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一种轻连接的网络体系 及在高稳定、高可靠的智能配用电通信网络应用

一种轻连接的网络体系 及在高稳定、高可靠的智能配用电通信网络应用. 北京交通大学 信息科学研究所 梁满贵. 自我介绍. 梁满贵 ，教授，博导。 1988 年获博士学位。 研究方向 ：网络融合技术和网络体系架构，语音处理及 NGN 体系中的语音通信。 联系方法 ： E-Mail: mgliang@bjtu.edu.cn 办公室 ：第九教学楼北 622 社会学术组织兼职 ： ●中国声学学会 常务理事 ●语言听觉和音乐分会 主任 ●中国电子学会 学术委员 理事 ●中国电机工程学会通信专委会委员 ●中国电子学会信息论分会委员 教育经历 ：

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一种轻连接的网络体系 及在高稳定、高可靠的智能配用电通信网络应用

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  1. 一种轻连接的网络体系及在高稳定、高可靠的智能配用电通信网络应用一种轻连接的网络体系及在高稳定、高可靠的智能配用电通信网络应用 北京交通大学 信息科学研究所 梁满贵

  2. 自我介绍 梁满贵，教授，博导。1988年获博士学位。 研究方向：网络融合技术和网络体系架构，语音处理及NGN体系中的语音通信。 联系方法：E-Mail: mgliang@bjtu.edu.cn 办公室：第九教学楼北622 社会学术组织兼职： ●中国声学学会 常务理事 ●语言听觉和音乐分会 主任 ●中国电子学会 学术委员 理事 ●中国电机工程学会通信专委会委员 ●中国电子学会信息论分会委员 教育经历： 2008/08－2008/12，美国哥伦比亚大学，电子工程系，访问学者 1985/02－1988/10，北京交通大学，信息科学研究所，博士 1982/02－1984/12，北京交通大学，信息科学研究所，硕士 1978/02－1981/12，华北电力大学，电子系电讯专业（电讯02班），学士

  3. 科研项目 • （1）向量地址分形特征通信网技术研究(课题编号：2007AA01Z203)，国家高技术研究发展计划（863计划），课题负责人，2007.7-2009.12； • （2） 一体化网络与普适服务的体系理论与结构(课题编号：2007CB307101-4)，国家重点基础研究发展计划973计划项目，子课题负责人，2007.5-2012.8； • （3） 基于特征波形内插的语音结构化特征提取研究，国家自然科学基金，课题负责人，2007.1-2009.12； • （4） 基于IP的卫星广播系统QoS保证技术研究，军工项目，课题负责人，2008.9-2009.7； • （5） VoIP系统研究, 国家242信息安全, 课题负责人, 2004.12-2005.9； • （6） 基于NGN核心技术的网络CTI体系研究与实现，教育部基础科研项目，课题负责人； • （7） 向量地址分形结构通信网研究，教育部基础科研项目，课题负责人。

  4. 专利 • [1] 北京交通大学, CODING METHOD OF VECTOR NETWORK ADDRESS，发明人梁满贵。美国发明专利授权，授权号US 7958265，授权日2011.06.07。 • [2] 北京交通大学,一种向量网络地址编码方法，发明人梁满贵。中国发明专利，授权专利号：ZL 200610089302.6,授权日2009.09.02。 • [3] 北京交通大学,一种向量数据通信网上建立向量连接的方法, 发明人梁满贵。中国发明专利，授权专利号：ZL200710064804.8，授权日2009.10.28。 • [4] 北京交通大学,一种向量数据通信网上实现多播路由的方法，发明人梁满贵;赵阿群;张金鑫;吴军。中国发明专利，申请号CN200810056850，申请日2008.07.16。 • [5] 北京交通大学,一种通信网络的层次接入控制方法，发明人梁满贵;赵阿群;张金鑫;王雪芬。申请号CN200810112003，授权日20080716。 • [6] 北京交通大学,一种向量包定义及其向量交换实现方法，发明人梁满贵;赵阿群。中国发明专利，申请号CN­200910238387，授权日2012.02.22。 • [7] 北京交通大学,一种向量网和IP网的网关方式互连方法，发明人梁满贵;赵阿群。中国发明专利，申请号CN200910244030，授权日2009.10.28。 • [8] 北京交通大学,利用向量网升级IP网的方法及其数据传送的方法, 发明人梁满贵;赵阿群;郭东超;王哲;蒋忠元。中国发明专利，申请号CN201110155590，申请日2011.10.19。 • [9] 北京交通大学, 接入认证方法及系统, 发明人梁满贵;齐高亮;张熠。中国发明专利，申请号CN201010219560，授权日2013.04.17。 • [10]一种通信网络拥塞控制的方法，发明人 梁满贵。中国发明专利，申请号CN200810114927，授权日2010.11.03。

  5. 发表论文 • [1] Dongchao Guo, Mangui Liang, Dandan Li and Zhongyuan Jiang, “Effect of random edge failure on the average path length”, JOURNAL OF PHYSICS A: MATHEMATICAL AND THEORETICAL, 44, 415002 (2011). (SCI) • [2] Dongchao Guo, Mangui Liang and Li Wang,“Betweenness centrality of an edge in tree-like components with finite size”, JOURNAL OF PHYSICS A: MATHEMATICAL AND THEORETICAL, 43,485003(2010). (SCI) • [3] Zhong-Yuan Jiang and Man-Gui Liang, “IMPROVED EFFICIENT ROUTING STRATEGY ON SCALE-FREE NETWORKS”, International Journal of Modern Physics C, 23, 1250016(2012). (SCI) • [4] Zhongyuan Jiang, Mangui Liang and Dongchao Guo, “ENHANCING NETWORK PERFORMANCE BY EDGE ADDITION”, International Journal of Modern Physics C, 22,1211-1226(2011). (SCI) • [5] Jinxin Zhang, Weiqiang Xu and Xiaodong Wang, “Distributed Online Optimization of Wireless Optical Networks with Network Coding”, to appear IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology ((SCI, IF: 2.26) • [6] Jinxin Zhang, Mangui Liang and Shujuan Wang, “A Credibility-based Congestion Control Scheme and its Performance Evaluation”, to appear International Journal of Computational Intelligence Systems (SCI, IF: 1.471) • [7] Jinxin Zhang, Mangui Liang and Aqun Zhao, “The Evolution of Communication Network Architecture”, to appear Applied Mathematics & Information Sciences (SCI, IF: 0.642) • [8] Jinxin Zhang, Weiqiang Xu, Xiaodong Wang and Mangui Liang, “An Optimization Model for Intra-session Network Coding in Optical Backbone Network”, Information (SCIE) • [9] Zhao-Wei Wang, Man-Gui Liang, Jia Wen-Kang and Chen Yaw-Chung, “Vector Label Switching (VLS): A High-Performance Switching Architecture for Future Internet”, Journal of Internet Technology，12, 699(2011). (SCI) • [10] Zhao-Wei Wang, Man-Gui Liang, Jia Wen-Kang and Chen Yaw-Chung, “A Novel Optical Code-Based Label Switching Architecture for WDM Packet Switched Networks”, Journal of Internet Technology，11, 1023(2010). (SCI)

  6. 目录 1. 概述 2. 轻连接网络----向量网 3. 轻连接网络特性 4. 向量网的控制面 5. 向量网融合和演进IP网 6. 研究进展和成果

  7. 1. 概述

  8. 配网自动化解决方案 主站管理系统 网管系统 电力视频监控系统 主站系统控制层 汇聚交换机 变电子站 变电子站 变电子站 变电子站 变电子站通信层 SDH/MSTP OLT OLT OLT OLT 光纤 FE FE 电力 ONU 电力 ONU 电力 ONU 电力 ONU 电力ONU 电力ONU RTU RTU 光纤 光纤 终端信息层 开闭所 开闭所 FE FE RS485 RS485 FE FE RTU 视频 DTU FTU TTU 视频 RS232 RS485 配电房 柱上开关 开闭所 环网柜 DTU 电力ONU 电力ONU FTU 环网柜 柱上开关 8

  9. 端设备：开闭所，环网柜，柱上开关，配电房等，集中器端设备：开闭所，环网柜，柱上开关，配电房等，集中器 环网 EPON EPON EPON EPON 环网 端设备 端设备 端设备 端设备 主站系统 主站系统 电表等 现行配用电网通信网络的拓扑连接

  10. ⑤ ① ② 环网 主站系统 EPON ④ ③ 端设备 多径连接及其效果 • 对于IP网两台机器之间(或子网之间)，无论多少个连接，全部走同一个路径，即使有多条可走。只有现使用路径断开，才重新路由，需要秒数量级的反应时间。 • 采用新技术，端系统之间可以并行同时建立多个路径，需要时由端系统瞬间切换。 A B web

  11. 高稳定、高可靠的智能配用电通信网络 向量网 控制面 (1) 拓扑被分割， (2) 子网被封装成等效向量交换机 (3) 增加向量网控制面 网络拓扑

  12. 采取的具体措施 • （1）修改环网交换机（端点设备配置多个默认路由出口）。 • （2）修改环网交换机，并且修改端点交换机。如果端点是终端设备，则升级网络驱动程序。 • （3）直接部署向量交换机。

  13. 实现不间断的实时通信连接。瞬间迂回，避开故障设备，从而提高网络的鲁棒性，即稳定性和可靠性。实现不间断的实时通信连接。瞬间迂回，避开故障设备，从而提高网络的鲁棒性，即稳定性和可靠性。 在网络控制面设备故障时，系统任然能够维持基本的端对端通信。 提高网络的吞吐容量和服务质量QoS。按照重要级别次序，分别隔离控制信息信道、用电信息采集和一般多媒体监视等信息使用的信道。 新技术要解决的问题 智能配用电网通信业务 运输业务 电话、Google等业务 网络的数据面和控制面 公路基础设施 和管理设施 道路（网络）

  14. 间距 信宿 信源 Route1 Route2 X Route3 Route4 A B 图3.3 多路径网络体系 新技术的目标：不间断的通信和控制面故障安全 • 事先建立端对端的多条通信路径，选择路径和使用路径过程分离，网络控制面负责选择路径，一旦选定后，端系统独立调度使用路径，这时与控制面无关，即使控制面故障，也不影响已经建立的连接工作

  15. 新技术的目标：提高网络的吞吐容量和服务质量QoS新技术的目标：提高网络的吞吐容量和服务质量QoS • N => 网络容量 • Q=> 服务质量QoS 用户数N, 单个用户价值Q 用户 网络运营 新技术

  16. 直接部署向量交换机 • 直接部署向量交换机，可以代替工业以太网，而且可靠性和传输延迟方面可以大大改善，而且成本相对更低。 • 可靠性。多路径，节点简单所以更可靠 • 传输延迟小，平均缓冲不超过2个数据包。 • 3k*8/100M =0.25ms , 20跳约为5ms • (14B+5B)*8/100M=1.52us, 20跳约为30us • 成本，交换机没有转发表

  17. 网络规模和用户需求的匹配 • 高峰时接近满负荷为宜 20% 120% 90%

  18. IP网 信源 信宿 Route A B 图3.2 IP网的网络路径 IP网的最短路径路由特性 • 图3.2给出标准IP网的信源、信宿和网络路径示意。 • IP网能够提供从信源A到信宿B的网络路径Route，Route的具体走向根据路由器的当前路由表确定， • 而且所有路由器的路由表又决定于网络的拓扑，如果拓扑变化，Route的走向也会动态调整，这种调整对用户透明，用户无法干预。 • 在IP网中，无论如何调整，一对信源信宿之间只有一条Route可用，用户没有选择余地。 • IP网的上述动态的单路径特性使得不能利用网络拓扑的冗余路径充分扩大网络的容量，使保证QoS的机制实施困难，使得实现鲁棒的路由保护困难。为此，给出多径路由的网络体系，其核心是一种特殊的网络路径标识。

  19. 用户业务的动态特性 • 比如，用户业务的在一天之内有很大的动态特性 • 网络部署相对固定 • 如果按白天设计的网络，晚上就不匹配，利用率会很低。 网络的空间范围 用户的空间范围

  20. 间距 信宿 信源 Route1 Route2 X Route3 Route4 A B 图3.3 多路径网络体系 向量网 • 图3.3给出信源、信宿，以及多Route的示意。四条Route在通信之前建立，所以是有连接的网络，用户可以根据需要选择其中一条或多条使用。多条Route之间尽量保持“间距”，使得个别故障（比如图中X点）仅仅影响其中少数Route，以提高可靠性。如果正在使用的Route质量欠佳或断开，则倒换到其它Route，如果可用Route数量低于预设值，则发起“增量路由映射过程”，补充合理数量的Route。 • 上述多路径路由网络体系，每个路径确定，可以预留资源，为QoS的机制实施提供条件；多路径使得实现鲁棒的路由保护容易，由端系统直接操作，网络不会增加太多复杂性；多路径使得可以灵活地迂回路由，利用网络拓扑的冗余路径均衡负载，充分扩大网络的容量。所以，只要按照规范合理部署，使网络拓扑图有少量冗余度，就可以保证通信质量，提高网络使用效率

  21. 向量网提高网络性能的原理 • 提高网络性能的原理：多路径，轻连接。 • 提高利用率。 • 保证QoS。 • 可实现资源预留，从而保证QoS. • 高可靠性。 • 多个路径，同时断开可能性很小。 • 高鲁棒性 • （弹性、皮实） • 低耗，材料和能耗 • 交换机简单，网络利用率高 • 高安全 • 严格接入控制、截获困难

  22. 提高利用率 • 必要时多路径迂回，不坚持最短路径。自动实现负载均衡

  23. 2. 轻连接网络----向量网

  24. 几个“不可能” • 交换机转发数据不用查表 • 网络无限可扩展 • 目的地址可以加密性，不可解读性 • 不用申请地址 • 包头只有1字节，等效的包头平均为5字节 • 一条通信路径和多条路径并行为一个通信连接服务相比代价相等 • 网络中不用按流预留资源和按流进行流量整形，即可达到针对流的绝对QoS(ES做即可) • 最简单的交换节点，其功能只要能转发数据即可，不需要配合控制面进行拓扑发现等任务。但是网络仍然能够自动得到拓扑。

  25. E G I J H 3 F 2 1 A B C D 路径标识的可能类型 • 以电子设备编码为基础，比如IP地址（sEthernet）。 • 以通信链路编码为基础，比如ATM网的路径信道地址（VPI/VCI）（ ATM网、帧中继、MPLS ）。 图7

  26. @ D A B C 向量地址 1 3 1 3 1 2 Vac = 1232 Vbc = 132 Vbc = 1133242 2 1 1 • 向量地址：以电子设备端口号为基础的路径标识 • 在向量传送网中，转发节点的输入输出端口从1开始用数字编号，称为端口号。向量传送网的“数据包”的路径标识给出通信路径信息，它确定了数据包从源节点到宿节点传送的通信路径。路径标识是端口号组成的序列，路径上的每个转发节点都对应序列中的一个端口号，是通信路径通过该转发节点的输出端口号。 • 以上端口号序列就象一步一步的方向标，引导数据包传送到达宿节点，所以被称为向量地址，其中的端口号被称为分量地址。 • 向量地址的无限多值性（不可穷举） ，地址相对性，有效性，路径定义的特性，和地址不定长性。 • 不可解读性， 可加密性。 • 设备编号、链路编号和端口编号三种编码比较，端口是转发节点最能直接访问的对象，是向量地址优于IP地址和ATM地址的根本原因。 3 2 1 4 2 3 3 1 4 1 2 2 1 3 1

  27. @ 每收到 一个数据包 PI 1 Data [ Va To] Head 2 To=2 交换路由 PO Data [ Va ] Head n 删除To 分离出 VA 的第一分量To 数据包，发向To 向量交换 Packet Data VA Head 图10 Head : 数据包头 Data : 数据 AddrI : [To VA] 输入路径标识 AddrO : [ VA ] 输出路径标识 PI : 输入数据包 PO : 输出数据包 Pn : 输出端口号 图9

  28. @ Data 10011101 Head Data Head Data 1001110 Head Data 10011 Head H E J G I F C D A B Data VA Head 1 3 1 3 1 2 2 1 1 3 2 1 4 2 3 3 1 4 1 2 2 1 3 1 • 十进制编码: { 2 3 2 1 } • 二进制编码: {10, 011, 10 , 1 } • 二进制位数: 2 3 2 1 • {2,3,2,1} => {10, 011, 10 , 1} => 10011101 • 这样，向量网络地址的表示形式最后变成二进制形式10011101 • 10011101 =》1001110 =》10011 =》10 =》无 • A G I J C • 不可解读性， 可加密性。 图11

  29. 向量网的数据包 • 向量数据包的格式 ： 其中Head0和Head1分别是字段T=0和T=1的Head，其偏移地址为0，向量包传输过程中Head首先发送和接收；VA为向量地址；Data 为用户数据。本协议只定义向量数据包。

  30. 向量包头Head定义 • Fecn前向显式拥塞通知:该比特由一发生拥塞的网络对象（节点、端口等）来设置，用于触发拥塞控制机制，它说明与载有Fecn指示的网络数据包同方向的拥塞情况，0为无拥塞。 • Kfe(Keep Forwarding on Error): 1比特 。为1表示当有误码时不丢弃网络数据包。所谓误码，是指数据误码，如果能够判断包头或目的地址有误码，或误码太严重则不应继续传送，误码结论由二层给出。 • Vpf(Vector Packet Flag): 1比特 ，为0表示是向量包。注意对应于Ipv4和Ipv6包头，该位为1。包头的前4位等效的VER：x0xx表示向量网协议, x1xx是IP协议或其他协议,向量包和IP包能够区别,所以两种协议可以共享链路层的协议类型代码。在VN的入边界必须识别x1xx，如果是则特殊处理；VN内部可以取值x1xx，这样的VN包到达VN的出边界时根据情况可能自动去掉VN头，目的是恢复所承载的原来的其他协议的数据包。

  31. 向量包头Head定义 （2） • Pri数据包级别。向量网没有承诺不丢包，所以，所有级别的包都允许一定的丢包率。 • 实时包 (Pri=0,Real Time, RT), 延迟小。UR • 带宽保证包（Pri=1,Bandwidth Guaranteed, BG），保证带宽，延迟没有明确要求。 • 尽力而为包 (Pri=2，Best Effort, BE)，没有保证带宽和延迟的明确要求。 • 紧急包 (Pri=3,Urgent, UR),延迟非常小，用户用重复发送保证可靠性要求。

  32. 向量地址格式（1） • 向量地址（Vector Address, VA）是一种网络交换地址，它依据数据传输路径方向上的信源设备和交换设备的输出端口号进行地址编码，每个输出端口号作为一个分量地址，这些分量地址依路径方向次序组成一个序列，这个序列就是向量地址。更具体地说，向量地址就是下列有限序列：序列的第一分量地址是信源设备的输出端口号；序列的第二分量地址是数据传输路径上的第一个交换设备的输出端口号；序列的第三分量地址是第二个交换设备的输出端口号；以此类推，序列的最后一个分量地址是最后一个交换设备的输出端口号。 • 向量地址VA以比特为长度单位，不一定是整字节，但是要求面向字节或32位字时，通过前缀填充位，使VA的比特数可以被8或32整除，形如[V 1 0 0 0 0]。当Data的比特数也可以被8或32整除时，向量包就满足面向字节或32位字要求，是面向比特的特殊情况。

  33. 向量地址格式（2） • ●填充位。填充位在Head之后，由若干 0和一个1组成，Head之后的第一个1之后就是有效的向量地址位。D=0包头长度为1字节时，填充位共1-8b。D=1包头长度为4字节时，填充位共1-32b。当实现的网络面向比特是没有填充位字段。 • ●分量地址的位数，和每个编码的意义由交换机定义。 • （1）只转发的节点的分量地址编码可以全部用于标识端口，包括0等。 • （2）可选的特殊功能号：0用于信令，-1用于多播，-2用于复用。 • （3）不回送的两端口节点的地址长度可以为0位，即没有分量地址。 • （4）回送的两端口节点的地址长度可以为1位，即只有0和1两个分量地址值。

  34. 包头分析 • 当交换机的输入端口收到一个向量包，首先检查包的基本合法性，包括VPF＝0和依据Fcs检查包的误码情况，如果发现不合法则是IP包，或错误。 • 如果交换机没有信令处理能力，则把所有向量包作为数据包处理，不解读字段T；如果交换机有信令处理能力，则根据T的指示处理向量包。对于向量信令包，提交给信令处理模块即可，对于向量数据包则完成数据转发操作。 • 下图是没有信令处理能力时对网络数据包头进行分析的流程图，不区分数据包和信令包。

  35. VN的优点 • （1）交换节点简单：数据交换不涉及查表操作。 • （2）分形特征：无限可扩展，路径标识长度随需而定，网络想扩展就扩展，对于小网络，地址很短，地址带来的数据传输负担很小，所以通信线路资源的使用效率高。 • （3）向量连接：通信路径轻量级，低成本地支持QoS和分集传送。 • （4）内在可信：路径标识不可解读、地址不可枚举、地址的相对性。 • （5）多播和流聚合容易等特点。

  36. 3. 轻连接网络特性

  37. 轻连接特性产生的效果 • 轻连接网络与其它有连接网络一样，可以预留资源，能够保证服务质量； • 两点之间可以占用多条路径通信，提高网络利用率（2倍以上）等诸多优点； • 轻连接网络与其它有连接网络相比，实现成本很低，显著低于IP网（50%）。所以性价比可以成倍提高。

  38. 实现多路径传送，产生以下效果 • （1）提高统计复用效果。原因是流的粒度变小，更容易满足大数定理。 • （2）提高可靠性。原因是多个通信路径同时失效的可能性变小，一个设备失效，只是暂时影响传送质量，可以很快恢复。 • （3）提高抗危性。原因同（2），如果多备用一些空闲虚信道，就可以做到故障时不影响质量。 • （4）为解决QoS问题提供了新途径。如果保证一个虚信道的QoS比较困难，那么我们可以通过切换虚信道来保证用户QoS要求。 • （5）对于无线网络，可以降低对链路层的要求。无线环境下保证链路层的畅通比有线情况要困难，为此采取了许多措施来改善，因而增加了一定成本。采取类似（4）的方法，一定程度上可以降低对链路层的性能要求，从而降低成本。 • （6）提高机密性。一个流被分解成多个从不同地域通过的流，监听和解密的可能大大减小。 • 总之，可以从端系统角度提高网络性能，而且代价小。

  39. 4.向量网的控制面 （向量网的三标识架构体系）

  40. 控制面 ①请求与D连接 ② D的交换标识是V 数据面 S D ③(H,V,Data) 数据面和控制面相 • 数据面和控制面相分离。 • 数据面的功能 • 网络根据交换标识，按照确定的路径，把数据包送达目的地。 • 控制面的功能 • 把呼叫标识转换成交换标识，并建立起接入、接纳、计费、管理、监管等关系。 • 数据面的成本决定了整个网络的成本。 图6

  41. 三标识 • 身份标识：一个节点拥有一个身份标识，是一种关于身份的标识 。身份标识主要根据网络对象之间的社会隶属关系赋予，也可以随意赋予，对身份标识的唯一要求是全名（多个层次的组合）在本组织架构中的唯一性，但是考虑匹配算法尽量简化，每个简单标识（一个对等组内的标识分量）要求与兄弟和所有祖先不重名。每个身份标识伴随一个身份密码，根据标识、身份密码和时间，端系统自己计算得到标识口令，标识口令用于接入认证。 • 位置标识：决定路由架构的主要因素是网络拓扑，是一种关于位置的标识，一个交换机与路由架构的连接关系决定了其位置标识。位置标识由路由收集和寻由过程使用，是寻由的目标。 • 路径标识：是一条通信路径的标识 ，向量网使用向量地址作为路径标识，路径标识就是路径标识。 • 以上三标识都具有分形特性，不是定长。对身份标识，在本组织架构中唯一即可 • 另外，端节点的身份标识作为呼叫对象时，为了方便可以引入多个别名，这些别名成为呼叫标识。每种呼叫标识有自己的呼叫定位功能体系，比如参照认证架构，可以组成多个树形的呼叫架构，呼叫架构的下部可能复用交织。

  42. 三功能架构 图1

  43. 标识的映射 • 认证架构用于接入认证，一个出端口一次接入认证，结果使得入端口接纳收到的数据（必须能够辨认是被认证出端口送来的数据）。 • 呼叫架构用于呼叫映射，一个连接一次呼叫映射，得到层次的对端位置标识。 • 路由架构用于寻由接纳，得到若干条通信路径或虚信道。 • 专利：一种通信网络的层次接入控制方法。中国发明专利公开号CN101272395，梁满贵

  44. 5.IPv4/IPv6高效过渡融合的新方法

  45. 6地址空间 4地址空间 图4 私网主机视角的地址空间 基本方法和主要问题 • 双协议栈 • 隧道 • 地址翻译 IPv4 IPv6 6 6 4 4 IPv6 IPv6 over IPv4 IPv6 IPv4 IPv4 IPv4 over IPv6 202.112.144.34 Ffff:0::0

  46. A类私网 外网 A类私网 B或C类 B类 B类 B类 B类 C类 C类 C类 C类 新方法 • 1）可以完全保持IP网的端对端特性， • 2）不修改IP路由器和端系统，只需改进网络边际设备(NAT)， • 3）可以集成融合多个独立的IPv4和IPv6网络， • 4）提供域间的分布多径路由，因此集成融合的IP网将具有上述绿色鲁棒性能。 A: 10.0.0.0/8 B: 172.16.0.0/13 C: 192.168.0.0/16 网关控制线 ESa 图1 网的递归层次 ESb

  47. 1000 999 1 100M 2 3 4 如果保证QoS，IP网的网络利用率 • 网络任意两点通信时选择最优通信路径是网络的首选策略，但是最优路径满载时能够迂回路由也是非常重要的，能够大大提高网络的利用率。 • 经典的IP网是最优路径策略，后来提出OSPF路由算法，使得可以迂回路由，实现负载均衡，提高网络的利用率，但是面对无连接的IP网，实现负载均衡代价高昂，通常只能局部实现，无法全面实施。 • IP网虽然有一些QoS方法和负载均衡技术，可以改善问题，但是都是补丁方法，代价高而且只解决局部问题。所以IP网只有足够轻载时才能承诺QoS，极端情况下每个用户最大可用带宽是B/N，B是网络链路带宽，N是网络端系统个数。比如100M带宽,1000个用户，每个用户最大100kbps。网络越大能承诺的带宽就越小！一方面用户能使用的带宽太小，另一方面网络平均占用率很低，运营商收益很低。

  48. IP子网4 IP子网1 向量网 2 1 1 3 1 ① 59.64.15.3 4 59.64.15.1 3 等效交换机 1 1 2 IP子网2 1 ② IP包 2 向量包 212.202.144.1 链路 MACh IP4h VNh IP6h Data 211.221.123.1 59.64.15.2 212.202.144.2 C ③ ⑥ 子网 内部 212.202.144.3 IP包 219.242.122.2 子网 边界 IP子网5 VNh IP6h Data 219.242.122.1 用户 角度 B IP6h Data IP4h VNh IP6h Data IP子网3 A 终端 IP子网3 用户看到的网络 IP 网络整体 VN 承载 IP IP ETH 5.1 大网化小网 （保留IP路由器， 以太网交换机， 以太网卡）

  49. 代价和效果 • 用户端系统、IP路由器和以太网交换机不修改，只改进出口NAT路由器 • 投资少（1%） • 增加保证质量带宽约为N倍。

  50. C 链路 MACh VNh IP6h Data VN包 子网 边界 VNh IP6h Data 用户 角度 IP6h Data B A 终端 用户看到的网络 IP 网络整体 VN 承载 ETH 5.2 小网达到局域网大小 （保留以太网交换机，保留以太网卡）

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