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1、计算机网络Computer Networks,第九章 网络技术发展动态,南京邮电大学计算机学院“计算机通信与网络”国家精品课程组,内容纲要,9.1 基于IPv6的下一代因特网9.1.1 IP网的QoS技术 9.1.2 基于IPv6的NGI9.2 基于软交换/IMS的下一代网络9.2.1 软交换技术9.2.2 软交换相关协议9.2.3 IMS9.3 可信网络和普适服务9.3.1 可信网络9.3.2 普适服务,内容纲要,9.1 基于IPv6的下一代因特网9.1.1 IP网的QoS技术 9.1.2 基于IPv6的NGI9.2 基于软交换/IMS的下一代网络9.2.1 软交换技术9.2.2 软交换相关
2、协议9.2.3 IMS9.3 可信网络和普适服务9.3.1 可信网络9-3-2 普适服务,9.1 基于IPv6的下一代因特网,9.1.1 IP网的QoS技术,因特网采用了IP技术作为统一的技术标准，架构了网络互连通信平台；其次，Web技术及基于Web业务的产生，建立了开拓新兴业务的技术平台；因特网采用了“先发展，后治理”模式，在简单、宽松的环境中得以发展。,因特网的体系结构存在着固有的缺陷，在服务质量（QoS）， v方面都面临重大的挑战，已成为高速化应用发展的一个主要“瓶颈”问题，基于IPv6的下一台因特网（NGI，Next Generation Internet）已成为国内、外研究的热点。,
3、“尽力而为”的服务理念,IP的基本设计原理来自“端到端”的思想：把“智能”尽可能地放到网络的边缘节点（源和目的网络中的主机）中，留下“傻”的核心网络。网络中间节点（路由器）除了把IP数据报的目的地址与路由表对照后，确定其下一跳并作转发外，几乎不需要做其它任何工作。如果下一跳的队列较长，则IP数据报的转发可能会被延迟；如果下一跳的队列缓冲区满或不可用，则允许路由器超时丢弃IP数据报。这种“尽力而为”的服务理念，无法预知服务质量（QoS）。,包丢失率,吞吐量,抖动,延迟,IP网上不同业务对QoS的要求,QoS的定义: IP QoS 是指当IP包流经一个或多个网络时，其所表现的性能属性。,业务有效性
4、,业务连接的可靠性,延迟变化,平均吞吐量、峰值吞吐量,网络阻塞所致,1综合业务( Int Serv )模型,RFC 1633 定义一个最小的对于全网的要求集合，使IP网可支持综合业务通信基础设施。,应用,端到端行为 ( end-to-end behavior ),网络元素（子网，路由器）控制服务质量机制,应用要求通知，传递QoS管理信息。,发送端,接收端,RSVP Path,Int-Serv定义了两种新的业务模型,保证型（Guaranteed）业务：保证型业务严格界定端到端数据报延迟，并具有不丢包的保证；虽不能控制固定延迟，但能保证排队延迟的大小，网络使用加权公平排队，用于需要严格QoS保证的
5、应用；控制型载荷（Controlled-Load）：利用统计复用的方法控制载荷，用于比前者具更大灵活性的应用，可假设网络包传输的差错率近似于下层传输媒质的基本包差错率；包平均传输延迟网络绝对延迟（光传输延迟+路由器转发延迟）。,资源预留协议,资源预留协议（RSVP，Resource ReSerVation Protocol）作为请求带宽和其它网络资源的信令协议。RSVP的工作过程：发送端在发送数据流之前，先发送一个RSVP PATH消息给接收端。PATH消息包含了发送端的信息以及数据流的特点。当数据通路上的某台路由器收到这个PATH消息时，它就把该数据流的状态信息保留下来。当接收端收到该PAT
6、H消息时，它产生一个RESV消息表示QoS请求并把它返回给发送端。RESV消息将在与PATH消息相同的路径上返回，沿途路由器根据请求保留资源（但如何预留资源与RSVP无关）。每台路由器在数据流转发的过程中都保存了状态信息，因此需要在通信中周期性地交换PATH和RESV消息。,Int-Serv模型要求在端到端的通信中为每个数据流都执行上面的信令过程，并且网络中每台路由器必须为所有经过它的数据流保留状态信息（比如会话建立信息以及带宽分配信息），Int-Serv模型不具有支持大型网络的可扩展性，一般用于网络边缘或需要“绝对”QoS保证的业务。,2. 分类业务（ Diff-Serv ）模型,Diff-
7、Serv业务分级基于每个数据包的不同标识在域（domain）的范围内保证与业务分类相对应的QoS各个域之间对不同业务的QoS有翻译与Inter-Serv相比，Diff-Serv定义的是一个粒度粗而相对简单的控制系统。,域A,域B,ER边缘Router,TR转发Router,GR网关路由器,在每一跳应用不变的QoS,对数据流进行分类、标记和策略管理,包标识翻译,同类业务聚合后传送,约定策略,利用IPv4包头中的ToS字段利用IPv6的业务类型（Traffic Class）字段,（1）Diff-Serv实现的方式,管理域,边缘路由器,包标识、策略、业务流成型,分类排队输出,转发（传送）路由器,（2
8、）Diff-Serv字段的定义,DSCP,CU,Diff-Serv 编码点,6,2,相对应的EF的PHB可被用来建立一个低丢包率、低延迟、低抖动、保证带宽的端到端（在DS域中）的业务。,ToS字段,EF（加快处理转发）,AF（保证处理转发）,3. 多协议标签交换,多协议标签交换（MPLS，Multiple Protocol Lable Switch）技术为每一个IP数据报加上一个固定长度的标签，并根据标签值进行转发，因此MPLS从原理上能够实现高速转发。根据标签确定的转发路径称为标签交换路径（LSP，Lable Switch Path）。,MPLS在提供QoS方面的作用,（1）支持Diff-S
9、erv MPLS支持的Diff-Serv能够把Diff-Serv的多个行为聚集（BA）映射到MPLS的一条LSP上，可以依据BA的PHB来转发LSP上的流量。 （2） 流量工程 MPLS流量工程（TE，Traffic Engineering）可以安排流量如何通过网络，以避免不均衡地使用网络而导致的拥塞。 （3）保护与恢复 为每条链路预先建立恢复路径的保护交换策略通常被称为MPLS快速重路由。,4. LAN的QoS技术,LAN标准IEEE 802.10和802.1D标准扩展了以太网的帧格式，增加了4个字节，包括在以太网上传输数据时的VLAN（Virtual LAN）标签和显式的“user_pri
10、ority”字段。802.1D“user_priority”字段（已在802.1p中作了定义）使用802.1Q VLAN标签的3个比特定义了8种以太网上的流量类型。 子网带宽管理（SBM）协议是一种工作在IEEE 802类型LAN网络上、基于RSVP的许可控制信令协议。,9.1 基于IPv6的下一代因特网,9.1.2 基于IPv6的NGI,基于IPv6的NGI重点有待解决的关键技术:,1. 网络可扩展技术 大容量路由器、高速链路、大型网络负载分担技术、大规模路由控制技术是当前保证网络扩展性的主要技术。,最可行的方法是采用一体化路由器结构方案，又称为路由器矩阵技术或多机箱(Multi-Chass
11、is)组合技术 ;采用多机箱组合技术后，最大交换容量理论上可以达到92Tbs，支持1 152个40Gbs端口，大大减少了业务呈现点(POP)内设备间互联端口。,（1） 大容量路由器技术,每个节点只有一个路由控制进程，从外部看仿佛像一个路由器一样，路由体系和MPLS实施变得比较简单，运行管理得以简化，运营成本可以降低。,大规模的多机箱组合技术在实践上是否经济可行还有待证明,从长远发展看，电的交换矩阵在速度上总是要受限于器件和微带处理工艺以及功耗和串扰的，其规模则会受限于芯片内部逻辑和引脚数的限制，接口速率的提高也要受包头处理的复杂性所限。日益增长的巨大路由表对线速处理和交换也成为很大的负担，路由
12、器的长远扩展性问题的深入研究工作仍需继续进行。,通过多条等价链路增加网络容量是大型IP网络设计的基本方法。目前基于链路状态算法的内部网关协议(IGP)能够支持多达16条等价路径的负载分担，基本满足网络可扩展的要求。,（2） 高速链路技术,在内部边界网关协议(iBGP)引入路由反射器（RR）后，对路由信息进行了选择性转发，屏蔽了多条等价路径信息，使得边界网关协议（BGP）不能利用IGP实现等价路径的负载分担和最短路径的选择，造成流量分布的不均衡，严重影响网络的可扩展性。 多协议标记交换（MPLS）、MPLS虚拟专用网（VPN）和组播负载分担技术也存在一些不足之处，需要进一步完善才能满足大容量、可
13、扩展的要求。,（3）网络负载分担技术,路由器控制引擎普遍采用64比特高性能多CPU，同时SPP路由算法中引入了部分路由计算(PRC)和增量最短路径优先(I-SPF)等优化算法后，使得SPF计算效率大大提高，计算次数减少。按照目前的技术，在传输链路可用性达到99.9的情况下，2 000台路由器和8 000条中继链路的网络可以稳定运行，SPF计算时间小于100ms。8000条链路的典型网络结构，单向网络容量最大可达320Tbs，按照平均流量穿越5条中继链路计算，具备同时传递3 200万对2Mbs带宽的可视电话业务。,（4） 路由器控制技术,2. 网络可用性技术,影响网络可用性的关键技术有路由快速收
14、敛技术、快速重路由技术(FRR)、软硬件在线升级技术、协议平稳重起技术和设备自身的可靠性技术等，另外还依赖于底层传送网络的可用性。,影响快速路由收敛和快速重路由切换时间的关键因素是故障检测和判断技术，由因特网工程任务组(IETF)提出的双向失效检测(BFD)协议是关键。BFD协议通过定期发送基于数据报协议(UDP)层的故障检测数据包，不但可以检测和判断传输链路、光接口和设备端口的中断故障，还可以检测和判断传输层、链路层、IP层和应用层存在的误码、丢包等软故障，弥补了目前基于SDH故障检测只能实现传输层故障检测的不足。,目前BFD缺省检测间隔是10ms，连续3次检测到故障，就判断链路故障，也就是
15、30ms就可以检测和判断故障。 BFD技术已经是新一代路由器端口故障检测的必备功能，不依赖于任何其他协议或者应用，采用硬件实现，不影响设备性能。采用BFD后，结合其他技术，大型网络路由收敛时间有望小于500ms，FRR时间小于50ms。,IETF还提出了一系列平稳协议重起协议，包括针对中间系统中间系统 (IS-IS)、开放式最短路径优先(OSPF)协议、BGP、标记分配协议(LDP)、资源预留协议(RSVP)等的平稳重起。平稳重起就是在路由器控制平面故障、软件升级、主备切换等情况下，依然保证数据转发平面能正常工作，不影响业务的正常提供。它是在网络稳定，也就是拓扑没有变化的情况下，尽量保证业务提
16、供。如果在协议重起期间，网络拓扑发生变化，由于控制引擎不能及时进行计算，可能造成网络路由不同步，产生路由黑洞，所以在实际使用中要注意使用场合和相关参数的设计，谨慎使用。主流路由器厂家已经支持相关协议，互操作测试尚在完善之中。,要实现业务的管理和控制，需要依靠应用层和网络层的偕同配合。网络层管理和控制的难点是配置管理和资源管理、业务开通和准入控制，技术瓶颈是管理协议和管理对象的标准化模型。目前网络管理协议主要是简单网络管理协议(SNMP)和网络配置协议(NETCONF)。,3. 网络管理控制技术,SNMP采用UDP传送，实现简单，技术成熟，但是在安全可靠性、管理操作效率、交互操作和复杂操作实现上还不能满足管理需求。 NETCONF协议采用可扩展标识语言(XML)作为配置数据和协议消息内容的数据编码方式，采用基于传输控制协议(TCP)的SSHv2进行传送，用简单的远程过程调用(RPC)方式实现操作和控制。,
