[发明专利]一种宽带网络接入及流量管理调度系统

说明书

技术领域

本发明属于网络接入及流量控制领域，特别是涉及一种宽带网络的接入及流量管理调度系统。

技术背景

目前校园网或者宽带小区普遍采用固定IP或DHCP上网方式，采用固定IP上网方式管理困难，用户自行设置更改自己的IP地址都会造成管理上的麻烦，恶意用户甚至可以自己更改网卡的MAC地址，盗用其他用户的服务。如果采用DHCP上网方式，一方面DHCP协议存在着较多的广播开销，对于用户量较多的大型以太交换网络，采用DHCP同样会造成配置和管理上的困难，并且不能对用户进行流量整形和计费服务策略不灵活。

市场上有专门针对负载均衡的流量调度服务器、宽带网络接入服务器、计费网关和防火墙，它们各自能实现某一特定功能，但不能整合起来统一给整个校园网或者宽带小区提供一套完整的解决方案，而且这几种产品的价格非常昂贵，建网成本高。

国际和国内还没有基于加权多路径流量调度管理的硬件产品，现有的硬件接入产品并不具备针对并发连接控制和基于角色的个性化流量控制与分配功能，因此在实际网络管理中缺乏有效的管理技术手段，国内各大运营商甚至酝酿流量计费方案以应对日益突出的非法并机、BT滥用和网络病毒问题。

电信网技术2002年02期刊载Hammer10000IP DSLAM ADSL/VDSL是能提供上千兆上行通道，支持多达4096个标准的802.1Q Vlan的大容量网络宽带接入设备，但文章中并没有提及该产品具有支持多个出口线路，具有多路径网络流量负载平衡功能，也并未提及基于角色的队列管理和带宽分配等特性。

华为公司专利公开号1553691提出了一个大容量宽带接入方法，支持4000个以上宽带用户，支持Radius认证，可以保存各上网用户的详细资料，并对其进行灵活的计费；但该发明中没有提及包处理速率是否达到或超过300mb/s，也未见具有多路径网络流量负载平衡功能的论述。

软件学报2005年03期Linux环境下路由器中的网络带宽管理提出了一种新颖的网络带宽管理机制，它通过调度网络协议处理所占用的CPU时间来实现带宽管理，从而提供更好的流量隔离，并且能够有效地节省用于网络处理的CPU资源.它的侧重点与本项目这种支持多个出口线路，具有多路径网络流量负载均衡功能的宽带接入调度器是不同的。

计算机与网络2003(9)-56-59一文中多服务器系统中动态负载平衡模型的研究与应用介绍了多服务器技术和负载平衡技术，讨论了多服务器系统中基于网络流量的动态负载平衡模型，而本项目所研究的接入调度器能够进行大规模的IP分组重组的并行化计算，解决大型宽带网络的大量用户接入。

国外有F5流量调度器，能都实现动态的负载均衡，效果很好，但价格昂贵，且只具有负载均衡功能，不能处理多路径加权线路流量体系，不适合我国国情和国内信息化建设的需求。

教育部查新报告2005207结论：国内有大容量的通过单台堆叠接入方法并支持4000个或者8000个以上宽带用户的文献报道，但未见单台接入管理器达1500个用户及以上的报道，未见有包处理速率是否达到或者超过300mb/s的内容报道。国内有多路径网络流量负载平衡技术算法和模型的研究的文献报道，但未见有基于多路径流量调度管理器的硬件产品的内容报道。国内有具有流量控制，认证计费，安全管理和检测功能的各种网络接入设备的报道，但未见有将这几种功能集成在一起的硬件产品的报道。国内未见针对并发连接控制和基于角色的个性化流量控制与分配功能的硬件产品的内容报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供同时包括了流量均衡、计费认证、网络接入、防火墙等四种功能于一体的宽带网络接入及流量管理调度系统，特别是应用于高校和各种计费政策的宽带小区中。

为了实现上述发明目的，采用的技术方案如下：

一种宽带网络接入及流量管理调度系统，包括核心处理模块、数据链路层处理模块、网络层处理模块及管理模块，并通过IP分组重组的多级并行化进行网络地址转换，实现多用户的并发连接控制及基于角色的带宽分配，使得接入服务器多链路出口间的流量负载平衡。

上述技术方案中，所述IP分组重组的多级并行化具体包括如下步骤：

(1)实现集群并行计算IP分组重组，将每个计算节点用一个运行FreeBSD系统的对称多处理SMP计算机组成的集群来替代，计算节点之间通过集群通信环境MPICH实现并行计算IP分组重组；

(2)基于MPICH共享存储的二级并行，在节点内使用MPICH的共享内存机制，在节点间使用MPICH的消息通信；