（计算机应用技术专业论文）ip组播与supanet组播接入管理研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 现有的i n t e r n e t 存在着用户数据传输平台层次结构复杂 传输效率低下和服 务质量 q o s q u a l i t yo f s e r v i c e 较难得到保障的缺点 难以适应 三网合一 的大趋势 为此 四川省网络通信技术重点实验室提出了 单物理层用户数据 传输与交换平台体系结构 s u p a s i n g l ep h y s i c a ll a y e ru s e r d a t at r a n s f e r s w i t c h i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e 采用s u p a 体系结构的网络称为s u p a n e t s u p a n e t 采用带外信令技术 可以分成用户数据平台和信控管理平台 其中用 户平台为单物理层平台 s u p a n e t 通过服务质量协商和半步超前交换技术实现 对服务质量的保障并提高传输效率 随着视频会议 远程教育等应用的广泛使用 组播技术越来越受到重视 组播与单播和广播不同 有多个接收方想要接收数据 但发送方仅需发送一份 通过中继系统复制所需份数的数据 然后把数据转发给所需用户 组播的优势 在于既能降低发送方的负担 又能降低网络传输的负担 从而高效的利用网络 资源 具有良好的发展前景 同时组播在服务质量 可靠性 安全性等方面也 存在问题需要解决 因此 在这一背景下 如何把i p 组播接入s u p a n e t 使 二者互相取长补短 更好的发挥各自的技术优势便成为一个值得探讨的问题 本文提出的接入方案是由s u p a 主机作为组播源 口主机作为组播组成员 通过i i l t e m e t s u p a n e t 网关的处理 完成组播组成员加入 退出和组播数据转 发的过程 在这种模式下 利用s u p a 域内通过服务质量协商建立的虚通路v p 可以实现从组播源到组播组成员之间端到端的高速 可靠的数据传输 接入方 案的重点就在于i n t e r n e t 和s u p a n e t 的结合处 i n t e m e t s u p a n e t 网关 该网 关连接两种不同网络 所要完成的任务主要有 i p 协议 如i g m p 和s u p a n e t 专用协议 如q o s n p 之间的转换 s u p a n e t 内虚连接标识符v u 和组播i p 地址 网关端口之间的映射 以太网m a c 帧和s u p a n e t 内用户数据传输载体 e p f 之间的封装 解封装 本文对上述内容作了讨论和研究 在进行理论研究的同时 本文利用o p n e t 网络仿真软件对所提出的接入方 案进行了仿真实验 通过建立一个简化的组播网络拓扑结构 重点对信令流程 和用户数据封装 解封装以及转发的过程进行了仿真统计 仿真结果符合方案工 作流程和组播通信特征 验证了该方案的正确性和可行性 关键词 s u p a n e t 组播 接入 o p n e t 西南交通大学硕士研究生学位论文第 页 a b s tr a c t t h ee x i s t i n gi n t e r n e ti su n a b l et om e e tt h et r e n do fm e r g e dn e t w o r k s b e c a u s e t h ei pn e t w o r kh a sm o r ec o m p l i c a t e da r c h i t e c t u r ei nu s e r d a t a p l a n e l o w e r e f f i c i e n c yi nt r a n s p o r t i n g a n dm o r ed i f f i c u l t y i ng u a r a n t e e i n gq o s q u a l i t yo f s e r v i c e s u p a s i n g l ep h y s i c a ll a y e ru s e r d a t at r a n s f e r s w i t c h i n gp l a t f o r m a r c h i t e c t u r e i sp r o p o s e db ys i c h u a nn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yk e y l a b o r a t o r yt os o l v et h o s ep r o b l e m s a n d s u p a n e tm e a l l st h en e t w o r ka p p l i e s s u p aa r c h i t e c t u r e t h es u p a n e t a p p l i e so u t b a n ds i g n a l i n gt e c h n o l o g ya n d c a nb e d i v i d e di n t ou s e r d a t ap l a t f o r m u p l a t f o r m a n ds i g n a l i n g m a n a g e m e n t p l a t f o r m s m p l a t f o r m t h es u p a n e ts i m p l i f i e st h eu p l a f f o r mi n t oas i n g l e p h y s i c a ll a y e r w h i c hc a np r o v i d eq o sg u a r a n t e ef o ru s e rd a t aa sw e l l a sg r e a t l y i m p r o v ee f f i c i e n c yb yq o sn e g o t i a t i o na n dh a l f s t e pf o r w a r ds w i t c h i n g w i t ht h ee m e r g e n c eo fn e t w o r ka p p l i c a t i o n s s u c ha sv i d e om e e t i n g r e m o t e e d u c a t i o n m u l t i c a s tt e c h n o l o g yh a sb e e np a i dw i d e l ya t t e n t i o n m u l t i c a s ti sd i f f e r e n t f r o mu n i c a s to rb r o a d c a s t t h e r ea r es e v e r a lr e c e i v e r s b u tt h es e n d e ro n l ys e n d so n e c o p yo fd a t a a n dt h e nt h er e l a ys y s t e m sd u p l i c a t et h ed a t ao fd e m a n d e dc o p i e sa n d f o r w a r dt h ed a t at ot h er e l e v a n tr e c e i v e r s t h ea d v a n t a g eo fm u l t i c a s ti sn o to n l yt o r e d u c et h eb u r d e no f s e n d e ra n dn e t w o r kt r a n s p o r t i n gb u ta l s ot or a i s et h eu t i l i t yr a t e o fn e t w o r kr e s o u r c e m u l t i c a s th a sg o o dp r o s p e c t s b u tt h e r ea r es e v e r a lp r o b l e m si n m u l t i c a s t s u c ha sq o s r e l i a b i l i t ya n ds e c u r i t y t h e r e f o r e h o wt oi n t e g r a t e i p m u l t i c a s tn e t w o r kw i t hs u p a n e tb e c o m e sas i g n i f i c a n tp r o b l e m i nt h i st h e s i s as c h e m ei sp r o p o s e d i nw h i c ht h es u p ac o m p u t e r sa c ta st h e m u l t i c a s ts o l l r c ea n dt h ei pc o m p u t e r sa c ta st h em u l t i c a s tg r o u pm e m b e r s t h e j o i n i n ga n dl e a v i n gm u l t i c a s tg r o u po fg r o u pm e m b e r s a n df o r w a r d i n gm u l t i c a s td a t a a r ep r o c e s s e db yi n t e m e t s u p a n e tg a t e w a y i nt h i sm o d e l t h ev i r t u a lp a t h e s t a b l i s h e db yt h eq o sn e g o t i a t i o ni nt h es u p a n e tc a ni m p l e m e n tt h ef a s ta n d r e l i a b l ed a t at r a n s p o r t i n gf r o mm u l t i c a s ts o u r c et om u l t i c a s tg r o u pm e m b e r s a n dt h e k e yi st h ei n t e m e t s u p a n e tg a t e w a y w h i c hc o n n e c t st h et w od i f f e r e n tn e t w o r k s s ot h et a s k st ob ea c c o m p l i s h e db yt h eg a t e w a yi n c l u d e t h et r a n s f o r m i n gb e t w e e ni p p r o t o c o l s i g m p a n ds u p a n e tp r o t o c o l s q o s n p t h em a p p i n go fv i r t u a l i i n e i n d e x v l i i pm u l t i c a s ta d d r q s sa n dg a t e w a yp o r t s e n c a p s u l a t i o n d e c a p s u l a t i o no f 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 e t h e n l e tm a cf h m ea n dt h es u p n e tu s e rd a t ac a r r i e r e t h e r n e t o r i e n t e dp h y s i c a l f r a m e e p n 砥st h e s i sh a sd i s c u s s e dt h e s ep r o b l e m sa b o v e o p n e ti su s e dt os i m u l a t et h es c h e m ef o ri pm u l t i c a s ta c c e s st os i 鹰an e t a s i m p l i f i e dm u l t i c a s tn e t w o r kt o p o l o g ys t r u c t u r ei se s t a b l i s h e d a n dt h es i m u l a t i o n s f o c u so i lt h es i g n a l i n gp r o c e d u r e e n c a p s u l a t i o n d e c a p s u l a t i o na n df o r w a r d i n gt h e u s e rd a t a t h er e l e v a n ts i m u l a t i o nr e s u l t sc o m p l yw i t ht h ew o r kp r o c e d u r ea n d f e a t u r e so fm u l t i c a s t a n dv e r i f yt h ev a l i d i t ya n df e a s i b i l i t yo ft h es c h e m e k e yw o r d s s u p a n e t m u l t i c a s t a c c e s s o p n e t 西南交通大学曲南父逋大字 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和 借阅 本人授权西南交通大学可以将本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 缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 1 保密口 在年解密后适用本授权书 2 不保密叼 使用本授权书 请在以上方框内打 学位论文作者签名 相磁 e t 期 珈矽 5 j p 指导老师签名 肾挈 日期 1 2 f i9 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在 文中作了明确的说明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 本学位论文的主要创新点如下 本文根据现有p 组播技术和s u p a n e t 的特点 提出了一种将口组播接入 s u p a n e t 组播的方案 对该接入方案的连接模型 工作流程进行了讨论 并对 作为该接入方案关键部分的i n t e m e t s u p 灿怔t 网关进行了详细设计 包括网关 的层次结构 封装模式 转发映射表以及p 协议和s u p a n e t 协议之间的转换 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 本课题的研究背景 第1 章绪论 目前 大多数家庭同时在使用三种网络 电信电话网 有线电视网和计算 机网络 这三种网络作为三大现代信息传输方式 经历数年的发展 已分别在 各自平台上建立起庞大的网络体系 扮演着不可或缺的角色 同时 这三种网 络正在相互影响 相互渗透 随着光通信技术的快速发展 特别是d w d m 技术 密集波分复用 d e n s e w 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 将单根光纤的传输速率提高到4 0 8 0 g b p s 即 将达到1 6 0 g b p s 从而使单根光纤的传输能力达到t b p s 数量级 相当于大 中 城市电话网 有线电视网和计算机网络的干线总吞吐率 换言之 光纤通信技 术已经能够支持大中城市综合数字业务网络信息传输的需要 如果计算机网络 技术能够适应d w d m 高速传输能力的需要 将有可能将传统的有线电视网络 电话交换网络和计算机网络合并为一个分组化 数字化的综合业务网络 即三 网合一1 1 5 1 三网合一的观点并非刚刚提出 随着网络技术的发展 电信电话网和有线 电视网都在逐渐向计算机网络过渡 例如现在大量应用的i p 电话 v o i p 都是在 口网络即信息包交换网络上进行的呼叫和通话 而不是在传统的公众交换电话 网络上进行的 其他如在线观看电视节目 视频点播等也都是在现有i n t e r n e t 基础上实现的 i n t e r n e t 是上一世纪七十年代发展起来的网络技术 当初设计的目的是以传 输文本数据为主 因此对正确性要求较高 但对实时性要求较低 而当时的低 通信线路速率 k b p s 一m b p s 虽然能够满足其要求 但误码率高 1 0 巧 1 0 击 必须在网络体系结构中设置数据链路层 通过分帧和检错重传来提高传输的正 确性 因为i n t e m e t 提供的是一种 尽其所能 的服务 b e s te f f o r ts e r v i c e 而且i n t e m e t 的网络层采用无连接的i p 协议 所以可能造成报文丢失和错序 为 此 i n t e r n e t 采取了在传输层通过端到端重新排序和检错重传来保证数据的正确 性 对于文本数据传输 端到端重传所造成的传输时延是可以接受的 但随着 i n t e r n e t 的应用日益广泛 多媒体应用数据在i n t e r n e t 中所占的比重越来越大 多媒体实时数据对传输服务的要求与文本数据传输要求则正好相反 它要求传 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 输速率高 传输时延小 传输抖动小 另一方面 它对少量的数据丢失或内容 错误的敏感程度相对较低 6 1 由于多媒体实时数据传输对服务质量的要求与文本 数据传输有很大的不同 i n t e r n e t 作为以传输文本数据为主的网络技术 在实践 中已经难以适应多媒体网络应用传输与交换的需要 尽管在过去的l o 多年中 i n t e m e t 学界和工业界试图通过在口层之上增加服务质量保障技术 如资源预留 协议r s v p 7 s 9 1 集成服务 i n t e g r a t e ds e r v i c e f 1 叫 区别服务 d i f f e r e n t i a t e d s e r v i c e 阢1 3 来改进i n t e m e t 的服务质量 但都收效甚微 难以适应三网合一 的需要 1 4 1 1 2s u p a n e t 的提出 上一节讨论了三网合一的大趋势以及现有i n t e r n e t 体系结构的特点和存在 的问题 进一步分析表明 服务质量实质上最终表现为物理层传输质量参数 如吞吐速率 t h r o u g h p u t 传输时延 t r a n s i td e l a y 传输时延抖动 j i t t e r 等 用户数据传输平台能否提供良好的服务质量保障 关键还在于物理层是否 具备多粒度的复用机制 m u l t i g r a n u l a rm u l t i p l e x i n gm e c h a n i s m 多层用户数据传输平台不利于提高数据传输效率 不利于对用户数据的传 输提供服务质量的保障 难以适应三网合一的需要 进一步的分析表明 分帧 和 以帧为基础进行数据传输 是数据链路层的主要功能 如果能够将相关的 功能融于物理层之中 则数据链路层的价值就不复存在 事实上 现有的许多 物理层技术 如p d h s d h a d s l 和h d s l 已经广泛地使用了物理帧的概 念 如果能够将数据链路层帧与物理帧协调一致 数据链路层的相关功能就有 可能被取代 有资料表明 现代用户网络中9 5 以上的数据链路层帧为以太网 m a c 帧 介质访问控制 m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 因此 采用以太网m a c 帧 作为物理帧格式 将使9 5 的用户数据免去分段与重组的工作 对现有的基于光纤的交换技术的分析表明 这些技术都不适应单物理层用 户数据传输平台的需要 i t u 的工作以光纤交换 f i b e rs w 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 缺少多粒度能够适应不同速率的应用数据流向下复 用和交换的需要 在多波长环境中直接利用s d h 技术实现单波长内的向下复用 又存在成本较高和向计算机网络典型帧和分组提供服务时需要分段与重组等不 利因素 而学界对d w d m 交换技术研究 如光突发数据交换 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 由于光域内缺少缓 存和处理能力 难以解决好服务质量保障与信道利用率之间的严重矛盾 因此 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 需要提出新的交换技术来构建单物理层用户数据传输平台 基于上述分析 针对三网合一的发展趋势和现有网络体系结构不能满足三 网合一的网络的高速传输 交换和服务质量保证的现状 西南交通大学四川省 网络通信技术重点实验室在以城域网为对象的 三维以太城域网体系结构研究 的基础上进一步研究发现 当d w d m 技术将单根光纤的数据传输能力提高到 1 0 1 2 b p s 数量级 传输误码率降低到1 0 1 2 o s i r m 和i n t e r n e t 中将节点间传输的 功能划分为数据链路层和物理层的必要性已不复存在 因此 用户数据传输平 台有可能简化为单层平台 以提高平台传输效率和改进服务质量 在以面向以 太网物理帧格式的基础上 实验室提出了以 面向以太网物理帧时槽交换技术 e p f l s e t h e m e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m et i m e s l o ts w i t c h i n g 1 5 1 6 1 为核心的 单物理层用户数据传输与交换平台体系结构 s u p a s i n g l ep h y s i c a ll a y e r u s e r d a t at r a n s f e r s w i t c h i n gp l a t f o r n la r c h i t e c t u r e 1 1 7 2 3 1 采用s u p a 体系结构 的网络被称为s u p a n e t 1 3 国内外研究现状与本课题研究的意义 对于i p 组播的研究始于2 0 世纪8 0 年代 1 9 8 8 年s t a n f o r d 大学的s t e v e d e e r i n g 提出了将组播的功能机制增加到数据网职层的组播实现体系结构 这 种体系结构称为口组播 i pm u l t i c a s t i e t fr f c l l l 2 对i p 组播的业务提供的 方式和形式进行了描述和定义 被看成是口组播的标准业务模型的定义 历经 2 0 多年的研究和发展 i p 组播已经形成了较为完整的组播协议体系 包括组播 的地址管理协议 组播路由协议 组播主机和网络的交互协议等 组播应用也 迅速发展 目前 组播研究的热点有应用层组播 移动组播 组播安全性 可 靠性等方面 本文所研究的主要内容是如何实现现有i p 组播网络 无缝 接入到 s u p a n e t 中 这对改进现有组播技术的不足 改善其性能 同时保护已有的 i n t e r n e t 投资 提高s u p a n e t 与现有网络的融合能力 都具有很强的研究和实 践意义 1 4 本文的组织安排 本文主要针对现有的i p 组播技术和s u p a n e t 的特点 对i p 组播接入 s u p a n e t 进行了讨论 研究 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第一章主要介绍了本文的研究背景并对s u p a n e t 作了简要介绍 第二章详细介绍了 单物理层用户数据传输与交换平台体系结构 一s u p a 分别对s u p a 的协议层次模型 工作过程 接口以及 面向以太网物理帧时槽 交换 e p f t s 技术进行了说明 第三章归纳了组播管理的研究现状 分析了现有组播管理协议i g m p 分析 了现有局域网组播中主要的解决方案和存在的问题 介绍了s u p a n e t 中的组 播技术 为口组播接入s u p a n e t 组播提供了参考和借鉴 第四章提出了一种口组播接入s u p a n e t 的方案 设计了接入方案的连接 模型 工作流程 并对该方案的关键部分i n t e m e t s u p a n e t 网关进行了详细设 计 包括协议层次 封装模式 映射表 协议转换等 第五章简要介绍了o p n e t 仿真软件 利用o p n e tm o d e l e r 对本文所提出 的方案进行了仿真实验 验证其正确性和可行性 最后是全文总结和展望 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章s u p a 体系结构 在第一章对现有的网络体系结构不能满足三网合一需求的分析和提出 s u p a n e t 网络体系结构的基础上 本章从分析带外信令技术入手 详细说明了 s u p a 的基本概念 协议层次模型 接口 工作模式和 面向以太网物理帧时槽 交换 e p f r s 技术 2 1 带外信令技术 信令实际上是一种用于控制和管理的信号 信令技术可以分为带内 i n b a n d 和带外 o u t b a n d 两种 2 4 2 5 带内信令是指控制平台与数据平台共 享同一物理媒质 其优点是节省数据通信网络投资 但是控制平台的风险与数 据平台一样 安全性和可靠性较差 带外信令是指控制平台和数据平台不在同 一物理媒质 由于带外信令采用独立于用户信息通路的信令通路 具有信令传 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 网络管理应用 等特点 正被广泛使用 s u p a n e t 采用带外信令的方式 可以将s u p a n e t 分成用户数据平台和信 控管理平台 其中用户数据平台是只有物理层的单层平台 有利于提高用户数 据的传输与交换效率 减少传输与交换时延 保障服务质量 主要负责用户数 据的转发 为了保持与i n t e m e t 的互通能力 i n t e m e t 的协议栈被保留在s u p a n e t 的信控平台和管理平台 并进行了与服务质量相关的增强 由于两平台都以 t c p 口或 u d p i p 作为传输平台 尽管两平台上的应用协议的用途不同 但两 平台的应用层的信控协议 例如 路径信息交换协议r i p o s p f b g p 等 和 管理协议 如s n m p 需要共享许多与服务质量相关的参数 如信道 波长 端口 的吞吐率 平均 最大 传输时延 平均 最大和时延的变化 即抖动 因此 可以将两平台合称为 信控管理平台 2 2s u p a 的协议层次模型和接口 s u p a 体系结构利用带外信令技术 将网络中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 p a 体系结构中 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 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 对实时性要求较高的数据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到保证的服务质量 从而解决现有网络体系结构中无法保证服务质量的难题 要实现该体系结构 必须在物理层实现对用户数据的高速交换和为不同的网络应用提供服务质量保 障提供必要的支撑机制 s u p a 的体系结构是对原有通信子网的3 层传输平台的简化 但信控平台和 管理平台保留了原有的协议 这样有利于与i n t e r a c t 的互连 也保护了以往的众 多投资 采用s u p a 体系结构的网络被称为s u p a n e t s u p a n e t 可以工作于 两种模式 缺省i n t e r n e t 模式和s u p a 模式 缺省模式与现有的i n t e m e t 工作过 程完全相同 不再做进一步说明 用户系统支持s u p a 的边界路由器 一 i n t e r n e t 疆pq o s n ps n m pr i p0 0 sn p ii s n m pri pq o s n p s u p a 城 应用0 s p fs p l o r 用户系统 哪溜斟 r i 哪s p t e l m q p r 内信令控 私 序b g pt m e p 的协议屡 1i f i pl ii u d p 制与督邪 t c p i l j d p 次结构 p r o u t ih 坚 i p 叩 i f 二甩 l p e t h e m e tm a c t e r n e t 譬 e t h e r n e tm a c e t h e l n e tm a ci 翼 ie t h e m e tp h v d c a l a v e r脚l 父版伙 e t h e r n e tp h v s i c a li a v e r u k m e t h e r n e tp h v s i c a li t i v e l i 芦终 i d w m 口 i 掬d w d mlln w n m 呈三 i 7 兰鎏 1n n k m i n t e m e t 应川程月 同暑i 户系统与 三主 一 s t i p a 城内的t l 周 s t r e a ma d a o t a t i l n 撤光 s u p a 且联的 一毒璺静冀 i 紫一t 面小议层次 根光 l a v e r s a u 啼纤 协议集 型绰流遁信鼽卅剁 纤 丌零i 商 闷 一 订 p 嚆 l 波艾 波k 1 2 i d w d mid w d 1 1 i 1 1 一 j r 十 图模式下管理域内的接口及协议层次结构 图一为s u 黝唧域内协议层次结构及与外部互联的示意图 体系结构同时支持带内 带外信令控制技术 图中上半部分表示 与传统互联 实际上应与传统的网 电话网和有线电视网互联 和与支持结构的增强型用户之间互联时所涉及的协议层次结构 当 与传统的用户机或路由器互联时 系统将工作于带内信令控制模式 在 此模式下 专用协议 服务质量协商协议 入网控制协议 和流量监控与信息 交换协议 将不对相应的网络 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 数据传输发生作用 此时 与传统的i n t e m e t 工作过程一样 用户数据 信令和 管理信息都在同一平台上传输 当与支持s u p a n e t 的增强型系统互联时 系 统将工作于带外信令工作模式 在此模式下 上述3 种专用协议将作为信控管 理平台内的专用协议 分别完成服务质量协商 入网控制和流量监控信息交换 任务 以确保对用户数据流提供的传输服务质量 i n t e r n e t 的路径协议 r i p o s p f b g p 等 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 协议 将在连接建立过程中充分利用相关的路径信息 在s u p a 模式下 信控平台通 过服务质量的协商确定一对用户之间的连接能否建立 并对成功建立连接的数 据流建立虚通路 v p v i r t u a lp a t h 一条虚通路由沿着该通路上各节点间的虚 线路标识符 v l i v i r t u a ll i n ei n d e x 共同标识 而虚线路 v l v m u a ll i n e 即是一条虚通路上两个交换节点之间的连接 v l i 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 是用户数据平台内进行数据交换的依据 图2 1 中的用户系统表示支持s u p a n e t 的计算机系统或与s u p a n e t 互 联的接口部分 图2 1 的上半部分表示用户系统和s u p a n e t 节点的信控管理 平台 s s t mp l a t f o r m 中的协议层次结构 以及在用户一网络接口 u n i u s e r n e t w o r ki n t e r f a c e 和网络一网络接口 m n e t w o r k n e t w o r ki n t e r f a c e 上的信息管理接口 切n 1 s m 和n n i s m 图2 1 的下半部分分别为支持s u p a n e t 结构的用户系统和s u p a n e t 节点的用户数据传输平台的协议层次结构和接口 关系 在s u p a n e t 域内 用户数据传输平台被简化为单物理层 分为两个子 层 面向以太网物理帧子层 e p f s e t h e m e t o r i e n tp h y s i c a lf r a m es u b l a y e r 和 d w d m 子层 s u p a 节点利用 面向以太网物理帧时槽交换 技术实现在 多个端口间的高速数据转发 工作于s u p a 模式下的s u p a 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 r n e t 设备互联网关中支持s u p a 接口协议的软硬部 件 这类网关能够为传统i n t e r n e t 设备之间借用s u p a n e t 实现互联提供一种高 效的 渡船服务 又称 装载服务 或 隧道服务 在这种情况下 由于用 户数据的传输是在高速 高效的物理层e p f s 平台 图2 1 中的e p f s 子层 上 进行的 对传统的i n t e r n e t 设备来讲 s u p a n e t 相当于不可见的高效传输 管 道 因此 其互联效果就像i n t e r n e t 设备直接互联一样 s u p a 中间系统是s u p a 域中的节点设备 s u p a 中间系统间的互联通过n n i 来完成 而与s u p a 端系 统互联时 则通过u n i 来完成 s u p 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 接口将按带内信令 方式工作 换言之 u n i 或n n i 的信控管理接口与用户数据传输用接口将合并 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 为一个接口 此时 图2 1 中下半部分不再参与数据的交换 因此上半部的s u p a 专用协议 q o s 帅 t m e p 等 将处于不活动状态 所提供的服务也就退化为 传统的 m e m e t 服务 为了使s u p a 节点能自动识别用户希望使用的服务 使用 口报头中的特殊字段来标识 i p v 4 的t o s 和i p v 6 中的t r a f f i cc l a s s 2 3s u p a 基本工作过程 s u p a n e t 为用户提供永久虚通路 p v p p e r m a n e n tv i r t u a lp a t h 和交换 虚通路 s v p s w i t c hv i r t u a lp a t h 两种服务 s v p 的工作过程可以分为3 个 阶段 即通路建立阶段 数据传输阶段和通路拆除阶段 在通路建立阶段 用 户系统与s u p a n e t 节点之间通过服务质量协商协议 q o s n p 沿着由i n t e r n e t 路径信息交换协议 r i p o s p f b g p 等 产生的路径交换表 r o u t i n gt a b l e 确定的路径逐级协商能否提供用户请求的服务质量 直到另一端的用户 应当 指出 由于d w d m 端口存在多个波长 因此一条虚线路v l 实际使用哪一个波 长仍然需要根据各波长上的负荷进一步选择 数据传输结束后 任一方都可用连接结束协议 c e p c o n n e c t i o ne n d i n g p r o t o c 0 1 来结束虚通路上的通信 c e p 是边界路由器 交换机的u n i 上的局部 协议 c e p 支持协商确认拆除通路和单方面拆除通路两种模式 究竟采用哪种 模式 在协商阶段确定 前一种模式的运作过程如下 由请求结束通信一方发 出c e p 请求 在得到对方确认后 入口的边界路由器将继续向前进方向发送一 个结束位 e b i t e n d i n g b i t 置 l 的e p f 收到该e p f 的节点将把该连接 上的资源回归系统 直到另一端的边界路由器 在后一种模式下 任何一方可 以利用e b i t 直接拆除通路 c e p 可以利用u d p t c p 来结束虚通路 一对用户 之间两个方向上虚通路的拆除过程将分别进行 图2 1 中的u n i 和n n l 分别代表s u p a n e t 的边界路由器 交换机与用户之 间和s u p a n e t 内部节点 s u p a 路由器 间的接口 在信控管理平台的u n i n n i 接口被分别标注为u n i s m 和n n i s m 而甩户数据平台的接口被分别标注为u n i u d 和n n l l i d 2 4e p f t s 技术 由于以太网的m a c 帧在9 5 以上的用户网络和端系统中广为使用 为了 与其相适配 s u p a n e t 的物理帧格式采用了面向以太网物理帧 e p f 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 e t h e m e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m e 格式 面向以太网物理帧时槽交换 e p f t s e t h e m e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m et i m e s l o ts w i t c h i n g 技术是将用户数据传输平台 简化为基于d w d m 的单物理层传输平台并能够保证传输实时性要求高的数据 流的服务质量的关键技术 l6 e p f 由以太网m a c 帧最大长度 1 5 2 8 字节 作为载荷部分 再加上1 6 字 节的e p f 帧头以及8 字节的前导码构成 以避免用户的数据链路层在e p f t s 传 输与交换过程中的分段和重组 在任一波长数据吞吐率中 单个e p f 帧的传输 时间被定义为用户数据传输和交换的基本时槽 t i m e s l o t 根据单个波长的速 率很容易计算出该速率下单位时间内可传输的最大帧数 因此 只要单位时间 内为用户预留足够的 时槽数 就很容易满足用户的数据吞吐率需求 至于 传输时延和传输时延的变化 即抖动 这类服务质量需求 还进一步需要e p 兀s 交换节点内的服务质量保障机制来满足 e p f 在单波长的光波内和在交换节点 内的波长之间 作为独立的数据单元进行传输或交换 中继 为了避免像s d h 那样的全网时钟同步需求 物理帧时槽之间以异步方式进行同步 s u p a n e t 的信控管理平台在服务质量协商和建立连接的过程中 将在两个 相邻的交换节点间指定一个唯一的虚线路标识符 v u 一对e p f t s 边界路 由器 或支持e p 兀 s 的端系统 之间需要形成两条服务质量相同或不同的单向 传输虚通路 每条虚通路将由该通路上的多个虚线路标识符来共同来标识 这 里我们把在同一条虚通路上传输的数据称为流 f l o w e p f t s 域外的以太网 m a c 帧的地址及应用数据流的标识符将保存在e p f t s 域的边界路由器之中 并在相关应用数据流与e p f t s 虚通路之间建立绑定关系 留待e p f t s 与域外 的系统进行数据交换时使用 进入数据传输阶段后 e p f t s 节点将使用输入端口的v l i 来识别一条虚线 路上的e p f 并以此作为查询前传端口的索引符 应当指出 e p f 是指用户数 据载体本身 具有协议数据单元 p d u p r o t o c o ld a t au n i t 的特征 因而必须 定义其格式 而e p f t 面向以太网物理帧时槽 e t h e r n e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m e t i m e s l o t 则是对e p f 传输时间基本单元的称呼 因此不再讨论其格式 e p f 的格式如图2 2 所示 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 e p f 15 5 2 b y t e 溅憾p fh e a d e r i 量黧蕊麓 f i e l d 1 b y t e莲 f i r s t s w i t c hf i e l d 4 b y t e s e c o n d s w i t c hf i e l d 4 b y t e t h i r d s w i t c hf i e l d o b y t e 呈矧霎隧 暮f n o p n n o a n lv l i 要i 7 b i t i 1 b y t e l 2 b y t e 图2 2 e p f 格式 e p f 为定长帧 总长度为1 5 5 2 字节 前8 个字节为前导码 接下来1 6 字 节为e p f 帧头 后1 5 2 8 字节为载荷 正好为以太网m a c 帧最大长度 当用户 数据长度不足最大m a c 帧长度发送时 需要在有效用户数据后面进行填充 填充字符选择有利于在光纤上传输的编码 填充后不再重新计算帧长度和校验 字段 以保证在e p f t s 域内用户数据的透明性和退出e p f t s 域后能界定有效 用户数据长度 考虑到光纤通信技术误码率较低 1 0 1 2 1 0 1 1 在e p f t s 域内 不考虑进行逐节点校验字段检查 以提高节点交换速度 e p f 帧头的第一个字段为控制字段 占1 个字节 d b i t 丢弃标志位 d i s c a r db i t 是为了出现紧急情况时 将部分对服务质 量要求较低的实时数据或可以通过重传而恢复的非实时性数据丢弃而设置的 可丢弃帧可以根据优先级别和结合应用数据性质和协商的服务质量确定 为了 保障商定的服务质量 单位时间内允许丢弃的帧数是服务质量协商中的参数之 一 e p f t s 节点将