IP地址驱动的多径路由及流量传输控制研究

Multi-path routing technology provides flexible transmission services for the Internet. The actually deployed multi-path routing mechanisms still have obvious shortcomings. For instance, Multi-Protocol Label Switching (MPLS) results in extra overhead of label encapsulation, which is only suitable for a few network scenarios. Besides, Policy Based Routing (PBR) is less efficient due to its static configuration. As an inherent field in IP packet header, IP address implies a lot of important information including identity, position, topology, etc. However, it is currently not fully utilized in IP routing. This project takes source & destination addresses as the driving elements to study flexible, controllable, and credible multi-path routing mechanisms and to study the traffic transmission optimization and trustworthy control in the Internet. The main work is illustrated as follows: 1) IP address semantics and the design model of the IP address driven multi-path routing; 2) Rapid avoidance method of the congested link based on the two dimension IP routing, and the scientific rules of selecting the bypass flows; 3) Outgoing traffic control in the multi-egress network, which includes the construction of two dimension forwarding path with low cost and fast path switching after the failure of a key link or node; 4) Multi-path transmission based on credible grades, and the efficient algorithm of calculating the shortest paths for the multiple associated topologies; 5) Multi-path forwarding processing mechanism and tables storage optimization, and experimental model and verification environment towards multi-path routing.

多径路由可为互联网提供灵活的路由传输服务。然而，目前实际部署的多径路由技术仍存在明显不足，如多协议标签交换技术（MPLS）会增加封装负载且适用范围有限，策略路由（PBR）因为静态配置而效率较低。IP地址作为互联网报文固有元素，可蕴含身份、位置、拓扑等重要信息，却未被路由机制充分利用。本项目以源、目的IP地址为驱动，研究灵活、可控、可信的多径路由机制，并针对流量传输优化及可信控制等问题展开具体研究。研究内容包括：1）研究IP地址语义，构建IP地址驱动的多径路由设计模型；2）基于二维路由研究拥塞链路的快速规避方法，设计科学的分径流量遴选规则；3）研究多出口网络的外访流量控制，设计低代价二维转发路径构建方法及故障后快速路径切换机制；4）研究基于可信级别的多径传输，设计多关联拓扑最优路径的高效计算算法；5）研究转发引擎多径转发处理机制和表项存储优化，设计多径路由实验模型及验证环境。

多径路由可避免网络拥塞、提升网络传输带宽等，显明地提升互联网服务能力。本项目围绕多径路由展开研究，主要工作和贡献如下。.1）提出了一种基于二维转发分流的拥塞规避机制，当链路因过多流量而将发生拥塞时，在软件定义网络服务节点的协助下，拥塞链路的上游节点构造基于二维转发的分流路径，将部分流量分流到其他转发路径上，以规避拥塞的发生。.2）提出了一种基于代理计算的轻量级二维路由机制LTAC，在保证路由灵活性与可控性的同时尽可能降低二维路由引入的数据层和控制层的资源消耗。重点研究了如何在尽量小的范围内发布二维的链路状态消息、如何在尽可能少的路由器中部署二维路由项。.3）针对路由器设备可信和转发路径安全这一问题，提出一种分级可信的多径路由体系。报文只能经过不低于其自身可信级别的路由器转发，因此不同级别的数据流量将在不同的分级拓扑中传输，这些分级拓扑具有由低到高的依次包含关系。.4）研究了当前智能路由算法在路由更新中引发大范围路由振荡以及由此引发的转发效率下降问题，在使全网链路负载尽可能均匀分布的同时，降低路由更新引发的路由振荡，提出了一种路由振荡抑制的智能路由选择算法。.5）分析了多径隧道传输特征，基于多种网络性能指标提出了针对用户网络服务质量的隧道调度方法，并进一步设计最小化网关带宽利用率的流量均衡机制。并且，提出了几种针对多径隧道调度的具体实施策略。.6）提出了一种基于多比特Trie的数据结构和相应的查找更新算法。该算法结合了IPv6地址和骨干网路由表的特性，将IPv6前缀的每16位划分为一层，并建立了一种三层查找结构。