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良收敛域间路由协议研究
作 者: 马海龙
导 师: 郭云飞
学 校: 解放军信息工程大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: BGP 链路故障 收敛性 转发路径 黑洞 环路 隧道 重定向 可扩展性 排序更新 会话可靠性 TCP重传 保活机制
分类号: TN915.04
类 型: 博士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
随着人类社会信息化进程的日渐加剧,网络所扮演的角色已经由最初单纯面向国防或者科研等应用领域的通信基础设施,逐渐转变为支撑现代社会经济发展、社会进步和科技创新的最重要的信息基础设施。因此,保障网络的持续可用具有重要意义,它关乎经济稳定、国家安全以及个人活动的顺利进行。近年来,网络技术迅猛发展,各类应用层出不穷,但是不可预料的意外事件和自然发生的系统故障是随时可能发生的,当故障发生后需要依赖于目前的路由协议收敛过程实现故障的避绕,重新恢复端到端的数据转发路径。由于目前域间路由协议的慢收敛特点和收敛期间的路径信息不一致等问题,导致协议收敛期间出现长时间的端到端转发路径失效,影响了目的网络的可达性,降低了网络的持续可用能力。本文的工作依托于973课题《一体化网络体系结构模型及交换路由理论与技术》,重点研究在域间链路发生故障后,在协议收敛期间如何保证网络之间的持续可达。本文的研究思路是首先构建域间路由协议收敛模型,基于收敛模型分析和发现协议收敛期间影响网络可达性的因素,并综合考虑这些因素给出了一种良收敛协议框架,归纳了良收敛协议所内涵的三个关键问题。然后,针对良收敛协议覆盖的关键问题展开研究,提出了基于保护隧道的快速重路由技术、基于排序路由更新的平滑协议收敛技术以及基于定时重传和突发检测机制的会话可靠性增强技术。最后,对融合上述三种关键技术的良收敛协议进行了总结归纳,形成一套完备的保证网络持续可达的良收敛域间路由系统,主要的研究成果和创新点如下:1、构建了一种域间路由协议收敛状态模型,提出了良收敛协议框架。不是从单个节点而是从多节点状态形成的转发路径的特点出发,分析了转发路径环路和转发路径故障对网络可达性的影响程度,分析了路径环路和路径故障持续时间特点及产生的原因。基于对路径环路和路径故障的原因分析,提出了保证网络持续可达的良收敛协议框架,归纳了良收敛协议的主体内容,概括出良收敛协议所需要解决的三个关键技术问题。2、提出了一种基于保护隧道的重路由技术,保证短暂链路故障时刻网络的可达性。设计了一种在受故障影响的节点和不受故障影响的节点之间建立保护隧道的机制,当链路故障时,相应节点立刻采用保护隧道将数据重路由到不受故障影响的节点,由这类节点沿着正常的路径将数据转发到目的网络,从而保证网络的持续可达。通过解析方法证明了保护隧道的存在性和有效性,并分别给出了在多归路网路环境下和一般网络环境条件下的保护隧道建立机制。仿真结果显示保护隧道机制可以保证链路故障时目的网络的持续可达,同时不会明显增加协议消息数量和路由表条目数量,且可以增量部署。3、提出了基于排序路由更新的平滑收敛技术,保证协议收敛期间网络的可达性。在协议收敛过程中,让所有受故障影响的节点的转发表按照距离故障的远近顺序进行顺次更新,以便确保所有节点持续使用故障前的转发表进行数据转发,直到它获得一条有效的转发路径,从而保证收敛期间所有节点都使用有效的转发路径进行数据转发。通过解析方法证明了排序更新机制的正确性和完备性,并给出了协议消息设计,具体的算法实现。仿真结果证明该方法可以保证收敛期间目的网络的持续可达,同时协议的收敛性能也得到了提升。4、提出了对等保活消息的定时重传和突发发送机制,增强了对等会话的可靠性,进一步提高了链路故障时路由的稳定性。通过对链路故障持续时间分布特征的假定,建立了对等会话失效概率模型。在该模型下通过修改TCP的重传机制,在会话超时之前最大程度的对链路故障恢复进行检测;通过将保活消息的周期发送机制,改为突发性发送机制,可以最大程度对链路故障发生时刻进行检测。通过对TCP重传和保活消息的突发检测机制的修改,最大程度上提高故障发生和恢复检测概率,从而最大化会话保持时间对链路故障的容忍时间范围。会话保持机制是连接基于保护隧道的路由重定向机制和排序路由更新机制的纽带,会话可靠性的增强不仅增加了保护隧道的利用效率,而且避免触发不必要的排序更新收敛过程,减少了频繁收敛引发的路由计算和路由振荡,对路由的稳定性起到了一定的作用。
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全文目录
表目录 7-8 图目录 8-10 摘要 10-12 ABSTRACT 12-14 第一章 绪论 14-34 1.1 研究背景 14-17 1.2 背景假设 17 1.3 问题的提出 17-23 1.3.1 网络层可用性的重要性 18-19 1.3.2 网络可用性面临的挑战 19-23 1.4 研究现状 23-32 1.4.1 路径修复技术 23-26 1.4.2 路径保护技术 26-29 1.4.3 无收敛技术 29-30 1.4.4 各种方案的比较与分析 30-32 1.5 本文的主要工作及结构安排 32-34 第二章 域间路由收敛分析 34-55 2.1 BGP 收敛对网络可达性的影响 34-36 2.1.1 EBGP 收敛过程中的路径异常 34-35 2.1.2 IBGP 收敛过程中的路径异常 35-36 2.2 BGP 收敛过程的解析 36-48 2.2.1 事件驱动的BGP 收敛状态模型 36-39 2.2.2 路由异常与转发路径异常的关系 39 2.2.3 转发路径异常的充要条件 39-43 2.2.4 转发路径异常的持续时间分析 43-48 2.3 影响目的网络可达性的关键因素分析 48-51 2.3.1 环路路径和故障路径持续时间仿真比较 48-49 2.3.2 陈旧路径信息对可达性的影响 49-51 2.3.3 MRAI 对可达性的影响 51 2.4 良收敛协议框架 51-53 2.4.1 现有技术方案的综合分析 51-52 2.4.2 协议框架和关键技术问题 52-53 2.5 小结 53-55 第三章 基于保护隧道的重路由技术 55-82 3.1 保护隧道机制模型 55-60 3.1.1 现状分析 55 3.1.2 模型设计 55-56 3.1.3 自治域商业关系及其对路由选择通告的约束 56-57 3.1.4 PTR 机制的完备性分析 57-60 3.2 PTR 框架在多归路网络条件下的应用 60-66 3.2.1 问题分析 60-61 3.2.2 多归路环境下的快速重路由机制(Fremd) 61-62 3.2.3 Fremd 方案正确性分析 62-63 3.2.4 性能仿真比较 63-65 3.2.5 Fremd 方案的局限性 65-66 3.3 PTR 框架的通用实现机制 66-79 3.3.1 问题分析 66-67 3.3.2 基于路由重定向的动态隧道建立机制R2-PTM 67-72 3.3.3 数据转发操作 72 3.3.4 协议设计与协议算法 72-74 3.3.5 实验仿真分析 74-79 3.4 PTR 的优点和缺陷分析 79-81 3.4.1 优势分析 79-81 3.4.2 缺陷分析 81 3.5 小结 81-82 第四章 基于排序路由更新的平滑收敛技术 82-101 4.1 问题分析 82 4.2 排序更新机制 82-98 4.2.1 排序更新原理 82-88 4.2.2 排序更新协议设计 88-91 4.2.3 算法设计 91-94 4.2.4 收敛时间的性能分析 94-95 4.2.5 仿真实验 95-98 4.3 排序更新机制与R2-PTM 机制的融合 98-99 4.3.1 保护隧道信息的删除 98-99 4.3.2 保护隧道的停用 99 4.4 排序更新机制的适用范围讨论 99 4.5 小结 99-101 第五章 基于定时重传和突发检测机制的会话可靠性增强技术 101-113 5.1 对等体会话可靠性对良收敛机制的影响分析 101-102 5.2 BGP 会话模型分析 102-106 5.2.1 链路故障结束时刻概率分布 102-103 5.2.2 对等会话超时概率 103-105 5.2.3 BGP 会话的失效概率 105 5.2.4 BGP 会话失效概率分析 105-106 5.3 增强对等体会话可靠性的方法 106-111 5.3.1 TCP 传输机制的改进 106-108 5.3.2 会话失败概率为零的条件 108 5.3.3 Keepalive 发送机制的改进 108-111 5.4 小结 111-113 第六章 结束语 113-116 5.1 本文总结 113-114 5.2 本文主要创新点 114-115 5.3 本文下一步工作 115-116 参考文献 116-121 作者简历 攻读博士学位期间完成的主要工作 121-123 致谢 123
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信网 > 一般性问题 > 通信规程、通信协议
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