CN104580491A - 一种端系统协议栈的构造方法及该端系统接入服务承载网的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在具有重构功能的网络中端系统协议栈的构造方法及该端系统接入服务承载网的方法，通过应用层与可重构多态网络层的扩展与构造、在应用层增加可重构网络的应用程序接口来构造面向可重构网络的端系统协议栈，实现端系统到可重构网络的正确接入及相互之间的通信；利用具备上述协议栈的端系统接入服务承载网的方法，包括：1：端系统请求描述与发送；2：端系统请求解析；3：查询符合端系统请求条件的服务承载网；4：将查询到的服务承载网的结果进行处理，获取服务承载网的网络标识、接入点及网络协议列表；5：端系统运行相应的软件构件对所需网络协议进行实例化；6：端系统根据步骤4中获取的服务承载网的网络标识，通过该服务承载网的接入点接入服务承载网，实现端到端之间的数据通信。

Description

一种端系统协议栈的构造方法及该端系统接入服务承载网的方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种在具有重构功能的网络中端系统协议栈的构造方法及该端系统接入服务承载网的方法。

背景技术

    随着互联网技术与芯片制造技术的发展，接入到互联网的端系统类型呈现愈来愈多样化的趋势。智能手机、平板电脑，次世代游戏机，无线传感设备等各种各样的终端系统使得传统的PC机正逐渐从普通百姓的家庭中消失。与此同时，人们对互联网的需求也开始从十多年前的浏览网页，收发电子邮件开始扩展到了更为复杂的在线视频服务、视频语音通话、增值业务等等。面对端系统的多样性和更为复杂的通信业务需求，传统的Internet体系结构已经难以适应。

近些年，国内外的研究机构已经对下一代Internet体系结构展开了广泛的研究，提出了许多有前景的方案。例如美国的Named Data Network（NDN）、Software-defined Network（SDN），欧洲的Information Centric Network（ICN），我国“973”计划中的可重构信息通信基础网络体系结构，一体化网络与普适服务体系结构，面向服务的未来互联网体系结构等。在我国，公开号103338150A的中国发明专利，提出了可重构网络体系结构的建立方法及相应的装置、服务器和路由器。公开号为101986606A的中国发明专利，提出了可重构柔性网络重构管理装置及方法。但是，由于端系统多样化的趋势，如何能够使不同的终端设备顺利的接入、使用新型的网络体系结构。此外，端系统本身的体系结构是否需要改变或端系统的协议栈是否需要进行扩展等等问题，在上述专利和现有文献资料中均未找到相应的答案。

另外，在可重构网络中，可以在异构的底层网络之上建立服务承载网从而为端系统提供可定制的端到端服务，这一特性在很大程度上增强了网络的灵活性，可扩展性和可管理性。在我国，公开号103338150A的中国发明专利，提出了可重构网络体系结构的建立方法及相应的装置、服务器和路由器。但是，并未就端系统接入服务承载网的方法进行探讨及详细描述。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足提供一种端系统协议栈的构造方法及该端系统接入服务承载网的方法，使端系统能够正确地接入满足其需求的服务承载网，使用可重构网络提供的服务，进而实现端到端之间的数据通信。

本发明的技术方案是这样实现的：一种端系统协议栈的构造方法，包括应用层与可重构多态网络层的扩展与构造，对传统的TCP/IP协议栈进行扩展，在应用层增加可重构网络的应用程序接口，可重构多态网络层的构造是对TCP/IP协议栈的传输层和网络层的合并，并增加新的多态路由协议，实现：端系统需求的规范化描述，可重构网络对端系统需求的正确解析，端系统到可重构网络的正确接入以及端系统与可重构网络相互之间的通信。

端系统上运行的各种应用程序在使用可重构网络提供的服务之前，必须通过可重构网络应用程序接口向可重构网络发送连接请求；可重构网络中的域服务器负责处理端系统的请求，若请求被接受，域服务器为端系统构建满足需求的服务承载网，端系统则通过可重构网络应用程序接口获取拟接入的服务承载网的网络标识和其采用的网络协议结构，然后进行协议的实例化，安装与匹配，建立与服务承载网之间的通信连接，并通过可重构网络应用程序接口进行通信。

通过在服务承载网上部署可定制协议提供对异构网络体系结构的承载，其中，在端系统中，每一种网络体系结构是一个软件构件，端系统开始运行的时候该软件构件并未被实例化，根据端系统接入的服务承载网之上运行的协议结构，对该软件构件进行实例化，从而实现端系统与服务承载网之间的无缝通信；可重构多态网络层的多态路由协议实现端系统在异构网络体系结构下的寻址与路由。

一种端系统接入服务承载网的方法，该方法的步骤如下：

步骤S01：端系统请求的描述与发送；

步骤S02：端系统请求解析；

步骤S03：查询符合端系统请求条件的服务承载网；

步骤S04：将查询到的服务承载网的结果进行处理，获取服务承载网的网络标识、接入点及网络协议列表；

步骤S05：端系统运行与服务承载网所承载的网络体系结构相对应的软件构件对所需网络协议进行实例化；

步骤S06：端系统根据步骤S04中获取的服务承载网的网络标识，通过该服务承载网的接入点接入服务承载网。

所述步骤S01中端系统请求描述与发送的过程步骤如下：

1）将端系统的功能需求和性能需求表示为服务承载网拓扑的形式，再使用数学符号进行规范化描述；

2）将端系统的上述需求封装在请求数据包中经可重构网络的边缘路由器转发给域服务器。

所述步骤S02中端系统请求的解析过程包括以下步骤：

1）域服务器接收包含端系统请求的数据包，根据包头字段数据，判定是否是端系统请求，若是端系统请求，则从数据包中提取描述需求的数据；若不是，则根据相应的路由协议进行数据包的转发；

2）对需求数据格式的正确性和完整性进行校验，对数学符号表达含义的有效性以及取值的合理性进行检查；

3）若需求数据不合法或无效，则返回端系统请求数据不合法或无效的消息；若数据合法且有效，则进行数据解析；

4）数据解析：从需求数据中分解出功能需求和性能需求，分别进行量化，然后根据其所属类别附加上类别标签。

所述步骤S03中查询符合条件的服务承载网的过程包括以下步骤：

1）域服务器根据从需求数据中解析出的功能需求和性能需求的类别标签，在数据库中进行查询和匹配，将同时具有上述两个类别标签的服务承载网加入候选服务承载网集合；

2）若候选服务承载网集合不为空，则域服务器根据所有候选服务承载网的负载状况，从中选出负载最低的服务承载网，返回“存在满足需求的服务承载网”的消息到端系统，并获取该服务承载网的网络标识、接入点集合和网络协议列表等信息；

3）若候选服务承载网集合为空，则返回“无满足需求的服务承载网”的消息。

所述步骤S04中查询结果的处理过程包括以下步骤：

1） 若域服务器收到“存在满足需求的服务承载网”的信息，则直接将该服务承载网的网络标识、接入点集合和网络协议列表转发给端系统；若域服务器收到“无满足需求的服务承载网”的信息，则产生创建新服务承载网的消息，根据端系统的需求和当前系统资源的状态，调用合适的服务承载网构建算法，进行资源分配，创建新的服务承载网；

2）若新的服务承载网创建成功，则给其分配全网唯一的网络标识，部署网络协议，并获取其所有接入点的位置信息存入接入点集合，然后给新的服务承载网添加相应的功能和性能类别标签，并将上述数据存储至数据库，最后将该服务承载网的网络标识、接入点集合和网络协议列表返回给端系统；

3）若新的服务承载网创建失败，则返回失败消息，拒绝端系统的请求。

所述步骤S06中端系统根据网络标识，通过接入点接入服务承载网的过程包括以下步骤：

1）端系统首先根据网络标识选择接入的服务承载网；

2）如果接入点集合中的接入点个数等于1，则端系统直接选择该接入点；如果接入点集合中的接入点个数大于1，则端系统根据其与该接入点的通信时延或地理位置或跳数或综合三者作为通信开销参照指标，选择开销最少的接入点，开销最小是指时延最低或地理距离最近或跳数最少；

3）端系统完成网络标识和接入点的选择之后，向服务承载网发送请求服务的数据包，服务承载网收到该数据包之后给端系统发回确认消息；端系统收到该服务承载网的确认消息之后，服务承载网的接入过程正式完成，接下来端系统可以开始使用服务承载网实现端到端的服务。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明提供的端系统协议栈的构造方法，该方法是从端系统的多样性与新型网络体系结构的异构性的角度出发，简单易行，通过在原有的TCP/IP协议栈的基础之上添加软件构件和协议，在应用层添加可重构网络应用程序接口并对原有的传输层和网络层进行合并，即可使端系统能够接入和使用可重构网络提供的服务承载网，进而实现对多种不同网络体系结构的兼容。

可重构网络应用程序接口为端系统与可重构网络之间进行通信以及端系统与服务承载网之间建立连接和通信的协议，基于可重构网络的基础协议簇实现。

本发明提供的端系统接入服务承载网的方法为在可重构网络体系下的端系统提供了高效、快速的接入服务承载网的方法，同时均衡了服务承载网之间的负载，降低了端系统的接入时延。

附图说明

图1为本发明在可重构核心网络中引入具备扩展协议栈的端系统的结构示意图。

图2为本发明中面向可重构网络的端系统协议栈结构的示意图。

图3为本发明端系统接入服务承载网的时序图。

图4为本发明在现有技术中引入端系统接入服务承载网的方法后可重构核心网络的结构示意图。

图5为本发明域服务器对请求解析的过程流程图。

图6为本发明域服务器查询符合条件的服务承载网的过程流程图。

图7为本发明域服务器对查询结果进行处理的过程流程图。

图8为本发明端系统接入服务承载网的过程流程图。

具体实施方式

实施例一

一种端系统协议栈的构造方法，包括应用层与可重构多态网络层的扩展与构造，对传统的TCP/IP协议栈进行扩展，在应用层增加可重构网络的应用程序接口，可重构多态网络层的扩展与构造是对TCP/IP协议栈的传输层和网络层的合并，增加新的多态路由协议，实现：端系统需求的规范化描述，可重构网络对端系统需求的正确解析，端系统到可重构网络的正确接入以及端系统与可重构网络相互之间的通信。可重构网络应用程序接口为端系统与可重构网络之间进行通信以及端系统与服务承载网之间建立连接和通信的协议，基于可重构网络的基础协议簇实现。可重构多态网络层属于对原有TCP/IP协议栈的传输层和网络层的合并,或解释为基于原有TCP/IP协议栈的传输层和网络层构造新的可重构多态网络层,这个合并或/构造的技术是基于可重构网络的功能参考模型,在可重构网络的文献中可以找到。可重构多态网络层兼容原来TCP/IP传输层和网络层的功能,同时增加了新的多态路由协议。

端系统上运行的各种应用程序在使用可重构网络提供的服务之前，必须通过可重构网络应用程序接口向可重构网络发送连接请求；可重构网络中的域服务器负责处理端系统的请求，若请求被接受，域服务器为端系统构建满足需求的服务承载网，端系统则通过可重构网络应用程序接口获取拟接入的服务承载网的网络标识和其采用的网络协议结构，然后进行协议的实例化，安装与匹配，建立与服务承载网之间的通信连接，并通过可重构网络应用程序接口进行通信。

所述可重构网络应用程序接口，为端系统与可重构网络之间进行通信以及端系统与服务承载网之间建立连接和进行通信的协议。

通过在服务承载网上部署可定制协议提供对异构网络体系结构的承载，使得可重构多态网络层具备支持例如IPv4、IPv6、Software-defined Network（SDN）、Information Centric Network（ICN）、Named Data Network（NDN）等的目前互联网主流及新型的网络体系结构及其协议簇的能力；其中，在端系统中，每一种网络体系结构是一个软件构件，端系统开始运行的时候该软件构件并未被实例化，根据端系统接入的服务承载网之上运行的协议结构，对该软件构件进行实例化，从而实现端系统与服务承载网之间的无缝通信；可重构多态网络层的多态路由协议实现端系统在异构网络体系结构下的寻址与路由。

如图1、2所示，端系统1发出与端系统2进行高清视频通话的请求，其需求包括：视频分辨率为1280*720(高清)，每秒24帧，延迟小于100ms等；该请求，通过图2中所示的可重构应用程序接口（Application Interface，API），进行了规范化的描述并存储至数据包中；包含该请求的数据包，经可重构路由器1被转发给域服务器1；域服务器1 通过相应的可重构应用程序接口解析数据包中包含的请求，发现目的节点为端系统2且位于相邻自治域2中；域服务器1与域服务器2进行通信与协商，根据端系统1的需求、自治域1与自治域2中节点与链路的资源状态采用合适的承载网构建算法构建服务承载网1，为端系统1与端系统2提供端到端的服务，同时实现全网资源的最优配置。如图1所示，当服务承载网1构建完成之后，域服务器可以在其之上部署合适的网络协议结构，如IPv4，IPv6，SDN，NDN等。

若端系统1的请求被接受，则端系统1和端系统2 需要通过可重构网络应用程序接口获取拟接入的服务承载网1的网络标识和其采用的网络协议结构，然后通过端系统内部的相应构件进行协议的实例化，安装与匹配，从而建立与服务承载网之间的通信连接，并通过可重构网络应用程序接口进行通信。如图1所示，端系统协议栈中增加的多态路由协议能够根据服务承载网1部署的网络协议，实现端系统1与端系统2之间传输数据的寻址与路由。

可重构网络应用程序接口为端系统与可重构网络及服务承载网之间建立连接和通信的协议，基于可重构网络的基础协议簇实现。

实施例二

一种端系统接入服务承载网的方法，如图3，包括下述步骤：步骤S01：请求描述与发送；步骤S02：请求解析；步骤S03：服务承载网查询；步骤S04：查询结果处理；步骤S05：端系统运行与端系统请求相对应的软件构件对所需网络协议进行实例化（构件的英文是component，也可以翻译为组件，在计算机软件领域是指可复用的软件组成部分，在这里一个软件构件对应一类网络体系结构，用于将端系统的网络协议实例化为该构件对应网络体系结构的协议）；步骤S06：接入服务承载网；从而实现端系统正确接入满足其需求的服务承载网，使用服务承载网提供的服务，同时达到服务承载网之间的负载均衡，端系统接入开销最小化的效果。

端系统在使用服务承载网实现端到端的服务之前，必须首先准确描述其需求。在图4中，端系统提出了观看A网站高清视频的功能需求，而性能需求包括：视频分辨率：1920*1080，帧速：24帧/秒，延迟：低于50ms等。端系统需要将此功能和性能的需求表示为服务承载网拓扑的形式，再使用数学符号进行规范化描述；然后端系统将上述需求封装在请求数据包中，请求数据包经由可重构核心网络的边缘路由器1转发给域服务器。边缘路由器，与核心路由器对应，指位于网络自治域边缘的路由器，用于连接端系统。

域服务器收到请求数据包之后，如图5，根据包头字段数据，判定是否是端系统请求，若是端系统请求，则从数据包中提取描述需求的数据；对需求数据格式的正确性和完整性进行校验，对数学符号表达含义的有效性以及取值的合理性进行检查；若需求数据不合法或无效，则返回端系统请求数据不合法或无效的消息；若数据合法且有效，则进行数据解析；数据解析的过程：从需求数据中分解出功能需求和性能需求，分别进行量化，然后根据其所属类别附加上类别标签。

域服务器正确的接收和解析端系统的请求之后，需要查询是否存在符合条件的服务承载网，如图6，通过下述步骤：

1） 域服务器根据从需求数据中解析出的功能需求和性能需求的类别标签，在数据库中进行查询和匹配，将同时具有上述两个类别标签的服务承载网加入候选服务承载网集合；

2）若候选服务承载网集合不为空，则域服务器根据所有候选服务承载网的负载状况，从中选出负载最低的服务承载网，返回“存在满足需求的服务承载网”的消息，并获取该服务承载网的网络标识、接入点集合和网络协议列表等信息；

3）若候选服务承载网集合为空，则返回“无满足需求的服务承载网”的消息。

域服务器收到查询结果的消息之后，要根据查询结果进行下一步的处理；如图7，域服务器处理查询结果的过程包括以下步骤：

1）若域服务器收到“存在满足需求的服务承载网”的信息，则直接将该服务承载网的网络标识、接入点集合和网络协议列表转发给端系统；若域服务器收到“无满足需求的服务承载网”的信息，则产生创建新服务承载网的消息，根据端系统的需求和当前系统资源的状态，调用合适的服务承载网构建算法，进行资源分配，创建新的服务承载网；

2）若新的服务承载网创建成功，则给其分配全网唯一的网络标识，例：如图4，SCN_ID: 0CEF861A，部署网络协议，并获取其所有接入点的位置信息存入接入点集合，例，如图4，包含两个接入点的集合{sap1,sap2}，然后给新的服务承载网添加相应的功能和性能类别标签，并将上述数据存储至数据库，最后将该服务承载网的网络标识、接入点集合和网络协议列表返回给端系统；

3）若新的服务承载网创建失败，则返回失败消息，拒绝端系统的请求。

端系统收到域服务器返回的网络协议列表之后，运行相应的软件构件对协议进行实例化，在所有的协议完成实例化之后，如图2，端系统便具备了与网络标识为0CEF861A的服务承载网进行数据通信的前提条件，但是，此时端系统还未建立与该服务承载网的连接。

端系统根据收到的服务承载网的接入点集合和网络标识建立与该服务承载网的连接，如图4和图8所示，接入服务承载网的过程包括以下步骤：

1）端系统首先选择网络标识为0CEF861A的服务承载网；

2）由于接入点集合中包含两个接入点sap1和sap2，接入点个数大于1，所以端系统需要比较其与接入点sap1和sap2的通信时延，选择时延最低的接入点sap1，通过sap1建立与服务承载网的连接；

3）端系统完成网络标识0CEF861A和接入点sap1的选择之后，向服务承载网发送请求服务的数据包，服务承载网收到该数据包之后给端系统发回确认消息；端系统收到来自网络标识为0CEF861A的服务承载网的确认消息之后，服务承载网的接入过程正式完成，接下来端系统可以开始使用服务承载网实现端到端的服务。

本实施例中提到的端系统均为具备实施例一中协议栈的端系统，在此不再一一赘述。

Claims (9)

1.一种端系统协议栈的构造方法，其特征在于：包括应用层与可重构多态网络层的扩展与构造，对传统的TCP/IP协议栈进行扩展，在应用层增加可重构网络的应用程序接口，可重构多态网络层的构造是对TCP/IP协议栈的传输层和网络层的合并，并增加新的多态路由协议，实现：端系统需求的规范化描述，可重构网络对端系统需求的正确解析，端系统到可重构网络的正确接入以及端系统与可重构网络相互之间的通信。

2.根据权利要求1所述的一种端系统协议栈的构造方法，其特征在于：端系统上运行的各种应用程序在使用可重构网络提供的服务之前，必须通过可重构网络应用程序接口向可重构网络发送连接请求；可重构网络中的域服务器负责处理端系统的请求，若请求被接受，域服务器为端系统构建满足需求的服务承载网，端系统则通过可重构网络应用程序接口获取拟接入的服务承载网的网络标识和其采用的网络协议结构，然后进行协议的实例化，安装与匹配，建立与服务承载网之间的通信连接，并通过可重构网络应用程序接口进行通信。

3.根据权利要求1所述的一种端系统协议栈的构造方法，其特征在于：通过在服务承载网上部署可定制协议提供对异构网络体系结构的承载，其中，在端系统中，每一种网络体系结构是一个软件构件，端系统开始运行的时候该软件构件并未被实例化，根据端系统接入的服务承载网之上运行的协议结构，对该软件构件进行实例化，从而实现端系统与服务承载网之间的无缝通信；可重构多态网络层的多态路由协议实现端系统在异构网络体系结构下的寻址与路由。

4.一种包含权利要求1中所述的协议栈的端系统接入服务承载网的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

步骤S01：端系统请求的描述与发送；

步骤S02：端系统请求解析；

步骤S03：查询符合端系统请求条件的服务承载网；

步骤S04：将查询到的服务承载网的结果进行处理，获取服务承载网的网络标识、接入点及网络协议列表；

步骤S05：端系统运行与服务承载网所承载的网络体系结构相对应的软件构件对所需网络协议进行实例化；

步骤S06：端系统根据步骤S04中获取的服务承载网的网络标识，通过该服务承载网的接入点接入服务承载网。

5.根据权利要求4所述的一种端系统接入服务承载网的方法，其特征在于：所述步骤S01中端系统请求描述与发送的过程步骤如下：

1）将端系统的功能需求和性能需求表示为服务承载网拓扑的形式，再使用数学符号进行规范化描述；

2）将端系统的上述需求封装在请求数据包中经可重构网络的边缘路由器转发给域服务器。

6.根据权利要求4所述的一种端系统接入服务承载网的方法，其特征在于：所述步骤S02中端系统请求的解析过程包括以下步骤：

1）域服务器接收包含端系统请求的数据包，根据包头字段数据，判定是否是端系统请求，若是端系统请求，则从数据包中提取描述需求的数据；若不是，则根据相应的路由协议进行数据包的转发；

2）对需求数据格式的正确性和完整性进行校验，对数学符号表达含义的有效性以及取值的合理性进行检查；

3）若需求数据不合法或无效，则返回端系统请求数据不合法或无效的消息；若数据合法且有效，则进行数据解析；

4）数据解析：从需求数据中分解出功能需求和性能需求，分别进行量化，然后根据其所属类别附加上类别标签。

7.根据权利要求4所述的一种端系统接入服务承载网的方法，其特征在于：所述步骤S03中查询符合条件的服务承载网的过程包括以下步骤：

1）域服务器根据从需求数据中解析出的功能需求和性能需求的类别标签，在数据库中进行查询和匹配，将同时具有上述两个类别标签的服务承载网加入候选服务承载网集合；

2）若候选服务承载网集合不为空，则域服务器根据所有候选服务承载网的负载状况，从中选出负载最低的服务承载网，返回“存在满足需求的服务承载网”的消息到端系统，并获取该服务承载网的网络标识、接入点集合和网络协议列表等信息；

3）若候选服务承载网集合为空，则返回“无满足需求的服务承载网”的消息。

8.根据权利要求4所述的一种端系统接入服务承载网的方法，其特征在于：所述步骤S04中查询结果的处理过程包括以下步骤：

1） 若域服务器收到“存在满足需求的服务承载网”的信息，则直接将该服务承载网的网络标识、接入点集合和网络协议列表转发给端系统；若域服务器收到“无满足需求的服务承载网”的信息，则产生创建新服务承载网的消息，根据端系统的需求和当前系统资源的状态，调用合适的服务承载网构建算法，进行资源分配，创建新的服务承载网；

2）若新的服务承载网创建成功，则给其分配全网唯一的网络标识，部署网络协议，并获取其所有接入点的位置信息存入接入点集合，然后给新的服务承载网添加相应的功能和性能类别标签，并将上述数据存储至数据库，最后将该服务承载网的网络标识、接入点集合和网络协议列表返回给端系统；

3）若新的服务承载网创建失败，则返回失败消息，拒绝端系统的请求。

9.根据权利要求4所述的一种端系统接入服务承载网的方法，其特征在于：所述步骤S06中端系统根据网络标识，通过接入点接入服务承载网的过程包括以下步骤：

1）端系统首先根据网络标识选择接入的服务承载网；

2）如果接入点集合中的接入点个数等于1，则端系统直接选择该接入点；如果接入点集合中的接入点个数大于1，则端系统根据其与该接入点的通信时延或地理位置或跳数或综合三者作为通信开销参照指标，选择开销最少的接入点，开销最小是指时延最低或地理距离最近或跳数最少；

3）端系统完成网络标识和接入点的选择之后，向服务承载网发送请求服务的数据包，服务承载网收到该数据包之后给端系统发回确认消息；端系统收到该服务承载网的确认消息之后，服务承载网的接入过程正式完成，接下来端系统可以开始使用服务承载网实现端到端的服务。