基于層疊網(wǎng)技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施若干問題之研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于人們的影響不斷加深，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的更新速度可謂同新月異。與此形成鮮明對(duì)比的是，今天的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施與其誕生初期相比并沒有太大本質(zhì)上的區(qū)別。伴隨互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及新興應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，原有基礎(chǔ)設(shè)施的一些不足之處開始變得越來(lái)越明顯。例如：BGP路由機(jī)制存在路由故障恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)以及路徑膨脹等問題，可能嚴(yán)重影響端到端的傳輸性能；對(duì)組播等多元化傳輸模式支持的缺乏以及對(duì)QoS的保障的缺失則大大增加了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在這些

2、方面的實(shí)現(xiàn)難度。而另一方面，過去人們一直習(xí)慣把基礎(chǔ)設(shè)施與終端節(jié)點(diǎn)(主機(jī)或各類服務(wù)器)對(duì)立起來(lái)，由基礎(chǔ)設(shè)施提供接入及數(shù)據(jù)傳輸?shù)然A(chǔ)服務(wù)，而終端節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的運(yùn)行。這個(gè)模型意味著要改造互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施必將波及原有大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如所有的路由器)，需要大量的投入，在應(yīng)用前景尚不明朗的情況下，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在面對(duì)新技術(shù)時(shí)往往采取比較保守的態(tài)度。這也促成了互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的遲滯狀態(tài)。 層疊網(wǎng)(overlay network)，的出現(xiàn)

3、使人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施有了新的認(rèn)識(shí)。層疊網(wǎng)是指網(wǎng)絡(luò)中的一部分節(jié)點(diǎn)為了實(shí)現(xiàn)某一特定目標(biāo)，利用原有網(wǎng)絡(luò)所提供的基礎(chǔ)服務(wù)自發(fā)形成的上層網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，以彈性層疊網(wǎng)(resilient overlay network)和層疊網(wǎng)組播(overlay multicast)為代表的層疊網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)開始興起。雖然這些層疊網(wǎng)建立在終端節(jié)點(diǎn)之上并都以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用自居，但它們的最終目的是為了提供路由或組播這些人們?cè)菊J(rèn)為應(yīng)當(dāng)由基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)提供的基礎(chǔ)性服務(wù)。因此認(rèn)為，各

4、種形式的層疊網(wǎng)本身可以成為互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)實(shí)施的重要組成部分，同時(shí)層疊網(wǎng)技術(shù)可以成為改造和更新當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)重要手段。這一觀點(diǎn)主要基于以下兩個(gè)事實(shí)：首先，從提供基礎(chǔ)服務(wù)的角度來(lái)看，許多由終端節(jié)點(diǎn)組成的層疊網(wǎng)與由路由器組成的第三層網(wǎng)絡(luò)具有相同的目的，在大多數(shù)情況下，前者可以看作是對(duì)后者有效的補(bǔ)充；其次，層疊網(wǎng)技術(shù)的一個(gè)重要思想是通過少部分節(jié)點(diǎn)的協(xié)同合作來(lái)實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)用的基礎(chǔ)服務(wù)，這不需要全面和徹底地改造原有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，大大降低了實(shí)

5、現(xiàn)成本，具有良好的靈活性和可行性。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，層疊網(wǎng)在提高路由質(zhì)量和提供組播服務(wù)等方面能夠?qū)Ξ?dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施起到很好的補(bǔ)充作用，但真正要讓層疊網(wǎng)成為基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，還有許多關(guān)鍵問題亟待解決，本文正是圍繞這些問題展開討論的。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下三條： 1、開創(chuàng)性地提出了在考慮BGP路由策略干擾情況下的路由層疊網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)部署問題的數(shù)學(xué)模型，并將該問題分解成層疊路徑布局與層疊路徑合并兩個(gè)子問題。針對(duì)這兩個(gè)問題分別設(shè)

6、計(jì)了LASER算法和最大交集啟發(fā)式算法，這套算法組合能在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)針對(duì)特定的連接需求集計(jì)算出一個(gè)路由層疊網(wǎng)節(jié)點(diǎn)布局方案，以盡可能少的層疊節(jié)點(diǎn)成本消除BGP路由策略所帶來(lái)的路徑膨脹問題，實(shí)現(xiàn)最短AS路徑路由。 2、創(chuàng)造性地提出了動(dòng)態(tài)層疊網(wǎng)的概念并針對(duì)動(dòng)態(tài)層疊網(wǎng)的拓?fù)鋽M合問題設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)原語(yǔ)-JRF。JRF原語(yǔ)的獨(dú)特之處在于它巧妙地借用了組播路由器的功能幫助層疊節(jié)點(diǎn)獲取底層網(wǎng)絡(luò)信息，同時(shí)又避免了IP組播的一些缺點(diǎn)，具有很好