基于最小路径交叉度的域内路由保护方案

已有的路由保护方案面临下面两个问题：（1）默认路径和备份路径包含的公共边数量较高,如ECMP和LFA等;（2）为了计算两条包含公共边数量较少的路径,限制默认路径不能使用最短路径,如红绿树方案等.针对上述两个问题,首先将计算默认路径和备份路径描述为一个整数规划问题,然后提出采用启发式方法求解该问题,接着介绍了转发算法,最后通过仿真实验和真实实验对算法进行了测试.实验结果表明,该算法不仅具有较低的计算复杂度,而且可以降低默认路径和最短路径包含的公共边的数量,提升网络可用性.     

面向IP快速路径切换的OSPF冗余路径算法

在IP网络中,当某链路或者节点发生故障时,通过路由协议的收敛来绕开故障的链路或节点.对OSPF路由协议,这个时间至少为5秒,期间经过故障节点或链路的流量将会被丢弃,绝大多数的应用可以承受这种程度的延迟.但是,对延迟敏感的应用如VoIP而言,这种量级的延迟是很难为用户所接受的.基于现有的OSPF路由协议的最短路径树(SPT)算法,提出一种支持IP快速重路由的多冗余路径树计算算法.算法计算除最短路径外至少一条不相交无环备份路径,保证在最短路径的链路或节点故障时,通过快速切换到备份路径,以提高IP网络的故障收敛时间.     

基于软件定义网络的高故障保护率的路由保护方案

软件定义网络(Software Defined Network, SDN)以其强大的可编程性和集中控制的优势得到了学术界的广泛关注。现有的SDN设备在执行报文转发时仍然使用最短路径协议，当最短路径中的结点发生故障时，网络仍然需要重新收敛，在此期间报文可能会被丢弃，进而无法传递至目的结点，给实时性应用的流畅性造成了冲击，影响用户体验。学术界普遍采用路由保护的方案来应对网络故障，现有的路由保护方案存在以下两个方面的问题：(1)故障保护率低；(2)当网络出现故障时，备份路径可能会出现路由环路。为了解决上述两个问题，首先提出了备份下一跳计算规则；然后基于此规则设计了一种软件定义网络下的高故障保护率的路由保护算法(Routing Protection Algorithm with High Failure Protection Ratio, RPAHFPR),该算法融合了路径生成算法(Path Generation Algorithm, PGA)、旁支优先算法(Side Branch First Algorithm, SBF)和环路规避算法(Loop Avoidance Algorithm, L...     

一种线性时间复杂度的高效路由保护方法

如何高效快速地应对网络中的故障是设计路由协议的基本要求和主要任务。由于动态路由协议在应对网络中的故障时,在协议动态收敛的过程中将会有大量的报文被丢弃。因此,目前路由器厂商普遍采用路由保护方法来克服网络故障,在众多的路由保护方法中,DC（downstream criterion）规则是一种被普遍认可的方法。然而,已有的实现 DC规则算法的时间复杂度普遍较高,并且复杂度随着网络节点平均度的增加而迅速增加。为了应对上述问题,提出一种线性时间复杂度的高效路由保护方案ERPLR（an efficient routing protection method with linear time complexity）,该方法首先提出了备份下一跳计算规则,然后在已有最短路径树的基础上,根据备份下一跳计算规则为所有的源目的节点对计算备份下一跳。在计算备份下一跳的过程中,每个节点和其邻居最多被访问一次,因此ERPLR的时间复杂度为O（V+E）。实验结果表明,与已有的实现DC规则相比较,ERPLR在故障保护率和路径拉伸度两个度量指标结果相似的情况下,在真实网络拓扑和模拟拓扑中,ERPLR分别降低了大约74.93%和78.91%的计算开销,该方法可以极大地降低DC规则的计算开销。     

LFA算法的一种高效实现方法

研究表明,网络中的故障不可避免而且频繁出现.当故障发生时,目前互联网部署的域内路由协议需要经历收敛过程.在此过程中,路由信息可能不一致,从而导致报文丢失,降低了路由可用性.因此,业界提出了利用LFA（loop free alternates）应对网络中发生的单故障情形,从而提高路由可用性.然而,已有的LFA实现方式算法时间复杂度大,需要消耗大量的路由器CPU资源.针对该问题严格证明了当网络中出现单故障时,只需要为特定的节点计算备份下一跳,其余受该故障影响节点的备份下一跳和该特定节点的备份下一跳是相同的.基于上述性质,分别讨论了对称链路权值和非对称链路权值中对应的路由保护算法.实验结果表明：与LFA相比较,该算法的执行时间降低了90%以上,路径拉伸度降低了15%以上,并且与LFA具有同样的故障保护率.     

基于逐跳转发方式的单故障路由保护方法

业界提出利用LFA（loop free alternates）方案来应对网络中频繁出现的故障,然而LFA并不能保护网络中所有可能出现的单故障情形。针对上述问题,提出了一种基于逐跳转发方式的单故障路由保护算法SFRPA（single failure routing protection algorithm based on hop by hop forwarding）。SFRPA首先提出了三个无环路备份下一跳选取规则,然后制定了优先级队列的操作规则,最后利用优先级队列和无环路备份下一跳选取规则为所有源目的节点对计算出一个最优的备份下一跳。该算法具有支持逐跳转发、支持增量部署、保护网络中所有可能的单故障情形三个特征。实验结果表明,与经典的路由保护方案LFA、DMPA、TBFH和IAC相比较,SFRPA不仅可以应对网络中所有可能的单故障情形,并且具有较小的路径拉伸度。     

OSPF路由协议运行机制及算法的研究

为了研究OSPF运行机制和验证SPF算法,分析了OSPF的动态路由技术并利用实验加以验证,结果表明,OSPF不仅是一种最短路径优先算法,也是一种收敛速度快的动态路由协议,适合于多种网络拓扑结构。     

一种基于转发图的域内路由保护算法

业界提出利用路由保护算法来解决网络中的故障问题,然而已有的路由保护算法存在4个方面的问题：1）无法应对网络中所有可能的单故障情形;2）需要额外辅助机制的协助;3）不支持增量部署;4）每个结点存储多个到达目的地址的备份下一跳.提出一种基于转发图的域内路由保护算法（an intradomain routing protection algorithm based on forwarding graph, RPBFG）来解决这4个问题.首先建立了以最大化故障保护率为目标、以转发图包含反向最短路径树为约束条件的路由保护模型;然后提出了利用遗传算法构造满足上述目标的转发图;最后根据构造的转发图计算出所有结点到达目的结点的备份下一跳.在11个真实拓扑结构中比较了RPBFG,NPC,U-turn,MARA-MA,MARA-SPE在故障保护率和路径拉伸度的性能.实验结果表明,RPBFG可以应对网络中所有可能的单故障;在平均路径拉伸度方面,RPBFG比NPC,U-turn,MARA-MA,MARA-SPE分别降低了0.11%,0.72%,37.79%,36.26%.     

OSPF原理分析及在城域网中的应用

本文简要分析了OSPF动态路由协议的工作原理和基本算法,并结合河南有线电视网络集团有限公司郑州分公司的城域IP网络的具体实施情况,说明了OSPF路由技术在城域IP网中的应用。采用OSPF动态路由技术,有效地实现了网络中路由信息的快速收敛和备份线路的自动切换,充分保障了整个网络系统的稳定、可靠和安全的运行。     

OSPF原理分析及在城域网中的应用

该文简要分析了OSPF动态路由协议的工作原理和基本算法,并结合郑州广电信息网络有限公司的城域IP网络的具体实施情况,说明了OSPF路由技术在城域IP网中的应用。采用OSPF动态路由技术,有效的实现了网络中路由信息的快速收敛和备份线路的自动切换,充分保障了整个网络系统的稳定、可靠和安全的运行。     

基于关键网络状态的域内路由可用性研究

业界通常采用路由保护方案来提高域内路由可用性.然而已有的路由保护方案存在下面两个方面的问题:a)没有考虑网络中链路的失效概率,同等对待网络中所有的链路,事实上在互联网中,不同链路的失效概率是不同的,因此应该在路由保护方案中考虑链路的失效概率;b)将保护链路的数量作为设计目标,事实上方面某些链路出错的概率非常低,保护这些链路反而会增加开销,而另一方面某些链路出错的概率非常高,需要重点保护这些链路.因此应该将路由可用性作为路由保护方案的设计目标.针对上述两个问题,提出了一种基于关键网络状态的域内路由保护方案(RPBCNS),该算法首先通过链路失效概率计算出所有的关键网络状态,然后在每种关键网络状态下计算节点对之间相应的路径,保证节点对之间路径的多样性,从而使得尽可能多的节点对满足路由可用性需求.仿真实验将RPBCNS算法与主流算法ECMP、DC、path splicing分别在三个真实网络中进行对比,在网络可用性和节点对可用性满足率上RPBCNS的性能明显优于其他三种算法.仿真结果表明,RP-BCNS不仅具有较高的网络可用性,并且能够使得尽可能多的节点对满足路由可用性目标,更符合实时应用的实际需求.     

基于节点多样性的域内路由保护算法

已有的路由保护方案都没有考虑网络中节点的重要程度,然而在实际网络中不同节点在网络中的重要程度是不相同的。针对该问题,提出一种基于节点多样性的域内路由保护算法（intra-domain routing protection algorithm based on node diversity,RPBND）。计算节点构造以目的为根的最短路径树（shortest path tree,SPT）,从而保证RPBND算法和目前互联网部署的路由算法的兼容性;在该最短路径树的基础上构造特定结构的有向无环图（directed acyclic graph,DAG）,从而最大化路由可用性。实验结果表明,RPBND极大地提高了路由可用性,降低了故障造成的网络中断时间,为ISP部署域内路由保护方案提供了充分的依据。     

Joint coverage and link utilization for fast IP local protection

To mitigate the impact of failures, many IP Fast Local Recovery (IPFLR) schemes have been proposed to reroute traffic in the events of failures. However, the existing IPFLR schemes either aimed to find the alternate backup routes to protect failures, or focused on balancing the traffic load routed on the backup routes. Furthermore, in Internet, flows are often managed by shortest path routing, and therefore purely determining the backup routing paths is not sufficient in protecting the error-prone networks. In this paper, we propose a Simulated Annealing based Load balancing and Protection (SALP) scheme to determine link weights for balancing link utilization in the non-failure state and simultaneously construct backup routing tables for protecting any single link failure in IP networks. In our proposed scheme, the two most significant issues, (1) load balancing and (2) coverage, are jointly considered to recover the network operation from single link failures. In the proposed scheme, upon a failure, only the nodes adjacent to a failure are activated to divert affected traffic to backup paths without disturbing regular traffic. Numerical results delineate that the proposed scheme achieves high coverage rate and load balancing at the expense of slightly increasing the entries of backup routing table.     

基于关键节点的域内路由保护算法

随着互联网规模的膨胀,大量的实时应用部署在互联网上,这些实时应用对网络时延提出了更加严格的要求。然而,目前互联网部署的域内路由协议无法满足实时应用对网络时延的要求,因此提高域内路由可用性成为了一项亟待解决的关键性科学问题。学术界和工业界提出利用路由保护方案来提高路由可用性,从而减少由于网络故障造成的网络中断和报文丢失。已有的路由保护方案将网络中的节点同等对待,没有考虑节点在网络中的重要程度,然而实际情况并非如此。因此,提出了一种基于关键节点的域内路由保护算法(Intra-domain Routing Protection Algorithm Based on Critical Nodes,RPBCN)。首先,建立路由可用性模型,以定量衡量路由可用性;其次,建立节点关键度模型,以定量衡量网络中节点的重要程度;最后,基于路由可用性模型和节点关键度模型,提出基于关键节点的域内路由保护方案。实验结果表明,RPBCN在保证路由可用性的前提下极大地降低了算法的计算开销,从而为ISP解决路由可用性问题提供了一种全新的高效解决方案。     

Segment Routing体系结构中的域内路由保护方案

学术界和工业界提出利用路由保护方案来提高域内路由协议应对故障的能力，从而加速网络故障恢复，降低由于网络故障引起的网络中断时间。目前互联网普遍采用的路由保护方案包括LFA和U-turn，由于它们的简单和高效，受到了互联网服务提供商的支持，但是这两种方案的单链路故障保护率较低。因此，段路由（Segment Routing，SR）被提出解决上述两种方案存在的问题，已有的针对SR的研究主要集中在其体系结构和应用场景。研究如何在SR中计算segments，将该问题表述为一个整数线性规划问题，提出一种两阶段的启发式算法（Two Phase Heuristic Algorithm，TPHA）求解该问题，将算法在不同网络拓扑中进行了模拟。模拟结果表明，TPHA的单链路故障保护率远远高于LFA和U-turn的单链路故障保护率。     

An efficient critical protection scheme for intra-domain routing using link characteristics

In recent years, there are substantial demands to reduce packet loss on the Internet. Among the proposed schemes, finding backup paths in advance is considered to be an effective method to reduce the reaction time. Very commonly, a backup path is chosen to be the most disjoint path from the primary path, or on the network level, a backup path is computed for each link (e.g., IPFRR). The validity of this straightforward choice is based on two things. The first thing is all the links may have the equal likelihood to fail; the second thing is, facing the high protection requirement today, it just looks weird to have links not protected or to share links between the primary and backup paths. Nevertheless, many studies have confirmed that the individual vulnerability of the links on the Internet is far from being equal. In addition, we have observed that full protection schemes (In this paper, full protection schemes means schemes (1) in which backup path is a most disjoint path from the primary path; or (2) which compute backup path for each link.) may introduce high cost (e.g., computation).In this paper, we argue that such approaches may not be cost-efficient and therefore propose a novel critical protection scheme based on link failure characteristics. Firstly, we analyze the link failure characteristics based on real world traces of CERNET2 (China Education and Research NETwork 2). The analysis results clearly show that the failure probabilities of the links in CERNET2 backbone are heavy-tailed, i.e., a small set of links causing most of the failures. Based on this observation, we find out two key parameters which strongly impact link criticality and propose a critical protection scheme for both single link failure situation and multi-link failure situation. We carefully analyze the implementation details and overhead for backup path schemes of the Internet today; the problem is formulated as an optimization problem to guarantee the routing performance and minimize the backup cost. This cost is special as it involves computational overhead. Based on this, we propose a novel Critical Protection Algorithm which is fast itself for both the single link failure and the multi-link failure versions. A comprehensive set of evaluations with randomly generated topologies, real world topologies and the real traces from CERNET2, shows that our scheme gains significant achievement over full protection in both single link failure situation and multi-link failure situation. It costs only about 30–60% of the full protection cost when the network relative availability increment is 90% of the full protection scheme.     

TROP: A Novel Approximate Link-State Dissemination Framework For Dynamic Survivable Routing in MPLS Networks

In this paper, a novel approximate link-state dissemination framework, called TROP, is proposed for shared backup path protection (SBPP) in multiprotocol label switching (MPLS) networks. While performing dynamic explicit survivable routing in a distributed environment, link-state dissemination may cause a nontrivial signaling overhead in the process of exploring spare resource sharing among individual backup label switched paths (LSPs). Several previously reported studies have tackled this problem by initiating a compromise between the amount of dissemination and the achievable extent of resource sharing. The paper first summarizes the previously reported schemes into a compact and general link-state dissemination framework by way of singular value decomposition (SVD). To improve the accuracy of the matrix reconstruction and to eliminate the overestimation of the sharable spare capacity along each link, a novel SVD approach based on the min-plus algebra (also called tropical semirings) is introduced. Simulation results show that the proposed schemes can achieve a lower blocking probability than that by all the other counterpart schemes while taking the same complexity of link-state dissemination. This great advantage is gained at the expense of a longer computation time for solving a linear program (LP) in each dissemination cycle at the core nodes. We also consider the stale link-state phenomena that may cause imprecision in the routing information at the ingress nodes due to the delay in the periodic/event-driven link-state update message advertisement.     

基于软件定义网络的域内路由保护方案研究

软件定义网络（SDN）是一种将控制平面和转发平面分离的新型网络体系结构。由于其灵活性和可控性得到了业界的青睐。然而,目前SDN采用最优路径转发报文,很难应对网络中频繁出现的节点或者链路故障。因此,为了提高SDN网络的可用性,提出了一种基于软件定义网络的域内路由保护方案（intra-domain routing protection scheme based on software defined network,RPBSDN）。该方案可以为网络中的每个源-目的对计算出多个备份下一跳,利用节点加入到最短路径树的偏序关系来保证转发路径没有路由环路。实验结果表明,该方案不仅具有较小的计算复杂度,而且大大提高了网络的可用性。