1、西 南 交 通 大 学研 究 生 学 位 论 文基于 SUPANET 的故障恢复研究Classified Index: TP393.05 U.D.C: 618.14Southwest Jiaotong UniversityMaster Degree ThesisRESEARCH ON RECOVERY BASED ON SUPANETMAY, 2007Grade: 2004 Candidate: Chen Meiliao Academic Degree Applied for: Master Major: Computer ApplicationSupervisor: Dou Jun西南交通大
2、学硕士研究生学位论文 第 I 页摘要Internet 是上一世纪七十年代以文本数据传输为主的应用背景下诞生的网络，因此对正确性要求高，对实时性要求低。但随着多媒体网络应用数据流在 Internet 中的增加，使得 Internet 的“尽其所能”的服务难以满足新数据流的服务质量的需求，成为 Internet 面临的一大挑战。虽然 Internet 学界试图通过在 IP 层上增加服务质量保障技术，如资源预留协议、集成服务、区分服务，来改进 Internet 的服务质量。但现有的 Internet 的三层数据传输平台用户数据传输效率低，实施服务质量控制困难。针对现有网络体系结构在服务质量保障方面存
3、在的不足,四川省网络通信技术重点实验室提出了“单物理层用户数据传输与交换平台体系结构”(SUPA Single Physical layer User-data transfer quality of service; fault restoration ;protection switching; VP: virtual path ;Simulation tool OPNET;目录第 1章 绪论 .11.1 本课题的研究的背景 .11.1.1 三网合一的大趋势 .1西南交通大学硕士研究生学位论文 第 V 页1.1.2 现有网络体系结构存在的问题 .21.2 SUPA 的提出 .41.3 国内
4、外研究现状与本课题的研究意义 .51.4 本论文的组织安排 .6第 2章 SUPA 技术框架 .72.1 基本术语 .72.2 带外信令控制技术 .82.3 SUPA 的协议层次模型和接口 .82.4 SUPA 基本工作过程 .112.5“面向以太网帧时槽交换” （EPFTS）技术 .12第 3章 网络故障恢复的层次考虑 .163.1 网络故障恢复的概述 .163.1.1 网络中可能出现的各种故障 .163.1.2 不同业务对故障恢复的不同要求 .173.1.3 网络故障恢复的目标 .173.2 现有网络中的各种故障恢复方法 .183.2.1 DWDM 层故障恢复技术 .183.2.2 IP
5、层故障恢复技术 .213.2.3 MPLS 故障恢复技术 .223.2.4 SDH 故障恢复技术 .233.2.5 ATM 故障恢复技术 .243.3 故障恢复的层次考虑 .25第 4章 SUPANET 的故障恢复 .274.1 SUPANET 故障恢复技术分析 .274.1.1 SUPANET 故障恢复的必要性 .274.1.2 SUPANET 故障恢复思想概述 .274.1.3 SUPANET 保护切换方法的分类 .304.1.3 SUPANET 故障恢复基本过程 .324.2 QoSNP 介绍 .344.2.1 QoSNP 概述 .344.2.2 QoSNP 的基本工作原理 .354.3
6、 QoSNP 用于虚通路保护的扩展 .364.3.1 恢复参数 .364.3.2 记录路径参数 .374.3.3 备份路径参数 .384.4 虚通路的建立 .39西南交通大学硕士研究生学位论文 第 VI 页4.4.1 普通虚通路的建立过程 .394.4.2 受保护的主虚通路的建立 .414.4.3 路径保护方法中备份虚通路的建立 .414.4.4 局部保护中备份虚通路的建立 .434.4.5 备份虚通路与主虚通路的绑定 .444.5 虚通路失效的检测 .464.6 用户数据平台的转发 .474.7 切换后主虚通路的维护 .504.7.1 场景描述 .504.7.2 工作过程 .504.7.3
7、原虚通路资源的释放 .51第 5章 SUPANET 故障恢复仿真 .535.1 OPNET 仿真平台 .535.1.1 OPNET 的概述 .535.1.2 OPNET 的特点 .535.1.3 OPNET 的建模过程 .545.2 模型仿真及结果分析 .555.2.1 仿真的网络场景 .555.2.2 仿真的数据走向 .565.2.3 数据统计及分析 .58结论及展望 .60致谢 .62参考文献 .63攻读硕士学位期间发表的论文 .67西南交通大学硕士研究生学位论文 第 1 页第 1 章 绪论1.1 本课题的研究的背景本课题的研究大背景是四川省网络通信技术重点实验室关于下一代Internet
8、 体系结构的研究工作。通信技术高速化和网络应用数据的多媒体化传输使传统的 Internet 技术难以满足实时音、视频数据的传输服务质量需求和网络高速化的要求。因此，实验室提出了单物理层用户数据传输与交换平台体系结构（SUPA Single physical layer User-data transfer & switching Platform Architecture） 1-6。SUPA 利用带外信令控制思想将用户数据传输平台（U 平台）与信控、管理平台（S&M 平台）相分离，进而将 U 平台简化为单物理层平台，将服务质量保障机制嵌入该平台之中，直接保障用户数据交换的服务质量。在信控、管理
9、平台支持服务质量协商、最少跳数（hop）的基于服务质量的波长路径选择(Shortest Path - Lambda QoS Routing, SP-LQR)、呼叫入网控制（CAC）一系列服务质量保障措施和策略，与用户平台的内嵌的服务质量保障机制，共同实现单数据流和多数据流类服务质量保障。基于网络中的任何资源都有可能发生故障这一状况，为保障用户业务的服务质量，网络必须具备从故障中快速恢复的能力，使业务尽量不受网络故障的影响。这就是本论文的研究对象基于 SUPANET 的故障恢复研究。1.1.1 三网合一的大趋势光通信技术的快速发展特别是 DWDM 技术将单根光纤的传输速率提高到40/80Gbps
10、, 即将随着达到 160Gbps，从而使单根光纤的传输能力达到 Tbps 数量级，相当于大、中城市电话网、有线电视网和计算机网络的干线总吞吐率。这一传输能力意味着在单根光纤上能够同时传输 15,625,000 路未压缩的普通话路(64Kbps/每路)，或者同时传输 7,142 套未压缩有线电视节目(140Mbps/每套)，或者同时传输 1000 套未压缩的高清晰度电视节目(1.04Gbps/每套)。换言之，光纤通信技术已经能够支持大中城市综合数字业务网络信息传输的需要，西南交通大学硕士研究生学位论文 第 2 页如果计算机网络技术能够适应 DWDM 高速传输能力的需要，将有可能将传统的有线电视网
11、络、电话交换网络和计算机网络 3 个独立的网络合并为一个分组化、数字化的综合业务网络 6-8。1.1.2 现有网络体系结构存在的问题1、因特网体系结构不适应综合业务数据网的需求Internet 是上一世纪七十年代发展起来的网络技术，当初设计的目的以传输文本数据为主，因此对正确性要求高，但实时性要求低。而当时的低通信线路速率（Kbps - Mbps）虽然能够满足其要求，但误码率高（ 10-510-6） ，必须在网络体系结构中设置数据链路层通过分帧和检错重传来提高传输的正确性。因为 Internet 提供是一种“尽其所能”的服务（Best Effort Service） ，而且 Internet
12、的网络层采用无连接的 IP 协议, 所以可能造成报文丢失和错序。因此，只能通过 TCP 进行端到端重新排序和检错重传来提高数据的正确性。对于文本数据传输，端到端重传造成的传输时延是可以接受的技术；但是，当多媒体数据流在网络应用中比重逐渐增加时，由于其服务质量的需要与文本数据正好相反(吞吐率、传输时延和时延抖动要求高，而少量数据丢失与误码影响相对较小)，因此，难以保障语音、视频数据的服务质量。目前国内外对 NGI 的研究大都局限于用 IPv6 取代 IPv4 问题。但是，IPv6 除了将地址长度改变为原来的 4 倍，解决了地址匮乏的问题和 IP 结构有所简化，对 IP 报头进行了部分改进外，在体
13、系结构上没有实质性的变化。因此，以 IPv6 为基础的 Internet 在服务质量保障问题上与基于 IPv4 的Internet 面对同样的困难。2、综合业务数字网络（B-ISDN）B-ISDN 采用带外信令控制（Out-band Signaling）技术，将网络层排除在用户数据传输平台之外，在数据链路层提供了以 53 字节固定长的信元（Cell）为基础的数据复用与交换技术，为多媒体数据提供永久虚电路（Permanent Virtual Circuit , PVC）和交换虚电路（ Switched Virtual Circuit, SVC）服务。B-ISDN 存在问题包括：信控、管理平台使用通信网络中专用协议（如 7 号信令）为基础的协议
