基于端口的分組交換技術(shù)及QoS路由研究.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前最成功的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其發(fā)展規(guī)模越來越大，承載業(yè)務(wù)應(yīng)用種類也越來越多，IP網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的核心，在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中承擔(dān)的任務(wù)也越來越重。在保證服務(wù)質(zhì)量和考慮綠色節(jié)能的條件下，高速傳輸語音、圖像、視頻等多媒體數(shù)據(jù)成為對(duì)IP網(wǎng)基本要求，但是IP網(wǎng)的缺陷使得上述要求難以滿足。例如，交換設(shè)備需要維護(hù)和查找大量的動(dòng)態(tài)路由信息，限制了交換設(shè)備的快速交換轉(zhuǎn)發(fā)能力，也導(dǎo)致交換設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高;IP地址具有“身份”、“定位”和“轉(zhuǎn)發(fā)”

2、的多重功能，導(dǎo)致IP網(wǎng)的路由可擴(kuò)展性差，也給實(shí)現(xiàn)顯式路由等造成障礙;IP網(wǎng)的初始設(shè)計(jì)只提供盡力而為的傳輸服務(wù)，不能保證分組流的QoS需求。
　　針對(duì)上述問題，未來互聯(lián)網(wǎng)的研究已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注。IP網(wǎng)在邏輯上可以分為兩個(gè)功能面:控制面和數(shù)據(jù)面。本文重點(diǎn)研究數(shù)據(jù)面的快速交換轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)和控制面的QoS路由協(xié)議:在數(shù)據(jù)面提出一種用于分組交換轉(zhuǎn)發(fā)的地址編碼，其實(shí)現(xiàn)分組轉(zhuǎn)發(fā)的方式簡(jiǎn)單、快速、有效;在控制面提出適合新分組交換技術(shù)的QoS路由控制

3、機(jī)制。本文的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面:
　　1.針對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)分組交換轉(zhuǎn)發(fā)過程中查表操作復(fù)雜的問題，在網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)面提出一種基于節(jié)點(diǎn)端口(Port/Interface)的轉(zhuǎn)發(fā)地址編碼方法——向量地址(VA，Vector Address)及其交換轉(zhuǎn)發(fā)分組的方式——向量交換(VS，VectorSwitching，)。向量地址攜帶分組傳送路徑上所有節(jié)點(diǎn)的短小、變長(zhǎng)的輸出端口信息，使分組轉(zhuǎn)發(fā)避免了路由表查詢操作。VS面向連接，易于與顯式路

4、由等QoS控制協(xié)議模型配合;向量地址不受地址規(guī)劃策略限制，且具有無限可擴(kuò)展性;向量地址不可窮舉，而且對(duì)于中間節(jié)點(diǎn)而言不可解讀，能夠隱藏分組源、目的控制面節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)，具有安全性。
　　2.基于VS，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種核心傳輸網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)架構(gòu)——向量標(biāo)簽交換(VLS，Vector Label Switching)網(wǎng)絡(luò)。本文提出了實(shí)現(xiàn)VLS網(wǎng)絡(luò)的方案，控制面使用現(xiàn)有路由協(xié)議，完全由路由器通用CPU承擔(dān);在數(shù)據(jù)面，線卡不再需要轉(zhuǎn)發(fā)表，省掉查表操

5、作。針對(duì)數(shù)據(jù)面的理論分析及仿真實(shí)驗(yàn)評(píng)估結(jié)果表明VLS實(shí)現(xiàn)快速高效分組交換轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)，降低了數(shù)據(jù)面的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和能耗。
　　3.在控制面，針對(duì)域內(nèi)QoS路由問題，提出一種基于向量標(biāo)簽交換網(wǎng)絡(luò)的流量工程模型。該模型利用RSVP-TE(Resource ReSerVation Protocol-Traffic Engineering)協(xié)議在VLS網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)顯式路由，是一種支持區(qū)分服務(wù)的流量工程模型(DS-TE，DiffServ-awar

6、e Traffic Engineering)。本文給出了實(shí)現(xiàn)該DS-TE的具體方案，包括VLS內(nèi)支持DS-TE的路由器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、RSVP-TE信令建立路徑和分發(fā)端口號(hào)的過程、接納控制算法、鏈路帶寬約束模型和帶寬搶占算法等等。仿真實(shí)驗(yàn)證明了DS-TE模型在VLS網(wǎng)絡(luò)中能夠充分利用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源，保證高服務(wù)級(jí)別流量的端到端延時(shí)、抖動(dòng)和分組丟失率等QoS性能，同時(shí)提供了較高的網(wǎng)絡(luò)流通量。VLS網(wǎng)絡(luò)能夠以較低的代價(jià)實(shí)現(xiàn)QoS傳輸服務(wù)。
　　

7、4.將VS應(yīng)用于全光交換網(wǎng)絡(luò)，提出一種新的光標(biāo)簽分組交換方式——光編碼向量地址標(biāo)簽交換(OCVA-labeled Switching，Optical Code-based VAlabeled Switching)。OCVA-labeled交換以光碼標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)端口，以VS方式轉(zhuǎn)發(fā)分組。OCVA-labeled交換省略了中間交換節(jié)中的光編碼器，降低了轉(zhuǎn)發(fā)模塊復(fù)雜度及硬件成本。另外，OCVA-labeled交換消除了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展對(duì)大容量光碼組的依賴