南京航空航天大学 硕士学位论文 基于OPNET的航空电信网IDRP协议研究与实现 姓名：王强 申请学位级别：硕士 专业：交通信息工程及控制 指导教师：周洁敏 20080201 南京航空航天大学硕士学位论文 I 摘 要 现在，随着民航业务的飞速发展，基于开放系统互联（OSI）模型的航空电 信网（ATN）逐渐显示出了它的不足。它不仅限制了 ATN 的容量及其进一步扩 展，而且也不能支持安全性、保密性和组播技术。由于 IP 技术的不断发展，ATN 网 IP 化成了当前发展的一大热点。但是由于 ATN 网络规模大，不可能在实际的 网络环境中进行实验，所以如何在实验室环境下仿真 ATN 网络及其协议成了研 究重点。基于这一背景，本文重点研究了基于 OPNET 的 IDRP 协议模型的建立 与实现。 首先，论文在分析 ATN 网络结构和基本的地址访问规则的基础上，重点研 究了 ATN 网络的路由协议（域间路由协议 IDRP） 。分析了 IDRP 协议的工作层 次，基本组成部分和工作原理，深入系统的分析了 IDRP 协议中关于建立连接的 BIS-BIS 协议、路由信息选择，汇聚和信息简化等概念，给出了三者之间协同工 作的模型，最后描述了 IDRP 协议对移动路由的支持。 论文还介绍了 OPNET 网络仿真软件的使用，并在这一平台上建立了 IDRP 协议的基本模型。本文将 IDRP 协议分成两个进程：根进程 idrp 和连接进程 idrp_conn，并且用两个有限状态自动机描述和实现了它们，完成了 IDRP 协议的 基本功能模型并在在 OPNET 软件中仿真了该模型。 实验表明该模型实现了 IDRP 路由协议的主要功能和用途。 关键字：关键字：航空电信网，路由协议，开放系统互联，IDRP，OPNET 航空电信网路由协议分析与研究 II ABSTRACT Now, as the rapid development of civil aviation, the deficiency of Aeronautical Telecommunication Network (ATN) based on the Open System Interconnection (OSI) model, becomes more and more obvious. It not only limits the capacity of ATN and its further improvement, but also cant support the security, privacy and multicast technology. Conversely, with the growth of IP technique, applying IP technique in ATN attracts more and more attentions over the world. However, because the ATN network is a large-scale network, and some related experiments cant be done on it, so how to simulate ATN network and its protocols in laboratory is becoming a hot point in this field. Due to this background，this paper mainly researchs how to build an IDRP protocol model based on OPNET. Combining with the anlysis of ATN network architecture and basic knowledge of naming and addressing, this paper has well researched the ATN routing protocol (Inter Domain Routing Protocol IDRP). It analyzes the working layer, basic component and principle of IDRP, and particularly researches the BIS-BIS protocol, IDRPs concept such as routing selection, aggregation, reduction, and send out the relationship of the above three concepts. At last, it describes the support of mobile routing. In the last part of this paper, it introduces the OPNET network simulation software, and gives the IDRP protocol model on this platform. This paper uses two processes to describe IDRP protocol. The first one is root process idrp, and the other is child process idrp_conn. Then, it describes and implements the two processes by the finite state machine (FSM). It gets the basic function of IDRP through this FSM. At last, the IDRP model is simulated in OPNET, and the result shows that the model achieves the funtions defined in IDRP protocol. Keywords: ATN, Routing Protocol, OSI, IDRP, OPNET 南京航空航天大学硕士学位论文 V 图 表 清 单 图 2.1 ATN 数据通信网组成.4 图 2.2 OSI 七层参考模型.4 图 2.3 ATN 网络层次模型.5 图 2.4 ATN 域结构模型.7 图 3.1 ATN 网络地址层次结构.10 图 3.2 ATN 层次模型与对象地址标识符映射关系.12 图 3.3 ATN NSAP 地址格式.14 图 3.4 ATN NSAP 地址和上层地址的关系.17 图 3.5 用于 ATN 数据链，AIDC 或者 AFTN/ATN A 类网关的应用层地址.17 图 3.6 基于 OID 模型的 ATN 应用层标识符命名树18 图 4.1 IDRP 协议抽象模型.20 图 4.2 IDRP 过程抽象模型.20 图 4.3 路由选择、汇聚和简化的方法模型28 图 4.4 简化的路由选择、汇聚和简化的方法模型30 图 4.5 网络地址及其前缀33 图 4.6 路由概念示例33 图 4.7 网络地址汇聚34 图 4.8 路由域联合35 图 4.9 移动路由示例36 图 4.10 ATN 岛内移动路由.38 图 4.11 ATN 岛间移动路由.39 图 4.12 采用中间路由域降低路由更新率41 图 5.1 IDRP 与 CLNP 的接口.44 图 5.2 IDRP 协议进程结构.45 图 5.3 idrp 根进程模型状态转换图.46 图 5.4 IDRP 连接进程模型状态转换图.47 图 5.5 Active 状态处理流程图.53 图 5.6 Data Arrvial 状态处理流程图.54 图 5.7 Update 状态处理模块流程图.55 图 5.8 Open Request 状态处理流程图.56 图 5.9 Open Confirm 状态处理流程图.57 图 5.10 Closed 状态处理流程图.58 图 5.11 Open_Sent 状态处理流程图.59 图 5.12 Open_Sent 状态下数据包流中断处理模块.60 图 5.13 Open_Rcvd 状态处理流程图.61 图 5.14 Open_Rcvd 状态下数据包流中断处理模块.62 图 5.15 Close Wait 状态处理流程图.63 图 5.16 Established 状态处理流程图.64 图 5.17 Established 状态下数据包流中断处理模块流程.65 图 5.18 子进程路由更新处理模块流程图66 航空电信网路由协议分析与研究 VI 图 5.19 网络环境拓扑图67 图 5.20 仿真参数设置68 图 5.21 CR42 与 CR10 之间路径示意图.69 图 5.22 网络链路使用状态图69 图 5.23 系统总体性能图表70 表 3.1 ATN 基本对象和标识符对照表.11 表 3.2 ATN 统一分配地址的对象.11 表 3.3 ATN NSAP 各字段定义.15 表 5.1 IDRP 根进程模型状态表.45 表 5.2 IDRP 根进程转移条件表.46 表 5.3 IDRP 连接进程事件种类表.47 表 5.4 IDRP 连接进程状态转移描述表.49 表 5.5 IDRP 连接进程转移条件表.51 南京航空航天大学硕士学位论文 VII 注 释 表 ADI Administrative Domain Identifier 管理域标识符 ADM Administrative Identifier 管理机构标识符 AE Application Entity 应用层实体 AFI Authority and Format Identifier 授权格式标识符 AINSC Aeronautical Industry Services Communication 航空工业服务通信 AMHS ATS Message Handling System ATS 信息处理系统 AMSS Aeronautical Mobile Satellite Service 航空移动卫星服务 AP Application Process 应用层进程 ARS Administrative Region Selector 管理地区选择符 ATC Air Traffic Control 空中交通控制 ATM Air Traffic Management 空中交通管理 ATN Aeronautical Telecommunication Network 航空电信网 ATS Air Traffic Services 空中交通服务 ATSC Air Traffic Service Communication 空中交通服务通信 BCD Binary Coded Decimal 二-十进制编码 BIS Boundary Intermediate System 边界中介系统 CLNP Connectionless-mode Network Protocol 面向无连接网络协议 CNS Communications, Navigation and Surveillance 通信，导航和监视 DCE Data Communications Equipment 数据通信设备 DNIC Data Network Identification Code 数据网络标识符编码 DSP Domain Specific Part 域描述部分 DTE Data Terminal Equipment 数据终端设备 ES End System 终端系统 FANS Future