多拓扑路由技术应用于IP网络快速恢复的研究

【摘要】： 在因特网初期发展阶段,TCP/IP协议被设计为可保证报文的成功传输和按序投递,同时辅以重收敛技术用于当网络拓扑变化时确保路由的健壮性。在现实网络环境中,设备发生失效是不可避免的。在失效所触发的路由重收敛过程完成之前,由于全网路由器对于新的拓扑结构的认知不一致,会引发丢包、环路、延迟、拥塞等一系列问题。近年来诸如IPTV、IP电话、网络游戏等新型业务大量涌现,重收敛过程的速度已不能满足这些实时性业务的服务需求,因此研究路由快速恢复技术具有一定的意义和价值。 本文的研究对象是多拓扑路由(Multi-topology Routing,MTR)技术。MTR技术由互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force,IETF)提出,用于在IP网络中设备发生短时失效后快速恢复业务的传输路径。MTR的核心思想是:基于网络的物理拓扑创建一组逻辑拓扑,称为多拓扑(Multi-topology,MT)或备份拓扑,负责启动恢复操作的路由器选择可保护该失效的多拓扑,在此拓扑对应的路由表中查找下一跳,并将该拓扑编号写入数据包首部,其余路由器根据数据包携带的拓扑标识和目的地址进行路由转发。本文围绕这一技术,通过仿真评估相关的路由转发方案,研究并提出多拓扑生成算法,并将权重优化应用于解决路由恢复后的负载均衡问题。 第一章介绍网络设备失效的分布特征以及现有的IP网络路由恢复技术。在第二章中阐述MTR技术的基本原理及实现方案:首先介绍用于保护节点和保护链路的两类多拓扑,然后采用保护链路的多拓扑,对于全局和局部这两种业务路径的恢复方案,以及单次或升序这两种路由在拓扑间切换的策略分别进行对比分析。 基于现有技术方案,进行以下研究及改进:(1)多拓扑结构的设计。第三章首先介绍三种用于生成多拓扑的算法,然后针对双链路失效情形,提出一种可降低拓扑所需承载业务量的多拓扑生成算法。并以路径跳数及链路负载作为性能指标,对比算法性能;(2)多拓扑链路权重的优化。在第四章中首先提出用于求解多拓扑权重的整数线性规划(Integer Linear Programming,ILP)模型,然后结合遗传算法设计优化拓扑权重的方案,并测试对比了优化权重前后的链路利用率。 第五章介绍了使用OPNET工具搭建的仿真平台,第六章总结全文。