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，重收敛过程的速度己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。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略词表

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2链路失效情形概述

1.2.1链路失效成因

1.2.2链路失效分布特征

1.3恢复技术概述

1.3.1 OSPF路由重收敛过程及其不足

1.3.2 IP网络快速恢复技术介绍

1.3.3多拓扑路由技术-MTR

1.4本文主要工作及结构安排

第二章MTR基本原理及方案的研究

2.1研究背景

2.1.1 RFC4915简介

2.1.2多拓扑类型

2.2链路失效后的业务恢复方案

2.2.1全局恢复

2.2.2局部恢复

2.2.3业务恢复方案性能对比

2.3路径在多拓扑间的切换方案

2.3.1仅切换一次备份拓扑

2.3.2按照拓扑编号升序切换

2.3.3路径切换拓扑方案的丢包率性能对比

2.4本章小结

第三章多拓扑生成算法研究

3.1研究背景

3.1.1 Minimum算法

3.1.2 Rich算法

3.1.3 MRPH算法

3.2 MLDF算法

3.3多拓扑生成算法的性能分析

3.3.1 Minimum算法与Rich算法的性能对比

3.3.2 MRPH算法的性能分析

3.3.3 MRPH算法与MLDF算法的性能对比

3.4本章小结

第四章多拓扑权重规划算法研究

4.1研究背景

4.2问题描述

4.3多拓扑权重设计问题的ILP描述

4.4遗传算法求解多拓扑链路权重

4.4.1遗传算法介绍

4.4.2求解权重的算法设计

4.5性能分析

4.6本章小结

第五章仿真平台设计与实现

5.1 OPNET仿真工具简介

5.2仿真拓扑及主要参数设置

5.3仿真平台总体框架

5.3.1仿真方案

5.3.2节点模型

5.3.3中央控制器模型

5.4本章小结

第六章全文总结

6.1本文工作总结

6.2下一步研究方向

致谢

参考文献

个人简历及攻硕期间取得的研究成果