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《北京邮电大学》 2010年
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基于“下一跳代价递减”准则的IP快速重路由方法研究

刘锦华  
【摘要】: 随着互联网所提供的丰富多彩的服务不断带给着人们惊喜,IP业务已悄然取代了传统的话音业务,成为了网络业务的主体。近年来,随着越来越多的实时性业务,诸如IP电话(VOIP)和基于流媒体的视频业务(YouTube)等皆赖以互联网的传送,人们对互联网的网络生存性提出了更高的要求。 本论文重点研究网络生存性问题,特别是对基于快速重路由方法的IP网络生存性问题。第一章就网络生存性研究的相关问题进行调研分析,从网络分层的视角重点总结和分析了SDH/SONET网络的生存性、自动交换光网络(ASON)生存性、纯IP网的网络生存性、MPLS网的网络生存性以及多层网络生存性等问题。 随着路由器处理能力的提升,IP网(互联网)生存性改进主要有2个方向,一是不改变目前无连接、分组、最短径转发的模式,而对相关路由协议进行“修补”,但在恢复时间和效率上效果欠佳;二是引入一层全新的具有面向连接能力的MPLS(多协议标记交换)层,利用MPLS增强生存性,这种方法代价较高,特别是运维成本较高。近来出现了两类方法--Valiant负载均衡方法和IP快速重路由方法,第二章对这两类方法的机理、局限性和改进方向进行了深入分析。同时借鉴公路网故障情况下的重选路策略,提出IP网络备选接口的选择可以参照最短径距离递减的思想。 公路网的许多特点与互联网类似,特别是其承载的个体都遵循“无连接、分组和独立最短径寻址”等基本特性。公路网在(道路或者路口)故障时,汽车(行人)会临时偏离原有的(最短径)路线,但是会遵循“方向不变”的原则,即其绕行后总是希望尽早回复到前往目的地的“方向”。借鉴到互联网上,那么什么是IP报文偏离最短径后绕行到目的地的“方向”? 本文提出的“下一跳代价递减”准则即为IP报文偏离最短径后绕行到目的地的“方向”。网络故障情况下,IP报文选择非最短径下一跳的节点时,只需遵循“下一跳代价递减”(NHCD:Next Hop Cost Decrease)准则,即此时相对偏射节点,接收被偏转IP报文的节点,到目的节点最短径上的下一跳节点的最短径代价递减,即可确保不会形成路由环路。 第三章提出了基于“下一跳代价递减”准则的IP重路由方法,它采用不同于RFC5286 LFA方法的新的无环路备选接口判定准则。文章给出了“下一跳代价递减”准则情况下不会形成路由环路的两种证明方法,并给出了基于“下一跳代价递减”准则生成备选接口的算法。 第四章对基于“下一跳代价递减”准则的IP快速重路由方法进行仿真,并与RFC5286的LFA方法进行了比较。虽然“下一跳代价递减”准则较LFA方法在故障覆盖率上略显不足(40%VS46.9%),但“下一跳代价递减”准则相对于LFA方法有如下的独特优势,有利于其在实际网络中快速部署,本文给出了相关的证明、算法、反例,得出: (1) NHCD可以统一处理链路失效和节点失效; (2) NHCD可以在网络中多点故障的情况下使用; (3) NHCD可以与多种判定准则混合使用(例如等价多路径ECMP),提升整体网络链路故障覆盖率; (4) NHCD计算复杂度要小于LFA方法。 特别是基于以上特性,NHCD准则可以在网络常态(非故障)拥塞时用来进行流量疏导,因而可以统一处理故障恢复和流量疏导;而且跟最短径转发一样,都由本地路由器根据路由协议自动处理,无需网管等人为处理。且这些部署可以逐步展开,即不需要一个网络中的所有路由器同时具备NHCD能力。 为此,第五章提出并重点分析了以基于“下一跳代价递减”准则的偏射机制为核心的备选接口协议(AIP), AIP可以统一处理快速重路由和快速流量疏导,给出了综合的无环路备选接口的选择规则、详细的备选接口算法、协议框架、处理流程及应用建议。 以下是本论文的主要创新性工作: (1)提出一种与RFC5286 LFA方法不同的适用于IP快速重路由的无环路备选接口判定准则—“下一跳代价递减准则”。证明了在“下一跳最短径转发”的约束条件下,“下一跳代价递减准则”能保证IP重路由时不形成路由环路,并与RFC5286的LFA方法进行深入对比和仿真。 (2)给出并证明了在“下一跳最短径转发”和“已偏射流量的节点不能接收其它节点的偏射流量”的约束条件下,“严格代价递减准则”和“下一跳代价递减准则”可以同时混合使用,并给出了通过Dijkstra最短径算法的扩展来生成的备选接口列表算法。 (3)提出了统一处理故障恢复和流量疏导的备选接口协议AIP,分析了通过人工配置生成备选接口的方法,同时设计了AIP协议细节和处理流程,给出应用建议。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN915.02

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