基于層疊網(wǎng)技術的互聯(lián)網(wǎng)基礎設施若干問題之研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的普及，計算機網(wǎng)絡對于人們的影響不斷加深，互聯(lián)網(wǎng)應用的更新速度可謂同新月異。與此形成鮮明對比的是，今天的互聯(lián)網(wǎng)基礎設施與其誕生初期相比并沒有太大本質(zhì)上的區(qū)別。伴隨互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大以及新興應用的不斷涌現(xiàn)，原有基礎設施的一些不足之處開始變得越來越明顯。例如：BGP路由機制存在路由故障恢復時間長以及路徑膨脹等問題，可能嚴重影響端到端的傳輸性能；對組播等多元化傳輸模式支持的缺乏以及對QoS的保障的缺失則大大增加了網(wǎng)絡應用在這些

2、方面的實現(xiàn)難度。而另一方面，過去人們一直習慣把基礎設施與終端節(jié)點(主機或各類服務器)對立起來，由基礎設施提供接入及數(shù)據(jù)傳輸?shù)然A服務，而終端節(jié)點只負責網(wǎng)絡應用程序的運行。這個模型意味著要改造互聯(lián)網(wǎng)基礎設施必將波及原有大量的網(wǎng)絡設備(如所有的路由器)，需要大量的投入，在應用前景尚不明朗的情況下，網(wǎng)絡運營商在面對新技術時往往采取比較保守的態(tài)度。這也促成了互聯(lián)網(wǎng)基礎設施發(fā)展的遲滯狀態(tài)。 層疊網(wǎng)(overlay network)，的出現(xiàn)

3、使人們對互聯(lián)網(wǎng)基礎設施有了新的認識。層疊網(wǎng)是指網(wǎng)絡中的一部分節(jié)點為了實現(xiàn)某一特定目標，利用原有網(wǎng)絡所提供的基礎服務自發(fā)形成的上層網(wǎng)絡。近年來，以彈性層疊網(wǎng)(resilient overlay network)和層疊網(wǎng)組播(overlay multicast)為代表的層疊網(wǎng)應用技術開始興起。雖然這些層疊網(wǎng)建立在終端節(jié)點之上并都以網(wǎng)絡應用自居，但它們的最終目的是為了提供路由或組播這些人們原本認為應當由基礎設施來提供的基礎性服務。因此認為，各

4、種形式的層疊網(wǎng)本身可以成為互聯(lián)網(wǎng)基礎實施的重要組成部分，同時層疊網(wǎng)技術可以成為改造和更新當前互聯(lián)網(wǎng)基礎設施的一個重要手段。這一觀點主要基于以下兩個事實：首先，從提供基礎服務的角度來看，許多由終端節(jié)點組成的層疊網(wǎng)與由路由器組成的第三層網(wǎng)絡具有相同的目的，在大多數(shù)情況下，前者可以看作是對后者有效的補充；其次，層疊網(wǎng)技術的一個重要思想是通過少部分節(jié)點的協(xié)同合作來實現(xiàn)面向應用的基礎服務，這不需要全面和徹底地改造原有的互聯(lián)網(wǎng)基礎設施，大大降低了實

5、現(xiàn)成本，具有良好的靈活性和可行性。根據(jù)以往的經(jīng)驗，層疊網(wǎng)在提高路由質(zhì)量和提供組播服務等方面能夠?qū)Ξ斍暗幕ヂ?lián)網(wǎng)基礎設施起到很好的補充作用，但真正要讓層疊網(wǎng)成為基礎設施的一部分，還有許多關鍵問題亟待解決，本文正是圍繞這些問題展開討論的。 本文的創(chuàng)新點主要有以下三條： 1、開創(chuàng)性地提出了在考慮BGP路由策略干擾情況下的路由層疊網(wǎng)的節(jié)點部署問題的數(shù)學模型，并將該問題分解成層疊路徑布局與層疊路徑合并兩個子問題。針對這兩個問題分別設

6、計了LASER算法和最大交集啟發(fā)式算法，這套算法組合能在多項式時間內(nèi)針對特定的連接需求集計算出一個路由層疊網(wǎng)節(jié)點布局方案，以盡可能少的層疊節(jié)點成本消除BGP路由策略所帶來的路徑膨脹問題，實現(xiàn)最短AS路徑路由。 2、創(chuàng)造性地提出了動態(tài)層疊網(wǎng)的概念并針對動態(tài)層疊網(wǎng)的拓撲擬合問題設計了一個全新的網(wǎng)絡原語-JRF。JRF原語的獨特之處在于它巧妙地借用了組播路由器的功能幫助層疊節(jié)點獲取底層網(wǎng)絡信息，同時又避免了IP組播的一些缺點，具有很好