CN101409682A - 增强型动态地址用户终端工作方法 - Google Patents
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Abstract
增强型动态地址用户终端工作方法属于计算机网络技术领域，其特征在于，基于区分普通应用服务和高性能应用服务，通过与三层软交换服务器和三层准入网关路由器的信令交互，增强型动态地址用户终端可从三层软交换服务器或三层准入网关路由器获得动态分配的、已预留带宽的高性能地址，实时选择配置针对不同应用服务的多个网络地址，从而保证高性能应用的进行。
Description
技术领域
增强型动态地址用户终端工作方法属于计算机网络技术领域。
背景技术
基于分组交换的互联网目前已经成为全世界最重要的信息基础设施，通信网、广播电视网和计算机网的三网融合以互联网为技术基础已成为人们的共识。互联网具有可扩展性好、可生存性强、灵活性强、无所不在等特点，但是目前互联网的“无连接、端对端和尽力而为”的设计理念也带来了安全性差、无法保证服务质量(QoS)和没有明晰的可持续发展的经济模型等重大问题。视频、实时应用、P2P等应用对于互联网带宽的需求不断增长，但路由器性能提高受到摩尔定律的限制，导致无限带宽的需求与有限带宽的资源的矛盾，同时安全性和可靠性的需求使得这个矛盾更加激化。
虽然在互联网领域、通信领域和广播电视领域人们进行了多年的研究，对于各个独立的问题提出了不少解决方案，但是有些解决方案从本质上违背了互联网的设计理念，带来了可扩展性等问题。同时，针对个别问题的解决方案的代价是导致其他问题变得更加严重。目前国际上也有一些重大项目重新设计互联网，但是鉴于全世界互联网的规模，丢弃目前互联网是不可能的。
目前已有的各类网络在解决上述一系列问题中，各有特长，但又各有缺陷，如：
电路交换(电话网)用户通过信令系统直接申请使用电路资源，通信系统通过准入控制把相应的电路资源给用户提供非共享式的使用，具有可以保证服务质量(QoS)和安全性好的特点，但带宽调度灵活性差。
虚电路交换(X.25、ATM)用户通过信令系统直接申请使用电路资源，通信系统通过准入控制把相应的电路资源给用户提供非共享式或共享式的使用，具有可以保证服务质量(QoS)，安全性好的特点和带宽调度灵活性的特点，但可扩展性差。
数据报分组交换(互联网)，基于端对端原理，用户与网络资源之间无信令关系，具有带宽调度灵活性好，可扩展性好的特点，但不能保证服务质量(QoS)，安全性较差。目前互联网的用户终端具有用于连入互联网的普通单一地址，或静态配置，或经DHCP协议动态分配，地址与应用无关等特点。
五层(软)交换：用户通过信令系统申请建立会话，但无对于数据平面的网络资源调配，不能保证数据流的服务质量(QoS)和安全性。
根据研究，我们发现必须采用新型的交换体系结构使高性能用户与网络资源发生直接关系才能解决上述一系列重大问题。本发明和相关的系列发明引入了互联网地址交换的概念。它的基本原理是利用分组交换中网络地址决定路由、路由决定分组传输的机制，根据应用需求，把网络地址分为普通地址和高性能地址，对于高性能地址预留带宽，利用电路交换的带宽资源的调度机制和准入控制机制，动态分配高性能地址，达到保证服务质量(QoS)、保证安全性和具有良好经济模型的目的。
为了达到上述目的，必须增强用户终端的性能，承载高性能应用需求的终端，能够通过信令系统与网络资源的调度发生直接关系。具有动态地址的用户终端是地址交换体系结构中用户和网络的纽带，它根据应用需求向三层软交换服务器申请高性能地址，动态配置所获得的高性能地址并使用；完成本次应用时，高性能地址被三层软交换服务器收回，等待下一次应用需求来临时，重新配置新获得的地址。在目前普通计算机终端上增加了以上功能的终端，叫增强型动态地址用户终端，成为一种新型的网络设备。
本发明的基本特征包括：1)具有动态地址的用户终端可以配置多个网络地址，其中有用于连入互联网的普通地址，(可通过静态配置或基于状态如DHCP或无状态的动态配置)和面向高性能应用服务的高性能地址；2)动态地址用户终端具有标准的用户-网络信令(UNI)模块，可以与三层软交换服务器通信，申请或注销对于高性能地址的使用；3)动态地址用户终端具有在信令驱动下，通过动态地址配置模块，做到地址与应用绑定，即普通应用使用普通地址，高性能应用使用高性能地址。
发明内容
本发明的目的在于在不改变现有互联网的基础上，通过本发明所描述的增强型动态地址用户终端，引入对于高性能用户申请的高性能应用服务的准入控制，本发明的结构如图1所示。以动态地址用户终端为用户与网络间的纽带，配合三层软交换服务器，三层准入控制网关路由器和经预先配置的互联网达到本发明的目的。动态地址用户终端计算机不仅包含目前普通用户终端的所有功能，还包含地址选择和配置模块，用户-网络接口(UNI)信令模块等；其中UNI与软交换设备通信或三层准入控制设备通信，地址选择和配置模块决定当次应用程序使用的地址。
本发明的特征在于依次包含以下步骤：
步骤(1)：初始化
步骤1.1：自治域X内的动态地址用户终端联网，配置用于连入互联网的普通IP地址，完成目前互联网“尽力而为”的普通应用；
步骤1.2：配置信令传输控制模块，用于用户-网络信令的接收或发送模块，初始化该模块后，等待传输信令的调度，信令格式包括：用户标识、流水号、用户本端普通地址、通信对端普通地址、用户本端高性能地址段、用户本次应用需求带宽、以及用户非正常退出等待时长和传输指令；
步骤1.3：动态地址用户终端选择自治域X内的三层软交换服务器，同时选择与之在同一个子网的三层准入控制网关路由器；
步骤(2)：用户-网络信令处理
步骤2.1：当使用本动态地址用户终端的高性能用户a需要与自治域Z中的某一高性能用户h进行高性能通信；用户a将通过用户-网络信令UNI向设定的三层软交换服务器提交申请；该申请包含：a的用户标识，流水号，a的用户帐号和口令，a的普通网络地址，高性能通信对端用户h的普通网络地址和本次应用所需带宽B，非正常退出的等待时长t；
步骤2.2：设定的三层软交换服务器通过用户身份认证模块和计费模块验证a的身份和资费情况，通过三层准入控制网关管理模块和本域及跨域链路带宽使用统计模块验证请求的服务范围，通过比对高性能地址管理模块中的地址数据库和本域及跨域链路带宽使用统计模块中的链路数据库比较该项服务的并发用户数量是否已经到达上限N及可使用带宽，如满足条件，三层软交换服务器通过地址数据库找到一个高性能地址段，动态分配给用户a；并且通过三层软交换服务器告知三层网关设备；否则，拒绝用户a的请求；用户a可以等一段时间后再次请求；
步骤2.3：用户a得到高性能地址后，在此终端上完成相应的新获得地址的配置，即可使用该高性能地址与用户h进行高性能通信；
步骤2.4：当用户a完成与用户h的高性能通信后，通过用户-网络信令UNI向三层软交换服务器发送结束信息；三层软交换服务器回收相应高性能地址，三层软交换服务器停止计费，通过用户-网络信令UNI把计费结果通知该高性能用户；
步骤2.5：该用户恢复使用用于连入互联网的普通IP地址。
动态地址终端用户的高性能地址也可由所述三层软交换服务器通过网络-网络信令通知三层准入控制网关路由器，该网关路由器通过用户-网络信令对终端进行配置。
实验测试结果表明：通过区分普通应用和高性能应用根据申请和验证，对注册高性能用户进行准入控制，动态分配已预留带宽的高性能地址，增强型动态地址终端用户在信令控制下，选择并配置与不同类型应用绑定的IP地址。
附图说明
图1增强型动态地址用户终端结构图。
图2增强型动态地址用户终端工作方法流程框图。
图3实验测试环境网络连接拓扑图。
图4用户a使用普通地址试验的实验数据。
图5用户a使用高性能地址试验的实验数据。
图6用户b使用高性能地址试验的实验数据。
具体实施方式
动态地址用户终端的关键技术包括：单操作系统多个网络地址配置，地址的应用程序接口和用户-网络信令等。
(1)单操作系统多个网络地址配置
使用标准的IPv4或IPv6操作系统的多个网络地址和路由的配置方法配置多个网络地址。注意普通地址在动态地址用户终端联网时即开始工作，当次高性能应用结束后继续使用；而高性能地址是通过用户-网络信令(UNI)从三层软交换服务器或三层准入控制网关动态获得的，仅在动态分配的、当次应用周期内可以使用。
(2)地址的应用程序接口
动态地址用户终端具有多个网络地址，其使用规则如下：
2.1用户-网络信令(UNI)使用普通地址与三层软交换服务器或三层准入控制网关路由器进行通信。
2.2高性能应用必须能够指定发起通信的源地址。
2.3如高性能应用使用用户分组报文(UDP)等基于无反馈的终端流控机制，必须根据相应高性能地址最大的允许带宽进行控制。
2.4建议动态地址用户终端设置分别对于不同地址的流量监控界面，以便对于网络性能进行监测。
(3)用户-网络信令
动态地址用户终端向三层软交换服务器通过用户-网络信令(UNI)请求使用高性能地址，其参数为：用户帐号和口令，用户的普通地址，高性能通信对端的普通地址、高性能通信所需带宽，非正常退出的等待时长等。其XML语言描述的格式的样例为：
<uni>
<customer id＝″customerid″>//用户标识
</customer>
<order id＝″ordered″>//流水号
</order>
<metric name＝″own-address″>//用户本端普通地址
x.x.x.x
</metric>
<metric name＝″end-address″>//用户对端普通地址
y.y.y.y
</metric>
<metric name＝″hp-prefix″>//用户本端高性能地址段
x.x.x.x/k
</metric>
<metric name＝″bandwidth″units＝″Mbps″>//用户需求带宽
30
</metric>
<metric name＝″ttl″units＝″second″>//用户非正常退出等待时长
3600
</metric>
<metric name＝″command″>//指令
confirm
</metric>
</uni>
三层软交换服务器直接或三层软交换服务器通知三层准入控制设备，由三层准入控制设备通过用户-网络信令，动态驱动高性能地址在用户终端的配置。当该次应用结束时，用户终端通过用户-网络信令通知三层软交换服务器或通知三层准入控制设备，由三层准入控制网关路由器停止本次应用，停止计费，高性能地址可回收。
测试环境搭建在真实的互联网主干网上，本端用户为CERNET在北京的2个不同地点的高性能用户，对端为TEIN2新加坡节点的高性能视频服务器。视频应用使用DVTS系统，1路视频为30Mbps。测试环境如图3所示。
由于网络带宽限制，CERNET普通用户通过TEIN2的最大可使用带宽为10Mbps，因此无法收看从新加坡传来的视频图像。本试验选定的软交换服务器所在域为CERNET，高性能应用并发进程为1。共有2个准入控制网关路由器。根据CERNET和TEIN2的BGP路由政策PIR＝24。采用IPv4，PAU＝30所选择的高性能地址段为202.38.112.64/30。注意向TEIN2静态、聚类公布的地址为202.38.112.0/24。北京的2个高性能用户所在的子网网关地址分别为202.112.35.34和202.38.97.253。本试验分为三种情况进行，实验数据分别由图4，图5和图6所示。1)北京的高性能应用用户a使用普通地址接收新加坡节点DVTS视频；2)北京的高性能用户a申请高性能地址接收新加坡节点DVTS视频；3)北京的另一个高性能用户b申请高性能地址接收新加坡节点DVTS视频。
其中，图4，图5和图6中的(a)表示主干网中与用户a和用户b所在子网A和子网B的两个三层准入控制网关路由器的BGP邻居关系，(b)表示在本自治域中BGP路由的个数，(c)表示该高性能通信时，相邻自治域从本自治域学到的路由的数量，(d)表示高性能地址所对应的下一跳的网络地址。附件中图1、2、3所示的视频截图表示图4、5、6应用情况下相应的视频直观效果。
根据本申请描述的方法，高性能用户通过用户-网络信令UNI向软交换设备发出请求，软交换设备验证用户有效性，请求的服务的有效性和是否超出本项服务的最大并发用户数。在通过的情况下，通过NNI控制相应的准入控制网关设备，使高性能地址生效，对端口进行流量控制，并通过BGP协议把相应的路由分发到本自治域中。
在第一种情况时，如图4所示，高性能地址没有分配给用户，4(a)中，对两个邻居(202.38.97.253和202.112.35.34)的邻居关系状态均为0；4(b)为14155；4(c)为203；4(d)表示的高性能地址没有下一跳，附件中图1显示出视频传输直观效果很差。
在第二种情况时，如图5所示，高性能地址分配给用户a，5(a)对邻居202.38.97.253变为1；5(b)本自治域路由表为14156，比第一种情况增加了1条；5(c)仍为203，对于本自治域外的路由表没有影响；5(d)表示的高性能地址的下一跳为202.38.97.253，附件中图2显示出视频传输质量很好。
在第三种情况时，如图6所示，高性能地址分配给用户b，6(a)对邻居202.112.35.34变为1；6(b)本自治域路由表为14156，比案例1)增加了1条；6(c)仍为203，对于本自治域外的路由表没有影响；6(d)表示的高性能地址的下一跳为202.112.35.34，附件中图3显示出视频传输质量很好。
从上可知，普通地址的视频图像质量不能满足要求，而高性能地址的视频图像质量很好。其中高性能地址动态分配给用户a和用户b时相关路由表的变化清楚地表明了动态地址分配、软交换服务器及准入控制网关路由器共同作用完成高性能应用服务的过程。
Claims (2)
1.增强型动态地址用户终端工作方法，其特征在于，所述方法在已用普通IP地址联网的用户终端上依次实现以下步骤：
步骤(1)：初始化
步骤1.1：自治域X内的动态地址用户终端联网，配置用于连入互联网的普通IP地址，完成目前互联网“尽力而为”的普通应用；
步骤1.2：配置信令传输控制模块，用于用户-网络信令的接收或发送模块，初始化该模块后，等待传输信令的调度，信令格式包括：用户标识、流水号、用户本端普通地址、通信对端普通地址、用户本端高性能地址段、用户本次应用需求带宽、以及用户非正常退出等待时长和传输指令；
步骤1.3：动态地址用户终端选择自治域X内的三层软交换服务器，同时选择与之在同一个子网的三层准入控制网关路由器；
步骤(2)：用户-网络信令处理
步骤2.1：当使用本动态地址用户终端的高性能用户a需要与自治域Z中的某一高性能用户h进行高性能通信；用户a将通过用户-网络信令UNI向设定的三层软交换服务器提交申请；该申请包含：a的用户标识，流水号，a的用户帐号和口令，a的普通网络地址，高性能通信对端用户h的普通网络地址和本次应用所需带宽B，非正常退出的等待时长t；
步骤2.2：设定的三层软交换服务器通过用户身份认证模块和计费模块验证a的身份和资费情况，通过三层准入控制网关管理模块和本域及跨域链路带宽使用统计模块验证请求的服务范围，通过比对高性能地址管理模块中的地址数据库和本域及跨域链路带宽使用统计模块中的链路数据库比较该项服务的并发用户数量是否已经到达上限N及可使用带宽，如满足条件，三层软交换服务器通过地址数据库找到一个高性能地址段，动态分配给用户a；并且通过三层软交换服务器告知三层网关设备；否则，拒绝用户a的请求；用户a可以等一段时间后再次请求；
步骤2.3：用户a得到高性能地址后，在此终端上完成相应的新获得地址的配置，即可使用该高性能地址与用户h进行高性能通信；
步骤2.4：当用户a完成与用户h的高性能通信后，通过用户-网络信令UNI向三层软交换服务器发送结束信息；三层软交换服务器回收相应高性能地址，三层软交换服务器停止计费，通过用户-网络信令UNI把计费结果通知该高性能用户；
步骤2.5：该用户恢复使用用于连入互联网的普通IP地址。
2.根据权利要求1所述的动态地址用户终端工作方法，其特征在于：动态地址终端用户的高性能地址由所述三层软交换服务器通过网络-网络信令通知三层准入控制网关路由器，该网关路由器通过用户-网络信令对终端进行配置。
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