基于邏輯集中控制的網(wǎng)絡(luò)路由關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用的不斷出現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)能力提出了更高的需求。為滿足這些需求，需要路由系統(tǒng)增加相應(yīng)的控制功能。在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和路由控制模式下，新的機制或功能只能以類似“補丁”的方式增量式地添加到現(xiàn)有路由系統(tǒng)。這種方式使得路由系統(tǒng)面臨難以實現(xiàn)路由快速收斂、路由優(yōu)化能力不足、網(wǎng)絡(luò)控制和管理問題突出以及缺乏可定制化能力的困境。究其原因，根本上在于在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)下，路由控制功能以分布式方式實現(xiàn)，控制和轉(zhuǎn)發(fā)之間是緊耦合的關(guān)系，使得協(xié)議功能的增量

2、更新導(dǎo)致協(xié)議體系日臻龐大，網(wǎng)絡(luò)控制和管理愈發(fā)困難。基于集中控制的網(wǎng)絡(luò)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，它將控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，以集中的方式實現(xiàn)控制功能。在這種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)下，基于集中控制的路由控制體系能夠解決當(dāng)前路由系統(tǒng)在路由、管理、優(yōu)化、策略等方面的問題，是提升路由系統(tǒng)能力的可行技術(shù)途徑。
　　本文在基于集中控制的路由控制體系下，圍繞控制平面可靠性和可擴展性、域內(nèi)路由優(yōu)化、流量轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)化以及控制平面和數(shù)據(jù)平面間通信四個核心問題展開研究

3、。重點研究了基于邏輯集中控制的路由優(yōu)化框架，通過邏輯集中方式為網(wǎng)絡(luò)提供可靠性和可擴展性保證；研究了鏈路狀態(tài)協(xié)議的問題，并針對這些問題提出了基于集中控制的域內(nèi)路由協(xié)議；研究了基于集中控制的流量工程優(yōu)化機制，從域內(nèi)和域間兩個方面提高對流量傳輸?shù)膬?yōu)化能力；研究了基于集中控制的網(wǎng)絡(luò)中跨平面的可靠分發(fā)路徑構(gòu)建方法，支持在邏輯集中、物理分布的控制平面前提下構(gòu)建可靠的分發(fā)路徑。論文主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點包括以下五個方面：
　　(1)提出了一種基于邏輯

4、集中控制的路由優(yōu)化框架。本文將大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的路由優(yōu)化需求作為研究的出發(fā)點，強調(diào)以邏輯集中的方式實現(xiàn)控制平面以保證可靠性和擴展性，并將靈活的集中策略作為設(shè)計原則之一。依據(jù)設(shè)計原則和目標(biāo)，提出了一種基于邏輯集中控制的路由優(yōu)化框架。該框架采用分離的控制網(wǎng)和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)分別實現(xiàn)控制平面和數(shù)據(jù)平面，并根據(jù)邏輯集中的特征在轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)中引入了虛擬區(qū)域的概念。該優(yōu)化框架具有邏輯集中物理分布的控制平面、控制任務(wù)負(fù)載均衡、基于單播的消息分發(fā)模式、路由控制易部署等幾個顯

5、著特點。
　　(2)提出了基于集中控制的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。針對鏈路狀態(tài)協(xié)議存在的問題，本文提出了基于集中控制的鏈路狀態(tài)協(xié)議LSC2。該協(xié)議基于路由優(yōu)化框架實現(xiàn)對鏈路狀態(tài)報文的可控分發(fā)，消除了傳統(tǒng)鏈路協(xié)議的洪泛機制和分布式控制對定時器的限制。LSC2實現(xiàn)了一個路由控制算法，通過計算轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)內(nèi)各轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的路由更新行為，抑制冗余的路由計算。基于Quagga軟件實現(xiàn)了LSC2協(xié)議的原型，并通過仿真平臺構(gòu)建真實網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵SC2進(jìn)行測試。實驗

6、結(jié)果說明相比于OSPF，LSC2能加快網(wǎng)絡(luò)收斂，降低60％以上的報文開銷。LSC2的路由控制算法能有效避免特定節(jié)點的路由計算，進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)計算和報文開銷。通過向網(wǎng)絡(luò)動態(tài)地添加控制單元可實現(xiàn)對路由控制任務(wù)的負(fù)載均衡，保證LSC2的可擴展性。
　　(3)提出了基于鏈路度量配置的域內(nèi)流量工程優(yōu)化機制。針對傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路度量配置的流量工程存在人工誤配置、瞬時收斂狀態(tài)和不期望流量轉(zhuǎn)發(fā)行為等問題，本文基于路由優(yōu)化框架提出了一種基于鏈

7、路度量配置的流量工程優(yōu)化機制。通過在控制單元上部署路由管理系統(tǒng)RMS，將鏈路度量優(yōu)化算法和鏈路度量配置過程進(jìn)行有效集成。RMS可通過集中實現(xiàn)的控制平面獲取一致的拓?fù)浜土髁啃畔?，并根?jù)流量工程目標(biāo)計算優(yōu)化的鏈路度量。RMS將優(yōu)化鏈路度量在一次收斂過程中配置到數(shù)據(jù)平面，避免了多次收斂的瞬時網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及相關(guān)的協(xié)議開銷，同時極大降低了網(wǎng)絡(luò)配置的人為參與度。
　　(4)提出了基于流量遷移預(yù)測的域間出口選擇算法。針對可調(diào)域間路由出口選擇算法可

8、能引起大幅流量遷移的問題，本文提出了基于流量遷移預(yù)測的出口選擇算法TMP-TIE。該算法在TIE算法的基礎(chǔ)上加入對流量遷移的預(yù)測和判定，避免出口變化引起的大幅流量遷移，降低對域間流量優(yōu)化傳輸?shù)挠绊?。通過模擬實驗比較了熱土豆、TIE和TMP-TIE的性能，實驗結(jié)果說明TMP-TIE具有最小的路由敏感性和流量敏感性，能降低故障條件下的網(wǎng)絡(luò)代價和網(wǎng)絡(luò)擁塞的概率，有利于實現(xiàn)域間流量工程。
　　(5)提出了支撐邏輯集中控制的網(wǎng)絡(luò)分發(fā)路徑構(gòu)建