主动网络

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第9章 主动网络
9.1 主动网络简介 9.2 主动网络的体系结构
9.3 主动节点的封包协议
9.1 主动网络简介
9.1.1 主动网络的研究背景 9.1.2 主动网络的基本概念 9.1.3 主动网络的基本原理
9.1.1 主动网络的研究背景
主动网络的概念最早是美国国防部高级 研究计划署于1994—1995年提出的。 早期,国外AN技术研究组织主要有3家: DARPA AN研究组、IEEEP 1520工作组和IN研 究组。 DARPA AN研究组对AN的研究取得了丰硕 的成果:AN传输系统、SANT、SwitchWare和 AN编程语言,并建立了AN的试验床Abone。 IEEEP 1520工作组,其研究重点为AN API,旨在为第三方开发的增值服务提供便捷 的接口。 IN工作组将IN概念引入了AN。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9.2.3 主动网络中的通信机制
1.节点之间的通信
ANN之间的通信主要是指主动数据包的发 送与接收。
(1)数据包的转发
数据包的转发是通过通道(属于NOS)完 成的。 一些通道固定在某个EE上,通过使用这 些固定的通道可以在EE和支撑通信底层之间 发送数据。
(2)流动应用之间的通信
AN用户可以插入一些网络应用到ANN中, 这些应用在网络中可以流动。 严格地说,安装的应用本身不具有流动 性,此处所讲的流动性,是由于特殊的主动 数据包所引起的。
传统网络和主动网络的比较
比 较 点 传统网络 存储—转发 转发数据包 不提供 不支持 慢 主动网络 存储—计算—转发 执行代码—访问方法— 处理数据包 提供 支持 快
网络控制灵活性
系统模式 全网络运行效率 单节点运行效率

软件和硬件捆绑 差 好

软件和硬件分离 好 差
9.1.3 主动网络的基本原理
9.2.2 主动节点的体系结构
NOS通过固定的接口为EE提供服务。 多个EE可以同时运行在同一个ANN上。 EE为上层应用提供了各种各样的网络应 用接口。 所有的使用者通过EE来访问节点的资源。
每个节点有一个管理EE,它的功能包括: 维持节点安全策略数据库;装载新的EE或更 新和配置存在的EE;支持远程管理网络服务。 AA是一系列用户定义的程序,它透过EE 提供的网络应用接口API获取运行程序所需的 相关资源,实现特定的功能。
9.2.4 主动节点中的数据包处理
当一个数据包从物理链路到达时,它首 先被送到包分类器;包分类器根据数据包头 的信息以及各个输入通道在包分类器中注册 的包过滤规则。 决定将数据包发往哪个输入通道。 EE可以控制接收数据包的规则。 凡是报头中含有ANEP的都被认为是主动 包。
IP IP IP IP IP IPv4 IPv6 报文分类
(2)使用户参加的网络保护成为可能
生产商只需要生产带有用户希望的基本 功能并对网络语言有强大支持的设备,而设 备的扩展功能软件可以由用户自己来添加, 即向网络节点注入用户程序。
(3)提高了网络互操作性的抽象层次
ANN对不同的应用可实现不同的计算(也 就是执行不同的程序)。 网络层的互操作性是基于统一的编程和 计算模型。
AA 调用模块
资源管理模块
AC 请求 加载模块
代码服务器
安全检测模块
存储记录 模块
EE 请求 加载模块
仲裁模块
通信模块 数据链路层 (IP、 信包 Ethernet) 信包
图9-5 ANN处理流程
(3)安全检测模块
该模块负责整个系统的安全保证,
(4)EE请求加载模块
当发现解释主动信包的EE在本节点不存 在时,通过该模块请求从代码服务器中加载。
网络节点不仅具有分组路由的处理能力 而且能对分组的内容进行计算处理,使分组 在传送过程中可以被修改、存储或重定向。 AN的基本思想是将程序嵌入数据包,使 程序随数据包一起在网络上传输;网络的中 间节点运行数据包中的程序,利用中间节点 的计算能力,对数据包中的数据进行一定地 处理;然后根据用户定制的要求,决定数据 包转发方向或返回的数据包类型及其数据, 从而将传统网络中“存储一转发”的处理模 式改变为“存储一计算一转发”的处理模式。
其扩散方式可以像细胞分裂、流体扩散, 只要其中的一个节点有备份,它就能扩展; 当网上的站点、中间节点受到攻击时能自动 启动保护程序。
2.主动网络的优点
AN有以下优点。
(1)大大加快网络基础结构的更新步伐
任何新功能或新协议的开发都是编制新 的AN应用程序的过程。 这些新协议和功能的发布和应用也简化 到只是把程序代码发送到需要扩展这一功能 的节点上的过程。
(5)AC请求加载模块
当发现主动信包所指示的AC在本节点不 存在时,通过该模块请求从代码服务器中下 载。
(6)AA调用模块
EE调用相应的AA对信包加以处理。
(7)主动信包生成模块
该模块负责封装新的主动信包。
(8)存储记录模块
该模块记录在处理信包过程中的各种状 态变化、资源使用情况和AC等
(9)代码服务器
对于用户来说,AN可以动态地改变服务, 并按照特殊的应用对服务进行优化;对于业 务供应商来说,可以根据用户的需求动态地 引入新的协议,与此同时对原有系统的协议 没有任何影响;对于研究人员来说,动态可 编程的网络提供一个平台,用以在现有网络 上实现新的网络服务而不中断正常的网络服 务。
简单地说,AN是一种可编程的分组交换 网络,通过各种主动技术和移动计算技术, 使传统网络从被动的字节传送模式向更一般 化的网络计算模式转换。 具有智能的ANN可为不同的应用提供不同 的服务,例如根据线路状况寻找最佳路径, 根据不同的消息激活不同的处理,允许用户 按需创建自己的服务并分布到网络中去。 对网络服务和信息能自我复制,自我再 生,自我发展,自我保护。
CS负责提供必须的AA和EE。
(10)资源管理模块
该模块负责节点资源的分配、监视与管 理。
9.3 主动节点的封包协议
9.3.1 9.3.2 9.3.3 9.3.4
代码嵌入方式 智能包方案 主动节点封装协议 Active IP报文
封装是把程序和数据包捆绑在一起发送。
9.3.1 代码嵌入方式
第(a)种方法是将代码嵌入数据包中。 第(b)种方法是在包头中加入一个指针, 代码从一个已定义的代码服务器中取得。 第(c)种方法是装载事先由网络管理员 已加入到网络节点上的代码。
信包在同时包含主动路由器和传统路由 器的网络中传输的情况。
源站 主动 客户 用户 网络 IP 发送
主动 路由器
传统 路由器
主动 路由器
目的站 主动 客户 用户 网络
IP 主动 处理
IP 转发
IP 主动 处理
IP 发送
器件
器件
器件
器件
器件
图9-1 信包在包含主动路由器和传统路由器网络中的传输情况
9.2 主动网络的体系结构
应用 主动 节点 主动包 信道
应用
主动包 信道
主动 节点 应用
信道
IP 路由器
信道
主动 节点 应用
主动包
主动包
图9-2 典型的主动网络体系结构
AN的“主动性”主要体现在两个方面: 一方面,网络中介节点(路由器和交换机) 能对通过的数据流进行主动的处理工作;另 一方面,应用程序可以由主动包携带传送。
(8)灵活性非常好
任何用户的程序都可视为是对节点功能的扩 充。
3.主动网络存在的不足
在增大网络灵活性的同时也增加了网络 节点的计算开销; 中间节点处理大量信息使网络难以控制 和维护; 很容易受到代码的恶意攻击; 整个网络的行为很难得到保障。
4.传统网络和主动网络的比较
表9-1
传输模式 数据包处理机制 可编程接口 新业务动态加载 新业务适应性
需要进一步研究的重点有:①安全性; ②性能;③互操作性;④网络管理;⑤通信 协议;⑥AN与主动节点(ANN,AN Node)体 系结构及代码运行环境;⑦可编程的计算模 型;⑧ANN操作系统(OS,Operating System) 的设计与实现;⑨AN技术在互联网络上的应 用研究;⑩AN环境下的新概念、新技术和新 方法研究;AN平台的实现与评价;主动软件 的开发语言及编译器;具有跨平台解释能力 的语言模型;网络配置的主动控制机制及算 法;展示AN能力的中间件服务。
主动应用
AA1
AA2

AAn
主动网络 API
执行环境
EE1
EE2
ANTS
CANE

IPv4
IPv6 主动网络节点 管理 EE 操作系统编程接口
节点 操作系统
传输通道
内存池
线程池 硬件
文件
安全执行
策略库
图9-3 主动节点的体系结构
1.节点操作系统(NOS)
NOS为系统的正常运行提供CPU管理、存 储器管理、文件管理等资源管理功能。 NOS还为EE提供了一个固定接口。 NOS接口定义了6个抽象结构:线程池 (Thread Pool)、内存池(Memory pool)、 通道(Channels)、文件(Files)、流 (Plows)和安全执行机制。 前4个抽象结构定义节点资源(包括计算、 内存、带宽)如何为每一个流所使用。 每一个流拥有若干文件、若干通道、一 个线程池和一个内存池。
UDP UDP UDP
ANEP ANEP
EE1
IP IP IP
UDP ANEP UDP UDP ANEP
EE2 ANEP EE3 EE4 EE 处理
IP IP IP IP
输入通道处理
输出通道处理
调度和传输
图9-4 通过主动节点的报文流
在输出这一侧,EE将处理过的信包送入 输出通道。 一个完整的处理过程需要经过这些步骤: 链路输入、分类、输入协议处理、EE/AA处理、 输出协议处理、输出调度、链路输出。
9.1.2 主动网络的基本概念 1.主动网络的定义
AN有两个含义:一是被称为ANN的网络中 间节点(如路由器、交换机),不仅完成存 储转发等网络级的功能,而且可以对包含数 据和代码的所谓主动包和普通包进行计算; 具有计算能力的网络节点从网络设备接收数 据包后执行相应的程序,对该数据包进行处 理(如路由选择、数据合并、数据解包等), 然后将数据包发送给其他网络节点。 二是用户根据网络应用和服务的要求可 以对网络进行编程以完成这些计算。
AN的报文除了可访问临时EE中的所有数 据外,还可以通过以下3种方法访问外部资源。
(1)通过基本组件访问外部资源 (2)通过活动存储访问外部资源 (3)通过程序扩展访问外部资源
9.2.5 主动节点处理流程
(1)通信模块
负责接收/发送信包。
(2)仲裁模块
仲裁模块负责判别主动信包与非主动信 包。
主动信包 生成模块
AN使用一种可移动的程序代码替换现在 的IP报头,网络的中间节点提供一个运行环 境解释并执行数据包中携带的程序或利用其 携带的参数执行已在节点上的程序。 每个用户、每个包都可将特定的协议注 入协议栈,由此决定对数据包的具体操作处 理。 AN中包含许多连接网络的节点,这些网 络节点并不一定都是ANN。
2.执行环境
EE和下层的NOS接口为上层的AA层提供服
务。 EE是AN的AA在ANN上执行的一个临时环境。 EE为上层的AA层提供可编程的API或者一 种虚拟机。 利用EE可以方便地开发新的技术和协议, 普通用户也可以通过设计和开发自己的EE来 对网络编程。
3.主动应用
AA实现某种特定用户业务的可执行代码。 AA不仅是指位于传统网络中通常意义的 高层应用,更重要的是,它还涵盖了传送层、 网络层甚至是数据链路层中所设计的各种算 法、策略和协议等。
2.节点内部的通信
(1)EE与NOS间的通信
NOS和EE之间的通信接口并不影响传输线 路上的位流,且对末端用户不透明,但对ANN 是可见的。
(2)EE与AA间的通信
EE与AA间的通信接口是面向特定EE定义
的。
(3)EE之间的通信
EE之间的通信必须解决的问题是一个EE 发送的数据包必须能够被对方EE识别并解释
9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.2.5
主动网络的构成 主动节点的体系结构 主动网络中的通信机制 主动节点中的数据包处理 主动节点处理流程
9.2.1 主动网络的构成
这些节点具有IP路由器的基本功能和特 殊的主动性,即能够分解主动包,并为主动 程序提供运行环境。 主动包可携带用户定制的程序代码或指 定的代码标识符。
(4)提供功能强大的网络平台
软件和硬件分离允许第三方开发新的软
件。
(5)提供智能化网络管理
AN技术可以用来实现网络监视和事件过 滤的智能。
(6)可移动性
主动分组可以在ANN中移动,流经的ANN 可获取主动分组中的代码而执行。
(7)动态配置性
用户开发的新业务可以通过主动分组动态地 安装到被管设备。
相关文档
最新文档