主动网络技术

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1、第六章 主动网络技术61 介绍611 提出DARPA 的1994-1995 网络未来发展方向。 希望把只有传输作用的网络提升为分布式计算环 境。612 相关研究Massachusetts Institute of Technology: ants;University of Pennsylvania: Switch Ware;Columbia University: NetSript;University of Arizona: Liquid ;62 基本思想621 传统网络的特点 传统网络只是将信息从一个端系统传送到另外 一个； 对网络计算的要求很低，包交换网络中仅仅处理报头，面向连接的网络

2、中只处理信令。622 传统网络的缺点 漫长的标准化过程，减缓了新业务进入市场的进程； 对客户化业务的支持较弱。623 主动网络的特点 网络本身具有计算能力； 可以在网络中传输程序代码； 网络中的直接处理传输中的用户数据； 用户可以将程序安装到网络中去，使结点能够根据具体用户和具体应用的要求来执行相应的 操作； 将被动的信息传输网络提升为一个分布式计算环境。624 主动网络的优点 在网络中的关键点上，可以实现与用户和应用 相关的功能，从而实现客户化业务； 由用户驱动新业务的出现。与由供应商驱动的标准化过程比较，大大缩短了新业务进入市场的时间； 与只能传输固定数据格式的传统网络比较，代码传输更易根

3、据用户的需求，来支持丰富的协 议。625 主动网络的分类6251 离散方法程序的装载和执行分离;由包头指定不同的程序来处理不同用户或不同应用的数据。6252 集成方法用密封囊代替传统网络中的包。密封囊：程序和数据。内部原语处理密封囊中的数据；外部方法访问临时执行环境以外的资源； 结果：输出其它密封囊；修改结点状态部件存储器图1主动结点的一种组成方案6. 2. 6公共模型与传统网络比较，在主动网络中，网络程序必须在底层网络中传输，并且能够装载 到各种平台中。 传统网络只需对包的语法结构和语义进 行标准化，而主动网需对计算模型进行标 准化。 公共模型：程序编码；公共原语；结点资源的表示 和分配。6

4、.2.6.1 程序编码要求：移动性：程序的传输和执行；安全性：控制程序对主动结点资源的访 问能力；高效性：在一般情况下，网络的性能不 能下降太多。程序移动的层次：源代码层：解释执行的一些Script语言， 如： Tcl, Perl 等。关键是 解释器正确。中间代码层：中间指令集和虚拟机；与平台有关的代码层：主要适用于频繁 应用的目标代码。6253 公共原语主动结点应该提供一组所有密封囊都 能访问的公共原语。分类：用来管理主动包自身的原语，如改变它的包头和净荷等； 用来访问结点环境的原语，如改变结点的路由表和结点状态等； 用来控制主动包传输的原语，如主动包的转发、拷贝和丢弃等6263 结点资源的

5、表示和分配为达到互操作的目的，主动包的编程者必须对资源有共同的理解，如资源是什么，如何 命名等； 从安全方面考虑，必须提供相应的机制用来 控制主动包程序对某些资源的访问能力。6.3 体系结构 结点体系结构用来定义所有结点都应该具有的能力主 动结点的重要组成部分，以及它们之间的界面； 主动网络的体系结构则关心一些全局问题，如寻址和 全局资源分配等。631 主动结点的结构执行环境结点操作系统结点操作系统： 为上层的执行环境提供一些公共的基本功能，如资源（传输、计算和存储）分配； 为执行环境屏蔽了底层的资源分配细节； 消除执行环境之间的相互影响。执行环境： 为程序的执行提供环境； 代表上层应用向结点

6、操作系统请求服务； 为应用屏蔽了结点操作系统的大部分细节。管理系统 控制结点的配置； 执行环境的安装和删除； 改变结点的策略库。632 包处理方法 执行环境请求结点操作系统创建通道； 根据包头的信息和一定的模式对包进行分类； 根据分类结果进行匹配，将包放入相应的通道。为提高服务质量，结点操作系统应该提供调度机制，用它来控制结点的计算资源和传输资源的分配。图6-3主动结点对包的处理过程6. 3. 2主动网封装协议（ANEP） ANEP的包头中，类型标识符域用来说明处理该包 的执行环境。类型标识符的指定；通用的执行环境的类型标识符。 错误控制。当主动包不能到达指定的执行环境（可 能由于该结点不支持

7、这种包或者结点资源不够） 时， 结点操作系统所执行的操作可以由用户通过 ANEP 头来决定。如可以丢弃包，转发包，也可以 发送一些错误信息。后面两种情况需要 ANEP 头中 至少包含一个结点操作系统可以解析的地址。安全管理。ANEP的“option”域为安全管理留下 了足够的空间。 分段和重组。当底层通道的 MTU 不能满足高层协 议的要求时，这种功能是必需的。634 执行环境 支持主动包程序运行的虚拟机； 主动网用户可访问的编程接口。执行环境文档 ： 执行环境的应用编程接口。用来定义应用程序 如何访问执行环境提供的服务； 执行环境处理的 ANEP 包类型； 对于那些允许用户预定资源的执行环境

8、，还应 该提供相应的方法，来确定处理各种包所需的 计算和存储资源。635 结点操作系统目标： 支持了多执行环境的存在； 提供了统一的底层功能。功能：实现通道；控制资源访问； 提供公共服务(如路由选择)。结点操作系统的三种资源：线程、内存和通道。通道类型： “主动”通道。这种通道与执行环境相连，用户可以用它们在执行环境和通信底层之间传输包；a)(b)图6-4主动和直通通道 “直通”通道。这种通道直接把包从输入设备转发到输出设备上，其间不经过任何执行环境 的处理。二者的不同作用：前者用于控制信息的传输，后者 用于相应的数据传输。636 接口 执行环境和结点操作系统之间的接口（主动结点供 应商和执行

9、环境开发者）；该界面是本地概念，不要求每个结点上的这类 界面都一致；如果所有的结点操作系统都能为执行环境提供一个标准的基本服务集（如：POSIX）,将会大 大方便执行环境的开发者。 执行环境和应用（用户）之间的接口（执行环境和 应用的开发者）；通用的与具体语言无关的服务（类似于 socket）； 由某种具体语言才可访问的界面（如 JAVA）。 管理接口。公共业务（如路由选择）的维护和管理。637 网络体系结构的设计思想资源保留机制；必须由用户和结点操作系统共同解释的信息； 为提高全局效率而引入的机制，主要是公共对象和 业务。6371 资源保留机制 主动结点中的资源类型： 传输带宽、计算能力和存

10、储器。保证执行环境和用户对资源的消耗是受限制的： 非故障性的资源浪费； 故障； 恶意破坏。6372 与执行环境无关的信息结点操作系统必须直接处理由最终用户提供的信 息：资源量化信息要求和安全信息。要求： 提供统一的语法和语义。6373 公共对象和业务每个执行环境都可以使用的对象，如路由表每个执行环境都需要的业务，如装载。6.4 主动网络工程主动网络最近突然发热的原因：网络用户的“拉”防火墙、WWW代理、多目传输路由器、移动代理等。特点：在网络中的结点上利用各种不同的方法执行用户所 需的计算，满足用户的各种不同的需求。用一种通用方法来代替目前的这些专用方法，使用户可以 对网络进行编程。 主动技术

11、的“推”：主动技术已经成功地用在端系统和端到端的网络层(Mobile Agent, Java, Compile on the fly 等)。641 ANTS6411 ANTS 协议体系结构目标： 网络结点必须同时支持能够提供不同业务的不同协议； 在新体系结构中，新协议的构造不需全局统一，只需相关结点保持一致； 支持动态协议配置。采取方法：用密封囊代替传统网络中的包；用主动结点代替传统网络中的路由器和端系统，主动结点执行密封囊中的代码，并维护相关状态； 代码分布机制保证将代码动态地、自动地传输到目 标结点。6412 协议和密封囊图6-5协议组成结构密封囊：其中包含一个功能引用，以调用处理该密封囊

12、的程序；代码组：相关密封囊类型的集合，代码分布的最小单位；协议：相关代码组的集合，密封囊结构：Protocol/capsule: 协议标识和密封囊类型；Shared header:对所有密封囊都相同的域;Rest of header:与密封囊类型相关的域；Payload:Protocol/ Capsulesharedheaderrest of headerpayload图6-6密封囊结构6413 主动结点作用：为协议的执行提供环境；为不同协议提供统一的网络视图； 控制单个协议对共享资源的访问； 保护网络不被协议破坏。实现： 一个基本原语集； 统一的执行模型。结点原语：主动结点的原语集决定了应用

13、所能调用的处理例程 环境访问：路由表，链路状态，本地时间；密封囊管理：访问密封囊的头和静荷；控制操作：密圭寸囊的创建、拷贝和丢弃等； 结点存储：管理应用定义的一些临时对象。 执行模型：总原则：计算的目的是更有效地通信；执行模型的重 点是支持通用的包前传机制，而不是普通意义上的计 算。特点：密封囊的前传例程由发送结点确定，在密封囊的传输 过程中不能修改；一个协议中的密封囊不能创建另外一个协议中的密 封囊；不需要所有的结点都执行特定的前传例程； 对用户定义的前传例程进行限制； 一个密封囊所能访问的数据由它所属的协议决定；6414 代码分布机制在可编程的基础设施中，需要将程序代码传输到需 要它的目标

14、结点。实现机制：每个密封囊中都包含相应的程序代码；程序被预先安装到所有的相关结点中； 按需装载和缓冲。 标识密封囊的类型和所属的协议，该信息 在传输过程中不可修改； 当密封囊到达主动结点时，检查协议代码向前一个结点发送下载应答，或者继续执行； 当一个结点收到下载请求时，要么发送下载应答，要么继续前传下载请求； 当收到下载请求时，首先对代码进行缓冲然后唤醒被挂起的密封囊。CapsuleRequestPreviousLoadingnodenode图6-6按需装载和代码组缓冲6415 原型实现主要构件：ClassKey MethodsNodeAddress, get, put,routefornod

15、e, delivertoappChannelsend, receive, nodeApplicationsend, receive, nodeCapsuleevaluate, length,encode, decodeNode Class 提供监护进程的运行代码；提供密封囊可以调用的代码Address: 路由选择；Get;put: 管理正在执行的协议可以访问的状态；Routerfornode :将密圭寸囊转发到指定的目标结点。Channel Class 提供与链路层的接口。Capsule ClassVirtual Class; Base Class用于创建具体的密封囊类型Application

16、 Class通过对该类的具体化，来创建应用 ANTS 服务的应用程 序；提供一个 API 集合：协议注册；将密封囊引入网络；密封囊的接收；642Switch Ware6421 三层体系结构主动包；主动扩展；安全的主动结点基础设施；利用三层体系结构在主动网的灵活性、安全性、可用性和效率等几方面进行权衡。图 6-7 Switch Ware Architecture6422 主动包组成：用可移动的程序（包括代码和数据）代替传统网络中的包； 代码可以按照用户的意图处理包头和数据，并且可以以更灵活的、用户可控制的方式访问主动结点环境； 主动包中的数据代替传统包中的数据，并且可以按照用户的意图进行组织；实

17、现：Switch Ware 用专用的语言 PLAN ( ProgrammingLanguage for Active Network )来实现主动包；强类型检查：只能通过严密定义的转换例程来进行类型转换；垃圾收集：避免公共地址空间中的相互干扰；内存释放；释放之后重新引用；模块控制：模块：功能和数据的集合；控制：可以根据不同的用户提供不同的功能和数据；动态装载：把网络中运行的程序代码装载到运行环境中，并执行相应的计算。执行效率；6423 主动扩展主动扩展部分可以动态装载，但不在网络中移动，它在固定的主动结点上运行；它利用主动包与其它结点上的相应部分进行通信，为主 动包提供基本功能；由于主动包中的

18、代码执行较为频繁，灵活性和效率要求较高，所以它的计算能力受到一定的限制，这一限制和 不足由主动扩展部分来弥补；由于需要时才调用这一部分，所以它可以采用较复杂的计算机制。如安全认证等；主动包和主动扩展部分联合来实现较复杂的协议，后者可以访问一些前者不能访问的资源；6424 主动结点基础设施目标：支持体系结构中高层的面向语言的模型，提供上层所需的安全基础； 为提高系统效率，把某些计算量提前到系统正式运行之前执行。方法：动态检查：由于操作频繁，粒度尽量小，速度尽量快；静态检查：在系统正式运行之前执行，粒度可以相对大，时间可以相对长； 提高系统性能：可以通过相对提高静态检查的代价来尽量降低动态检查的代

19、价。65主动网络应用651可靠的多目传输(Reliable Multicast)6511 MT 介绍图 6-8 MT 中的 NACK 爆炸问题： 发送者和网络的负载急剧增大； NACK爆炸。6512 主动网络的解决方法利用有计算能力的主动结点（路由器）来保护发送者和网络不受反馈信息和修正信息影响太多。 通过抑制重复的 NACK 来解决爆炸问题； 基于主动结点的本地恢复机制可以缩短恢复时间，并使主动结点分担重传负载；主动结点利用局部MT来限制重传数据的范围。6. 5. 1. 3 ARM协议 接收者检查到数据丢失后，发送NACK，发送者收到NACK 后，发送修正信息作为相应。数据丢失的检查：包编号

20、；最长等待时间。 中间（关键位置）的主动结点执行的操作：数据缓冲：缓冲可能进行重传的 MT 数据：收到 NACK 后，首先进行标识；然后检查缓冲区；NACK 融合和抑制：丢弃重复的NACK，对于每个MT子树，只上传一个NACK；局部 MT：只将修正信息发送给那些曾发送过NACK的结点；6.5.1.4 数据缓冲MT 包的格式group addresssource adresssequenee n umbereach TTLNACK eou nt6515 NACK 抑制主动结点缓冲的信息：NACK 记录：最大的NACK记数：抑制重复的NACK；订购信息：需要发送修正包的输出链路。REPAIR 记录

21、：在修正包被缓冲期间，已经发送过的输出链路；防止修正包正在传送期间，目标结点重新发送NACK。6516 局部重传根据订购信息，只将REPAIR包传输到曾经收到NACK的链路。652 主动智能网6521 智能网的基本思想：Telephone TelephoneTelephone Telephone图6-9传统智能网的体系结构6522 主动智能网目标：使业务逻辑尽量靠近服务用户，可以提到业务性能、减轻网络负 载，提高整个系统的可靠性。主动智能网的体系结构： 在每个传统的IN单元上增加密封囊分布机制，所有的相关实体组成密封囊分布环境； 为不对现有资源进行任何修改， SSP 的密封囊分 布机制迁移到与之相连的 ADJUNCT 上； 每个 ADJUNCT 上存在一个用于执行密封囊程 序的执行环境。业务逻辑的处理过程： 在 SCE 中创建业务逻辑，每个业务逻辑中可能包含一个或者多 个密封囊；SMS 从业务供应者结点下载业务业务逻辑，进行预配置后，安 装到相应的 SCP；图6-10主动智能网的体系机构当客户需要智能业务时，SSP向与之直接相连的ADJUNCT发送 请求，ADJUNCT检查自己的缓冲区，要么处理，要么向SCP请 求下载业务逻辑；6. 5. 2. 3基于代理的IN呼叫模型: