（通信与信息系统专业论文）网络接入服务器中点到点协议的实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 7 ， 、弋网络接入服务器作为一种远程接入设备，位于公用电话网和i p 州之间，负责 将众多的远程拨号用户接入口两，实现诸如远程拨号接入、组建拨号虚拟专网 ” ( v p d n ) 、构建企业内部i n t e m e t 等网络应用。随着互联网的日益普及，上网人 数、用户规模和i s p 、i c p 及i n t e r n e t 服务应用都迅速发展，电信运营商普遍 采用通过接入服务器解决拨号用户上网问题的解决方案一 u r 斯达康公司基于无线市话技术的无线网络接入服务器( r a s ) 为p h s 、p s t n ：和i s d n 用户提供数据传输业务。系统采用v x w o r k s 实时操作系统作为软件平台， 硬件采用m a p l e t r e e 公司的m t n 4 0 9 6 板和i n t e l 公司的z i a t e c h5 5 5 5 枫系统按照 一 功能组成可以分为四个功能模块：接入模块、通信模块、网管模块和认证、授税、 计费模块，各模块分别完成相对独立的功能。j 本文论述了r a s 无线网络接入服务器从背景、设计到实现的基本方案，研究 工作包括基于p h s 的无线网络接入服务器的可行催分析、总体方案结构设计和主 要通信协议( p i a f sv 2 1 、p p p 、m p 、r a d i u s 、s n m pv 2 、l 2 t p ) 的研究。 论文重点介绍了点到点协议的实现，讨论了作为接入服务器内核的点到点协 议的功能、模型和具体实现，分祈了一些关键技术。点到点协议使用有限状态机 进行描述，采用s d l 作形式验证。点到点协议按照功能分为p p pd a e m o n 和p p p d r i v e r 两部分，p p pd a e m o n 负责处理控制信息，根据接收到的命令与上下层进行 信息交互，完成p p p 链路的状态转换：p p pd r i v e r 负责处理数据信息，完成数据 信息的传输。 关键词：无线网| 笺棼入服务器逗9 ) 、无袅市话系统( p p 队p h s 互联网接大 彪憔徽 i 露睡颡氮j 。灞彭蠢j ；露疆露丁一一 华中科技大学硕士学位论文 ! ! ! ! _ _ o ! l - - _ _ l _ - o _ _ - _ - _ _ - _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ l - o - _ o - _ _ _ _ _ _ - - - _ _ _ _ _ o - - _ _ - _ l - _ l _ _ l - 一 a b s t r a c t a sak i n do fr e m o t ea c c e s sd e v i c e s ，“n e t w o r ka c c e s ss e r v e r ( n a s ) ”i sl o c a t e d b e t w e e nt h ep u b l i cs w i t c ht e l e p h o n en e t w o r ka n dt h ei pn e t w o r k i ti su s e dt oc o n n e c t n u m b e r so fr e m o t ed i a l i nu s e r si n t ot h ei pn e t w o r ka n di m p l e m e n t st h en e t w o r k a p p l i c a t i o n s ，s u c ha sa c c e s s i n g t h er e m o t ed i a l i n ，f o r m i n gv i r t u a lp r i v a t ed i a ln e t w o r k ；c o n s t r u c t i n g t h ei n t e r n e ti n s i d et h e c o r p o r a t i o n s w i t ht h e p o p u l a r i z a t i o n o ft h e i n t e r n e t ，t h en u m b e r so ft h eu s e r s ，t h es e r v i c e sa n da p p l i c a t i o n so fi s pa n di c pi s g r o w i n gr a p i d l y t h er e m o t ea c c e s ss e r v e r ( r a s ) b a s e do nt h ep e r s o n a lh a n d p h o n es y s t e mi sa p r o j e c to f t h eu t s t a r c o mc o m p a n y r a sp r o v i d e st h ed a t ac o m m u n i c a t i o n s e r v i c ef u r t h ep h s ，p s t na n di s d nu s e r si tu s e st h ev x w o r k s o p e r a t i n gs y s t e ma si t ss o f t w a r e p l a t f o r m t h eh a r d w a r eb s e st h em n t 4 0 9 6o ft h e m a p l e t r e ec o m p a n y a n d z i a t e c h 5 5 5 0o f t h ei n t e lc o m p a n yr a si sd i v i d e di n t of o u rm o d u l e s a c c o r d i n gt ot h e f u n c t i o n s ：a c c e s sm o d u l e ，c o m m u n i c a t i o nm o d u l e ，n e t w o r km a n a g e m e n tm o d u l ea n d t h ea u t h e n t i c a t i o n , a u t h o r i z a t i o n , a c c o u n t i n gm o d u l e ，w h i c hi s r e l a t i v e l yi n d e p e n d e n t f r o me a c ho t h e r t h eb a c k g r o u n d ，p r i n c i p l ea n dr e a l i z a t i o n p l a n o f ”r e m o t ea c c e s sn e t w o r k s e r v e r ”a r ed e s c r i b e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h em a i nt a s k so ft h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e r a s f e a s i b i l i t ya n a l y s i s ，a r c h i t e c t u r ed e s i g n ，a n dd e v e l o p m e n to n t h em a i np r o t o c o l s t h ep a p e rf o c u s e so nt h ep p pp r o t o c o l ，d e s c r i b e st h e f u n c t i o n ，m o d e la n d r e a l i z a t i o no f p p p p r o t o c o la n da n a l y s e ss o m ei m p o r t a n tt e c h n i q u e p p pu s e st h ef s m t od e s c r i b ea n dt h es d lt ov a l i d a t e a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o no f p p ei tc a nb ed i v i d e d i n t ot w op a r t s ：p p pd a e m o na n dp p pd r i v e r p p pd a e m o ni s r e s p o n s ef o rt h ec o n t r o l m e s s a g ea n dc o n t r o l st h es t a t ec h a n g eo ft h el i n kp p pd r i v e ri sr e s p o n s ef o rt h ed a t a m e s s a g ea n dc o m p l e t e s t h ed a t at r a n s m i s s i o n ， a f t e rd e t a i l e dt e s t ，t h er e a l i z a t i o no fp p pa c c o r d sw i t ht h et e s t s t a n d a r da n d a c h i e v e st h ed e s i g ng o a l k e y w o r d s ：r e m o t ea c c e s ss e r v e r ( r a s ) ，p e r s o n a lh a n d p h o n es y s t e mo h s ) ， p h si n t e m e ta c c e s sf o r u m s t a n d a r d ( p i a f s ) ，p o i n tt op o i n tp r o t o c o l ( p p p ) 捌翻峨滥& 菹速纛! 鎏蟊鬣酗i ； 瓤冀 tl；(f； 华中科技大学硕士学位论文 1绪论 1 1 网络接入服务器在国内外的现状 口技术的迅猛发展带来了全球信息产业的重大变革，也使人们的社会生活发 生了巨大变化。随着电子商务、远程教学、远程医疗和居家办公等各类网络应用 逐渐进入人们的现实生活，各种基于i p 的数据访问业务正在不断地增加。网上信 息查询、股票交易、电子商务等多种网上业务的蓬勃发展使网络的影响日益扩大， 各行各业的众多商家都无法忽视网络蕴含的无限商机，纷纷建立企业网站，发布 企业经营信息、产品介绍、最新新闻等。另外，随着企事业单位局域网络的普及， 对本地网络资源进行远程访问的需求也不断增大。 随着因特网在我国的迅猛发展，因特网用户迅速增加，这也给网络运营商提 出了越来越高的要求。如何解决因特网接入问题成为运营商需要考虑的一个重要 课题。鉴于我国因特网用户中有8 0 左右依靠拨号接入的现实情况，电信运营商 普遍采用通过接入服务器解决拨号用户的上网问题的解决方案，我国的接入服务 器市场迅速扩大。网络接入服务器( n e t w o r ka c c e s ss e r v e r ，简称n a s ) ，是一种 远程访问接入设备，它位于公用电话网p s t n i s d n 与口网之间，将拨号用户接 入i p 网，可以完成远程接入、实现拨号虚拟专网( v p d n ) 、构建企业内部网的 i n t r a n e 等网络应用，向拨号用户提供远程接入( d i a l u p ) 、多链路捆绑( m p ) 、 虚拟专网( v p n ) 等多种业务。它通过与a a a 服务器、w w w 服务器、d n s 服 务器和其他局域网配套设施一起，构成i s p 的本地服务站点【l j 。 根据有关部门的统计，我国占统治地位的电信运营商中国电信2 0 0 0 年接入服 务器的扩容已经达到2 0 0 万线的规模，这也使得接入服务器迅速成为网上应用最 为普及的一种数据产品。从我国市场的发展进程看，1 9 9 8 年以前，接入服务器基 本上是朗讯的天下；1 9 9 8 年，3 c o m 开始取得了一部分市场份额，同时，华为面 世的a 8 0 0 接入服务器开始大规模进入市场，并以其鲜明的特色和性能优势极大 地改变了市场的格局，从此国内厂商产品开始占据主导地位【2 】。 从整体上看，中国宽带接入市场虽然已经有了一个大规模的启动，但所针对 ；蕴溢激巍建盛遨菇 华中科技大学硕士学位论文 的客户将主要以商业用户为主，而面对增长迅速的个人上网用户，拨号上网和 1 s d n 上网将仍然是市场的主流：同时，因特网的发展要求运营商改变其过去的 营销模式，实现i s p 与i c p 的分离，建立公共接入平台将是运营商一个必然的选 择利用拨号服务器产品的优越性能来建立公共接入平台将为接入服务器产品提 供一个新的发展空间。因此，拨号上网的格局将不会改变。目前，网络接入服务 器呈现出以下的发展趋势：随着通信技术的发展，不同用户可以根据自身的条件 选择不同的网络接入手段，为此，符合现在和将来市场发展需要的接入服务器应 该有多种接入方式，支持x d s l 、f r a m er e l a y 、i s d n 和m o d e m 等；为方便用户 异地上网和集团用户建立私有网络的需要，接入服务器应当支持包括v p n 、 c a l l b a c k 和r o a m i n g 等在内的多种业务；从计费角度来看，由于i s p 是位于公网 和数据网之间，为此需要一套灵活的计费系统，要支持以时间、包长和包数等为 计费方法的多种计费方式；网管是直接面向用户的，国内市场中文的g u i 较受欢 迎，对于网元管理，多以s n i 恤协议为主，而对业务管理，要能支持r a d i u s 协议。 另一方面，随着移动通信系统的迅速发展，通过移动通信系统来实现i n t e r n e t 的无线接入，实现随时随地上网，是目前移动通信发展的一个主要趋势。但从目 前来看，g p r s 仅仅在部分国家德到普及，而由于技术等因素的影响，真正3 g 产品和服务的推出，还要再等一段的时间。当前，作为本地市话网的补充和延伸 的p h s ( p e r s o n a lh a n d p h o n es y s t e m ) 系统，使传统意义上的有线市话可以在网 络覆盖范围内随身携带使用，随时随地拨打市内、国内和国际电话，加之较低的 收费标准，使得p h s 业务得到了迅速发展【3 1 。 为了适应形势发展，实现利用p h s 系统进行数据通信，日本于1 9 9 6 年提出 了p h s 互联网接入论坛标准( p h si n t e r n e ta c c e s sf o r u ms t a n d a r d ，简称p i a f s ) ， 1 9 9 9 年又推出了支持6 4 k b p s 数据业务的p i a f s 协议。p i a f s 协议是位于数据链 路层的端到端协议，主要解决p h s 终端通过电信网接入i n t e r n e t 的问题。它采用 开放性设计概念，有完备的控制功能，与p p p 协议配合形成高质量的可靠数据通 道，能够支持3 2 k b p s 、6 4 k b p s 等多种数据传输速率和m o d e m 等，既可方便组成 2 甜：。舅渊黼罐滋纛疆鞫隧鍪滋赢叠瓣， 华中科技大学硕士学位论文 无线局域网用于移动办公，也可以方便地通过电信网接入i n t e r n e t h 。使用p h s 系统进行数据传输有着明显的优点：方便的上网方式、低廉的上网费用、6 4 k b p s 甚至更高的传输速率，这些都是使用当前其他移动通信系统上网所不可比拟的， 这使得p h s 数据通信业务在互联网无线接入领域占有重要地位：同时，无线通信 技术如动态信道处理( d c a ) 、帧同步和自适应天线等的发展也将进一步促进p h s 在未来的发展，p h s 将推出高于1 2 8 k b p s 的数据业务p l 。由于p h s 系统在无线 i n t e m e t 接入方面所表现出的巨大潜力，许多厂商都在进行基于p h s 的网络接入 服务器的研究和开发，如加拿大的e i c o n 网络公司，e i c o n n e t w o r k s 的d i v as e r v e r p r i 4 b r i 作为r a s 服务器的接入设备，可支持p i a f s l o 2 o 21 版本，从而最 终实现p h s 系统的无线i n t e m e t 接入功能。 对于网络接入服务器领域的组织者和管理者信息产业部而言，随着接入 服务器产品和市场的发展，相关技术标准和法规也逐步完善起来。2 0 0 0 年，由信 息产业部组织，信息产业部电信传输所、广东省邮电管理局、深圳市华为技术有 限公司共同起草了两个通信行业标准：网络接入服务器( n a s ) 技术规范和网 络接入服务器( n a s ) 测试方法，并于2 0 0 0 年9 月发布。这两个标准是网络接 入服务器设备标准，是参照国外同类产品标准、根据国际电信和计算机标准化组 织制定的相关标准并结合国内网络的实际情况制定的，是网络接入服务器设备研 制、开发、生产和测试入网的依据【1 1 1 6 1 。这两个行业标准的实施，对于我国接入 服务器系统的规范化建设、管理、研究开发和市场营销逐步走上正轨都有着重要 的意义。中兴z x i p l 0 a s 接入服务器于2 0 0 1 年初通过信息产业部数据通信产品 质量监督检测中心进行的严格入网测试，成为第一个根据信息产业部新制定的 网络接入服务器测试规范正式通过测试的产品，获得了信息产业部颁发的进 网许可证。 u t 斯达康公司作为国内主要的p h s 通信交换设备生产及研究企业，瞄准了 这一科研及市场热点，应该说具有独到的眼光。该系统是基于p h s 技术的无线网 络接入服务器( r e m o t e a c c e s s n e t w o r ks e r v e r ，简称r a s ) ，以i p a s 网关为基础， 按照网络接入服务器的相关协议和标准，并满足我国关于网络接入服务器技术要 3 。：磊戳纛 j 自；蠢氨，蠢。骗 华中科技大学硕士学位论文 求的条件下，完全自主设计和开发的。该系统能够实现p h s 、p s t n 和i s d n 三 种接入方式，可以支持多种业务承载和多种信令的接入方式，具有系统可靠性高、 组网方式灵活、操作维护方便等特点，它可以提供多种认证方式和完整的计费信 息，能够满足用户的各种应用需求。 1 2 网络接入服务器的功能和结构 网络接入服务器位于公用交换电话网与网的接口处，用户拨号通过交换机 经用户线或中继线接入网络接入服务器，其在通信网中所处位置如下图1 1 所示。 a a a 服 务器 图11 n a s 的网络连接图 根据信息产业部于2 0 0 0 年制定的网络接入服务器( nas ) 技术 规范，网络接入服务器的功能组成可归类为四大模块【1 1 ： 1 、接入功能模块 接入功能模块包括电话网侧的接口模块，分为p s t n 的接口模块和i s d n 的 接口模块；还包括口网一侧的接1 2 1 模块，包括l a n 接口模块和同步专线接i e i 摸 块，根据需要也可以采用f r 和a t m 接口模块。 2 、通信协议模块 接入服务器中包含众多通信协议，如电话网一侧通信协议( p p p ) 、i p 网一侧 4 i i ；v 叠；繇 r 谶 阶服器 k量凰叱 华中科技大学硕士学位论文 i i i l l 通信协议( t c p i p ，u d p ) 和v p d n 协议等。 3 、管理模块 网络接入服务器的管理控制模块包括三个功能模块：s n m p 代理功能模块、 t e l n e t 服务器功能模块和远端拨号监控功能模块，通过这三种不同的途径对网络 接入服务器进行控制管理。 4 、接入认证、授权、计费和统计模块 网络接入服务器中包含网络接入认证与授权模块、计费模块和统计模块。 除了上述四个主要的功能模块外，还有一些其它的模块诸如v p d n 模块、来 电指示模块和系统控制模块等。 1 3 本论文的主要工作 本文论述了r a s 无线网络接入服务器从背景、设计到实现的基本方案。论文 的研究工作包括基于p h s 的无线网络接入服务器的可行性分析、总体方案结构设 计、主要通信协议研究和接入服务器中点到点协议部分软件的开发。本论文的内 容安排如下： 第一章概述网络接入服务器的基本概念和国内外现状，分析了接入服务器在 网络中的位置，介绍本论文的主要工作； 第二章介绍k a s 无线网络接入服务器使用的软件和硬件平台以及系统的特 点和特色； 第三章介绍系统方案设计，分析接入服务器的功能要求、系统框架和需要支 持的主要通信协议； 第四章介绍点到点协议的实现，讨论了作为接入服务器内核的点到点协议的 功能、模型和具体实现，分析了系统的一些关键技术； 第五章对整个论文阶段的结论和展望，总结了在系统分析和开发过程中的经 验和测试结果，指出今后系统功能和性能改善的方向。 5 囊蓊慧麟蕊滋i 黧瓤 。器燃 华中科技大学硕士学位论文 2r a s 系统介绍 2 1 系统平台和环境 由于接入服务器对用户拨号接入处理的实时性要求强，运行可靠性高，控制 要准确及时，因此对软硬件的可靠性、实时性都需要作充分的考虑。在操作系统 的选择上，基于p h s 技术的无线网络接入服务器应该选择网络功能强大、使用抢 占式多任务机制的实时操作系统( r t o s ) ，同时兼容性、坚固性、可靠性、易维 护性以及能否提供良好的开发调试环境和其它支持也是至关重要。 r a s 系统采用了美国i m a g 工业公司的v x w o r k s 实时操作系统，它是具有工 业领导地位的高性能实时操作系统内核，具有先进的网络功能，其特点是： l 、可靠性 操作系统的用户希望在一个运行稳定、可以信赖的环境中工作，所以操作系 统的可靠性是用户首先要考虑的问题。而稳定性和可靠性一直是v x w o r k s 的一个 突出优点。自从对中国的销售解禁以来，v x w o r k s 以其良好的可靠性在中国赢得 了越来越多的用户。 2 、实时性 实时性是指能够在限定时间内执行完规定的功能并对外部的异步事件做出响 应的能力。实时性的强弱是以完成规定功能和做出响应时间的长短来衡量的。从 操作系统能否满足实时性要求来区分，可把操作系统分成分时操作系统和实时操 作系统。分时操作系统按照相等的时间片调度进程轮流运行，分时操作系统由调 度程序自动计算进程的优先级，而不是由用户控制进程的优先级。这样的系统无 法实时响应外部的异步事件。实时操作系统能够在限定的时间内执行完所规定的 功能，并能在限定的时间内对外部的异步事件做出响应。分时系统主要应用于科 学计算和一般实时性要求不高的场合。实时系统主要应用于过程控制、数据采集、 通信和多媒体信息处理等对时间敏感的场合。接入服务器面向的是广大的拨号上 网用户，必须要保证服务器的实时处理能力。在同样的硬件条件下，运行系统所 提供的是一个实时的还是个非实时的服务，是由操作系统来决定的。在硬件条 华中科技大学硕士学位论文 件确定之后，一个实时系统的性能好坏也是由操作系统决定的。v x w o r k s 的实时 性非常好，其系统本身的开销很小，进程调度、进程间通信，中断处理等系统公 用程序精练而有效，它们造成的延迟很短。v x w o r k s 提供的多任务机制中对任务 的控制采用了优先级抢占( p r e e m p t i v ep r i o r i t ys c h e d u l i n g ) 和轮转调度 ( r o u n d r o b i ns c h e d u l i n g ) 机制，也充分保证了可靠的实时性，使在同样的硬件 配最下能够满足更强的实时性要求，为应用的开发留下更大的余地1 7 】。 3 、可裁减性 用户在使用操作系统时，并不是操作系统中的每一个部件都要用到。例如图 形显示、文件系统以及一些设备驱动在某些嵌入系统中往往并不使用。而接入服 务器正是典型的嵌入式系统，为了节省存储器空间、提高运行效率，我们需要根 据自己的应用裁减操作系统。 4 、开放性考虑 v x w o r k s 有着较好的开放性。鉴于其拥有良好的声誉和众多的用户，众多第 三方厂商开发了基于v x w o r k s 的软件产品，包括：o s i ，s s 7 ，a t m ，f r a m er e l a y ， c o r b a ，i s d n ，x 2 5 ，c m 叫g d m o 、h 3 2 3 以及分布式网络管理等。因此，可 以根据需要购买一些感兴趣的第三方产品，从而缩短产品的开发周期，取得市场 先机。 v x w o r k s 的开发环境是w i n d r i v e r 公司提供的t o r n a d o 。t o r n a d o 采用主机目 标机开发方式，主机系统可采用运行s u ns o l a r i s 、h p u x 以及w i n 9 5 n t 的工作 站或个人计算机，v x w o r k s 则运行在i m e lx 8 6 、m c 6 8 k 、p o w e r p c 或s p a r c 等 处理器上。t o r n a d o 支持各种主机目标机连接方式，如以太网、串行线、在线仿 真器和r o m 仿真器等。 t o m a d o 的体系结构使得许多强有力的开发工具可以用于各种目标机系统和 各种主机目标机连接方式下，而不受制于目标机的资源和通信机制。同时 v x w o r k s 具有良好的可剪裁性，因此它适用于各种嵌入式环境的开发，小到资源 极其有限的个人手持式设备如p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) ；大到多处理机系 统，如v m e 系统。 鎏霜敞鬣瀛纛翁戳菇躺。 华中科技大学硕士学位论文 t o m a d o 可以提供一个直观的、可视化的并且用户可扩充的集成开发环境，极 大缩短开发周期。同时，由于t o r n a d o 是个完全的开放系统，使得集成第三方 开发工具变得十分容易。主机与目标机之间的通信是通过运行各自处理器上的代 理进程来完成的，使主机上的开发工具和目标机的操作系统可以完全脱离相互连 接的方式。为了摆脱主机目标机通信带宽和目标机资源的限制，t o r n a d o 将传统 的目标机一方的工具迁移到主机上，如s h e l l 、l o a d e r 和符号表等。这样，系统不 再需要额外的时间和带宽在主机和目标机之间交换信息，降低了对连接带宽的需 求，也避免了目标机的资源( 如内存) 被工具或符号表大量占用，使得应用程序 拥有更多的系统资源。同时这种迁移也使得各种主机开发工具独立于目标机存 在，从而使同一主机平台上的工具可以用于所有的目标机系统。作为一个应用软 件开发环境，t o r n a d o 提供了友好的可视化开发界面、交叉编译环境、源码级调 试工具、目标机命令解释器和目标机状态箍视器等多种应用工具，为应用软件开 发提供了一个高效而可靠的平台 7 1 。 2 2 系统硬件 r a s 系统的硬件采用了i n t e l 公司的z i a t e c h5 5 5 0 和m a p l e t r e e 公司的 m t n 4 0 9 6 。其中，z i a t e c h 负责信令处理，m t n 4 0 9 6 负责数据传输。 z i a t e c h5 5 5 0 的内部功能组成如图2l 所示。它使用c o m p a c t p c i 总线技术， 能够支持热插拔、双分割底板、冗余等功能和要求，主要用于具有高可用 性要求的电信网等领域。它使用p e n t i u m i i i 处理器，能够支持1 2 个c o m p a c t p c i 外围板，当和一块用作备板的z i a t e c h5 5 5 0 一起使用时，可以提供9 99 9 9 的可 靠性：能够支持的操作系统包括w i n d o w s n t 、l i n u x 和v x w o r k s 。 m t n 4 0 9 6 内置了h1 0 0 h 1 l o 和e t h e r n e t 接口，能够支持用户通过p h s 接入 所需的p i a f s 和p p p 协议等多种网络协议，提供从比特级到数据包级的完整的系 统解决方案，从而使电信业务网络化。 8 釜越隧酒敝溢曩i 谶惑“j 华中科技大学硕士学位论文 图2 1z i a t e e h 板内部功能图 r a s 系统的内部硬件结构如图2 2 所示。 一一一一一一一一 图2 2r a s 系统的内部硬件结构图 2 3 队s 系统的特点和优势 与其它厂家研制的接入服务器相比，r a s 无线网络接入服务器在研制和使用 上具备以下的特点和优势： 口基于软交换的体系结构，易于在下一代网络中作为媒体网关使用： 口使用z t5 5 5 0 和m t n 4 0 9 6 ，具有高的稳定性和处理能力； 口支持p i a f s v 2 1 协议，能够为无线市话用户提供6 4 k b p s 的数据传输速率， 并且上网方式简单，上网费用低廉； 套i 疆隧瓣溺曩l 藩壕囊塞、1 ji 蘸燕豢。 华中科技大学硕士学位论文 口 支持多链路p p p 协议( m u l t i l i n kp p p ) ，能够在p p p 中把多个物理链路捆 绑起来，以提高带宽。 口支持r a d i u s 协议，实现认证、授权和计费功能，实现c h a p 和p _ a p 两 种认证方式，能够以时间、包长和包数等为计费方法的多种计费方式。 口 基于w e b 的s n m p h t t p 网络管理系统：通过内置的h t t p 服务器和标 准的w e b 浏览器能实现对r - a s 系统的完全配置和控制。 a 支持第二层隧道协议( l a y e r2t u n n e l i n gp r o t o c o l ，简称l 2 t p 协议) ，实 现虚拟拨号专网( v 】，d n ) 的功能，使拨号用户可以利用特定的v p d n 域 名或者特定的号码通过接入服务器建立与i n t e r n i s t 的连接，本地接入 系统可以通过隧道技术访问企业的内部网络。v p d n 利用公网的传输特 性作为专网的延续，为用户节省了昂贵的长途通信费用【8 】。 口支持端口批发业务，接入服务器可以处理来自同。个中继群的不同被叫 号码( 相应于不同的i s p ) ，该业务适用于多个i s p 共用一个接入服务器 的场合川f 9 j f l 0 1 。 10 争赫 。弘 巍 华中科技大学硕士学位论文 3 1 r a $ 系统方案设计 3r a s 系统方案 31 1w a c o si p a s 系统结构 w a c o si p a s ( i p - b a s e dp e r s o n a la c c e s ss y s t e m ) 无线市话系统是u t 斯达康 公司采用功能强大的软交换体系结构、多协议网关及口信令网络，在市话交换、 传输技术和p h s w l l 无线环路技术的基础上发展起来的本地个人手持电话系统， 它能够满足用户对现有各种通信业务和不断增长的增值业务的需求。 i p a s 系统由三个子系统构成，即i p a s 网关( g a t e w a y ) 、无线接入子系统( w a s ， 由基站控制器和基站构成) 及i p a s 运行支持系统( o s s ) ，系统组成如图31 所 7 斤： 图3 1i p a s 系统结构图 r p ：基站 r p c ：基站控制器 t s ：事务处理服务器( 漫游、认证及路由选择等) 核心网系统包括i p a s 网关和事务处理服务器：i p a s 网关负责完成s s 7 l1 螽蕊毫奢 ? 嚣勰 华中科技大学硕士学位论文 ( t u p i s u p ) 、q9 3 1 、v 5x 、s n s p 等协议及协议间的相互转换，实现本地交换、 基本呼叫处理、漫游及越区切换，同时与综合运行支持系统配合，完成系统控制 及管理；事务处理服务器负责完成认证和授权、无线用户的漫游处理、计费c d r 数据处理和路由选择。接入子系统包括无线接入和有线接入两部分：无线接入子 系统能够支持p h s 手机及圃定用户单元的无线接入、r c rs t d 一2 8 空中接口、网 络层q9 3 1 协议、漫游与越区切换，每个r p c 可控制3 2 个r p ；有线接入子系统 能够支持传统p o t s 业务、v 5x 协议、i s d nb r i 业务和i s d np r i 业务。 p h s 手机在进行语音传输时，发出的无线信号由基站及基站控制器接收并进 行中继处理，传送到i p a s 网关，由i p a s 网关完成信令处理和话音接续，这就使 得i p a s 用户既可以和其他p h s 用户进行通信，也可以接入到p s t n 。 、v a c o si p a s 无线市话解决方案将无线接入概念创新地运用于传统的p s t n 网络，着重解决了个人通信中的移动性问题。同时，w a c o s 是面向口网设计的 新一代软交换系统，通过采用功能强大的软交换体系结构、多协议网关及碑信令 网络，可升级为全口的多业务网络，即信令与承载都通过口网络传输，不仅满 足了用户对现有各种通信业务及不断增长的增值业务的需求，还为向未来通信网 络的发展与演迸铺平了道路 1 j 】f 】2 j f l 3 j 。 312r a s 系统方案 i p a s 网关实现了p h s 和p s t n 的接口，p h s 用户可以通过i p a s 网关实现语 音通信。p i a f s 协议是p h s 实现数据通信的数据链路层协议，拨号上网可以有以 下几种网络结构：由i p a s 网关实现p i a f s 协议转换；由i s p 实现p 1 a f s 协议； 由i p a s 网关实现p i a f s 和p p p 协议。考虑到实现的复杂性和接口的通用性，r a s 系统采用了第三种方案。在这一网络结构方案中，p i a f s 协议和p p p 协议均在 d t e ( 计算机) 和r a s 网关之间运行。i p a s 网关到i s p 之间的通信协议为t c p i p 协议。这种结构使系统可以扩充，无论按p i a f s v 2l 版本规定的6 4 k b p s 数 据速率，还是按将来的1 2 8 k b p s 甚至更高速率，均能满足需要1 1 4 1 。 当用户拨号上网时，首先拨打i s p 的接入号码，i p a s 网关对接入号码进行分 析后，将用户接入r a s 网关，由r a s 完成与用户之间的p i a f s 协议和p p p 协议 l2 拶撇潮篮避；i ；l | 邀蓬溢翻瓯蕴 华中科技大学硕士学位论文 的协商，建立点到点的数据通信链路。各种用户资源( 如用户权限、分配给用户 的口地址等) 则由i s p 的r a d i u s 服务器来提供，r a s 与i s p 之间使用u d p 协 议进行通信。同时，r a s 也能够支持普通的p s t n 和i s d n 用户的接入。r a s 的 网络结构和网络协议栈分别如图3 2 和图3 3 所示。 用户终墙 圈3 2r i s 一络结构圈 l 膏层 l a s is p 一络层 一碧层一缮层 p p p p p p p i f s 盏持t 摩层 教据甓路层 p i p s i协囊晨 蜘理屠e t h e g - n e t物理雇 。 i1il 图3 3r s 同络协议栈墨 3 1 3 r a s 系统的体系结构 g a s 按照功能组成可以分为四个功能模块：接入模块、通信模块、网管模块 和认证、授权、计费模块，r a s 系统的整体框架如图3 4 所示； 1 ) 接入模块 接入模块包括电话网一侧的接口和m 网一侧的接口。 在电话网一侧，r a s 系统可以支持p s t n 、i s d n 和p h s 接口方式，这主要 是由c s p m 、r m m 和i p a s 网关中的b c p 模块来实现的。当用户拨号接入时， b c p 进行号码分析后，将用户接入r a s 系统，由c s p m 处理用户的呼叫请求， 将用户请求接入的i s p 号码传递给r m m ，由r m m 通过p p p 向m t n 4 0 9 6 为用 户申请一个接入的物理端口。 在口网一侧，可以分为l a n 接口模块和同步专线接口模块，这是由p r i v a t e i p 13 嚣i 谶鑫熬 i 豢；瓣懑 | | _ 纛蘧；l ： 华中科技大学硕士学位论文 s t a c k 来实现的，它负责向以太网发送由p p p d r i v e r 转交的来自用户的i p 包，接 收来自以太网的口包并发送给p p pd r i v e r 或者转发给v x w o r k s 的口协议站。 2 ) 通信模块 通信模块主要包括电话网一侧的通信协议( p i a f s 协议和p p p 协议) 、i p 网 一侧的通信协议( t c p i p ，u d p ) ，以及虚拟专用网使用的v p d n 协议。p i a f s 协议为p p p 和上层提供可靠的传输通道，由m t n 4 0 9 6 和m t nd r i v e r 完成；p p p 协议是由p p p 模块来完成的，包括p p pd a e m o n 和p p pd r i v e r ，它负责链路的建 立、维护和拆除，以及数据的传输。p u s 协议和p p p 协议是r a s 系统的基础。 圈3 4g a s 系统的体系结构圈 n m s ：网络管理服务器( n e t w o r km a n a g e m e n ts e r v e r ) c s p m ：基本信令处理模块( c o m m o ns i g n a lp r o c e s s i n gm o d u l e ) r m m ：资源管理模块( r e s o u r c em a n a g e m e n tm o d u l e ) n m s ： 网管中心； n m s a g e n t ：网管代理； r a d i u sc l i e n t ：r a d i u s 用户端 r a d i u sc l i e n ta g e n t ：r a d i u s 用户端代理 l4 ；凝i 纛：，t 。鬣戚：嚣蕊蠢 华中科技大学硕士学位论文 v p d n ：拨号虚拟专网模块( v i r t u a lp r i v a t ed i a l i nn e t w o r k ) ； p r i 、a t ei ps t a c k ：私有i p 协议栈模块： m t nd r i v e r ：m t n 4 0 9 6 适配模块； 3 ) n 管模块 网管模块包括n m s 和n m sa g e n t 。接入服务器通过简单网络管理协议 ( s n m p ) 接受i p 网网管的管理，包括配置管理、性能管理、故障管理和安全管 理。接入服务器内部的n m 5a g e n t 模块负责与n - m s 之间的通信、接收接入服务 器的相应信息并负责维护m i b 库。 4 ) 认证、授权、计费模块 接入服务器可以使用握手认证协议( c h a p ) 或者密码认证协议( p a p ) 对拨 号用户进行身份认证，然后使用r a d i u s 协议向r a d i u s 服务器发送认证请求， 根据从r a d i u s 服务器得到的认证结果和授权信息，接入服务器授予用户接入的 权限并进行计费或者断开链路。 r a s 系统的建立和基本呼叫处理过程为： 在操作系统初始化过程中完成r a s 系统的初始化： r a s 通过n m s a g e n t 从n m s 处得到r a s 系统中各个模块的配置信息； 当用户拨号进入时，c s p m 处理用户的接入请求并为其分配一个时隙，同时， c s p m 将时隙号和被叫号码传递给r m m ； r m i v i 根据被叫号码得到要求接入的i s p 的d ，如果该i s p 有可用的资源， 调用p p p a l l o c 请求p p pd r i v e r 逻辑资源和m a p l e t r e e 板的物理资源。当p p p d r i v e r 成功地为拨号用户分配资源后，将得到的p p p 逻辑端口号和m a p l e t r e e 板的物理端口号发送给r m 2 v l 。r m l v l 将m a p l e t r e e 板的物理端口号发送给 c s p m ，将p p p 逻辑端口号和i s p 的d 发送给p p p d a e m o n ： p p p d a e m o n 打开p p p 端口； m t n d r i v e r 收到拨号用户的链接请求后，将数据包发送给p p pd r i v e r ，由p p p d r i v e r 转交给p p p d a e m o n ，开始p p p 协议的协商； 当p p p 协议协商完成之后，p p pd a e m o n 将协商结果通知p r i v a t ei ps t a c k ，此 i | | | ；酒戳麓藏蕊垂纛蕊旋；。 华中科技大学硕士学位论文 _ - l _ - _ - l - i l - l l l - _ l _ _ _ _ _ _ _ _ l _ - l _ _ _ _ - - _ _ - _ - l _ _ i _ _ _ - - - l