基于IPv6的网络带宽测量研究

【摘要】：IPv6与IPv4相比,由于有丰富的IP地址等诸多优点,已经成为了世界各国构建下一代互联网的核心协议。中国作为IPv6技术重要的研究和推动国家之一,已经于2004底建成了目前世界上规模最大的采用纯IPv6技术的下一代互联网主干网-CERNET2。CERNET2主干网以2.5Gbps-10Gbps传输带宽连接全国20个主要城市的25个核心节点,实现了全国100余所高校和科研机构的下一代互联网IPv6的高速接入。 网络带宽资源是衡量互联网络应用和发展程度的一个十分的重要指标,也是网络最基本、最重要的性能指标之一。无论是在IPv4还是在IPv6网络中,都受到人们的普遍关注。它不仅是政府制订网络信息资源发展策略的重要依据,也是互联网用户和单位选择互联网接入服务商的主要因素。研究带宽测量技术及其算法,对于网络流量控制机制的改进、动态网络资源的管理、路由协议的开发、网络的效率的提高、网络应用程序的开发和网络负载均衡的实现等都具有重大的意义。 本论文首先简要的介绍了网络带宽测量的现状、测量方法以及网络带宽的相关定义,然后深入分析了网络带宽测量的基本原理,对网络带宽测量的单包、包对、多包模型进行了研究,分析了它们的测量原理及特点,并指出了现有测量算法各自存在的不足,即:测量的模型过于理想化,与实际状况相差较大;注入网络的测量包对网络性能造成了比较严重的负面影响;忽略了实际存在的链路层协议和时间偏差对带宽测量的影响等等。 鉴于现有的带宽测量算法存在的不足,同时考虑到IPv4 网络在向IPv6 网络平滑过渡过程中广泛使用的隧道机制等特点,本论文在包对带宽测量算法的基础上,提出了基于不等长包对的减法单程带宽测量改进算法,并引入了网络时间协议就单程测量过程中时间同步的问题进行了控制。同时,本论文在深刻理解IPv6 协议的基础上,设计了算法在隧道机制下的基于IPv6 的带宽测量实现方案,创新性地提出了利用IPv6 报头的流标签来实现测量报文序列的严格路径控制,克服了以往带宽测量算法中测量数据报文路径不一致的缺陷。改进后的算法主要有以下优点:减少了发送探测分组的数目;减少了数据包排队带来的影响;避免了回程引起的路由不对称误差;消除了链路层对网络带宽测量的影响;时间偏移的影响减小等。 最后,在目前支持IPv6 的专业化网络模拟软件OPNET10.0 上实现了算法模拟试验,试验数据表明了改进后的算法具有一定的优越性。