IP网分级寻址的研究

论文摘要

Internet已走过了三十余年的历史，随着Internet越来越广泛的应用，作为Internet基础的TCP／IP协议族，也面临着各种各样的问题。其中一个突出问题是IPv4地址空间耗尽问题。解决IPv4地址空间耗尽问题的方法主要有两种：设计全新的IP协议，在IPv4的基础上打补丁。 为解决IPv4地址空间耗尽，路由表爆炸，网络管理，新的应用对IP网提出新的服务要求等问题，1995年IETF发布了下一代IP协议规范——IPv6，属于第一类方法。为同样目的，1996年发布的私有IP地址，1993年发布的临时分配IP地址的DHCP，1993年发布的更有效率地使用IP地址的CIDR规范，1994年发布的复用IP地址的网络地址转换(NAT)等新的IP地址使用方式属于第二类方法。 由于与IPv4的互操作性，IPv6还没有像过去预期的那样得到普遍使用，而前面提到的基于IPv4打补丁的方法也难以彻底解决问题，并且NAT给某些端到端的应用造成困难。 首先，针对IPv4地址空间耗尽和路由表爆炸问题，本文提出了一种IP网分级寻址模型。该模型的地址空间可以达到与IPv6地址空间同样大。该模型将IP地址空间划分成树形结构，不同层的结点赋予不同类的IP地址。这种层次的区分，使数据包的转发过程不必修改包头的地址信息。结点只需维护本簇内结点的路由信息，这使路由表的长度大大缩短，有利于解决路由表爆炸问题。这种寻址方式基本上解决了IPv4地址空间耗尽和路由表爆炸两个问题。本文证明了分级寻址模型的层次路由协议的正确性，分析了其复杂性，说明了分级寻址模型与IPv4的互操作性，用仿真实验评价了分级寻址模型的性能。在文献中，这是IP地址扩展模型第一次与层次路由方法相结合。 其次，本文分析了分级寻址性能与分级寻址模型中分簇结构之间的关系，证明最优分簇结构中，各簇大小相等，IPEA的路由表长度等于本地簇的大小，与分簇结构无关。按照各簇间负载平衡的标准，确定了最优分簇结构，和相应的最优分簇结构高度，证明了最优分簇结构是平衡树。同层簇的流量密度相等。最后给出一个路由表长度伸展指数与路由路径长度伸展指数关系的关

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的与意义
• 1.2 相关方法与技术研究现状
• 1.2.1 IP地址扩展模型
• 1.2.2 IP网层次路由
• 1.2.3 通信协议的形式描述与验证
• 1.3 论文工作内容与组织
• 第2章 IP网分级寻址模型
• 2.1 相关工作
• 2.2 一种IP网两级寻址模型
• 2.3 IP网分级寻址模型及其地址空间
• 2.4 IPEA包格式
• 2.5 IPEA路由算法及其正确性证明与复杂性分析
• 2.5.1 IPEA路由更新算法
• 2.5.2 IPEA转发算法
• 2.5.3 IPEA路由算法正确性证明
• 2.5.4 IPEA路由算法复杂性分析
• 2.6 互操作性
• 2.7 仿真实验
• 2.7.1 网络模拟——NS-2
• 2.7.2 实验结果与分析
• 2.8 本章小结
• 第3章 分级寻址的性能分析与分簇结构优化
• 3.1 相关工作
• 3.2 层次路由分簇结构的形式模型
• 3.3 IPEA的路由表长度与更新代价
• 3.4 优化IPEA分簇结构
• 3.5 分级寻址的路径长度与路由表长度的关系
• 3.6 仿真实验
• 3.7 本章小结
• 第4章 优化分簇结构与图分割
• 4.1 相关工作
• 4.2 优化的簇大小与网络的Tree-width
• 4.3 网络分割
• 4.3.1 初始树分割生成算法
• 4.3.2 树分割生成算法的正确性证明
• 4.3.3 树分割复杂性分析
• 4.4 仿真实验
• 4.4.1 Chaco图分割包
• 4.4.2 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 分级路由协议的形式分析
• 5.1 相关工作
• 5.2 定义与记号
• 5.2.1 有色Petri网静态结构
• 5.2.2 有色Petri网行为
• 5.2.3 随机Petri网
• 5.3 分级路由协议的Petri网分析
• 5.3.1 分级转发算法的正确性
• 5.3.2 分级转发算法与非分级转发算法的性能比较
• 5.4 仿真实验
• 5.4.1 Petri net模型模拟工具——CPN Tools和HPSim
• 5.4.2 实验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢