务选择网关中的路由策略研究与设计.pdf
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1、西安电子科技大学 硕士学位论文 业务选择网关中的路由策略研究与设计 姓名:乔航 申请学位级别:硕士 专业:情报学 指导教师:丁振国 20060101 摘要 摘要 随着下一代网络技术的发展,内容及应用服务会逐渐取代接入服务并成为宽 带业务的核心。为了使网络服务更加趋向个性化,体现“以人为本”的理念,提 出了业务选择网关技术,其能将用户所访问业务的数据流转发到相应的内容提供 商中,并对网络资源进行精细控制,从而使内容提供商能够开展更多增值业务。 本文以业务选择网关中路由策略的研究与设计为目标,通过对业务选择网关 的需求和功能进行分析,详细设计了业务选择网关的工作流程和体系结构。接着 分析了I p
2、协议及路由技术原理,提出了路由策略设计原则,并对L i n u x 内核框架 及策略路由技术进行了深入研究。 论文重点通过对业务选择网关路由功能及其工作原理进行分析,在L i n u x 内 核框架和策略路由的研究基础上,提出了一种多路由表与转发规则相结合的策略 路由设计方法,并将该方法应用于业务选择网关的路由模块设计中。该方法针对 具体内容提供商建立路由表,通过对访问具体业务的数据流打上标记,使得带有 不同标记的数据流根据规则去查找对应路由表来进行转发。最后本文给出了该方 法的一个具体应用。 关键词:业务选择网关策略路由路由表规则 A b s t r a e t A b s t r a c
3、t W i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ,t h ec o n t e n ta n da p p l i c a t i o n s e r v i c ew i l lr e p l a c et h ea c c e s ss e r v i c ea n db e c o m et h ec o r eo fB r o a d B a n ds e r v i c e I n o r d e rt om a k et h en e t w o r ks e r v i c
4、 eb e c o m em o r ep e o p l e - o r i e n t e da n dp e r s o n a l i z e ,t h e t e c h n o l o g yo f s e r v i c es e l e c t i o ng a t e w a y ( S S G ) i sp r o p o s e d I tc a nf o r w a r dt h ed a t af l o w t ot h ec o n t e n tp r o v i d e ra c c o r d i n gt ot h es e r v i c eu s e
5、r sv i s i t e d ,c o n t r o lt h en e t w o r k r e s o u r c es u b t l ya n dm a k et h es e r v i c ep r o v i d e rd e v e l o pm o r ev a l u e a d d e ds e r v i c e T h i sp a p e ri sd e d i c a t e dt ot h es t u d i e sa n dd e s i g no fr o u t i n gp o l i c yi nS e r v i c e S e l e c
6、 t i o nG a t e w a y ( S S G ) F i r s t l y , b ya n a l y s i n gt h er e q u i r e m e n t sa n df u n c t i o n so fS S G i ti n t r o d u c e dt h ed e t a i l e dd e s i g no fw o r kp r o c e d u r ea n ds y s t e ms t n l c t u r ei nS S G S e c o n d l y , t h i sp a p e ra n a l y s e st
7、h eI Pp r o t o c o la n dr o u t i n gt e c h n o l o g y , a n dp u tf o r w a r d t h er o u t i n gp o l i c yd e s i g np r i n c i p l e T h ee m p h a s i so ft h i sp a p e ri so nt h er e s e a r c ho fL i n u xK e r n e lf r a m e w o r ka n d P o l i c yR o u t i n gt e c h n o l o g y A
8、c c o r d i n gt ot h er o u t i n gf u n c t i o ni nS S G ,t h et e c h n o l o g y o fm u l t i r o u t eb a s e do nt h el i n u xp o l i c yr o u t i n ga n dN e t f i l t e ri sp r o p o s e di nt h i sp a p e r a n di tw a sa p p l i e dt ot h er o u t i n gp o l i c yd e s i g ni nS S G T h
9、em e t h o do f t h eS S G r o u t i n g p o l i c yd e i s g ni sb u i l d i n gt h er o u t i n gt a b l eb yC o n t e n dp r o v i d e r , m a r k i n gt h e1 Pp a c k e t s w h i c hi sr e l a t e dt os e r v i c ea n da p p l i c a t i o n , a n dc o n f i g u r i n gt h a tI Pp a c k e t ss e
10、a r c hf o r t h er o u t i n gt a b l ea c c o r d i n gt ot h em a r k so ni t A tl a s t ,t h et e c h n o l o g yi sa p p l i e dt oa n a p p l i c a t i o nc a s e , a n dt h ed e t a i l e dc o n f i g u r a t i o ni sg i v e ni nt h i sp a p e r K e y w o r d :S e r v i c eS e l e c t i o nG
11、a t e w a yP o l i c yR o u t i n g R o u t i n gT a b l eR u l e 声明 一“”-w*w-、-w*,-+、-*mw-“-www“-ww一 窟| j 新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导疼指导下进行的研究工 乍及取得的研究 成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不 包含其瞧人已经发表或撰写过静磺究成栗;也不包含为获樗瑗安电子葶喜技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中微了明确的说明劳表示了谢意。 申请学位论文与资剩若有不实之处,本人承
12、担一切相关责任。 本人签名日期:门“f , 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的蕊定,即:研究 生在校攻读学位期f u J 沦文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后,发表论文或使冀l 论文芝作成果时署名单位仍然为西安电了科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全 部或郝分内容,可隧允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的沦文 在解密后遵守此规定) 本人躲私殳 锄签名:硼 1 - - _ _ _ H 一 日期:萎塑墨! 扩 星麓:丛生! t ,p 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言
13、 随着下一代网络州G N ) 【l 】技术的发展,通信网络将能够更好地满足未来信息 社会人们多样化的业务需求,使得网上的业务内容和服务更加丰富,从而为网络 应用的开展提供了更广阔的空间。这种面向服务转型的形势使电信市场竞争愈演 愈烈,如何适应下一代网络运营的模式,已成为各个电信运营商所遇到的一个重 要课题。 N G N 是一个开放的网络,在该网的架构内,各构件协议己趋于标准化,原 来各大通信厂商对技术、业务的垄断格局己不复存在,小型的设备供应商也存在 着较大的发展空间f 2 】。为此,专注于增值业务的开展就成为电信运营商们谋求生 存及发展的重要途径,以向客户提供更高质量、多元化和个性化的服务,
14、将客户 吸引住。现实人们只益要求电信服务商们提供的服务包括:在线游戏、m 电话、 视频会议、视频点播、W E B 浏览、电子商务和远程教育等等。这些业务将更加 体现“以人为本”的理念和趋向于个性化,且更加突出了人性化【2 I 。 为了更好的方便用户,给用户提供个性化的业务服务,同时能带来更多的增 值服务,要求在网络接入汇聚测能够通过各种接入方式把用户接入到宽带I P 网 络,通过统一的宽带接入管理平台完成对用户的统一管理,包括用户的开户、认 证,计费等,并根据用户信息向用户提供个性化的访问页面,最后将用户选择的 业务的数据流转发到内容提供商中去。由此C I S C O 公司首先提出了业务选择网
15、关 技术( S e r v i c e S e l e c t i o n G a t e w a y ,S S G ) 1 3 【4 】【5 】业务选择网关技术可以让用户根 据其与服务提供商之间的连接,来有选择性地访问不同的业务( m 目的网络) ,同 时为用户到不同业务的交互式路由提供R A D I U S 认证和计费【6 】功能,因而拉近了 客户与电信运营商之间的距离。 路由转发功能是业务选择网关中的关键技术。为了实现根据用户所访问的业 务将数据流转发到相应的内容提供商网络中去,需要在业务选择网关中设计灵活、 可扩展的路由策略。路由策略【1 是路由发布和接收的策略。是在正常的路由协议 之
16、上,根据某种规则、通过改变某些参数或者设置某种控制方式来改变路由选择 的结果。对于业务选择网关,定制灵活的路由策略成为其数据转发中必不可少的 核心技术。本文的出发点就是根据业务选择网关的路由功能,在对L I N l 内核 框架及其策略路由技术研究基础上,设计一个业务选择网关下的路由策略设计模 型。 2 业务选择网关中的路由策略研究与设计 1 2 目前研究现状 1 2 1 业务选择网关研究现状 目前美国C I S C O 公司的C i s e o l O S 集成了业务选择网关( s s G ) 技术,使服 务提供商能够上移价值链,更加接近消费者,提供差别化的增值服务。作为实现 新服务的网关,S
17、 S G 允许用户按照自己的需求动态地选择服务。然后,S S G 会将 用户通信流切换到所选择的服务,并在这一过程中实旅全面的边界路由选择和服 务质量( Q o S ) 策略。与S S G 一道,用户服务管理系统( S E S M ) 允许服务提供 商创建受控门户,在这个门户中用户可以使用一个W e b 浏览器选择服务 8 1 。 S S G 作为一个动态的服务创造和管理平台对传入的网络进行汇聚,并将策略 动态的分配给网络上的用户,其策略来自A A A ,L D A P 和0 R A C L E 中的用户简 表的条目,用户可以基于简表对不同的服务进行访问,对于每种服务的访问可以 基于流量和连接
18、时长进行计费。 此外,北方电讯公司的S H A S T A5 0 0 0B S N l g l 也支持不同的宽带I P 接入手段, 同时对用户的业务流进行了有效的区分和管理。其由用户服务网关S S G 5 0 0 0 、I P 服务操作系统( I S O S ) 和用户业务创建系统( s o s ) 组成。S H A S T A 用户服务系统使口 服务供应商能够在逻辑上把数万名用户汇聚在一起,并且集中为这些用户提供高 度客户化的I P 服务,S H A S l A 解决方案能帮助服务供应商将其业务模式从单一依 靠日益商品化的I n t e m e t 接入,转向大众市场提供基于网络的增值业务的
19、可创收 业务模式。 1 2 2 路由技术研究现状 当前的I n t e m e t 只能提供尽力发送服务,网络层不区分用户业务的种类,而将 网络资源( 包括链路带宽、交换节点C P U 资源、队列等) 公平的提供给各类业务, 以最大速度尽力转发数据付帐作为单一目标,在分组丢失概率等方面公平的对待 各类业务。在下一代以服务与应用为核心的网络中,这种转发方式已经远远不能 满足网络运营商的要求。 因为路由直接关系到网络性能,为了满足区别对待各种业务,并提供不同的 服务质量,业界提出了Q O S 路由。Q O S 路由将传统的最短路径变成一条更好的 路径,是未来互联网络的一个核心功能,其目标可以满足以
20、下两点:( 1 ) 为每一个 接纳的Q O S 业务连接请求,找到满足且Q O S 要求的可行路径;( 2 ) 优化全局资源 利用率,平衡网络负载。前者要求在多约束条件下计算可行路径,后者则要求在多 条可行路径中进一步优化1 1 0 】。 在Q O S 路由中有两个类似的概念;策略路由和多约束路由。策略路由指不仅 第一章绪论 依靠网络拓扑和度量的知识,还可以依赖更多的信息及管理上的策略来实现路由。 多约束路由是指在遵循多个约束条件下计算路由,这些约束条件包括Q O S 约束和 策略约束。 通过路由协议的交互,每个节点收集到适当的网状态信息后,可以制定相应 的路由策略实现路由。目前根据网络中每个
21、节点所维护的信息种类和进行路由的 具体位置,可以实现源路由、分布式路由和层次化路由三类。 路由技术中最重要的一步就是查找路由表,因此快速的I P 地址查找算法l 是实现高速分组转发的关键,I P 地址查找算法需要实现最长前缀匹配。近年来, 研究人员提出了多种路由查找算法来提高路由查找性能,像多分支T i l e 树查找算 法、前缀长度的二分查找法、地址区间二分查找法等。同时,也开始研究支持下 一代I P V 6 的高速路由查找算法。 路由器为满足应用的需要往往要实现一些相应的功能支持,这些功能包括防 火墙【1 2 1 、基于策略的路f l q ( p o l i c y - b a s e d
22、r o u t i n g ) 【1 3 】、区分服务( d i f f e r e n t i a t e dq u a l i f i e s o fs e r v i c e ) i t 4 、集成服务、流量计费等。结合这些功能,我们可以决定是否转发 该数据包、向哪里转发数据包、数据包应该得到什么样的服务以及相应流的数据 包该收取多少费用等一系列问题。 总之,路由技术是网络互联中最为关键的技术。路由策略设计的好坏将直接 关系到网络性能,因此在网络规划中设计一个良好的路由策略对整个网络来讲是 至关重要的。 1 3 论文研究意义和所做工作 由于业务选择网关通过一条终结到宽带接入服务器的连接来
23、使用户自主地选 择后台网络运营商所提供的多种业务。这样可以使得在网络业务的汇聚端划分出 适当的业务模型,使之针对各种业务特点合理有序地捆绑系统及其网络资源,在 有限的资源条件下更好的实现各种业务。由此可见对业务选择网关的研究与设计 具有一定的实际意义。 路由转发是业务选择网关中的一项关键技术。在业务选择网关的设计中,为 了实现根据用户访问的具体业务将数据流转发到相应的后内容服务器中,需要在 业务选择网关中设计一灵活、可扩展的路由策略来满足该要求。由此可见,对业 务选择网关中路由策略的研究与设计是至关重要的。 论文所做的工作包括对业务选择网关的研究与总体设计、对口协议及路由技 术的分析、以及对L
24、 I N U X 内核中框架及其策略路由技术的研究。最后根据业务 选择网关的路由模块功能,在L 蹦u x 操作系统上提出了一种多路由表与转发规 则相结合的策略路由设计方法,并将该方法应用了二业务选择网关中的路由策 4 业务选择网关中的路由策略研究与设计 略设计中,为业务选择网关的路由策略设计建立了理论模型。 具体工作如下: ( 1 ) 介绍了业务选择网关概念和作用,分析了L I N U X 下业务选择网关的系统 结构和各模块设计,指出了路由策略设计在业务选择网关中的重要作用。 ( 2 ) 介绍了I P 协议及路由技术原理,分析了路由器的组成及体系结构,阐述 了路由策略设计的原则。 ( 3 )
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- 选择 网关 中的 路由 策略 研究 设计
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