基于任播的分布式服务模型与分布式隧道代理系统

论文摘要

本论文研究了基于任播的分布式服务模型,并将此模型应用于隧道代理,设计出了分布式隧道代理系统的体系结构,完成了该系统的一个原型实现。以TCP/IP协议族为基础的互联网支持三种通信模式:单播、组播和任播。任播是一种单点到多点中任意一点的通信模式,非常适合用于实现分布式服务。但是,目前基于任播的分布式服务系统都只使用一个任播地址来提供服务,此时路由系统或者服务节点的故障很容易导致服务黑洞的出现。本论文论证了使用多个任播地址提供服务的必要性,给出了确定任播地址数量的原则,提出了一种求解最优任播地址使用方案的算法并分析了该算法的时间复杂度。为了满足大规模应用的需要,本论文还提出了几种比较容易实现、同时能够满足一般服务需要的次优任播地址使用方案。为了进一步提高成功服务的概率,本论文还为基于任播的分布式服务设计了备用服务方案。IPv6是下一代IP协议,在从IPv4向IPv6过渡的过程中网络上必然会出现大量被IPv4路由器包围的IPv6节点。隧道代理是一种虚拟的拨号服务器,它可以根据用户的需要将被IPv4路由器包围的IPv6节点接入到大型的IPv6网络中,对于IPv6的发展能够起到巨大的推动作用。但是,传统隧道代理都是集中式的服务结构,在用户数量大、覆盖范围广时无法提供优化的服务,并且由于使用的是IPv6/IPv4隧道技术,无法为NAT私有网络中的用户提供服务。本论文把任播通信方式应用到隧道代理上,提出了分布式隧道代理系统的体系结构。它能够为大量用户提供优化的IPv6接入服务,并且可以保证即使少量服务节点出现故障也仍然能够让所有用户获得较好的服务。同时,它采用了一种新的IPv6/UDPv4隧道技术,可以为NAT私有网络中的用户提供IPv6接入服务。本论文还完成了分布式隧道代理系统的一个原型实现。该实现通过了初步的测试,已经开始提供试运行服务。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 论文的研究内容和对象
• 1.2 Anycast 与分布式服务
• 1.3 隧道代理
• 1.3.1 从IPv4 向IPv6 过渡
• 1.3.2 隧道代理模型和实现
• 1.3.3 分布式隧道代理系统
• 1.4 论文的主要贡献
• 1.5 论文的组织和结构
• 第2章 基于Anycast的分布式服务理论
• 2.1 基本数学模型、概念和术语
• 2.2 简单Anycast 服务模型
• 2.3 使用多个Anycast 组标识的必要性
• 2.4 用户对服务实体的选择
• 2.5 服务标识使用方案的数学描述
• 2.6 最优服务标识使用方案
• 2.6.1 服务标识集合的大小
• 2.6.2 服务标识集合的最优使用方案
• 2.6.3 网络拓扑结构的简化
• 2.7 次优服务标识使用方案
• 2.7.1 服务拓扑图与次优方案
• 2.7.2 2A 方案
• 2.7.3 多服务标识方案
• 2.8 备用服务
• 第3章 分布式隧道代理系统的体系结构
• 3.1 概述
• 3.2 系统功能
• 3.3 设计原则
• 3.4 系统结构
• 3.4.1 隧道服务器和客户端
• 3.4.2 联系人与隧道服务器
• 3.4.3 服务单元
• 3.4.4 系统结构图
• 3.5 系统模块
• 3.5.1 客户端
• 3.5.2 联系人
• 3.5.3 隧道服务器
• 3.6 分布式认证和计费
• 3.7 服务示例
• 3.8 系统部署
• 3.9 非分布式服务
• 3.10 隧道与NAT
• 第4章 分布式隧道代理系统的实现
• 4.1 概述
• 4.2 实现方案
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 IPv6/UDPv4 隧道
• 4.2.3 IPv6 地址的分配和使用
• 4.2.4 安全性考虑和认证方式
• 4.2.5 用户认证系统
• 4.2.6 联系人对隧道服务器的监视及选择算法
• 4.2.7 操作系统的选择
• 4.3 系统模块间的通信协议
• 4.3.1 Client-Contacter 协议
• 4.3.2 Client-TunnelServer 协议
• 4.3.3 TunnelServer-Contacter 协议
• 4.4 系统模块的软件实现
• 4.4.1 contacter
• 4.4.2 tsvr
• 4.4.3 tclient
• 4.5 系统测试
• 4.5.1 测试环境
• 4.5.2 测试内容和结果
• 第5章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 声明
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果