基于MPLS的任意传输的优化与改进 毕业设计论文.doc
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1、毕 业 设 计设计题目 基于MPLS的任意传输的优化与改进 指导教师 姓 名 班 级 信息09(1)班 所在系(部) 信息技术系 2012年6 月 10 日浙江金融职业学院毕业设计开题报告姓名 班级信息091 班系部信息技术毕业设计题目基于MPLS的任意传输的优化与改进一、选题理由:在网络的发展过程中,运营商可能会因为需要提供不同的服务给不同的公司而建立几套不同的网络。例如:当需要给用户提供电话通信服务时会建立一套电路交换的网络;当需要给用户提供专用连接的时候会使用帧中继网络或者专线。在这样的情况下,运营商不得不同时维护几张重叠的网络,并且在目前以太网技术大行其道的情况下绝大部分运营商的骨干网
2、络都会采用高速的以太网技术。在这样的大情况下,如何充分利用历史遗留下来的网络基础设施便是一个需要考虑的问题。通过使用基于MPLS的任意传输功能,让运营商的骨干网络在以太网的基础上运行多协议标签交换来建立一个虚拟的隧道,之后便可以基于这个虚拟的隧道使得遗留的设备可以继续为用户提供服务。但目前的实现还存在着一些问题,如何能让运营商更方便的使用该功能以及如何修正目前存在的问题是非常重要的。二、拟实现的目标:要求实现利用运营商遗留网络资源为客户提供服务的工程,思索在实现过程中出现的不足;建立完善的解决方案,为客户提供高可靠、高可用的网络服务。同时还需要充分利用运营商新建立的网络设施,方便维护网络的正常
3、运行。三、综述与本设计相关的已有研究(设计)成果的综述:MPLS任意传输(AToM)是一个用于在IP或者MPLS骨干网上传输第二层流量的思科解决方案。AToM通过让IP/MPLS可以提供第二层和第三层服务,加强了IP/MPLS的可用性。AToM产品系列可以在多种不同的思科路由器平台上支持多种类型的第二层帧、PPP和HDLC,这些平台包括Cisco 12000系列路由器和Cisco 7600、7500和7200路由器。四、设计的主体框架与进度安排:主体框架:第一章:序论第二张:传统网络中的传输原理第三章:传统路由式网络的构建第四章:多协议标签交换第五章:基于MPLS的任意传输的优化与改进进度安排
4、:1、查找、阅读并整理资料,完成开题报告;2011.11.15-2011.11.25;2、完成系统和数据库分析和设计;2011.11.25-2012.2.25;3、实现各个系统模块的功能,编写文档;2012.2.25-2012.4.15;4、毕业设计文档的撰写、修改;2012.4.15-2012.5.31;5、毕业文档的定稿打印、评阅、验收、答辩;2012.6.1-2012.6.11。五、指导教师意见:该生对于所开课题进行了较为详细的课题调研,参考了许多文献。最后确定的课题具有一定的实用价值。本课题是该学生所学专业知识的延续,符合学生专业发展方向,对于提高学生的基本知识、技能和研究能力有益。研
5、究方法和研究计划基本合理,难度适合。学生能够在预定时间内完成该课题的设计。同意该课题开题。 签 章: 2011年11月 25 日六、教研室意见:该生在准备毕业设计过程中,大量查阅相关资料;灵活运用已学只是解决课题中遇到的问题。针对相关问题,通过案例结合本文内容,调理清楚。同意该课题开题。 签 章: 2011 年12月25日浙江金融职业学院 2012 届毕业设计任务书姓 名 专业信息安全技术指导教师 毕业设计题目基于MPLS的任意传输的优化与改进主要研究内容随着技术的不断革新,如何将网络发展过程中遗留下来的网络基础设施能够继续发挥它的余热。分析、研究现有的AToM部署,在网络可用性、可靠性、可扩
6、展性上有更好的提升。研究方法本文从网络可用性、可靠性、可扩展三个层次上进行改进。主要任务及目标网络优化的目标是寻找一种解决方案,优化AToM的部署;最大限度的简化部署过程中的步骤,并且提高网络的平均服务质量。从用户角度来看,网络优化的主要目标是保证客户的业务不间断运行,增强可靠性、可用性以及可扩展性。主要参考文献1美Wei Luo, Carlos pignataro. 第二层VPN体系结构.北京.人民邮电出版社.20062美Luc de Ghein. MPLS技术架构.北京.人民邮电出版社.20083美Jeff Doyle, Jennifer Carroll. TCP/IP路由技术(第一卷)(
7、第二版).北京.人民邮电出版社.20074美Jeff Doyle Jennifer DeHaven Carroll. TCP/IP路由技术(第二卷).北京.人民邮电出版社.2009进度安排1、查找、阅读并整理资料,完成开题报告;2011.11.15-2011.12.25;2、完成系统和数据库分析和设计;2011.11.25-2012.2.25;3、实现各个系统模块的功能,编写文档;2012.2.25-2012.4.15;4、毕业设计文档的撰写、修改;2012.4.15-2012.5.31;5、毕业文档的定稿打印、评阅、验收、答辩;2012.6.1-2012.6.11。 指导教师签字: 系(教研
8、室)负责人签字: 2011 年 12 月 25日基于MPLS的任意传输的优化与改进 内容摘要:在网络的发展过程中,运营商可能会因为需要提供不同的服务给不同的公司而建立几套不同的网络。但在目前以太网技术大行其道的情况下绝大部分运营商的骨干网络都会采用更高速的以太网技术作为发展趋势。通过使用基于MPLS的任意传输功能,运营商可以方便的在自己的骨干网络上为遗留网络设施之间建立隧道;使运营商在不加入任何投资的情况下为客户提供增值服务,增加收益。但由于MPLS和基于MPLS的任意传输自身的一些原因导致网络并不是那么高效的使用,本文针对这些问题提出了一些改进方案。使之能够在现有的条件下尽可能的优化网络中的
9、传输,达到使用的最佳效果。关键字:任意传输 多协议标签交换 MPLS目 录第 1 章 绪论1第 2 章 传统网络中的传输原理32.1 TCP/IP模型简介32.2 计算机之间通信的过程4第 3 章 传统路由式网络的构建93.1 传统网络的层次结构93.2 传统路由式网络的建立过程9第 4 章 多协议标签交换144.1 多协议标签交换的优点144.2 建立一个MPLS的网络154.3 基于MPLS的任意传输18第 5 章 基于MPLS的任意传输的优化与改进255.1 基于MPLS的任意传输总结255.2 Any Transport over MPLS的优化与改进26致 谢28参考文献29第 1
10、章 绪论计算机网发展至今,已经经历了四个历史阶段:第一代计算机网络:第一代计算机网络出现在20世纪50年代,它实际上是以单个计算机为中心的远程联机系统。在这种系统中,除了一台中心计算机,其余的终端不具备自主处理能力。这种网络也称为面向终端的计算机网络。第二代计算机网络:第二代计算机网络出现在20世纪60年代,典型代表是ARPANET。第二代计算机网络是多台主机通过通信线路连接起来的,它和以单台计算机为中心的远程联机系统的主要区别是,在这种网络中每台计算机都有独立的处理能力,在这些机器之间不存在主从关系。但是由于第二代计算机网络是由研究单位、大学等部门各自研制的,没有统一的网络体系结构,要把这些
11、计算机连接起来很难。第三代计算机网络:第三代计算机网络出现在20世纪70年代中期,在第二代计算机网络中相互通信的计算机之间需要高度的协调工作,而这种协调是非常复杂的,为了降低网络设计的复杂性,国际标准化组织(ISO)于1977年设立了专门的机构研究这个问题,并在不久后提出了一种使计算机互连的标准柜架-开放式系统互联参考模型(OSI)它把网络分成了七层,并且规定了每层的功能 。这种网络具有统一的网络体系结构,所以能够很方便地把不同的计算机连接起来。OSI参考模型的推出,意味着计算机网络发展到第三代。现在我们所使用的TCP/IP模型实质上是OSI七层网络模型的简化版,所在也属于第三代网络。第四代计
12、算机网络:第四代计算机网络在20世纪90年代开始,把各种网络技术融合在了一起,这代网络的特点是高速化和综合化。在这几代计算机网络发展的过程中,由于各种各样的应用需求催生出了许多的网络协议与物理设备。例如:当贝尔发明电话之后,人们为了和距离很远的人实时对话而开发出了电路交换的电话网络;为了让一个小范围内的计算机可以相互共享数据与资料,人们又开发出了以太网、令牌环网等等。由于这些应用的存在和一些历史遗留问题,通常情况下服务运营商为了满足客户的需求都需要同时运行多个网络。例如:当需要给用户提供电话通信服务时会建立一套基于电路交换的电话网络;当需要给用户提供二层的专用网络时会建立一套基于分组交换的帧中
13、继网络或者是以太网网络;当需要给用户提供Internet接入服务的时候又需要建立一套数据通信网络等等。在这样的情况下,服务运营商不得不同时维护这些重叠的网络,这对运营商来说是一个非常巨大的管理性开销;并且在当前以太网技术大行其道的环境下绝大多数运营商都会采用可以提供万兆甚至是4 万兆传输速率的以太网作为骨干网络的建设标准;那么如何充分利用历史遗留下来的网络基础设施便第一个需要考虑的问题。其次当运营商的骨干网络中为了确保冗余性而建立了大量的网络节点和线路,又由于传统的IP路由只会将去往某个目的地最优的路由作为设备转发IP数据包的依据,那么在拥有大量冗余链路的情况中只使用其中某一条链路是一种非常浪
14、费的情况,如何打破传统IP路由技术的缺陷便是第二个需要考虑的问题。为了解决上述的两个问题,我们就需要催生一种新的技术。一种能改变传统IP路由的局限性并且能让遗留的网络基础设施可以透明的在新型骨干网上传输数据的技术:Multiprotocol Label Switch多协议标签交换以及MPLS的高级应用Any Transport over MPLS基于MPLS的任意传输。首先使用MPLS(多协议标签交换)在骨干网络中铺设隧道,由于MPLS在OSI模型中定位与数据链路层和网络层之间,所以MPLS可以使用网络层所提供的路由服务,同时又可以使用下层协议来传输数据包。在MPLS环境中数据包不再依靠路由表
15、作为转发数据包的依据,相反MPLS将所有的路由条目映射成相应的标签,以标签作为转发数据包的依据来灵活调整数据包穿越骨干网络的路径。最后在骨干网络与遗留设备的边界使用既支持新型骨干网的技术又支持遗留设施技术的设备,让这两台设备之间利用MPLS事先建立的隧道来传输从遗留网络基础设施上的数据。这样就可以让运营商得到最大的资产保护充分遗留的网络基础设施继续为用户服务;同时又确保运营商内部网络的链路可以被充分的利用。第 2 章 传统网络中的传输原理2.1 TCP/IP模型简介计算机网络的主要目的就是让每个具有独立功能的计算能够相互连接在一起,从而进行资源的共享与数据的共享。但是在早起,各个计算机厂商对于
16、计算机之间通信都有自己的理解,从而导致两个厂商之间的计算机并不能相互通信。这给用户带来了非常大的困扰,一旦用户购买了一个厂商的计算机之后就只能终身使用该厂商的计算机。为了解决各个厂商之间计算机通信的障碍,国际化标准组织研发了开放系统互连模型。让各个厂商的计算机在通信的时候都遵守同一个规范,那么计算机之间的通信就不会那么的复杂了。这就好比刚开始一台计算机讲中文,而另一台计算机讲英文;当开放系统互联模型出现之后,规定大家在交流的时候都使用英文那么就不会存在无法沟通的情况出现了。在开放系统互连模型中,计算机的通信一共被分成了7个层次。每个层次都独立完成自己的任务互不相干,层次与层次之间通信的时候只需
17、要提供相关的结果即可。这7个层次从低到高分别为:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。但是在实际引用中引入这么多的层次会增加系统的复杂性,我们可以寻找到这7个层次中的共同性,将7个层次合并之后得出了网络史上最成功的模型:TCP/IP模型。在TCP/IP模型中只划分了4个层次,从低到高依次为:物理层(对应于OSI模型的物理层和数据链路层)英特网层(对应于OSI模型的网络层)主机到主机层(对应于OSI模型的传输层)应用层(对应于OSI模型的会话层、表示层、应用层)。虽然层次的划分上进行了相对的简化,但是实际过程中他们所完成的任务还是一样的。物理层完成信号的定义与数据链路上寻址
18、的规定。网络层完成端到端的寻址规定。传输层则提供数据包传输过程中的可靠与不可靠服务。应用层则用于将数据进行编码等等。2.2 计算机之间通信的过程计算机之间的通信实质上就是从源主机的TCP/IP模型的顶层处理到底层,然后在电缆上以二进制的方式被承载,到达目的主机的时候再从TCP/IP模型的底层处理到顶层的过程;在这个处理的过程中,两台计算机的每个TCP/IP模型的每一层都是对等的,相同的层之间能够相互的对话。如图2-1所示,这便是一个两台计算机之间通信的过程,源发送一个数据包给目的,然后目的立即响应一个数据包给源。图2-1 首先是地址为192.168.100.1的主机发送ICMP消息给地址为19
19、2.168.100.2的主机,之后则是一个相反的操作。实际的处理过程并没有那么的简单,在应用层中源计算机先要将需要发送的数据进行编码(在这里使用的是TELNET协议)以保证对端可以正确的识别,然后用源端口号和目的端口号作为相同应用的不同数据流之间的唯一区分,最后将数据流送到下一个层次操作。如图2-2和2-3所示。图2-2 地址为192.168.100.2的主机使用端口号23与地址为192.168.100.1端口号为31140的应用进行通信。真正通信的内容则保存在TELNET的编码中,即图中的Data:部分。图2-3 当地址192.168.100.1的主机收到该数据包之后,当它需要发送回应的数据
20、包时只是将收到的数据包中的源IP地址和源端口与目的IP地址和目的端口对换即可。传输层在接收到该数据流之后便会将其分段,在数据段上标明该层所使用的协议相关信息(在这里我们所用的是TCP协议),并且写入应用层通告的端口号作为反向操作时传输层应该将数据流送给那个应用的依据。之后,同样将该数据段继续送到下一个层次操作。如图2-4所示。图2-4 在传输层使用了TCP协议,使用了源端口和目的端口来区分同一组主机之间不同回话的通信。网络层在接收到该数据段之后便会将其打包,打上该数据包需要达到的目的IP地址和自己的源IP地址以及其他一些控制信息。并且同样会在数据包中标明这个数据包是从上层的那个协议传递下来的,
21、作为之后的反向操作时网络层应该将该数据包送还给那个上层协议的依据。之后,同样将该数据包继续送到下一个层次进行操作。如图2-5所示。图2-5 在网络层使用了IP协议,可以看见该数据包的源IP地址为192.168.100.2,目的IP地址为192.168.100.1,以及上层所使用的协议为TCP。最后,当物理层获取到该数据包的时候会将数据包封装成数据帧,并且写上在物理线路上传输时所需要使用到的物理地址(在这里为MAC地址),同时也写入一些控制信息再加上上层协议的类型最终就可以以二进制的电流传输到物理线缆之上。如图2-6所示。图2-6 在物理层使用了以太网2协议,同样可以看到源MAC地址和目的MAC
22、地址以及网络层采用了什么协议。以上便是计算机如何将需要传输的数据以标准的格式加载到线缆上的过程。当目的计算机收到该数据包的时候就对其进行反向操作。首先是物理层通过MAC地址检查该数据包是不是发送到这个节点上的,如果是则根据协议类型字段中的协议传送给网络层。网络层同样根据IP地址来判断该数据包是不是发送给这台计算机的,如果是再根据协议字段将其传送给传输层。传输层的TCP协议接收到该数据段的时候便会检查相关的端口信息,再将其上传给应用层。这样两台计算机之间的应用程序便可进行通行了。2.3端到端数据通信过程简介在前面两个小节中,粗略的介绍了连接在两个计算机之间通信时所遵循的规则,以及通信步骤的简要介
23、绍。那么当多个地点的计算机需要相互通信的时候会怎么样呢?当然我们可以在多个计算机之间用物理线缆相互连接,但是这样便会增加大量的开销。如图2-7所示。图2-7 如果计算机之间采用两两相连的方式,那么线缆的数量会因为计算机的增多而以指数级的方式增长。在最初人们引入了一种新设备路由器。人们将需要通信的计算机都与路由器相连(如图2-8所示),而路由器所需要做的工作就是让这些多个地点的计算机在TCP/IP模型的任意层次上都可以相互通信,从而让他们继续进行数据的共享。现在,虽然计算机之间的通信都需要经过路由器;但是这并没有给计算机带来多大的影响,因为路由器的存在对于计算机来说几乎是透明的。计算机所要做的事
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