多下一跳快速自愈路由技术研究

论文摘要

当今网络已成为关系国计民生的重要资源,网络业务的连续性和实时性需求日益增长。路由技术作为网络的核心技术,其性能优劣直接影响着网络的传输性能。当前普遍采用的单下一跳路由技术存在两个较为严重的问题:应对网络故障的速度太慢容易导致大量丢包;单纯选择最短路径容易导致在瓶颈链路发生拥塞。多下一跳路由技术能较好地解决这两个问题:当网络故障导致某些下一跳失效时,通过迅速切换到备份下一跳可以在路由协议收敛之前继续转发数据,避免网络业务中断;另外,多下一跳路由技术支持并行传输,能有效降低网络拥塞的风险。本论文依托国家“863”探索导向类项目“快速自愈路由协议与试验系统”,研究、设计一种具有较强快速自愈性能的多下一跳路由算法并基于算法设计相应的路由协议。本文主要工作如下:分析了多下一跳快速自愈路由算法设计所面临的三个关键问题:环路避免,局部快速自愈和报文开销。基于这三个关键问题,重点研究了一种典型的多径距离矢量路由算法MDVA（Multipath Distance-Vector Algorithm）,并总结出MDVA存在的诸多不足,为改进MDVA并提出新的快速自愈路由算法指明了方向。借鉴MDVA采用路由有向图的概念来刻画多下一跳路由的方式,从路由有向图生成和路由有向图调整两方面对MDVA提出了三点改进,并基于改进的结果设计出一种新的具有更强快速自愈性能的多下一跳路由算法MNHRA（Multi-Next Hop Routing Algorithm）。三点改进如下:提出比较最优距离和比较路由器ID相结合的路由有向图生成方法,在更加有效挖掘网络冗余资源的同时还能保证无环路;在路由有向图调整过程中,提出基于查找“出口”节点的提前应答机制和提前逆转机制,达到加快网络快速自愈的效果;在路由有向图调整过程中,提出不回送请求机制,有效减少了报文开销。基于MNHRA算法设计出多下一跳路由协议MNHRP（Multi-Next Hop Routing Protocol）。包括:MNHRP协议运行过程中所需的六种关键消息报文,一种由二叉树和单链表相结合的多下一跳路由表,发送或接收消息报文并更新路由表的详细协议运行流程。针对目前多下一跳路由协议仿真平台奇缺,特别是基于距离矢量的多下一跳路由协议仿真平台仍是一片空白的问题,在网络仿真软件SSFNet中扩展并实现了MNHRP仿真模块,为研究多下一跳路由技术提供了一个实用的仿真平台。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 当前路由恢复技术
• 1.2.1 单下一跳路由恢复技术
• 1.2.2 重路由技术
• 1.2.3 多下一跳快速自愈路由技术
• 1.3 本文主要研究工作
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 主要创新点
• 第二章 多下一跳快速自愈路由算法分析
• 2.1 算法设计的关键问题
• 2.1.1 环路避免
• 2.1.2 局部快速自愈
• 2.1.3 报文开销
• 2.2 MDVA 算法分析
• 2.2.1 算法概述
• 2.2.2 算法组成
• 2.2.3 存在的不足
• 2.3 本章小结
• 第三章 MNHRA 算法设计
• 3.1 算法设计概述
• 3.2 有向图生成算法
• 3.2.1 相关概念
• 3.2.2 算法描述
• 3.2.3 有向图的无环路证明
• 3.2.4 仿真分析
• 3.2.5 复杂度分析
• 3.3 有向图调整算法
• 3.3.1 相关概念
• 3.3.2 提前应答机制
• 3.3.3 提前逆转机制
• 3.3.4 不回送请求机制
• 3.3.5 算法描述
• 3.3.6 仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 MNHRP 协议设计
• 4.1 协议报文
• 4.1.1 协议报文首部
• 4.1.2 各类型协议报文
• 4.2 路由表
• 4.2.1 路由表项结构
• 4.2.2 路由表结构
• 4.3 协议的运行流程
• 4.3.1 网络稳定时
• 4.3.2 链路代价增加时
• 4.3.3 链路失效时
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于SSFNet 的MNHRP 协议实现
• 5.1 SSFNet 简介
• 5.1.1 SSFNet 结构
• 5.1.2 SSF.OS 协议包
• 5.2 MNHRP 仿真平台实现
• 5.2.1 仿真平台简介
• 5.2.2 协议栈实现
• 5.2.3 协议消息实现
• 5.2.4 多下一跳路由表实现
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢