IP网络生存性技术研究

【摘要】： IP路由(IP routing)通过路由器为网络内部或者网络间的节点之间建立了端到端的连接;IP路由具有很好的鲁棒性,具有在几乎任何类型网络故障的场景下自动地恢复连接的能力。 随着网络的演进,一方面以IP电话、视频会议、在线交易等为代表的实时应用日益繁荣,另一方面网络承载了更多的流量。在这样的背景下,对IP网络的故障处理能力提出更高的要求。 网络生存性研究网络在各种故障、攻击或意外事件的情况下,网络如何持续提供服务。关于网络生存性的研究已经有相当长的历史,随着网络的演进,生存性研究的重点也发生了变化。IP网络生存性作为网络生存性研究的一个子集,其研究开展的较晚,还有许多问题亟待解决,例如:目前仍然缺乏有效的IP网络生存性的评估模型;现有IP网络中的故障处理技术主要针对解决单链路故障的场景,同时在故障处理时缺乏对负载均衡和服务质量的支持;对于以多链路或者多节点故障为特征的极端环境的研究比较少。 本文围绕上述有待解决的问题,开展了以下研究: 1)提出了一种IP网络生存性评估模型:不同于传统的从拓扑角度评估网络生存性的方法,本文提出了一种基于性能的IP网络生存性评估模型,通过对收敛时间、流量模型以及节点间拥塞概率的综合考量,强调了网络在故障发生后动态调整其所承载流量的能力。 2)提出了一种网络故障快速处理技术:利用偏转路由技术实现对单个节点和单个链路故障的快速处理,并且能有效避免路由环路。 在此基础上探讨了在故障处理过程中对负载均衡和服务质量的支持;从宏观角度来讲,对生存性和流量工程以及服务质量技术进行了交叉研究,主要成果如下: (1)实现了故障处理后的负载均衡:在流量模式不确定情况下,提出一种基于遗传算法的链路权值的分配方法实现负载均衡;并将该分配方法应用到基于偏转路由的故障处理技术中,在实现故障的快速处理同时兼顾负载均衡。 (2)实现了对服务质量路由的故障处理:通过对基于偏转路由的故障处理技术的扩展实现对服务质量路由的支持,从而保证在故障发生后,恢复路径满足服务质量约束。 3)研究了极端环境下的故障处理技术,并提出了以下两种故障处理技术: (1)基于连通支配集的多链路故障处理技术:应用在节点可靠而链路不可靠的场景,通过连通支配集来将网络拓扑划分为两个部分;当网络拓扑发生变化时,通过对连通支配集的动态调整来处理极端环境下的并发多个链路故障。 (2)基于动态源路由的多链路多节点故障处理技术:应用在节点和链路均不可靠场景,通过类比无线自组织网络和极端环境下IP网络的相似性,采用动态源路由的方法发现并提供到目的节点的无环路路径,从而实现针对极端环境下的多链路和多节点故障的处理。