專利名稱：互聯(lián)網(wǎng)地址交換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
互聯(lián)網(wǎng)地址交換方法屬于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于分組交換的互聯(lián)網(wǎng)目前己經(jīng)成為全世界最重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施，通信網(wǎng)、廣播電 視網(wǎng)和計算機網(wǎng)的三網(wǎng)融合以互聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)基礎(chǔ)已成為人們的共識?；ヂ?lián)網(wǎng)具有可擴展性 好、可生存性強、靈活性強、無所不在等特點，但是目前互聯(lián)網(wǎng)的"無連接、端對端和盡
力而為"的設(shè)計理念也帶來了安全性差、無法保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)和沒有明晰的可持續(xù) 發(fā)展的經(jīng)濟模型等重大問題。視頻、實時應(yīng)用、P2P等應(yīng)用對于互聯(lián)網(wǎng)帶寬的需求不斷增 長，但路由器性能的提高受到摩爾定律的限制，導致無限帶寬的需求與有限帶寬的資源的 矛盾，同時安全性和可靠性的需求使得這個矛盾更加激化。
雖然在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域、通信領(lǐng)域和廣播電視領(lǐng)域人們進行了多年的研究，對于各個獨立 的問題提出了不少解決方案，但是有些解決方案從本質(zhì)上違背了互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計理念，帶來 了可擴展性等問題。同時，針對個別問題的解決方案的代價是導致其他問題變得更加嚴重。 目前國際上(特別是美國)也啟動一些重大項目，目的在于重新設(shè)計互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，但 是鑒于全世界互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模，丟棄目前互聯(lián)網(wǎng)是不可能的。
本發(fā)明提出的互聯(lián)網(wǎng)地址交換方法充分利用了分組交換和電路交換的優(yōu)點，在不改變 現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)核心協(xié)議的基礎(chǔ)上，對互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進行了重大改進，系統(tǒng)地解決目前互聯(lián) 網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)問題、安全控制問題和可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟模型問題。
本發(fā)明的基本特征包括1)互聯(lián)網(wǎng)地址交換方法以目前的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議為基礎(chǔ)，定義 高性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)需求的參數(shù)，包括用戶的對端通信客體所在的網(wǎng)絡(luò)(服務(wù)域)，所需 帶寬，對應(yīng)的業(yè)務(wù)量和所需要的服務(wù)質(zhì)量，如延時、丟包率、抖動等指標。將有服務(wù)質(zhì)量 需求和安全性需求的應(yīng)用服務(wù)定義為高性能應(yīng)用服務(wù)，用于高性能服務(wù)的地址定義為高性 能地址，申請高性能應(yīng)用服務(wù)的用戶為高性能用戶。2)把互聯(lián)網(wǎng)用戶分為海量的普通用 戶和限量的若干類高性能用戶。普通用戶使用普通的IP地址，享用現(xiàn)在的"盡力而為" 的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模式，高性能用戶使用專用的高性能地址，享用保證端到端性能的高性能應(yīng)用。3)根據(jù)高性能用戶的業(yè)務(wù)量和允許的呼損率，計算出所需的最大并發(fā)通信進程數(shù)量。 在此基礎(chǔ)上，根據(jù)路由政策，計算出所需的高性能地址數(shù)量。根據(jù)高性能通信對帶寬的需 求，計算出所需的高性能通信總帶寬；高性能地址塊和高性能通信總帶寬是帶寬預約的依 據(jù)。4)預留若干特定的高性能地址塊并與特定的高性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)需求(參數(shù))相綁 定。5)在自治域內(nèi)為高性能地址預留極端情況下的總帶寬，在跨域情況下為高性能地址 塊預留相應(yīng)總帶寬。6)在自治域間，選擇跨域路徑；對于所選路徑的相鄰自治域，通過 域間路有協(xié)議(BGP)發(fā)布靜態(tài)的、聚類的高性能地址塊；7 )新增三層軟交換服務(wù)器和 三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器對高性能地址的分配和使用進行控制。8)三層軟交換服務(wù)器根 據(jù)高性能用戶需求，驗證用戶身份，服務(wù)域等信息，同時依照所允許的最大并發(fā)數(shù)量對于 高性能用戶進行準入控制，動態(tài)分配高性能地址段；9)三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器設(shè)備使 高性能地址段生效，控制其帶寬并通過與本自治域路由協(xié)議(iBGP或eBGPmultihop等) 的交互，把動態(tài)分配的高性能地址段的路由發(fā)布到路徑上各個管理子域中；IO)在跨域情 況下，用戶使用動態(tài)分配的高性能地址段進行高性能通信，此時該用戶的入流量的性能和 服務(wù)質(zhì)量可以完全保證，該用戶的出流量的性能和服務(wù)質(zhì)量由對端通信客體通過實施互聯(lián) 網(wǎng)地址交換方法來保證；11)對于動態(tài)分配的高性能地址進行基于對應(yīng)于某類應(yīng)用服務(wù)的 單位時間帶寬資源使用費和時間乘積的計費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在不改變現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)地解決目前互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量 (QoS)問題、安全控制問題和可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟模型問題。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖l所示， 包含預先配置好的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，地址交換體系結(jié)構(gòu)中的三層軟交換服務(wù)器，地址交換 體系結(jié)構(gòu)中的三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器，以及動態(tài)地址用戶終端。
本專利所描述的方法基于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和基礎(chǔ)設(shè)施。對于普通用戶，可提供無服 務(wù)質(zhì)量保證，"盡力而為"的應(yīng)用服務(wù)。對于有高性能需求的用戶可以提供有服務(wù)質(zhì)量保 證和有安全性保證的應(yīng)用服務(wù)。同時，基于本發(fā)明的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)具有可持續(xù)發(fā)展的良好的 經(jīng)濟模型。
本發(fā)明可以在單個自治域?qū)嵤?，也可以在通信雙方各自的自治域分別實施；本發(fā)明在 單個自治域?qū)嵤┑奶卣髟谟谝来伟韵虏襟E
互聯(lián)網(wǎng)地址交換方法，其特征在于，所述方法是在單個自治域?qū)嵤﹥?nèi)，或是在通信雙 方各自的自治域內(nèi)按以下步驟實施 步驟(1):初始化把互聯(lián)網(wǎng)用戶分設(shè)定為海量的普通用戶和限量的若干類高性能用戶，所述的高性能用 戶是指有服務(wù)質(zhì)量和安全性等高性能服務(wù)需求的用戶，用于該高性能需求的地址稱為高性 能地址，該高性能地址與應(yīng)用服務(wù)需求參數(shù)邦定后，在網(wǎng)絡(luò)中預留；
在每個自治域內(nèi)至少配置一臺三層軟交換服務(wù)器；在所述的高性能用戶所在的子網(wǎng)配 置三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器;為擬申請高性能應(yīng)用服務(wù)的用戶配置增強型動態(tài)地址用戶終 端；
定義所述的高性能應(yīng)用需求的參數(shù)，包括用戶的對端通信客體所在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)域，所 需帶寬，對應(yīng)的業(yè)務(wù)量和所需要的延時、丟包率、抖動在內(nèi)的服務(wù)質(zhì)量指標；預留若干特 定的高性能地址塊并與特定的高性能需求(參數(shù))相綁定；
在三層軟交換服務(wù)器上的地址數(shù)據(jù)庫中預設(shè)
所有高性能用戶需要的高性能地址數(shù)，這是基于高性能用戶的業(yè)務(wù)量和允許的呼損 率、阻塞率以及路由政策計算得到的；
所有高性能用戶所需的高性能通信總帶寬根據(jù)并發(fā)通信的高性能用戶數(shù)和單一高性 能網(wǎng)絡(luò)通信的帶寬需求得到的；
在三層軟交換服務(wù)器上的鏈路數(shù)據(jù)庫中預設(shè)供所述高性能應(yīng)用服務(wù)路由選擇的跨域 路由，并預留帶寬；對所選擇的跨域鏈路，把相應(yīng)的高性能地址進行靜態(tài)的、聚類的BGP 路由公布；
在本自治域內(nèi)至少一臺路由器上配置路由協(xié)議以便與本自治域內(nèi)所有三層準入控制 網(wǎng)關(guān)路由器建立鄰居關(guān)系，使得在高性能地址動態(tài)分配給所述的三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器 時，根據(jù)所述路由協(xié)議把此高性能地址對應(yīng)的路由發(fā)布到本自治域內(nèi)所有的路由器上；
信令傳輸控制模塊包括網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令接收/發(fā)送模塊和用戶-網(wǎng)絡(luò)信令接收/發(fā)送模 塊，初始化所述模塊，等待傳輸信令的調(diào)度控制，信令格式包括-
用戶-網(wǎng)絡(luò)信令包含有用戶標識、流水號、用戶本端普通地址、通信對端普通地址、 用戶本端高性能地址段、用戶本次應(yīng)用需求帶寬、以及用戶非正常退出等待時長和傳輸指 令；
網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令包含有用戶標識、流水號、用戶本端高性能地址段、最大帶寬、以 及用戶非正常等待退出時長和傳輸指令；
步驟(2):所述高性能用戶依次按以下步驟申請使用高性能地址
步驟(2.1):自治域X中的某一高性能用戶a通過所述增強型動態(tài)地址終端向所述三 層軟交換服務(wù)器發(fā)出用戶-網(wǎng)絡(luò)信令UNI，提交申請與自治域Z中高性能用戶h進行高性能通信；
步驟(2.2):所述三層軟交換服務(wù)器在驗證用戶a的身份無誤，且此時該鏈路上用戶 數(shù)量也未達到設(shè)定的上限后，通過地址數(shù)據(jù)庫選擇一個高性能地址段動態(tài)分配給用戶a， 同時通過網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令NNI將包括了高性能網(wǎng)絡(luò)地址段，最大帶寬，非正常退出的等待 時長在內(nèi)的參數(shù)傳送給所述的用戶a所在子網(wǎng)的三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器；如果條件不符 合，則拒絕用戶a的請求；
步驟(2.3):所述三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器把從三層軟交換服務(wù)器得到動態(tài)分配的高 性能地址配置到與所述高性能用戶所在子網(wǎng)相連的設(shè)備接口上，并按最大允許的帶寬對該 接口進行流量限制；通過預先配好的與本自治域路由協(xié)議建立的所述鄰居關(guān)系，把動態(tài)分 配的所述高性能地址段的路由發(fā)布到路徑上各個管理域中，同時啟動非正常退出計時；
步驟2.4:所述三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器通知三層軟交換服務(wù)器配置完成，三層軟交 換服務(wù)器通過計費數(shù)據(jù)庫，準備對用戶a進行計費(接收計費)；三層軟交換服務(wù)器啟動 非正常退出計時；
步驟(3):所述高性能用戶a依次按以下步驟結(jié)束使用高性能應(yīng)用服務(wù)
步驟(3.1):所述高性能用戶a通過所述用戶-網(wǎng)絡(luò)信令UNI通知三層軟交換服務(wù)器
該高性能應(yīng)用服務(wù)結(jié)束；
步驟(3.2):所述三層軟交換服務(wù)器回收相應(yīng)高性能地址，等待分配給下一個請求的
用戶使用，同時通過網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令NNI通知相應(yīng)的所述三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器修改配
置；
步驟(3.3):所述三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器終止對應(yīng)高性能地址的網(wǎng)絡(luò)接口配置，流 量控制配置和路由分發(fā)；
步驟(3.4):三層軟交換服務(wù)器停止計費，把基于帶寬和時間乘積的計費結(jié)果通知相 應(yīng)高性能用戶，更新用戶數(shù)據(jù)庫，地址數(shù)據(jù)庫和計費數(shù)據(jù)庫，這一段高性能地址段釋放 出來，等待分配給下一個請求的用戶(如b、 c等)使用。
在所述步驟(1)中為本自治域內(nèi)至少一臺路由器配置路由協(xié)議的優(yōu)先選擇是內(nèi)部邊 界網(wǎng)關(guān)協(xié)議iBGP，或外部邊界路由協(xié)議eBGP，或內(nèi)部路由協(xié)議IGP。
在所述步驟(1)中，所述高性能通信總帶寬W 〉 BXN， N為所述高性能用戶數(shù)， B為單個高性能網(wǎng)絡(luò)通信的帶寬需求。
在所述步驟(1)中，普通地址單個流所能使用的最大帶寬小于高性能地址所提供的 帶寬。實驗測試結(jié)果達到了本發(fā)明預期的要求。通過區(qū)分普通用戶和高性能用戶，為高性能 地址預留帶寬，根據(jù)申請為高性能用戶進行準入控制，動態(tài)分配高性能地址并相應(yīng)計費， 系統(tǒng)地、工程化地成功地解決了對高性能用戶的應(yīng)用提供服務(wù)質(zhì)量保證(QoS)和安全性 保證，并能具有良好的經(jīng)濟模型。
本專利模塊組成和模塊間關(guān)系如圖2所示。本專利說明描述方法流程框圖如圖3所示。 實驗測試環(huán)境如圖4所示。


圖1 互聯(lián)網(wǎng)地址交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖。
圖2 互聯(lián)網(wǎng)地址交換體系結(jié)構(gòu)模塊組成和模塊間關(guān)系。
圖3 互聯(lián)網(wǎng)地址交換網(wǎng)絡(luò)體系工作流程框圖。
圖4 實驗測試環(huán)境網(wǎng)絡(luò)連接拓撲圖。
圖5 用戶a使用普通地址通信試驗的實驗數(shù)據(jù)。
圖6 用戶a使用高性能地址通信試驗的實驗數(shù)據(jù)。
圖7 用戶b使用高性能地址通信試驗的實驗數(shù)據(jù)。
具體實施過程
本發(fā)明方法包含4個構(gòu)筑模塊有機組成，即"預先配置好的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施"，"三層 軟交換服務(wù)器"，"三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器"和"動態(tài)地址用戶終端"，分別描述如下。 (1 ) 預先配置好的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施
互聯(lián)網(wǎng)地址交換體系結(jié)構(gòu)基于目前的互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議和標準，以自治域為基本實施單 元。在自治域內(nèi)根據(jù)需求對于普通用戶和高性能用戶進行了區(qū)分，對于普通用戶分配普通 地址。對高性能用戶除了分配普通地址外，還可分配高能性地址，這些高性能地址明確地 定義所通信的雙方所在的網(wǎng)絡(luò)和特定應(yīng)用所需的帶寬，延時、丟包率、抖動等服務(wù)質(zhì)量參 數(shù)。這些高性能地址在網(wǎng)絡(luò)中預留，與所需服務(wù)對應(yīng)，但不與特定的用戶綁定。
根據(jù)高性能用戶的業(yè)務(wù)量和允許的呼損率，根據(jù)愛爾蘭公式五(fl,A0:4^"，計算
0
出所需的最大并發(fā)通信進程數(shù)量，其中"為業(yè)務(wù)量，N為并發(fā)用戶數(shù)，五為阻塞率。在此
基礎(chǔ)上，根據(jù)路由政策，計算出所需的高性能地址數(shù)量。其計算公式為
P = minCP// ,iMt/-ceil(log2^V))，其中P為所需掩碼長度，PIR為跨域最大允許公布的掩碼長度，PAU在IPv4的情況下為30， min()， ceil()和1og2()分別為取最小值、取下一個整 數(shù)值和以2為底的對數(shù)的標準函數(shù)。根據(jù)上述并發(fā)用戶數(shù)N和單個高性能網(wǎng)絡(luò)通信的帶 寬需求B，計算所需跨域帶寬W，即選擇BXN《W。
在自治域內(nèi)，禾U用路由器的服務(wù)等級功能(Service Class),對于高性能地址塊預留在 極端情況下足夠的帶寬，即不管高性能地址分配給哪個高性能用戶，均能保證所需的帶寬。
在自治域內(nèi)對每個管理域選擇一個或若干個路由器與三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器設(shè)備 作路由分布配置，以便動態(tài)發(fā)布高性能地址的路由信息，根據(jù)情況優(yōu)選基于內(nèi)部邊界路由 協(xié)議(iBGP)的路反射服務(wù)器作為路由分發(fā)機制。
在自治域間，選擇特定的鏈路，并在此鏈路上利用路由器的服務(wù)等級功能(Service Class)，對于高性能地址塊預留足夠的帶寬，并對該路徑進行靜態(tài)的、聚類的高性能地址 塊邊界路由協(xié)議(BGP)路由公布。
采用目前路由器上標準的服務(wù)質(zhì)量配置方法和帶寬預留方法，或互聯(lián)網(wǎng)準最小狀態(tài)流 量控制方法，在域內(nèi)或域間，對于普通地址進行流量控制。 (2) 地址交換方法中的三層軟交換服務(wù)器
地址交換體系結(jié)構(gòu)中的三層軟交換服務(wù)器是專用的計算機服務(wù)器系統(tǒng)。每個自治 域配置一個或多個聯(lián)網(wǎng)的三層軟交換服務(wù)器。它由信令傳輸調(diào)度模塊，用戶身份認證模塊， 本域及跨域鏈路帶寬使用統(tǒng)計模塊，計費模塊，域管理模塊和控制模塊組成。除信令傳輸 調(diào)度模塊外，每個功能模塊的核心是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，包括用戶數(shù)據(jù)庫、地址數(shù)據(jù)庫、鏈路 數(shù)據(jù)庫、準入控制網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)庫和計費數(shù)據(jù)庫。信令系統(tǒng)包括用戶-網(wǎng)絡(luò)信令系統(tǒng)(UNI) 和網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令系統(tǒng)(NNI)。
用戶數(shù)據(jù)庫存儲用戶帳號和認證信息，并與對應(yīng)的計費信息建立關(guān)系。地址數(shù)據(jù)庫存
儲高性能地址，并與鏈路以及該地址所支持的并發(fā)數(shù)建立關(guān)系。鏈路數(shù)據(jù)庫存儲本自治域
預約帶寬的跨域鏈路的信息及使用此鏈路的本端和對端的普通地址范圍，并與地址數(shù)據(jù)建
立關(guān)系。三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器數(shù)據(jù)庫存儲本自治域各個高性能用戶所在子網(wǎng)的三層準
入控制網(wǎng)關(guān)路由器設(shè)備的信息，并與用戶數(shù)據(jù)建立關(guān)系。計費數(shù)據(jù)庫與用戶數(shù)據(jù)建立關(guān)系。
三層軟交換服務(wù)器通過用戶-網(wǎng)絡(luò)信令(UNI)接受注冊高性能用戶的動態(tài)地址用戶終端
的請求，其參數(shù)為用戶帳號和口令，用戶的普通地址，高性能通信對端的普通地址、高
性能通信所需帶寬，非正常退出的等待時長等。其XML語言描述的格式的樣例為 <uni>
<customer id=〃customerid〃> //用戶標識 </customer><ordei: id=〃o:i:dered〃> //流水號 </o;i:de:i:>
<metric name=〃own-address〃> //用戶本端普通地址
X * X . X ， X
</metric>
〈metric name=〃end-address"> //用戶對端普通地址
y，y，y，y
</metric>
〈metric name-〃hp-prefix〃 > //用戶本端高性能地址段
x ， x.x.x/k
</metric〉
〈metric name=〃bandwidth〃 units=〃Mbps〃> //用戶需求帶寬 30
</metric〉
〈metric name="ttl" units="second"> //用戶非正常退出等待時長 3600
</metric>
<met;i:ic name="command" > //指令 confirm </metric〉 </uni>
三層軟交換服務(wù)器通用用戶數(shù)據(jù)庫，鏈路數(shù)據(jù)庫，三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器數(shù)據(jù)庫驗 證用戶的身份，核實用戶本端普通地址和對端普通地址的范圍決定是否有三層準入控制網(wǎng) 關(guān)路由器設(shè)備和相應(yīng)的鏈路，根據(jù)相應(yīng)的地址的最大并發(fā)數(shù)和當前并發(fā)數(shù)決定是否可以分 配高性能地址。如通過驗證，三層軟交換服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令(NNI)對相應(yīng)的三
層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器設(shè)備進行控制，其參數(shù)為高性能地址段，最大帶寬，非正常退出
的等待時長等。其XML語言描述的格式的例子為-<rmi>
<customer id=〃customerici〃> //用戶標識 </customer〉
<order id=〃ordered〃> 〃流7jC號 </oi:der〉
〈metric name-〃prefix〃 unit=〃IPv4〃> //用戶本端高性能地址段
z z z,z/m
</metric>
<metric name=〃max—bandwidth" unit=〃Mbps〃> //最大帶寬 30
</metric>
<metric name="ttl" units="second"> 〃用戶非正常退出等待日寸長 3600
</metric><metric name=〃command"> //指令 active </metric> </rmi>
(3 ) 地址交換方法中的三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器
地址交換體系結(jié)構(gòu)中的三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器是特殊的路由器?，F(xiàn)有的路由器
上的路由功能加載有關(guān)信令傳輸處理的模塊實現(xiàn)。它由控制模塊，接口模塊，路由模塊和
信令傳輸調(diào)度模塊四部分組成?？刂颇K包括:用戶非正常退出計時器和網(wǎng)管客戶機模塊；
接口模塊包括網(wǎng)絡(luò)接口地址配置和流量控制模塊；路由模塊包括路由協(xié)議和路由分發(fā)
模塊；信令傳輸調(diào)度模塊為網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令系統(tǒng)(NNI)及用戶-網(wǎng)絡(luò)信令系統(tǒng)。
三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器在每一個高性能用戶的子網(wǎng)內(nèi)設(shè)置。根據(jù)統(tǒng)計，互聯(lián)網(wǎng)用戶
的流量呈冪率分布，即普通用戶是絕大多數(shù)，高性能用戶是少數(shù)，因此三層準入控制網(wǎng)關(guān)
路由器的總量是有限的。
三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器與自治域中所有可能路徑上的管理域的內(nèi)部邊界路由協(xié)議
(iBGP)的路由反射服務(wù)器建立鄰居關(guān)系，因此三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器可以把該設(shè)備
上的子網(wǎng)路由發(fā)布到自治域中所有可能路徑上的管理域中。
每個注冊高性能用戶所在的子網(wǎng)配備一個聯(lián)網(wǎng)的三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器，該設(shè)備通
過網(wǎng)絡(luò)信令(NNI)與管理它的三層軟交換服務(wù)器通信，在其控制下分配和撤銷高性能地
址、發(fā)布或撤銷相關(guān)路由、進行或撤銷端口流量控制。其XML語言描述的格式的樣例為 <nni>
<customer id=〃customerici〃> //用戶標識 </customer>
<order id=〃ordereci〃> 〃流水號 </order>
〈metric name-〃prefix〃 unit="IPv4〃> //用戶本端高性能i也址段
z , z , z , z/iu
</metric>
<metric name=〃max—bandwidth" unit=〃Mbps〃> //最大帶寬 30
</metric>
<metric name="ttl" units="second"> //用戶非正常退出等待時長 3600
</metric>
<metric name="command"> //指令 active </metric> </rmi>(4) 動態(tài)地址用戶終端
地址交換體系結(jié)構(gòu)中的動態(tài)地址用戶終端是擴展的普通用戶終端設(shè)備。動態(tài)地址用戶 終端設(shè)備不僅包含目前普通用戶終端的所有功能，還包含地址選擇和配置模塊，用戶-網(wǎng) 絡(luò)接口 (UNI)信令模塊等；其中UNI與軟交換服務(wù)器通信或三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器 通信，地址選擇和配置模塊決定當次應(yīng)用程序使用的地址。其XML語言描述的格式的樣
例為
<uni>
<customer id=〃customerid〃> //用戶標識 </customer>
<orde;r id=〃o:i:de:i:ed〃> //流水號 </order>
〈metric name=〃own-address〃> //用戶本端普通地址
X . X . X , X
</metric〉 <metric name
y，y，y-y
</metric> <metric name x.x.x.x/k </metric> <metric name 30
</metric> <metric name 3600
</metric> <metric name apply </metric> </uni>
=〃end-address〃> //用戶對端普通地址 =〃hp-prefix〃 > 〃用戶本端高性能地址段 =〃bandwidth〃 units=〃Mbps〃> //用戶需求帶寬 ="ttl" imits="seconcT> 〃用戶非正常退出等待時長 ="command" > //指令
具有動態(tài)地址的用戶終端可以配置多個網(wǎng)絡(luò)地址、其中有普通地址，通過靜態(tài)配置或
動態(tài)配置(基于狀態(tài)如DHCP或無狀態(tài))和高性能地址。動態(tài)地址用戶終端具有標準的 用戶-網(wǎng)絡(luò)信令(UNI)模塊，可以與地址交換體系結(jié)構(gòu)中的三層軟交換服務(wù)器通信，申 請或注銷對于高性能地址的使用。動態(tài)地址用戶終端具有在信令驅(qū)動下，動態(tài)地址配置模 塊，做到地址與應(yīng)用綁定，即普通應(yīng)用使用普通地址，高性能應(yīng)用使用高性能地址。
測試環(huán)境搭建在真實的互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)上，本端用戶為CERNET在北京的2個不同地 點的高性能用戶，對端為TEIN2新加坡節(jié)點的高性能視頻服務(wù)器。視頻應(yīng)用使用DVTS 系統(tǒng)，1路視頻為30Mbps。測試環(huán)境如圖4所示。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬限制，CERNET普通用戶通過TEIN2的最大可使用帶寬為10Mbps,因
,^zp、〉土,l^罷U杯"hn+d /tfi血6fiim4s;閱乂免 士二+a4;4t說44d+山々旌/*玄仕始rfi 6fi zr巨姊六旌flp夂
器所在域為CERNET，并高性能應(yīng)用并發(fā)進程為1。共有2個三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器。 根據(jù)CERNET和TEIN2的BGP路由政策PI1^24。采用IPv4， PAU=30所選擇的高性能 地址段為202.38.112.64/30。注意向TEIN2靜態(tài)、聚類公布的地址為202.38.112.0/24。北 京的2個高性能用戶所在的子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)分別為202.112.35.34和202.38.97.253。本試驗分為 三種情況
1) 北京的高性能應(yīng)用用戶a使用普通地址接收新加坡節(jié)點DVTS視頻，如圖5所示。注 意自治域八84538的180 路由反射器對于三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器鄰居202.38.97.253(高 性能應(yīng)用用戶a)和202.38.35.34 (高性能應(yīng)用用戶b)的高性能地址分配的條數(shù)均為0 (如 圖5(a))。自治域內(nèi)的總路由條數(shù)為14155 (如圖5 (b))，自治域AS4538發(fā)布到TEIN2 的總路由條數(shù)為203 (如圖5 (c))。高性能地址段202.38.112.64/30沒有在自治域AS4538 內(nèi)出現(xiàn)(如圖5 (d))。由于普通地址無法支持大于10Mbps的帶寬，此時視頻圖像質(zhì)量 很差(如附件中圖1)。
2) 北京的高性能用戶a申請高性能地址接收新加坡節(jié)點DVTS視頻，如圖6所示。此時，
高性能用戶a通過UNI向三層軟交換服務(wù)器申請高性能地址，其內(nèi)容為.. <uni>
<customer id=〃BJ-a"> //用戶標識 </customer>
<order id=〃12345〃> //流水號 </orde;i:>
<metric name=〃own-address〃> //用戶本端普通地址
202.38.97，254
</metric>
<metric name=〃end-acld:ress〃> 〃用戶對端普通地址
202，179，252，102
</metric>
<metric name=〃bandwidth〃 units=〃Mbps〃> //用戶需求帶寬 30
</metric>
<metric name="ttl" units="second"> 〃用戶非正常退出等待時長 3600
</metric>
<metric name="command〃 > //指令apply </metric> </uni>
三層軟交換服務(wù)器通過用戶數(shù)據(jù)庫、鏈路數(shù)據(jù)庫、三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器數(shù)據(jù)庫和
地址數(shù)據(jù)庫驗證BJ-a為有效用戶，與本端普通地址202.38.97.254匹配，同時相應(yīng)的子網(wǎng)
已配置三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器設(shè)備，對端普通地址202.179.252.102具有有效的鏈路可
以提供高性能應(yīng)用，最大允許帶寬35Mbps，對應(yīng)的高性能地址段為202.38.112.64/30，最
大允許的通信并發(fā)數(shù)為1，目前的并發(fā)數(shù)為0。因此，三層軟交換服務(wù)器可以允許用戶BJ-a
使用高性能地址202.38.112.64/30通信。三層軟交換服務(wù)器通過NNI通知用戶a所在子網(wǎng)
的三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器設(shè)備。 <nni>
<customei: id=〃BJ-a〃> //用戶標識 </customer>
<order id=〃12345〃> //流水號 </ordei:>
〈metric name="prefix〃 unit-"IE>v4"> //用戶本端高性倉b地址段
202.38，112，64/30
</metric>
<metric name=〃max—bandwidth" unit=〃Mbps〃〉 //最大帶寬 35
</metric>
<metric name="ttl" units="second"> //用戶非正常退出等待日寸長 3600
</metric>
<metric name="command"> //指令 Request </metric> </rmi>
該三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器設(shè)備實施地址分配，流量控制，路由分發(fā)等過程并回復三
層軟交換服務(wù)器確認。 <rmi>
<customer id=〃BJ-a〃〉 //用戶標識 </custome;i:>
<order id=〃12346〃> 〃流水號 </oircier>
<metric name="command〃> //指令 Confirm </metric〉 </nni〉此時，三層軟交換服務(wù)器通過UNI通知北京用戶a，并開始計費。 <uni>
<customer id="BJ-a"> 〃用戶標識 </customer>
<order id="12346"> 〃流水號 </order>
〈metric name=〃hp-prefix" > 〃用戶本端高性能±也址段
202，38，112，64/30
</metric>
<metric name="command" > //指令' Confirm </metric> </uni>
用戶a可以開始高性能應(yīng)用。如圖6所示，自治域AS4538的iBGP路由反射器對于 三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器鄰居202.38.97.253 (高性能應(yīng)用用戶a)的高性能地址分配的條 數(shù)為1，但對202.38.35.34(高性能應(yīng)用用戶b)的高性能地址分配的條數(shù)為O(如圖6(a))。 自治域內(nèi)的總路由條數(shù)為14156 (增加了 1條)(如圖6 (b))，自治域AS4538發(fā)布到 TEIN2的總路由條數(shù)為203 (沒有增加)(如圖6 (c))。高性能地址段202.38.112.64/30 在自治域AS4538內(nèi)出現(xiàn)，對應(yīng)的下一跳為202.38.97.253 (如圖6 (d))。由于使用高性 能地址，可以支持大于30Mbps的帶寬，此時視頻圖像質(zhì)量很好(如附件中圖2)。
如此時用戶b也申請使用高性能地址，通過UNI通知三層軟交換服務(wù)器。 <uni〉
〈customer id=〃BJ-b〃> //用戶標識 </custome;i:〉
<order id="20001"> //流水號 </o;rdei:>
<metric name=〃own-address〃> //用戶本端普通地址
202.112，35.34
</metric>
〈metric name=〃end-address〃> //用戶對端普通地址
202，179.252，102
</metric>
<metric name=〃hp-prefix〃 > 〃用戶本端高性倉g地址段
0.0.0.0/0
</metric>
<metric name=〃bandwidth〃 units=〃Mbps〃> //用戶需求帶寬 30
</metric>
<metric name="ttl" units="seconcT> //用戶非正常退出等待日寸長3600
</metric>
<metric name="command" > //指令 apply </metric> </uni>
三層軟交換服務(wù)器通過用戶數(shù)據(jù)庫、鏈路數(shù)據(jù)庫、三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器數(shù)據(jù)庫和
地址數(shù)據(jù)庫驗證BJ-b為有效用戶，與本端普通地址202.112.25.34匹配，同時相應(yīng)的子網(wǎng)
已配置三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器設(shè)備，對端普通地址202.179.252.102具有有效的鏈路可
以提供高性能應(yīng)用，最大允許帶寬35Mbps，對應(yīng)的高性能地址段為202.38.112.64/30，最
大允許的通信并發(fā)數(shù)為l，目前的并發(fā)數(shù)為l。因此，三層軟交換服務(wù)器不能為用戶b分
配高性能地址。拒絕用戶b的服務(wù)請求。 <uni>
<customer id="BJ-b〃> //客戶標識 </customer>
<order id=〃20002"> //流水號 </o;i:de;i:>
<metric name="command" > //指令 Refuse </metric〉 </uni>
用戶b必須等待一定時間再次請求。
當用戶a完成高性能通信，類似于上述過程，用戶a用UNI通知三層軟交換服務(wù)器撤
銷高性能地址。 <uni>
<customer id=〃BJ-a〃> 〃用戶標識 </customer>
<order id=〃12347〃> 〃流7jC號 </o;i:de;i:>
〈metric name="own—address〃> //用戶本端普通地址
202，38.97.254
</metric>
<metric name=〃end-adclress〃> //用戶對端普通地址
202.179.252.102
</metric>
<metric name=〃hp-prefix〃 > 〃用戶本端高性能地址段
202.38.112.64/30
</metric〉
<metric name="command" > //指令Stop
</metric> </uni〉
三層軟交換服務(wù)器用NNI通知對應(yīng)的三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器設(shè)備。 <rmi>
<customer id=〃BJ-a〃> //用戶標識 </customer〉
<order id=〃12348〃> 〃流水號 </oi:de:i:>
〈metric name="prefix" unit=〃IPv4"> 〃用戶本端高性能地址段
202.38.112.64/30
</metric>
<metric name="command"> //指令 Stop
</metric〉 </rmi>
準入控制網(wǎng)關(guān)設(shè)備撤銷高性能地址，停止公布高性能地址的路有，通過NNI向三層
軟交換服務(wù)器確認。 <rmi〉
<customer id=〃BJ-a〃> //用戶標識 </customer>
<ordei: id=〃12349〃> //流水號 </orde;r>
<metric name="commancl"〉 //指令 Confirm </metric> </rmi>
三層軟交換服務(wù)器用UNI通知用戶a，停止計費，費用為帶寬X使用時長。 <uni>
<customer id=〃BJ-a〃> //用戶標識 </customer>
<order icl=〃12348〃> 〃流水號 </oi:cier〉
<meti:ic name=〃command〃 > //指令 Stop
</metric> </uni>
3)北京的另一個高性能用戶b申請高性能地址接收新加坡節(jié)點DVTS視頻。此時，高性 能用戶a已完成高性能通信。類似上述2)的UNI和NNI的通信過程，用戶b可以得到供性能地址進行通信，如圖7所示。此時，自治域AS4538的iBGP路由反射器對于三層 準入控制網(wǎng)關(guān)路由器鄰居202.38.97.253 (高性能應(yīng)用用戶a)的高性能地址分配的條數(shù)為 0，但對202.38.35.34 (高性能應(yīng)用用戶b)的高性能地址分配的條數(shù)為1 (如圖7 (a))。 自治域內(nèi)的總路由條數(shù)為14156 (增加了 1條)(如圖7 (b))，自治域AS4538發(fā)布到 TEIN2的總路由條數(shù)為203 (沒有增加)(如圖7 (c))。高性能地址段202.38.112.64/30 在自治域AS4538內(nèi)出現(xiàn)，對應(yīng)的下一跳為202.112.35.34 (如圖7 (d))。由于使用高性能 地址，可以支持大于30Mbps的帶寬，此時視頻圖像質(zhì)量很好(如附件中圖3)。
其中高性能地址分配給用戶a和用戶b相關(guān)路由表的變化清楚地表明了地址交換體系 結(jié)構(gòu)的工作過程，三層軟交換、三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器設(shè)備和動態(tài)地址用戶終端所起的 作用。從圖中可以看到普通地址的視頻圖像質(zhì)量不能滿足要求，而高性能地址的視頻圖像 質(zhì)量很好。
權(quán)利要求
1.互聯(lián)網(wǎng)地址交換方法，其特征在于，所述方法是在單個自治域內(nèi)實施，或是在通信雙方各自的自治域內(nèi)按以下步驟實施步驟(1)初始化把互聯(lián)網(wǎng)用戶分設(shè)定為海量的普通用戶和限量的若干類高性能用戶，所述的高性能用戶是指有服務(wù)質(zhì)量和安全性等高性能服務(wù)需求的用戶，用于該高性能需求的地址稱為高性能地址，該高性能地址與應(yīng)用服務(wù)需求參數(shù)邦定后，在網(wǎng)絡(luò)中預留；在每個自治域內(nèi)至少配置一臺三層軟交換服務(wù)器，在所述的高性能用戶所在的子網(wǎng)配置三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器；為擬申請高性能應(yīng)用服務(wù)的用戶配置增強型動態(tài)地址用戶終端；定義所述的高性能應(yīng)用需求的參數(shù)，包括用戶的對端通信客體所在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)域，所需帶寬，對應(yīng)的業(yè)務(wù)量和包括所需要的延時、丟包率、抖動在內(nèi)的服務(wù)質(zhì)量指標；預留若干特定的高性能地址塊并與特定的高性能需求(參數(shù))相綁定；在三層軟交換服務(wù)器上的地址數(shù)據(jù)庫中預設(shè)所有高性能用戶需要的高性能地址數(shù)，這是基于高性能用戶的業(yè)務(wù)量和允許的呼損率、阻塞率以及路由政策計算得到的；所有高性能用戶所需的高性能通信總帶寬根據(jù)并發(fā)通信的高性能用戶數(shù)和單一高性能網(wǎng)絡(luò)通信的帶寬需求得到的；在三層軟交換服務(wù)器上的鏈路數(shù)據(jù)庫中預設(shè)供所述高性能應(yīng)用服務(wù)路由選擇的跨域路由，并預留帶寬；對所選擇的跨域鏈路，把相應(yīng)的高性能地址進行靜態(tài)的、聚類的BGP路由公布；在本自治域內(nèi)至少一臺路由器上配置路由協(xié)議以便與本自治域內(nèi)所有三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器建立鄰居關(guān)系，使得在高性能地址動態(tài)分配給所述的三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器時，根據(jù)所述路由協(xié)議把此高性能地址對應(yīng)的路由發(fā)布到本自治域內(nèi)所有的路由器上；信令傳輸控制模塊包括網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令接收或發(fā)送模塊和用戶-網(wǎng)絡(luò)信令接收或發(fā)送模塊，初始化所述模塊，等待傳輸信令的調(diào)度控制，信令格式包括用戶-網(wǎng)絡(luò)信令包含有用戶標識、流水號、用戶本端普通地址、通信對端普通地址、用戶本端高性能地址段、用戶本次應(yīng)用需求帶寬、以及用戶非正常退出等待時長和傳輸指令；網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令包含有用戶標識、流水號、用戶本端高性能地址段、最大帶寬、以及用戶非正常等待退出時長和傳輸指令；步驟(2)所述高性能用戶依次按以下步驟申請使用高性能地址步驟(2.1)自治域X中的某一高性能用戶a通過所述增強型動態(tài)地址終端向所述三層軟交換服務(wù)器發(fā)出用戶-網(wǎng)絡(luò)信令UNI，提交申請與自治域Z中高性能用戶h進行高性能通信；步驟(2.2)所述三層軟交換服務(wù)器在驗證用戶a的身份無誤，且此時該鏈路上用戶數(shù)量也未達到設(shè)定的上限后，通過地址數(shù)據(jù)庫選擇一個高性能地址段動態(tài)分配給用戶a，同時通過網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令NNI將包括了高性能網(wǎng)絡(luò)地址段，最大帶寬，非正常退出的等待時長在內(nèi)的參數(shù)傳送給所述的用戶a所在子網(wǎng)的三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器；如果條件不符合，則拒絕用戶a的請求；步驟(2.3)所述三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器把從三層軟交換服務(wù)器得到動態(tài)分配的高性能地址配置到與所述高性能用戶所在子網(wǎng)相連的設(shè)備接口上，并按最大允許的帶寬對該接口進行流量限制；通過預先配好的與本自治域路由協(xié)議建立的所述鄰居關(guān)系，把動態(tài)分配的所述高性能地址段的路由發(fā)布到路徑上各個管理域中，同時啟動非正常退出計時；步驟2.4所述三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器通知三層軟交換服務(wù)器配置完成，三層軟交換服務(wù)器通過計費數(shù)據(jù)庫，準備對用戶a進行計費(接收計費)；三層軟交換服務(wù)器啟動非正常退出計時；步驟(3)所述高性能用戶a依次按以下步驟結(jié)束使用高性能應(yīng)用服務(wù)步驟(3.1)所述高性能用戶a通過所述用戶-網(wǎng)絡(luò)信令UNI通知三層軟交換服務(wù)器該高性能應(yīng)用服務(wù)結(jié)束；步驟(3.2)所述三層軟交換服務(wù)器回收相應(yīng)高性能地址，等待分配給下一個請求的用戶使用，同時通過網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)信令NNI通知相應(yīng)的所述三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器修改配置；步驟(3.3)所述三層準入控制網(wǎng)關(guān)路由器終止對應(yīng)高性能地址的網(wǎng)絡(luò)接口配置，流量控制配置和路由分發(fā)；步驟3.4三層軟交換服務(wù)器停止計費，把基于對應(yīng)于某類應(yīng)用服務(wù)的單位時間帶寬資源使用費和時間乘積的計費結(jié)果通知相應(yīng)高性能用戶，更新用戶數(shù)據(jù)庫，地址數(shù)據(jù)庫和計費數(shù)據(jù)庫，這一段高性能地址段釋放出來，等待分配給下一個請求的用戶(如b、c等)使用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的互聯(lián)網(wǎng)地址交換方法，其特征在于，在所述步驟(1)中為本自 治域內(nèi)至少一臺路由器配置路由協(xié)議的優(yōu)先選擇是內(nèi)部邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議iBGP，或外部邊界 路由協(xié)議eBGP，或內(nèi)部路由協(xié)議IGP。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的互聯(lián)網(wǎng)地址交換方法，其特征在于，在所述步驟(1)中，所述 高性能通信總帶寬W >BXN， N為所述高性能用戶數(shù)，B為單個高性能網(wǎng)絡(luò)通信的帶寬 需求。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的互聯(lián)網(wǎng)地址交換方法，其特征在于，在所述步驟(1)中，普通 地址單個流所能使用的最大帶寬小于高性能地址所提供的帶寬。
全文摘要
互聯(lián)網(wǎng)地址交換方法屬于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于以現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議為基礎(chǔ)，把互聯(lián)網(wǎng)用戶分為海量普通用戶和若干組高性能用戶；普通用戶使用現(xiàn)在的“盡力而為”的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模式不變，高性能用戶在需要時配置專用高性能地址，使用“高質(zhì)量”服務(wù)。本方法通過對高性能地址在自治域內(nèi)的準入控制、動態(tài)分配、路由發(fā)布和帶寬預留，域間的鏈路選擇和帶寬預留，以及按時計費，可以為不同用戶提供不同服務(wù)。該發(fā)明有效地解決了目前互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)問題、網(wǎng)絡(luò)安全問題和可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟模型等重大問題，可擴展性和穩(wěn)定性很好。對于目前互聯(lián)網(wǎng)中的無線技術(shù)、組播技術(shù)等其他重要技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的體系結(jié)構(gòu)支持。
文檔編號H04L29/06GK101409689SQ200810227289
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者包叢笑, 星 李 申請人:清華大學