基于“下一跳代價遞減”準則的IP快速重路由方法研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網所提供的豐富多彩的服務不斷帶給著人們驚喜，IP業(yè)務已悄然取代了傳統(tǒng)的話音業(yè)務，成為了網絡業(yè)務的主體。近年來，隨著越來越多的實時性業(yè)務，諸如IP電話（VOIP）和基于流媒體的視頻業(yè)務（YouTube）等皆賴以互聯(lián)網的傳送，人們對互聯(lián)網的網絡生存性提出了更高的要求。
　　 本論文重點研究網絡生存性問題，特別是對基于快速重路由方法的IP網絡生存性問題。第一章就網絡生存性研究的相關問題進行調研分析，從網絡分層的視角重點總結和分

2、析了SDH/SONET網絡的生存性、自動交換光網絡（ASON）生存性、純IP網的網絡生存性、MPLS網的網絡生存性以及多層網絡生存性等問題。
　　 隨著路由器處理能力的提升，IP網（互聯(lián)網）生存性改進主要有2個方向，一是不改變目前無連接、分組、最短徑轉發(fā)的模式，而對相關路由協(xié)議進行“修補”，但在恢復時間和效率上效果欠佳；二是引入一層全新的具有面向連接能力的MPLS（多協(xié)議標記交換）層，利用MPLS增強生存性，這種方法代價較高，特

3、別是運維成本較高。近來出現(xiàn)了兩類方法-Valiant負載均衡方法和IP快速重路由方法，第二章對這兩類方法的機理、局限性和改進方向進行了深入分析。同時借鑒公路網故障情況下的重選路策略，提出IP網絡備選接口的選擇可以參照最短徑距離遞減的思想。
　　 公路網的許多特點與互聯(lián)網類似，特別是其承載的個體都遵循“無連接、分組和獨立最短徑尋址”等基本特性。公路網在（道路或者路口）故障時，汽車（行人）會臨時偏離原有的（最短徑）路線，但是會遵循“

4、方向不變”的原則，即其繞行后總是希望盡早回復到前往目的地的“方向”。借鑒到互聯(lián)網上，那么什么是IP報文偏離最短徑后繞行到目的地的“方向”?
　　 本文提出的“下一跳代價遞減”準則即為IP報文偏離最短徑后繞行到目的地的“方向”。網絡故障情況下，IP報文選擇非最短徑下一跳的節(jié)點時，只需遵循“下一跳代價遞減”（NHCD：Next Hop Cost Decrease）準則，即此時相對偏射節(jié)點，接收被偏轉IP報文的節(jié)點，到目的節(jié)點最短徑上

5、的下一跳節(jié)點的最短徑代價遞減，即可確保不會形成路由環(huán)路。
　　 第三章提出了基于“下一跳代價遞減”準則的IP重路由方法，它采用不同于RFC5286 LFA方法的新的無環(huán)路備選接口判定準則。文章給出了“下一跳代價遞減”準則情況下不會形成路由環(huán)路的兩種證明方法，并給出了基于“下一跳代價遞減”準則生成備選接口的算法。
　　 第四章對基于“下一跳代價遞減”準則的IP快速重路由方法進行仿真，并與RFC5286的LFA方法進行了比較

6、。雖然“下一跳代價遞減”準則較LFA方法在故障覆蓋率上略顯不足（40％VS46.9％），但“下一跳代價遞減”準則相對于LFA方法有如下的獨特優(yōu)勢，有利于其在實際網絡中快速部署，本文給出了相關的證明、算法、反例，得出：
　　 （1）NHCD可以統(tǒng)一處理鏈路失效和節(jié)點失效；
　　 （2）NHCD可以在網絡中多點故障的情況下使用；
　　 （3）NHCD可以與多種判定準則混合使用（例如等價多路徑ECMP），提升整體網絡鏈

7、路故障覆蓋率；
　　 （4）NHCD計算復雜度要小于LFA方法。特別是基于以上特性，NHCD準則可以在網絡常態(tài)（非故障）擁塞時用來進行流量疏導，因而可以統(tǒng)一處理故障恢復和流量疏導；而且跟最短徑轉發(fā)一樣，都由本地路由器根據(jù)路由協(xié)議自動處理，無需網管等人為處理。且這些部署可以逐步展開，即不需要一個網絡中的所有路由器同時具備NHCD能力。
　　 為此，第五章提出并重點分析了以基于“下一跳代價遞減”準則的偏射機制為核心的備選接口

8、協(xié)議（AIP），AIP可以統(tǒng)一處理快速重路由和快速流量疏導，給出了綜合的無環(huán)路備選接口的選擇規(guī)則、詳細的備選接口算法、協(xié)議框架、處理流程及應用建議。
　　 以下是本論文的主要創(chuàng)新性工作：
　　 （1）提出一種與RFC5286 LFA方法不同的適用于IP快速重路由的無環(huán)路備選接口判定準則-“下一跳代價遞減準則”。證明了在“下一跳最短徑轉發(fā)”的約束條件下，“下一跳代價遞減準則”能保證IP重路由時不形成路由環(huán)路，并與RFC52

9、86的LFA方法進行深入對比和仿真。
　　 （2）給出并證明了在“下一跳最短徑轉發(fā)”和“已偏射流量的節(jié)點不能接收其它節(jié)點的偏射流量”的約束條件下，“嚴格代價遞減準則”和“下一跳代價遞減準則”可以同時混合使用，并給出了通過Dijkstra最短徑算法的擴展來生成的備選接口列表算法。
　　 （3）提出了統(tǒng)一處理故障恢復和流量疏導的備選接口協(xié)議AIP，分析了通過人工配置生成備選接口的方法，同時設計了AIP協(xié)議細節(jié)和處理流程，給出