基于身份与位置分离映射的可扩展路由体系研究

论文摘要

随着科学技术的不断发展,互联网已成为人们工作和生活中不可或缺的一部分,并成为推动社会进步的巨大动力。然而,自互联网诞生三十多年以来,人们对互联网的需求已经发生了显著的变化。路由可扩展问题已成为互联网快速发展中所存在的一个巨大隐患,如何提供对移动性、安全性和多家乡等的支持也成为互联网面临的重大问题。这些关键缺陷都深深植根于互联网的原始设计架构之中,传统互联网原始设计的不足,阻碍着互联网的长远健康发展,迫切需要重新研究互联网中的基础理论以及关键机制,重新构思网络架构和核心协议,以满足未来网络发展的需要。通过深入研究互联网的初始设计思路,可以发现IP地址在语义学上的双重属性是引发互联网诸多问题的根本原因之一。在传统互联网协议体系中,IP地址既代表节点的身份信息,也代表节点的位置信息。IP地址的双重属性引发了互联网严重的路由可扩展问题,并导致互联网难以支持移动和多家乡。此外,互联网扁平化的网络结构设计也是造成路由可扩展问题的一个重要原因。本论文主要针对身份信息与位置信息分离映射的可扩展路由体系结构进行了研究,主要研究成果和创新点如下:（1）对IP地址的身份与位置双重属性问题进行了深入研究和分析,提出了一种身份标识与位置标识分离映射的网络结构ISMA（Identifiers Separating andMapping Architecture）,描述了ISMA的基本原理和标识分离映射机制,分析并讨论了ISMA对路由可扩展、移动性、安全性、位置隐私性和多家乡等的支持能力。（2）对互联网路由可扩展问题的产生原因和研究现状进行了全面的分析,基于ISMA提出了一种接入标识与路由标识替换的可扩展路由体系S-ISMA（Swapping based ISMA）,设计了S-ISMA的网络结构,详细阐述了S-ISMA的工作机制和协议流程。利用现有互联网的实际数据对S-ISMA进行了性能分析,证明了S-ISMA能够较为有效的解决路由可扩展问题。开发了S-ISMA原型系统,对S-ISMA进行了功能和性能测试。（3）研究了身份与位置分离映射机制中最核心和关键的映射信息解析问题,构建了一种分等级的分布式映射信息数据库,详细介绍了映射信息的扩散机制,设计了映射信息的汇报、查询、更新等流程。通过性能分析和原型系统测试证明了所提出的映射信息解析机制的合理性和有效性。（4）创建了S-ISMA中基于网络的移动管理机制,研究了S-ISMA的移动性支持原理,设计了移动检测、移动切换和位置更新流程,分析了S-ISMA移动管理机制在快速切换、路由优化、可控可管、保护位置隐私和降低无线链路开销等方面的优势。性能分析表明S-ISMA能够有效支持绝大部分实时应用,原型系统的验证进一步说明了S-ISMA对移动性支持的可行性和有效性。（5）提出了一种从传统互联网向S-ISMA平滑过渡的方案,使得传统互联网体系结构与S-ISMA能够长期并存,两种网络的用户能够正常通信。过渡方案给率先部署S-ISMA的服务提供商和用户网络带来激励性的利益,能够促进传统互联网向S-ISMA的尽快过渡。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 主要缩略语对照表
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题目的与意义
• 1.3 主要工作与创新点
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 身份与位置分离映射的网络结构
• 2.1 引言
• 2.1.1 研究背景
• 2.1.2 研究现状
• 2.2 身份与位置分离映射的网络结构研究
• 2.2.1 设计原则与基本定义
• 2.2.2 用户网络与核心网络分离
• 2.2.3 接入标识与路由标识映射
• 2.3 身份与位置分离映射网络的优势分析
• 2.3.1 路由可扩展性
• 2.3.2 移动性
• 2.3.3 位置隐私性
• 2.3.4 安全性
• 2.3.5 多家乡
• 2.4 各种身份与位置分离映射方案的对比
• 2.5 本章小结
• 第三章 身份与位置分离映射网络中的可扩展路由机制
• 3.1 引言
• 3.1.1 研究背景
• 3.1.2 研究现状
• 3.2 接入标识与路由标识替换的可扩展路由体系
• 3.2.1 接入标识及用户网络的构思与设计
• 3.2.2 路由标识及核心网络的构思与设计
• 3.2.3 接入标识与路由标识映射机制的分析与设计
• 3.3 网络结构及数据交互流程
• 3.4 性能分析与评估
• 3.4.1 全局路由表条目分析
• 3.4.2 路由更新消息数量分析
• 3.5 原型系统的实现与测试
• 3.5.1 标识替换时延分析
• 3.5.2 本地用户映射信息缓存的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 身份与位置映射信息的解析机制
• 4.1 引言
• 4.2 映射信息的解析机制
• 4.2.1 映射信息数据库
• 4.2.2 映射信息的扩散机制
• 4.2.3 归属域信息的扩散机制
• 4.2.4 映射信息数据库的应用举例
• 4.3 各种映射信息解析机制的对比
• 4.4 性能分析
• 4.4.1 归属域信息表的容量分析
• 4.4.2 归属信息更新消息的数量分析
• 4.5 原型系统中的测试与评估
• 4.5.1 映射信息查询过程对数据转发时延的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于身份与位置分离映射的移动管理机制
• 5.1 引言
• 5.2 基于网络的移动管理机制
• 5.2.1 移动性支持原理
• 5.2.2 移动检测机制
• 5.2.3 移动切换流程
• 5.2.4 位置更新
• 5.2.5 路由优化
• 5.3 基于网络的移动管理机制的优势分析
• 5.3.1 可扩展性
• 5.3.2 可控可管
• 5.3.3 位置隐私性
• 5.3.4 安全性
• 5.4 性能分析
• 5.4.1 移动切换时延分析
• 5.4.2 无线链路开销分析
• 5.5 原型系统中的测试与评估
• 5.5.1 移动切换时延分析
• 5.5.2 无线链路和有线链路的传输性能对比
• 5.6 本章小结
• 第六章 平滑过渡方案
• 6.1 引言
• 6.2 基于扩展核心网接入路由器的过渡方案
• 6.3 过渡方案的优势分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集