专利名称：互联网地址交换方法
技术领域：
互联网地址交换方法属于计算机网络技术领域。
背景技术：
基于分组交换的互联网目前己经成为全世界最重要的信息基础设施，通信网、广播电 视网和计算机网的三网融合以互联网为技术基础已成为人们的共识。互联网具有可扩展性 好、可生存性强、灵活性强、无所不在等特点，但是目前互联网的"无连接、端对端和尽
力而为"的设计理念也带来了安全性差、无法保证服务质量(QoS)和没有明晰的可持续 发展的经济模型等重大问题。视频、实时应用、P2P等应用对于互联网带宽的需求不断增 长，但路由器性能的提高受到摩尔定律的限制，导致无限带宽的需求与有限带宽的资源的 矛盾，同时安全性和可靠性的需求使得这个矛盾更加激化。
虽然在互联网领域、通信领域和广播电视领域人们进行了多年的研究，对于各个独立 的问题提出了不少解决方案，但是有些解决方案从本质上违背了互联网的设计理念，带来 了可扩展性等问题。同时，针对个别问题的解决方案的代价是导致其他问题变得更加严重。 目前国际上(特别是美国)也启动一些重大项目，目的在于重新设计互联网体系结构，但 是鉴于全世界互联网的规模，丢弃目前互联网是不可能的。
本发明提出的互联网地址交换方法充分利用了分组交换和电路交换的优点，在不改变 现有互联网核心协议的基础上，对互联网体系结构进行了重大改进，系统地解决目前互联 网的服务质量(QoS)问题、安全控制问题和可持续发展经济模型问题。
本发明的基本特征包括1)互联网地址交换方法以目前的互联网协议为基础，定义 高性能网络应用服务需求的参数，包括用户的对端通信客体所在的网络(服务域)，所需 带宽，对应的业务量和所需要的服务质量，如延时、丢包率、抖动等指标。将有服务质量 需求和安全性需求的应用服务定义为高性能应用服务，用于高性能服务的地址定义为高性 能地址，申请高性能应用服务的用户为高性能用户。2)把互联网用户分为海量的普通用 户和限量的若干类高性能用户。普通用户使用普通的IP地址，享用现在的"尽力而为" 的互联网服务模式，高性能用户使用专用的高性能地址，享用保证端到端性能的高性能应用。3)根据高性能用户的业务量和允许的呼损率，计算出所需的最大并发通信进程数量。 在此基础上，根据路由政策，计算出所需的高性能地址数量。根据高性能通信对带宽的需 求，计算出所需的高性能通信总带宽；高性能地址块和高性能通信总带宽是带宽预约的依 据。4)预留若干特定的高性能地址块并与特定的高性能网络应用服务需求(参数)相绑 定。5)在自治域内为高性能地址预留极端情况下的总带宽，在跨域情况下为高性能地址 块预留相应总带宽。6)在自治域间，选择跨域路径；对于所选路径的相邻自治域，通过 域间路有协议(BGP)发布静态的、聚类的高性能地址块；7 )新增三层软交换服务器和 三层准入控制网关路由器对高性能地址的分配和使用进行控制。8)三层软交换服务器根 据高性能用户需求，验证用户身份，服务域等信息，同时依照所允许的最大并发数量对于 高性能用户进行准入控制，动态分配高性能地址段；9)三层准入控制网关路由器设备使 高性能地址段生效，控制其带宽并通过与本自治域路由协议(iBGP或eBGPmultihop等) 的交互，把动态分配的高性能地址段的路由发布到路径上各个管理子域中；IO)在跨域情 况下，用户使用动态分配的高性能地址段进行高性能通信，此时该用户的入流量的性能和 服务质量可以完全保证，该用户的出流量的性能和服务质量由对端通信客体通过实施互联 网地址交换方法来保证；11)对于动态分配的高性能地址进行基于对应于某类应用服务的 单位时间带宽资源使用费和时间乘积的计费。
发明内容
本发明的目的在于在不改变现有互联网的基础上系统地解决目前互联网的服务质量 (QoS)问题、安全控制问题和可持续发展的经济模型问题。本发明的结构如图l所示， 包含预先配置好的互联网基础设施，地址交换体系结构中的三层软交换服务器，地址交换 体系结构中的三层准入控制网关路由器，以及动态地址用户终端。
本专利所描述的方法基于现有的互联网协议和基础设施。对于普通用户，可提供无服 务质量保证，"尽力而为"的应用服务。对于有高性能需求的用户可以提供有服务质量保 证和有安全性保证的应用服务。同时，基于本发明的互联网服务具有可持续发展的良好的 经济模型。
本发明可以在单个自治域实施，也可以在通信双方各自的自治域分别实施；本发明在 单个自治域实施的特征在于依次包含以下步骤
互联网地址交换方法，其特征在于，所述方法是在单个自治域实施内，或是在通信双 方各自的自治域内按以下步骤实施 步骤(1):初始化把互联网用户分设定为海量的普通用户和限量的若干类高性能用户，所述的高性能用 户是指有服务质量和安全性等高性能服务需求的用户，用于该高性能需求的地址称为高性 能地址，该高性能地址与应用服务需求参数邦定后，在网络中预留；
在每个自治域内至少配置一台三层软交换服务器；在所述的高性能用户所在的子网配 置三层准入控制网关路由器;为拟申请高性能应用服务的用户配置增强型动态地址用户终 端；
定义所述的高性能应用需求的参数，包括用户的对端通信客体所在的网络服务域，所 需带宽，对应的业务量和所需要的延时、丢包率、抖动在内的服务质量指标；预留若干特 定的高性能地址块并与特定的高性能需求(参数)相绑定；
在三层软交换服务器上的地址数据库中预设
所有高性能用户需要的高性能地址数，这是基于高性能用户的业务量和允许的呼损 率、阻塞率以及路由政策计算得到的；
所有高性能用户所需的高性能通信总带宽根据并发通信的高性能用户数和单一高性 能网络通信的带宽需求得到的；
在三层软交换服务器上的链路数据库中预设供所述高性能应用服务路由选择的跨域 路由，并预留带宽；对所选择的跨域链路，把相应的高性能地址进行静态的、聚类的BGP 路由公布；
在本自治域内至少一台路由器上配置路由协议以便与本自治域内所有三层准入控制 网关路由器建立邻居关系，使得在高性能地址动态分配给所述的三层准入控制网关路由器 时，根据所述路由协议把此高性能地址对应的路由发布到本自治域内所有的路由器上；
信令传输控制模块包括网络-网络信令接收/发送模块和用户-网络信令接收/发送模 块，初始化所述模块，等待传输信令的调度控制，信令格式包括-
用户-网络信令包含有用户标识、流水号、用户本端普通地址、通信对端普通地址、 用户本端高性能地址段、用户本次应用需求带宽、以及用户非正常退出等待时长和传输指 令；
网络-网络信令包含有用户标识、流水号、用户本端高性能地址段、最大带宽、以 及用户非正常等待退出时长和传输指令；
步骤(2):所述高性能用户依次按以下步骤申请使用高性能地址
步骤(2.1):自治域X中的某一高性能用户a通过所述增强型动态地址终端向所述三 层软交换服务器发出用户-网络信令UNI，提交申请与自治域Z中高性能用户h进行高性能通信；
步骤(2.2):所述三层软交换服务器在验证用户a的身份无误，且此时该链路上用户 数量也未达到设定的上限后，通过地址数据库选择一个高性能地址段动态分配给用户a， 同时通过网络-网络信令NNI将包括了高性能网络地址段，最大带宽，非正常退出的等待 时长在内的参数传送给所述的用户a所在子网的三层准入控制网关路由器；如果条件不符 合，则拒绝用户a的请求；
步骤(2.3):所述三层准入控制网关路由器把从三层软交换服务器得到动态分配的高 性能地址配置到与所述高性能用户所在子网相连的设备接口上，并按最大允许的带宽对该 接口进行流量限制；通过预先配好的与本自治域路由协议建立的所述邻居关系，把动态分 配的所述高性能地址段的路由发布到路径上各个管理域中，同时启动非正常退出计时；
步骤2.4:所述三层准入控制网关路由器通知三层软交换服务器配置完成，三层软交 换服务器通过计费数据库，准备对用户a进行计费(接收计费)；三层软交换服务器启动 非正常退出计时；
步骤(3):所述高性能用户a依次按以下步骤结束使用高性能应用服务
步骤(3.1):所述高性能用户a通过所述用户-网络信令UNI通知三层软交换服务器
该高性能应用服务结束；
步骤(3.2):所述三层软交换服务器回收相应高性能地址，等待分配给下一个请求的
用户使用，同时通过网络-网络信令NNI通知相应的所述三层准入控制网关路由器修改配
置；
步骤(3.3):所述三层准入控制网关路由器终止对应高性能地址的网络接口配置，流 量控制配置和路由分发；
步骤(3.4):三层软交换服务器停止计费，把基于带宽和时间乘积的计费结果通知相 应高性能用户，更新用户数据库，地址数据库和计费数据库，这一段高性能地址段释放 出来，等待分配给下一个请求的用户(如b、 c等)使用。
在所述步骤(1)中为本自治域内至少一台路由器配置路由协议的优先选择是内部边 界网关协议iBGP，或外部边界路由协议eBGP，或内部路由协议IGP。
在所述步骤(1)中，所述高性能通信总带宽W 〉 BXN， N为所述高性能用户数， B为单个高性能网络通信的带宽需求。
在所述步骤(1)中，普通地址单个流所能使用的最大带宽小于高性能地址所提供的 带宽。实验测试结果达到了本发明预期的要求。通过区分普通用户和高性能用户，为高性能 地址预留带宽，根据申请为高性能用户进行准入控制，动态分配高性能地址并相应计费， 系统地、工程化地成功地解决了对高性能用户的应用提供服务质量保证(QoS)和安全性 保证，并能具有良好的经济模型。
本专利模块组成和模块间关系如图2所示。本专利说明描述方法流程框图如图3所示。 实验测试环境如图4所示。
图1 互联网地址交换网络体系结构图。
图2 互联网地址交换体系结构模块组成和模块间关系。
图3 互联网地址交换网络体系工作流程框图。
图4 实验测试环境网络连接拓扑图。
图5 用户a使用普通地址通信试验的实验数据。
图6 用户a使用高性能地址通信试验的实验数据。
图7 用户b使用高性能地址通信试验的实验数据。
具体实施过程
本发明方法包含4个构筑模块有机组成，即"预先配置好的互联网基础设施"，"三层 软交换服务器"，"三层准入控制网关路由器"和"动态地址用户终端"，分别描述如下。 (1 ) 预先配置好的互联网基础设施
互联网地址交换体系结构基于目前的互联网的协议和标准，以自治域为基本实施单 元。在自治域内根据需求对于普通用户和高性能用户进行了区分，对于普通用户分配普通 地址。对高性能用户除了分配普通地址外，还可分配高能性地址，这些高性能地址明确地 定义所通信的双方所在的网络和特定应用所需的带宽，延时、丢包率、抖动等服务质量参 数。这些高性能地址在网络中预留，与所需服务对应，但不与特定的用户绑定。
根据高性能用户的业务量和允许的呼损率，根据爱尔兰公式五(fl,A0:4^"，计算
0
出所需的最大并发通信进程数量，其中"为业务量，N为并发用户数，五为阻塞率。在此
基础上，根据路由政策，计算出所需的高性能地址数量。其计算公式为
P = minCP// ,iMt/-ceil(log2^V))，其中P为所需掩码长度，PIR为跨域最大允许公布的掩码长度，PAU在IPv4的情况下为30， min()， ceil()和1og2()分别为取最小值、取下一个整 数值和以2为底的对数的标准函数。根据上述并发用户数N和单个高性能网络通信的带 宽需求B，计算所需跨域带宽W，即选择BXN《W。
在自治域内，禾U用路由器的服务等级功能(Service Class),对于高性能地址块预留在 极端情况下足够的带宽，即不管高性能地址分配给哪个高性能用户，均能保证所需的带宽。
在自治域内对每个管理域选择一个或若干个路由器与三层准入控制网关路由器设备 作路由分布配置，以便动态发布高性能地址的路由信息，根据情况优选基于内部边界路由 协议(iBGP)的路反射服务器作为路由分发机制。
在自治域间，选择特定的链路，并在此链路上利用路由器的服务等级功能(Service Class)，对于高性能地址块预留足够的带宽，并对该路径进行静态的、聚类的高性能地址 块边界路由协议(BGP)路由公布。
采用目前路由器上标准的服务质量配置方法和带宽预留方法，或互联网准最小状态流 量控制方法，在域内或域间，对于普通地址进行流量控制。 (2) 地址交换方法中的三层软交换服务器
地址交换体系结构中的三层软交换服务器是专用的计算机服务器系统。每个自治 域配置一个或多个联网的三层软交换服务器。它由信令传输调度模块，用户身份认证模块， 本域及跨域链路带宽使用统计模块，计费模块，域管理模块和控制模块组成。除信令传输 调度模块外，每个功能模块的核心是数据库系统，包括用户数据库、地址数据库、链路 数据库、准入控制网关数据库和计费数据库。信令系统包括用户-网络信令系统(UNI) 和网络-网络信令系统(NNI)。
用户数据库存储用户帐号和认证信息，并与对应的计费信息建立关系。地址数据库存
储高性能地址，并与链路以及该地址所支持的并发数建立关系。链路数据库存储本自治域
预约带宽的跨域链路的信息及使用此链路的本端和对端的普通地址范围，并与地址数据建
立关系。三层准入控制网关路由器数据库存储本自治域各个高性能用户所在子网的三层准
入控制网关路由器设备的信息，并与用户数据建立关系。计费数据库与用户数据建立关系。
三层软交换服务器通过用户-网络信令(UNI)接受注册高性能用户的动态地址用户终端
的请求，其参数为用户帐号和口令，用户的普通地址，高性能通信对端的普通地址、高
性能通信所需带宽，非正常退出的等待时长等。其XML语言描述的格式的样例为 <uni>
<customer id=〃customerid〃> //用户标识 </customer><ordei: id=〃o:i:dered〃> //流水号 </o;i:de:i:>
<metric name=〃own-address〃> //用户本端普通地址
X * X . X ， X
</metric>
〈metric name=〃end-address"> //用户对端普通地址
y，y，y，y
</metric>
〈metric name-〃hp-prefix〃 > //用户本端高性能地址段
x ， x.x.x/k
</metric〉
〈metric name=〃bandwidth〃 units=〃Mbps〃> //用户需求带宽 30
</metric〉
〈metric name="ttl" units="second"> //用户非正常退出等待时长 3600
</metric>
<met;i:ic name="command" > //指令 confirm </metric〉 </uni>
三层软交换服务器通用用户数据库，链路数据库，三层准入控制网关路由器数据库验 证用户的身份，核实用户本端普通地址和对端普通地址的范围决定是否有三层准入控制网 关路由器设备和相应的链路，根据相应的地址的最大并发数和当前并发数决定是否可以分 配高性能地址。如通过验证，三层软交换服务器通过网络-网络信令(NNI)对相应的三
层准入控制网关路由器设备进行控制，其参数为高性能地址段，最大带宽，非正常退出
的等待时长等。其XML语言描述的格式的例子为-<rmi>
<customer id=〃customerici〃> //用户标识 </customer〉
<order id=〃ordered〃> 〃流7jC号 </oi:der〉
〈metric name-〃prefix〃 unit=〃IPv4〃> //用户本端高性能地址段
z z z,z/m
</metric>
<metric name=〃max—bandwidth" unit=〃Mbps〃> //最大带宽 30
</metric>
<metric name="ttl" units="second"> 〃用户非正常退出等待日寸长 3600
</metric><metric name=〃command"> //指令 active </metric> </rmi>
(3 ) 地址交换方法中的三层准入控制网关路由器
地址交换体系结构中的三层准入控制网关路由器是特殊的路由器。现有的路由器
上的路由功能加载有关信令传输处理的模块实现。它由控制模块，接口模块，路由模块和
信令传输调度模块四部分组成。控制模块包括:用户非正常退出计时器和网管客户机模块；
接口模块包括网络接口地址配置和流量控制模块；路由模块包括路由协议和路由分发
模块；信令传输调度模块为网络-网络信令系统(NNI)及用户-网络信令系统。
三层准入控制网关路由器在每一个高性能用户的子网内设置。根据统计，互联网用户
的流量呈幂率分布，即普通用户是绝大多数，高性能用户是少数，因此三层准入控制网关
路由器的总量是有限的。
三层准入控制网关路由器与自治域中所有可能路径上的管理域的内部边界路由协议
(iBGP)的路由反射服务器建立邻居关系，因此三层准入控制网关路由器可以把该设备
上的子网路由发布到自治域中所有可能路径上的管理域中。
每个注册高性能用户所在的子网配备一个联网的三层准入控制网关路由器，该设备通
过网络信令(NNI)与管理它的三层软交换服务器通信，在其控制下分配和撤销高性能地
址、发布或撤销相关路由、进行或撤销端口流量控制。其XML语言描述的格式的样例为 <nni>
<customer id=〃customerici〃> //用户标识 </customer>
<order id=〃ordereci〃> 〃流水号 </order>
〈metric name-〃prefix〃 unit="IPv4〃> //用户本端高性能i也址段
z , z , z , z/iu
</metric>
<metric name=〃max—bandwidth" unit=〃Mbps〃> //最大带宽 30
</metric>
<metric name="ttl" units="second"> //用户非正常退出等待时长 3600
</metric>
<metric name="command"> //指令 active </metric> </rmi>(4) 动态地址用户终端
地址交换体系结构中的动态地址用户终端是扩展的普通用户终端设备。动态地址用户 终端设备不仅包含目前普通用户终端的所有功能，还包含地址选择和配置模块，用户-网 络接口 (UNI)信令模块等；其中UNI与软交换服务器通信或三层准入控制网关路由器 通信，地址选择和配置模块决定当次应用程序使用的地址。其XML语言描述的格式的样
例为
<uni>
<customer id=〃customerid〃> //用户标识 </customer>
<orde;r id=〃o:i:de:i:ed〃> //流水号 </order>
〈metric name=〃own-address〃> //用户本端普通地址
X . X . X , X
</metric〉 <metric name
y，y，y-y
</metric> <metric name x.x.x.x/k </metric> <metric name 30
</metric> <metric name 3600
</metric> <metric name apply </metric> </uni>
=〃end-address〃> //用户对端普通地址 =〃hp-prefix〃 > 〃用户本端高性能地址段 =〃bandwidth〃 units=〃Mbps〃> //用户需求带宽 ="ttl" imits="seconcT> 〃用户非正常退出等待时长 ="command" > //指令
具有动态地址的用户终端可以配置多个网络地址、其中有普通地址，通过静态配置或
动态配置(基于状态如DHCP或无状态)和高性能地址。动态地址用户终端具有标准的 用户-网络信令(UNI)模块，可以与地址交换体系结构中的三层软交换服务器通信，申 请或注销对于高性能地址的使用。动态地址用户终端具有在信令驱动下，动态地址配置模 块，做到地址与应用绑定，即普通应用使用普通地址，高性能应用使用高性能地址。
测试环境搭建在真实的互联网主干网上，本端用户为CERNET在北京的2个不同地 点的高性能用户，对端为TEIN2新加坡节点的高性能视频服务器。视频应用使用DVTS 系统，1路视频为30Mbps。测试环境如图4所示。由于网络带宽限制，CERNET普通用户通过TEIN2的最大可使用带宽为10Mbps,因
,^zp、〉土,l^罢U杯"hn+d /tfi血6fiim4s;阅乂免 士二+a4;4t说44d+山々旌/*玄仕始rfi 6fi zr巨姊六旌flp夂
器所在域为CERNET，并高性能应用并发进程为1。共有2个三层准入控制网关路由器。 根据CERNET和TEIN2的BGP路由政策PI1^24。采用IPv4， PAU=30所选择的高性能 地址段为202.38.112.64/30。注意向TEIN2静态、聚类公布的地址为202.38.112.0/24。北 京的2个高性能用户所在的子网网关分别为202.112.35.34和202.38.97.253。本试验分为 三种情况
1) 北京的高性能应用用户a使用普通地址接收新加坡节点DVTS视频，如图5所示。注 意自治域八84538的180 路由反射器对于三层准入控制网关路由器邻居202.38.97.253(高 性能应用用户a)和202.38.35.34 (高性能应用用户b)的高性能地址分配的条数均为0 (如 图5(a))。自治域内的总路由条数为14155 (如图5 (b))，自治域AS4538发布到TEIN2 的总路由条数为203 (如图5 (c))。高性能地址段202.38.112.64/30没有在自治域AS4538 内出现(如图5 (d))。由于普通地址无法支持大于10Mbps的带宽，此时视频图像质量 很差(如附件中图1)。
2) 北京的高性能用户a申请高性能地址接收新加坡节点DVTS视频，如图6所示。此时，
高性能用户a通过UNI向三层软交换服务器申请高性能地址，其内容为.. <uni>
<customer id=〃BJ-a"> //用户标识 </customer>
<order id=〃12345〃> //流水号 </orde;i:>
<metric name=〃own-address〃> //用户本端普通地址
202.38.97，254
</metric>
<metric name=〃end-acld:ress〃> 〃用户对端普通地址
202，179，252，102
</metric>
<metric name=〃bandwidth〃 units=〃Mbps〃> //用户需求带宽 30
</metric>
<metric name="ttl" units="second"> 〃用户非正常退出等待时长 3600
</metric>
<metric name="command〃 > //指令apply </metric> </uni>
三层软交换服务器通过用户数据库、链路数据库、三层准入控制网关路由器数据库和
地址数据库验证BJ-a为有效用户，与本端普通地址202.38.97.254匹配，同时相应的子网
已配置三层准入控制网关路由器设备，对端普通地址202.179.252.102具有有效的链路可
以提供高性能应用，最大允许带宽35Mbps，对应的高性能地址段为202.38.112.64/30，最
大允许的通信并发数为1，目前的并发数为0。因此，三层软交换服务器可以允许用户BJ-a
使用高性能地址202.38.112.64/30通信。三层软交换服务器通过NNI通知用户a所在子网
的三层准入控制网关路由器设备。 <nni>
<customei: id=〃BJ-a〃> //用户标识 </customer>
<order id=〃12345〃> //流水号 </ordei:>
〈metric name="prefix〃 unit-"IE>v4"> //用户本端高性倉b地址段
202.38，112，64/30
</metric>
<metric name=〃max—bandwidth" unit=〃Mbps〃〉 //最大带宽 35
</metric>
<metric name="ttl" units="second"> //用户非正常退出等待日寸长 3600
</metric>
<metric name="command"> //指令 Request </metric> </rmi>
该三层准入控制网关路由器设备实施地址分配，流量控制，路由分发等过程并回复三
层软交换服务器确认。 <rmi>
<customer id=〃BJ-a〃〉 //用户标识 </custome;i:>
<order id=〃12346〃> 〃流水号 </oircier>
<metric name="command〃> //指令 Confirm </metric〉 </nni〉此时，三层软交换服务器通过UNI通知北京用户a，并开始计费。 <uni>
<customer id="BJ-a"> 〃用户标识 </customer>
<order id="12346"> 〃流水号 </order>
〈metric name=〃hp-prefix" > 〃用户本端高性能±也址段
202，38，112，64/30
</metric>
<metric name="command" > //指令' Confirm </metric> </uni>
用户a可以开始高性能应用。如图6所示，自治域AS4538的iBGP路由反射器对于 三层准入控制网关路由器邻居202.38.97.253 (高性能应用用户a)的高性能地址分配的条 数为1，但对202.38.35.34(高性能应用用户b)的高性能地址分配的条数为O(如图6(a))。 自治域内的总路由条数为14156 (增加了 1条)(如图6 (b))，自治域AS4538发布到 TEIN2的总路由条数为203 (没有增加)(如图6 (c))。高性能地址段202.38.112.64/30 在自治域AS4538内出现，对应的下一跳为202.38.97.253 (如图6 (d))。由于使用高性 能地址，可以支持大于30Mbps的带宽，此时视频图像质量很好(如附件中图2)。
如此时用户b也申请使用高性能地址，通过UNI通知三层软交换服务器。 <uni〉
〈customer id=〃BJ-b〃> //用户标识 </custome;i:〉
<order id="20001"> //流水号 </o;rdei:>
<metric name=〃own-address〃> //用户本端普通地址
202.112，35.34
</metric>
〈metric name=〃end-address〃> //用户对端普通地址
202，179.252，102
</metric>
<metric name=〃hp-prefix〃 > 〃用户本端高性倉g地址段
0.0.0.0/0
</metric>
<metric name=〃bandwidth〃 units=〃Mbps〃> //用户需求带宽 30
</metric>
<metric name="ttl" units="seconcT> //用户非正常退出等待日寸长3600
</metric>
<metric name="command" > //指令 apply </metric> </uni>
三层软交换服务器通过用户数据库、链路数据库、三层准入控制网关路由器数据库和
地址数据库验证BJ-b为有效用户，与本端普通地址202.112.25.34匹配，同时相应的子网
已配置三层准入控制网关路由器设备，对端普通地址202.179.252.102具有有效的链路可
以提供高性能应用，最大允许带宽35Mbps，对应的高性能地址段为202.38.112.64/30，最
大允许的通信并发数为l，目前的并发数为l。因此，三层软交换服务器不能为用户b分
配高性能地址。拒绝用户b的服务请求。 <uni>
<customer id="BJ-b〃> //客户标识 </customer>
<order id=〃20002"> //流水号 </o;i:de;i:>
<metric name="command" > //指令 Refuse </metric〉 </uni>
用户b必须等待一定时间再次请求。
当用户a完成高性能通信，类似于上述过程，用户a用UNI通知三层软交换服务器撤
销高性能地址。 <uni>
<customer id=〃BJ-a〃> 〃用户标识 </customer>
<order id=〃12347〃> 〃流7jC号 </o;i:de;i:>
〈metric name="own—address〃> //用户本端普通地址
202，38.97.254
</metric>
<metric name=〃end-adclress〃> //用户对端普通地址
202.179.252.102
</metric>
<metric name=〃hp-prefix〃 > 〃用户本端高性能地址段
202.38.112.64/30
</metric〉
<metric name="command" > //指令Stop
</metric> </uni〉
三层软交换服务器用NNI通知对应的三层准入控制网关路由器设备。 <rmi>
<customer id=〃BJ-a〃> //用户标识 </customer〉
<order id=〃12348〃> 〃流水号 </oi:de:i:>
〈metric name="prefix" unit=〃IPv4"> 〃用户本端高性能地址段
202.38.112.64/30
</metric>
<metric name="command"> //指令 Stop
</metric〉 </rmi>
准入控制网关设备撤销高性能地址，停止公布高性能地址的路有，通过NNI向三层
软交换服务器确认。 <rmi〉
<customer id=〃BJ-a〃> //用户标识 </customer>
<ordei: id=〃12349〃> //流水号 </orde;r>
<metric name="commancl"〉 //指令 Confirm </metric> </rmi>
三层软交换服务器用UNI通知用户a，停止计费，费用为带宽X使用时长。 <uni>
<customer id=〃BJ-a〃> //用户标识 </customer>
<order icl=〃12348〃> 〃流水号 </oi:cier〉
<meti:ic name=〃command〃 > //指令 Stop
</metric> </uni>
3)北京的另一个高性能用户b申请高性能地址接收新加坡节点DVTS视频。此时，高性 能用户a已完成高性能通信。类似上述2)的UNI和NNI的通信过程，用户b可以得到供性能地址进行通信，如图7所示。此时，自治域AS4538的iBGP路由反射器对于三层 准入控制网关路由器邻居202.38.97.253 (高性能应用用户a)的高性能地址分配的条数为 0，但对202.38.35.34 (高性能应用用户b)的高性能地址分配的条数为1 (如图7 (a))。 自治域内的总路由条数为14156 (增加了 1条)(如图7 (b))，自治域AS4538发布到 TEIN2的总路由条数为203 (没有增加)(如图7 (c))。高性能地址段202.38.112.64/30 在自治域AS4538内出现，对应的下一跳为202.112.35.34 (如图7 (d))。由于使用高性能 地址，可以支持大于30Mbps的带宽，此时视频图像质量很好(如附件中图3)。
其中高性能地址分配给用户a和用户b相关路由表的变化清楚地表明了地址交换体系 结构的工作过程，三层软交换、三层准入控制网关路由器设备和动态地址用户终端所起的 作用。从图中可以看到普通地址的视频图像质量不能满足要求，而高性能地址的视频图像 质量很好。
权利要求
1.互联网地址交换方法，其特征在于，所述方法是在单个自治域内实施，或是在通信双方各自的自治域内按以下步骤实施步骤(1)初始化把互联网用户分设定为海量的普通用户和限量的若干类高性能用户，所述的高性能用户是指有服务质量和安全性等高性能服务需求的用户，用于该高性能需求的地址称为高性能地址，该高性能地址与应用服务需求参数邦定后，在网络中预留；在每个自治域内至少配置一台三层软交换服务器，在所述的高性能用户所在的子网配置三层准入控制网关路由器；为拟申请高性能应用服务的用户配置增强型动态地址用户终端；定义所述的高性能应用需求的参数，包括用户的对端通信客体所在的网络服务域，所需带宽，对应的业务量和包括所需要的延时、丢包率、抖动在内的服务质量指标；预留若干特定的高性能地址块并与特定的高性能需求(参数)相绑定；在三层软交换服务器上的地址数据库中预设所有高性能用户需要的高性能地址数，这是基于高性能用户的业务量和允许的呼损率、阻塞率以及路由政策计算得到的；所有高性能用户所需的高性能通信总带宽根据并发通信的高性能用户数和单一高性能网络通信的带宽需求得到的；在三层软交换服务器上的链路数据库中预设供所述高性能应用服务路由选择的跨域路由，并预留带宽；对所选择的跨域链路，把相应的高性能地址进行静态的、聚类的BGP路由公布；在本自治域内至少一台路由器上配置路由协议以便与本自治域内所有三层准入控制网关路由器建立邻居关系，使得在高性能地址动态分配给所述的三层准入控制网关路由器时，根据所述路由协议把此高性能地址对应的路由发布到本自治域内所有的路由器上；信令传输控制模块包括网络-网络信令接收或发送模块和用户-网络信令接收或发送模块，初始化所述模块，等待传输信令的调度控制，信令格式包括用户-网络信令包含有用户标识、流水号、用户本端普通地址、通信对端普通地址、用户本端高性能地址段、用户本次应用需求带宽、以及用户非正常退出等待时长和传输指令；网络-网络信令包含有用户标识、流水号、用户本端高性能地址段、最大带宽、以及用户非正常等待退出时长和传输指令；步骤(2)所述高性能用户依次按以下步骤申请使用高性能地址步骤(2.1)自治域X中的某一高性能用户a通过所述增强型动态地址终端向所述三层软交换服务器发出用户-网络信令UNI，提交申请与自治域Z中高性能用户h进行高性能通信；步骤(2.2)所述三层软交换服务器在验证用户a的身份无误，且此时该链路上用户数量也未达到设定的上限后，通过地址数据库选择一个高性能地址段动态分配给用户a，同时通过网络-网络信令NNI将包括了高性能网络地址段，最大带宽，非正常退出的等待时长在内的参数传送给所述的用户a所在子网的三层准入控制网关路由器；如果条件不符合，则拒绝用户a的请求；步骤(2.3)所述三层准入控制网关路由器把从三层软交换服务器得到动态分配的高性能地址配置到与所述高性能用户所在子网相连的设备接口上，并按最大允许的带宽对该接口进行流量限制；通过预先配好的与本自治域路由协议建立的所述邻居关系，把动态分配的所述高性能地址段的路由发布到路径上各个管理域中，同时启动非正常退出计时；步骤2.4所述三层准入控制网关路由器通知三层软交换服务器配置完成，三层软交换服务器通过计费数据库，准备对用户a进行计费(接收计费)；三层软交换服务器启动非正常退出计时；步骤(3)所述高性能用户a依次按以下步骤结束使用高性能应用服务步骤(3.1)所述高性能用户a通过所述用户-网络信令UNI通知三层软交换服务器该高性能应用服务结束；步骤(3.2)所述三层软交换服务器回收相应高性能地址，等待分配给下一个请求的用户使用，同时通过网络-网络信令NNI通知相应的所述三层准入控制网关路由器修改配置；步骤(3.3)所述三层准入控制网关路由器终止对应高性能地址的网络接口配置，流量控制配置和路由分发；步骤3.4三层软交换服务器停止计费，把基于对应于某类应用服务的单位时间带宽资源使用费和时间乘积的计费结果通知相应高性能用户，更新用户数据库，地址数据库和计费数据库，这一段高性能地址段释放出来，等待分配给下一个请求的用户(如b、c等)使用。
2. 根据权利要求1所述的互联网地址交换方法，其特征在于，在所述步骤(1)中为本自 治域内至少一台路由器配置路由协议的优先选择是内部边界网关协议iBGP，或外部边界 路由协议eBGP，或内部路由协议IGP。
3. 根据权利要求1所述的互联网地址交换方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述 高性能通信总带宽W >BXN， N为所述高性能用户数，B为单个高性能网络通信的带宽 需求。
4. 根据权利要求1所述的互联网地址交换方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，普通 地址单个流所能使用的最大带宽小于高性能地址所提供的带宽。
全文摘要
互联网地址交换方法属于计算机网络技术领域，其特征在于以现有的互联网协议为基础，把互联网用户分为海量普通用户和若干组高性能用户；普通用户使用现在的“尽力而为”的互联网服务模式不变，高性能用户在需要时配置专用高性能地址，使用“高质量”服务。本方法通过对高性能地址在自治域内的准入控制、动态分配、路由发布和带宽预留，域间的链路选择和带宽预留，以及按时计费，可以为不同用户提供不同服务。该发明有效地解决了目前互联网的服务质量(QoS)问题、网络安全问题和可持续发展经济模型等重大问题，可扩展性和稳定性很好。对于目前互联网中的无线技术、组播技术等其他重要技术领域的发展提供了新的体系结构支持。
文档编号H04L29/06GK101409689SQ200810227289
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者包丛笑, 星 李 申请人:清华大学