3 t o p o l o g yd a t a b a s em a n a g e r ：管理与维护所有的拓扑信息与层次信息 f 3 1 】p e e rg r o u pl e a d e ：将本群中的拓扑与可达信息精简，以用于向更高的层次提交， 防止随着网络规模的扩大导致各节点存储拓扑与可达信息的开销过大 3 2 p g le l e c t i o n ：通过执行p g lf s m ( 有限状态机) 实现p g l 的选举 3 3 l e v e lm a n a g e l - ：在p h y s i c a ll i n km a n a g e r 、l o g 砌l i n km a n a g e r 与n e i g h