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基于局部优化策略的IP网络拥塞控制技术研究与实现

作　者: 王小敏
导　师: 陈山枝
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 流量工程拥塞控制局部优化 MPLS OpenFlow
分类号: TP393.06
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

计算机网络为大众提供了一个理想的信息交互平台和信息分享平台,在信息化社会中起着不可替代的作用。近年来,网络用户数目激增,信息量高度膨胀,而网络资源的增长和设备的升级远远落后,使得互联网不堪重负,一系列问题随之而来。其中最突出便是网络拥塞,严重时甚至引起网络崩溃,极大的影响着网络性能。细分网络拥塞的原因,主要有两个：一个是网络信息量的快速增长造成的网络资源匮乏。单纯的增加带宽、网络扩容已不能真正解决问题。另一个就是传统的IP网络的固有缺点。当前IP网络中的路由协议是拓扑驱动,不考虑网络链路现有负荷和流量特征,这趋向于将网络流量导向同一链路,引起某些链路上流量超载的同时,其他较长路径上的链路轻载或空闲。因此,要想有效的解决拥塞问题,必须依赖于网络自身的调节和控制,在保证网络QoS质量的前提下,合理优化网络资源,均衡流量,尽可能降低或避免拥塞的发生,同时增加拥塞控制机制,在拥塞发生时,尽可能的缓解或消除拥塞。本文分析了网络流量拥塞控制技术的研究现状,并在此基础上,对现有拥塞控制技术进行了分析总结,取长补短,提出了一种基于局部优化策略的IP网络拥塞控制技术。该技术和流量工程有一定区别,流量工程主要是在线下进行资源分配,或在拥塞避免阶段,根据下游结点的拥塞状况,来提前指定业务流的路径从而避免拥塞。该技术主要面向网络流量的拥塞解决,一旦检测到网络中出现拥塞,则以拥塞结点为中心,向拥塞流的源方向向上回溯,划定一个满足特定条件的区域,在该划定区域中,在该区域内进行流量均衡,充分利用空闲或轻载的链路,将拥塞流从区域的其他出口送出,并且要保证送出去的拥塞流在到达目的主机的过程中,按照最短路径优先算法,不会再回到该划定区域,以此来分散拥塞链路上的拥塞流,缓解或消除拥塞。在此理论基础上,论文引入了基于流分类的新型网络交换模型——penFlow,在划定区域中,通过开放的流表对网络拥塞流的转发行为进行控制,分离背景流和拥塞流,为上述技术在实现上提供途径。为了进一步证明该流量拥塞控制技术的可行性,在实验室项目组的系统平台上实现了以基于局部优化的拥塞控制算法为技术核心的IP网络流量拥塞控制系统,并对该系统中对该技术的性能从各个角度进行了大量测试。本文的主要内容如下：(1)对国内外关于流量拥塞控制技术研究进行了深入研究,分析当前实现流量拥塞控制的主要方法,进一步提出自己的见解。(2)提出了一种面向拥塞解决的流量拥塞控制机制,引入局部优化的概念来解决流量拥塞控制问题。(3)在实验室项目组的系统平台上实现IP网络流量拥塞控制系统,该系统以基于局部优化的流量拥塞控制算法为核心,并引入OpenFlow技术,对拥塞流的转发行为进行控制。(4)搭建具体的网络环境,对上述IP网络拥塞控制系统从各个角度进行大量测试,分析该系统的性能。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-14
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 主要工作  12-13
  1.3 论文结构  13-14
第2章流量拥塞控制技术的研究  14-25
  2.1 IP网络传统路由算法的缺陷  14-15
  2.2 流量工程的发展  15-20
    2.2.1 基于路由器的核心网络  15-17
    2.2.2 ATM网络中的流量工程技术  17-18
    2.2.3 MPLS流量工程技术  18-20
  2.3 拥塞控制算法研究  20-25
    2.3.1 ATM网络拥塞控制机制  21-22
    2.3.2 TCP拥塞控制机制  22-23
    2.3.3 IP层的拥塞控制机制  23-25
第3章基于局部优化策略的IP网络拥塞控制技术  25-43
  3.1 基于局部优化的拥塞控制技术的介绍  25-29
    3.1.1 基本概念  26-27
    3.1.2 基本原理  27-28
    3.1.3 工作流程  28-29
  3.2 基于局部优化的拥塞控制技术的前提  29
  3.3 基于局部优化的拥塞控制技术的算法  29-41
    3.3.1 算法原理  29-30
    3.3.2 算法的数学模型  30-31
    3.3.3 算法流程  31-41
  3.4 基于局部优化的拥塞控制技术的优势  41-43
第4章基于局部优化策略的IP网络拥塞控制技术的实现  43-61
  4.1 OPENFLOW技术介绍  43-47
    4.1.1 OpenFlow背景  43
    4.1.2 OpenFlow简介  43-46
    4.1.3 在拥塞控制系统中的应用  46-47
  4.2 流量拥塞控制系统框架介绍  47-51
    4.2.1 流量拥塞控制系统运作方式  48-49
    4.2.2 流量拥塞控制系统的框架  49-50
    4.2.3 流量拥塞控制系统的流程  50-51
  4.3 流量拥塞控制系统接口介绍  51-61
    4.3.1 Area类  52-54
    4.3.2 InOutMatrix类  54-56
    4.3.3 Path类  56-59
    4.3.4 两个对外接口  59-61
第5章基于局部优化策略的IP网络拥塞控制技术性能分析  61-77
  5.1 测试目的及指标  61-62
    5.1.1 测试目的  61
    5.1.2 测试指标  61-62
  5.2 测试环境说明  62-63
    5.2.1 测试环境  62
    5.2.2 测试网络拓扑  62-63
    5.2.3 测试说明  63
  5.3 拥塞控制性能测试点1  63-66
    5.3.1 测试用例清单  63-64
    5.3.2 测试结果对比  64-66
  5.4 拥塞控制性能测试点2  66-69
    5.4.1 测试用例清单  66-67
    5.4.2 测试结果对比  67-69
  5.5 拥塞控制性能测试点3  69-73
    5.5.1 测试用例清单  69-70
    5.5.2 测试结果对比  70-73
  5.6 拥塞控制性能测试点4  73-75
    5.6.1 测试用例清单  73-74
    5.6.2 测试结果对比  74-75
  5.7 拥塞控制性能分析  75-77
第6章结束语  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
攻读硕士期间发表的文章及研发成果  82

基于局部优化策略的IP网络拥塞控制技术研究与实现

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