網際網路面向用戶的跨域的端到端網絡路由選擇方法

2023-05-29 20:59:06 2

專利名稱：：網際網路面向用戶的跨域的端到端網絡路由選擇方法
技術領域：
：網際網路面向用戶的跨域的端到端網絡路由選擇方法屬於計算機網絡
技術領域：
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背景技術：
：近年來，隨著下一代網際網路技術的發展，全球己初步形成了基於IPv4/IPv6協議的互聯互通的網絡基礎設施平臺，基於網絡的革命性應用不斷湧現。其中，高帶寬和強實時性的網絡高性能應用是其中的重要組成部分。與現有的其他應用相比，這些應用每路視頻傳輸需要佔用大量帶寬(如壓縮標清/高清視頻需要30Mbps/20Mbps的帶寬，非壓縮高清視頻需要1.2Gbps的帶寬，海量數據傳輸需要5-8Gbps的帶寬)。多年的實踐表明現有的網際網路對這類高性能應用的支持顯得力不從心，特別是在跨多個自治域傳輸時，基於最短自治域號碼路徑的跨域路由選擇往往是帶寬不足的擁塞鏈路，很難保證此類應用的端到端性能。而非最短路徑卻在帶寬方面有很大優勢。因此，如果不做前期的有效測量，採取政策性路由的方案選擇有充足帶寬保證的跨自治域路由，大部分的此類應用是不能成功的。到目前為止，還沒有系統的方法和相應的工具解決此類問題。終端用戶和網絡工程師需要大量的協調和溝通，同時各個自治域之間的網絡管理員和工程師也要進行大量的協調，採用近似於"藝術"而不是"工程"的方法進行特殊路由調整。隨著此類應用的增多，特定的、端到端路由選擇與調整的需求也越來越多，跨域路由的網絡管理和故障處理越來越困難。本發明在不改變現有網際網路路由技術的基礎上自動地、系統地解決以上問題。本發明的基本特徵包括1)根據本自治域與其他網絡互聯的路徑情況配置"信標地址塊"，每個信標地址塊僅向一個對應的特定路徑公布；2)為每個"信標地址塊"配置相應的信標測量伺服器；3)基於通信實體所在的自治域單方或雙方配置的"信標地址塊"和相應信標測量伺服器，利用測量結果進行雙向網絡路由選擇和性能優化。
發明內容本發明的目的在於為高性能網絡應用用戶提供可選擇的網際網路跨自治域路徑，以保證端到端傳輸性能的方法。本發明的特徵在於依次包含以下步驟步驟l:初始化高性能網絡用戶A和B分別屬於自治域X和自治域Z，自治域X和自治域Z之間通過若干穿透自治域進行信息傳輸。自治域X如果有M條路逕到其它的若干自治域，需設置M個信標地址塊IPX(i),i=l,...M,對每個信標地址塊配置一臺信標測量伺服器，BSx(i),,i=l，...M;自治域Z如果有N條路逕到其它的若干自治域，需設置N個信標地址塊IPZ(D，j=l，...N，對每個信標地址塊配置信標測量伺服器BSz(j)，j=l，...N;跨域鏈路流量監控資料庫伺服器LTMX接入X自治域，LTMy接入Y自治域；步驟2:在自治域X和自治域Z的邊界路由器上配置面向不同信標地址塊的路由發布政策，即每個信標地址塊僅向一個對應的特定路徑公布。這樣，該自治域的入流量所經過的跨自治域的特定路徑p就可以由相應的信標地址IPx(p)選擇確定。因此，當自治域X和自治域Z為通信實體，選擇IP"p)和IPz(q)則意味著對於自治域X，入流量的路徑為p，出流量的路徑為q，對於自治域Z，入流量的路徑為q，出流量的路徑為p;步驟3:自治域X的高性能網絡用戶A可用郵件、電話或網頁服務方式告訴自治域Z的高性能網絡用戶B在自治域X中所有的信標測量伺服器地址BSx(i),i=,...M，用戶B分別對這些信標測量伺服器做路徑查詢(traceroute)和利用測量工具(ping、iperf、dvping等)對這些信標測量伺服器做由自治域Z到自治域X方向流量的網絡性能測量，在此基礎上用戶B根據高性能應用對於帶寬和延時等要求，選擇自治域X中的最佳的信標測量伺服器BSx(p)，把相應的traceroute結果和性能測試結果用郵件、電話或網頁服務方式發送給用戶A;步驟4:如果在自治域X和自治域Z之間有多個穿透自治域，有關信標地址所得到的路徑是距離自治域X最近的默認路徑。由於多個穿透自治域之間也有互聯的可能性，在距自治域X較遠的鏈路上存在著使用其它路徑的情況。針對這種情況，如果由自治域Z到自治域X方向流量的網絡性能己經達到要求，可以不作特殊處理。否則，可以針對不同的信標地址，由各自治域之間網絡管理員設置域間路由的路由政策來調節，直到達到需求；步驟5:用戶A用郵件、電話或網頁服務方式向本自治域X的系統管理員提交用戶B發來的traceroute和網絡性能信息數據，申請使用最佳的信標測量伺服器BS"p)所對應的物理連接鏈路p作為由自治域Z到自治域X方向流量的所選最優路徑，並申明將使用的帶寬為W;步驟6:本自治域X的系統管理員査詢跨域鏈路流量監控資料庫伺服器LTM，如果該鏈路p在由自治域Z到自治域X方向流量的剩餘帶寬資源大於該應用所需帶寬要求W，則批准。否則不批准。如不批准，通知用戶選擇其他鏈路，重複步驟3至步驟5，直至找到合適的鏈路。這樣，可以保證由自治域Z到自治域X方向流量(用戶A接收用戶B的數據)的網絡傳輸性能和服務質量步驟7:如在自治域Z中也定義信標地址塊並建立相應的信標測量伺服器，同理，仿照步驟3至步驟6，可以得出對於相反方向的傳輸性能和服務質量，即由自治域X到自治域Z方向流量的路徑(用戶B接收用戶A的數據)的網絡傳輸性能和服務質量；步驟8:如果限於條件，在自治域Z中無法定義信標地址塊並建立相應的信標測量伺服器，則自治域A也可以根據其入流量路徑調整域間路由協議BGP的參數local-pref，強迫出流量選擇與入流量採用相同的自治域間互聯路徑，一般情況下，也可以保證雙向傳輸的性能。圖1面向用戶的端到端跨自治域路由選擇方法網絡連接拓撲圖；圖2整個發明方法的流程框圖；圖3實驗測試環境網絡連接拓撲圖；圖1中用到的部分名詞解釋如下*BS:信標測量伺服器(BeaconServer);*LTM:跨域鏈路流量監控資料庫伺服器(LinkTrafficMonitoringDatabaseServer);具體實施過程本發明方法由以下三個部分有機組成(1)根據本自治域與其他網絡互聯的域間物理連接路徑，定義不同的"信標地址塊"，每個信標地址塊僅向一個對應的特定路徑公布。網際網路的本質是互相獨立的自治域之間的互聯，同時多個自治域互連時互聯鏈路的帶寬也不相同。自治域之間的優選路徑在通常情況下基於最短自治域號碼路徑。位於不同自治域的用戶進行端對端的高性能應用時，信息的傳輸路徑由各個自治域之間的互聯關係決定。多年的實踐表明基於最短路徑的跨域路由選擇往往是帶寬不足的擁塞鏈路，而非最短路徑卻在帶寬方面有優勢。因此，用戶和網絡工程師需要大量的協調和溝通，同時各個自治域之間的網絡管理員和工程師也要進行大量的協調，採用近似於"藝術"而不是"工程"的方法進行特定路由調整。基於以上原理，本發明的方法中根據本自治域與其他自治域的互聯情況，為每個互聯路徑預留1個或多個專用的"信標地址塊"，每個信標地址塊僅向一個對應的特定路徑公布。使從其他自治域發送給本自治域的分組報文能夠根據信標地址沿著特定的互聯路徑傳送到本自治域。這樣，做到入流量的傳輸路徑可選、可控。(2)為"信標地址塊"配置信標測量伺服器在以上的"信標地址塊"中選擇一個地址，用其配置相應的信標測量伺服器，並在這些伺服器上安裝ping、tmceroute、iperf、dvping等多種網絡性能測量工具。這樣可以為非本自治域的網絡系統管理員和最終用戶提供通過相應信標地址到本自治域信標測量伺服器的入流量的網絡性能，如數據傳輸丟包率，雙向延時，傳輸速率(吞吐量)等。這些測量數據反映了兩個自治域之間網際網路的性能。這些性能將為各自治域選擇性能最優出流量路徑提供參考。如果在自治域X和自治域Z之間有多個穿透自治域，有關信標地址所得到的路徑是距離自治域X最近的默認路徑。由於多個穿透自治域之間也有互聯的可能性，在距自治域X較遠的鏈路上存在著使用其它路徑的情況。針對這種情況，如果由自治域Z到自治域X方向流量的網絡性能已經達到要求，可以不作特殊處理。否則，可以針對不同的信標地址，由各自治域之間網絡管理員設置域間路由的路4政策來調節，直到達到需求。值得指出的是，這些調節是一次性的，在調整完成後即可以由相應的信標地址唯一地確定由自治域z到自治域X方向流量的路徑。(3)雙向網絡性能的測量方法在相互通信的兩個自治域通信實體間分別定義信標地址，建立相應的信標測量伺服器，可以在各自入流量網絡性能的基礎上得到雙向網絡性能。如果限於條件，在對方自治域中無法定義信標地址並建立相應的信標測量伺服器，則本自治域也可以根據其入流量的路徑調整域間路由協議BGP的參數local-pref，強迫出流量選擇與入流量選擇相同的自治域間互聯路徑。測試環境搭建在真實的網際網路主幹網上，本端用戶為清華大學，本自治域為CERNET(自治域號碼4538)。對端用戶為NotreDame大學，對端自治域為Abilene(自治域號碼11537)。應用系統為數字視頻DVTS,所需帶寬為30Mbps。從圖中可以看出，CERNET有Abilene,APAN，TEIN2和K0REN等多個互聯鏈路。其中Abilene的直聯鏈路為最短路徑，但十分擁塞，通過APAN的鏈路非最短路徑，但帶寬充足。相應的測量信標地址，信標測量伺服器地址，自治域路徑和瓶頸帶寬如下表所示。tableseeoriginaldocumentpage7清華大學用戶將各個信標地址通知NotreDame大學。NotreDame大學對於4個信標測量伺服器進行測試。測試結果表明，Abilene鏈路的丟包率為30%，傳輸速率為18Mbps，其它鏈路的丟包率為0%,傳輸速率為30Mbps。根據測試結果，NotreDame大學選擇APAN鏈路，通知清華大學，清華大學用戶向CERNET網絡管理員申請使用APAN鏈路。CERNET網絡管理員查詢資料庫，確認APAN聯路有超過30Mbps的富裕帶寬，接受申請。由於Abilene尚未建議信標地址和信標測量伺服器，CERNET網絡管理員做traceroute到NotreDame大學，如表1所示。可以看出，出流量路徑已經通過APAN鏈路，無需進一步配置。tracerouteto129.74.166.1(129.74.166.1)，30hopsmax,40bytepackets1202.112.0.65(202.112,0.65)2ms1ms0ms2cdO.cerneUiet(202.112.53.73)290ms273ms202ms3202112.61.158(202.112.61.158)1ms0ms0ms4202.112.53.18(202.112.53.18)1ms1ms1ms5tpr5-ae0-25.jp.apan.net(203.181.194.125)89ms89ms89ms6losa-tokyo-tp2.transpac2.net(192.203.116.145)210ms205ms216ms7abilene-l-lo-jmb-702.lsanca.pacificwave.net(207.231.240.131)205ms205ms205ms8so隱0-0-0.0.rtr.hous.net,mternet2.eclu(64.57.28.45)237ms237ms237ms9so-4-0-0.0.rtr.atla.net.imernet2.edu(64.57.28-42;)260ms260ms260ms10ge-0-3-0.110.rtr.ll.indiana甲gigapop,net(149.165.254,20)275ms275ms275ms11149.165.254.42(149.165.254—42)283ms283ms283ms表1到NotreDame大學的出流量路徑通過相關配置，清華大學成功地利用動態分配的地址進行了高性能數字視頻DVTS應用。從上可知，實驗測試結果達到了本發明預期的要求。通過根據本自治域與其他網絡互聯的路徑情況發布"信標地址"，為信標地址配置信標測量伺服器，根據對端用戶與信標測量伺服器的性能測量結果，選擇對端出流量的傳輸路徑。雙向完成後，即完成某端的入/出流量的傳輸路徑選擇，系統地、工程化地成功地解決了利用跨自治域非最短路徑支持高性能應用的問題。權利要求1、網際網路面向用戶的跨域的端到端網絡路由選擇方法，其特徵在於一次完成的以下步驟步驟1初始化高性能網絡用戶A和B分別屬於自治域X和自治域Z，自治域X和自治域Z之間通過若干穿透自治域進行信息傳輸；自治域X如果有M條路逕到其它的若干自治域，需設置M個信標地址塊IPx(i)，i＝1，...M，對每個信標地址塊配置一臺信標伺服器，BSx(i)，i＝1，...M；自治域Z如果有N條路逕到其它的若干自治域，需設置N個信標地址塊IPz(j)，j＝1，...N，對每個信標地址塊配置信標伺服器BSz(j)，j＝1，...N；跨域鏈路流量監控資料庫伺服器LTMx接入X自治域，LTMy接入Y自治域；步驟2在自治域X和自治域Z的邊界路由器上配置面向不同信標地址塊的路由發布政策，即每個信標地址塊僅向一個對應的特定路徑公布，這樣，該自治域的入流量所經過的跨自治域的特定路徑p就可以由相應的信標地址IPx(p)選擇確定，因此，當自治域X和自治域Z為通信實體，選擇IPx(p)和IPZ(q)則意味著對於自治域X，入流量的路徑為p，出流量的路徑為q；對於自治域Z，入流量的路徑為q，出流量的路徑為p；步驟3自治域X的高性能網絡用戶A可用郵件、電話或網頁服務方式告訴自治域Z的高性能網絡用戶B在自治域X中所有的信標伺服器地址BSx(i)，i＝1，...M，用戶B分別對這些信標伺服器做路徑查詢(traceroute)和利用測量工具(ping、iperf、dvping等)對這些信標伺服器做由自治域Z到自治域X方向流量的網絡性能測量，在此基礎上用戶B根據高性能應用對於帶寬和延時等要求，選擇自治域X中的最佳的信標伺服器BSx(p)，把相應的traceroute結果和性能測試結果用郵件、電話或網頁服務方式發送給用戶A；步驟4如果在自治域X和自治域Z之間有多個穿透自治域，有關信標地址所得到的路徑是距離自治域X最近的默認路徑，由於多個穿透自治域之間也有互聯的可能性，在距自治域X較遠的鏈路上存在著使用其它路徑的情況，針對這種情況，如果由自治域Z到自治域X方向流量的網絡性能已經達到要求，可以不作特殊處理，否則，可以針對不同的信標地址，由各自治域之間網絡管理員設置域間路由的路由政策來調節，直到達到需求；步驟5用戶A用郵件、電話或網頁服務方式向本自治域X的系統管理員提交用戶B發來的traceroute和網絡性能信息數據，申請使用最佳的信標伺服器BSx(p)所對應的物理連接鏈路p作為由自治域Z到自治域X方向流量的所選最優路徑，並申明將使用的帶寬為W；步驟6本自治域X的系統管理員查詢跨域鏈路流量監控資料庫伺服器LTM，如果該鏈路p在由自治域Z到自治域X方向流量的剩餘帶寬資源大於該應用所需帶寬要求W，則批准，否則不批准；如不批准，通知用戶選擇其他鏈路，重複步驟3至步驟5，直至找到合適的鏈路；這樣，可以保證由自治域Z到自治域X方向流量(用戶A接收用戶B的數據)的網絡傳輸性能和服務質量；步驟7如在自治域Z中也定義信標地址塊並建立相應的測量伺服器，同理，仿照步驟3至步驟6，可以得出對於相反方向的傳輸性能和服務質量，即由自治域X到自治域Z方向流量的路徑(用戶B接收用戶A的數據)的網絡傳輸性能和服務質量；步驟8如果限於條件，在自治域Z中無法定義信標地址塊並建立相應的測量伺服器，則自治域A也可以根據其入流量路徑調整域間路由協議BGP的參數local-pref，強迫出流量選擇與入流量採用相同的自治域間互聯路徑，一般情況下，也可以保證雙向傳輸的性能。全文摘要網際網路面向用戶的跨域的端到端網絡路由選擇方法屬於計算機網絡
技術領域：
。通過根據本自治域與其他網絡互聯的路徑情況配置「信標地址塊」，每個信標地址塊僅向一個對應的特定路徑公布。同時，為每個「信標地址塊」配置相應的信標測量伺服器。基於通信實體所在的自治域單方或雙方配置的「信標地址塊」和相應信標測量伺服器，利用測量結果進行雙向網絡路由選擇和性能優化。從而系統地、工程化地成功地解決了利用跨自治域非最短路徑支持高性能應用的問題。文檔編號H04L12/66GK101286921SQ200810094268公開日2008年10月15日申請日期2008年4月25日優先權日2007年5月16日發明者包叢笑,星李申請人:清華大學