分布式控制平面: 并行BGP路由计算自适应负载均衡算法

下一代互联网高度可扩展支持服务动态部署.越来越多延时和抖动敏感服务(如IPTV、VoIP等)的应用对BGP路由计算的性能提出了更高的需求.路由器采用分布式控制平面和实现并行BGP路由计算克服集中控制平面的性能瓶颈是解决这个问题的有效途径.但现有并行BGP路由计算方案因负载均衡性能差影响了系统的并行性能.文中基于Hashing技术提出了并行BGP路由计算自适应负载均衡模型.通过在线统计路由更新设计了自适应负载均衡算法P-AP(Prediction-based Adaptive Partition),自适应地动态调整路由更新在处理节点间的分配.最后设计和实现了原型系统,并利用Route Views 收集的BGP Update数据进行实验.实验结果表明,P-AP算法具有负载均衡性能好、负载调整频率小和路由计算加速性能好等特点,能够有效地提高并行BGP路由计算性能.     

基于树结构的分布式BGP路由计算迭代算法

随着互联网规模的迅速增长,下一代核心路由器的研究重点正在向可扩展体系结构的方向发展.分布式路由协议计算是可扩展路由器需要解决的关键问题之一.作为已经在骨干网上广泛部署的重要路由协议,BGP协议的分布式模型及其相关算法的研究是可扩展路由器体系结构中的重要研究课题.本文基于BGP路由计算模型,对“路径选优”这一BGP基本操作的特性进行了深入分析,提出了一种按照树状结构来组织路由计算过程的模型,基于此模型可以分布式计算BGP路由.针对两类典型的可扩展路由器体系结构,本文分别提出了相应的迭代树算法,对算法给出了性能改进的理论分析.通过模拟实验,验证了本文所述模型的实际性能.     

自适应随机化链路状态路由算法

目前使用的两种IP路由算法－距离矢量和链路状态，都基于局域最优思想：每个路由器为其转发的包选择某种距离测试下的最短路径尽力发送，但是由于网络业务量具有无特征尺度的突发性，带宽资源经常可能处于相对稀缺的临界状态，在这种情况下，基于局域最优的路由策略通常并不对应于全局的最优，一个明显的例子是由局域最优算法所导致的路由振荡，提出的自适应随机化链路状态路由算法利用自适应随机化方法协调，限制各路由器的局域最优要求，有效地解决了路由振荡问题，仿真表明新算法显著提高了以包平均传输延迟和包丢失率为测度的网络的整体传输性能，此外，新算法的协调机制仍是局域性的，因而不显著地增加通信和计算开销。     

一种适合低连接度拓扑的集中式保护路由机制

在集中式路由中,由路由控制平台统一计算路由表进行分发,路由器不再具备决策能力,需要预先构建一种具备保护功能的路由机制,使得路由器的下游路径失效后都有立即可用的备份路径,确保报文的最小损失,已有的集中式保护路由机制在低连接度拓扑上保护效果不佳.为了解决该问题,提出了一种适合低连接度拓扑的集中式域内保护路由机制,允许失效处的相邻节点在没有可用路径时将报文返回至其上游节点,由有可用备份路径的上游节点通过备份路径发送,确保单个节点或连接失效后报文的最小损失.证明了为给定拓扑构建最优保护路由的问题是一个NP-hard问题,并且提出了解决该问题的三阶段启发式算法.在各种类型的拓扑中验证了启发式算法的性能.实验结果表明,该方法优于已有保护路由方案.     

改善BGP路由收敛的时间窗口机制

提出了一种时间窗口机制,能够基于路由抖动抑制中路由惩罚值的变化改善BGP(border gateway protocol)路由收敛.这种新机制把来自不同邻居的路由变化情况结合起来,利用BGP路由传播过程形成的路由相关性判断路由在网络中的稳定情况.时间窗口机制使BGP路由器能够更早地发现不稳定路由,优先将稳定路由选择为最优路由,终止路径搜索过程.模拟实验的结果表明,通过选择适当的参数,时间窗口机制能够大大缩短BGP路由收敛延时,减小收敛过程中的通信开销.而且,这种方法不需要在BGP的路由消息中增加额外的信息,因此容易在实际网络中逐步部署.     

基于RAM和TCAM存储结构的高速路由查找算法

由于因特网速度的不断提高,网络流量的不断增加和路由表规模的不断扩大,IP路由查找已经成为制约核心路由器性能的主要瓶颈。文章分析了两种常用的基于硬件存储器的路由查找算法,并结合它们各自优点,提出了一种基于RAM和TCAM存储结构的路由查找算法,该算法克服了上述两种算法的不足,具有查找速率高、更新时间快、存储代价低、易于实现等特点,是一种理想的适合于高速核心路由器环境的查找机制。     

一种改进的BGP路由源认证机制

资源公钥基础设施(Resource Public Key Infrastructure,RPKI)是当前用于保护互联网码号资源分配真实性的技术.作为一种支撑域间路由安全的体系,它解决了边界网关协议(Border Gateway Protocol,BGP)缺乏路由源认证的问题.然而当前RPKI体系中的依赖方(Relying Party,RP)与路由器数据同步机制可能会导致路由源授权(Route Originate Authorization,ROA)信息缺乏真实性和有效性,并且不断查询缓存列表会带给路由器很大的性能负载.据此,本文提出一种改进的BGP路由源认证方案,发送端路由器实时申请存储在RP中的ROA证书,将其附加到BGP update报文中进行传输,以待对等端路由器申请证书公钥对证书进行验证并完成路由源认证功能.该方案将原来周期性更新路由器缓存列表机制改为路由器实时申请认证机制,有效解决了RP与路由器数据同步可能导致的ROA存在错误的问题,降低路由器查询缓存列表造成的路由器运行负载.此外,本文通过Quagga仿真实验表明该方案具有可行性,并对该方案的适用情形进行了具体分析.     

一种互联网的稳定路由选择策略

互联网中网络故障频繁,域间路由协议(BGP)并不能很好地适应网络故障.一般情况下,域间路由协议会经历一个比较漫长的路由搜索过程,导致互联网中大量的数据包丢包.虽然目前已提出了很多改进的BGP算法,但这些算法复杂度非常高,给路由器增加很多额外的计算代价.为了解决这个问题,作者提出了一个稳定的域间路由选择算法sBGP.在sBGP中,当路由器收到由故障触发的路由通告后,采用启发式的路由选择算法选择目前可选的最稳定路由为最佳路由.通过稳定路由选择,路由器可以选择有效的稳定路由,以避免无效的路由搜索以及路由不断更新引入的路由器处理开销.分析和模拟实验表明sBGP不仅能够有效提高BGP的收敛性能,而且可以减少收敛过程中的通信开销.     

RIDSI:一种融合SDN和兴趣域划分的ICN路由机制

信息中心网络(Information-Centric Networking,ICN)中的服务质量(Quality of Service,QoS)路由是分布式的,无法感知其它路由器缓存的内容,因此,基于软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)的全局视图和集中控制功能,本文提出了一种基于兴趣域划分的ICN路由机制.这种机制旨在减轻内容节点的负载、提高路由成功率和提高PIT命中率.首先,本文提出了基于SDN的ICN网络模型,即软件定义信息中心型网络(Software Defined Information Centric Networking,SD-ICN)模型和QoS评价模型.然后,采用蜂群算法将网络中的路由器划分到不同的兴趣域.最后,基于改进的QoS依赖多播路由(QoS Dependent M ulticast Routing,QDM R)算法计算满足多个兴趣请求的转发路径.仿真实验结果表明,本文提出的路由机制与对比机制相比在路由成功率、平均路由延迟、负载均衡度等方面都具有较好的性能.     

带路径探索检测的RCN路由抖动抑制算法

路由抖动抑制机制在稳定Internet路由方面扮演着重要角色。针对路由原因通告(RCN)路由抖动抑制算法没有控制无效路径探索而产生大量更新消息量的问题,利用RCN表和路径探索路由特点提出了一种带路径探索检测的RCN路由抖动抑制算法,该算法正确区分路由抖动和路径探索并对无效路径探索进行控制。实验结果表明,该算法大量减少了更新消息量,提高了算法性能。     

铁路运输特定经路算法的研究与实现

径路选择和经由计算是关系到铁路运输效率和效益的重要问题。文中阐述了径路计算的概念,讨论了特定经由要求的构成,以及以此为基础的经由规则,提出了铁路运输特定经路算法,在满足经由文件要求对原路径进行调整的同时,保证了路径调整后最短,实现了铁路运输特定经由最短路径的求解,其对应的经由规则也易于检查与维护。此算法解决了传统车流径路系统的计算难点,极大地方便了货物运输计划、技术计划、列车编组计划以及列车运行图的编制,提高了工作效率,同时保证了正确性。     

BGP路由泄露研究

随着互联网规模的急剧扩大,边界网关协议（BGP,border gateway protocol）在域间路由系统中的作用愈加重要。BGP本身存在很大的安全隐患,导致前缀劫持、AS_PATH劫持及路由泄露攻击事件频频发生,给互联网造成了严峻的安全威胁。目前,国内外针对路由泄露的介绍及安全研究机制相对较少。对 BGP 路由泄露进行了详细研究,介绍了 BGP 内容、路由策略及制定规则,分析了重大路由泄露安全事件及发生路由泄露的6种类型,并比较了当前针对路由泄露的安全机制和检测方法,最后对路由泄露安全防范机制提出了新的展望。     

基于软件的网络处理器的路由高速缓存算法研究

路由器需要以较低的代价灵活、高速地实现路由查找这一基本功能.为网络处理器设计了一种基于软件的路由查找高速缓存算法.网络处理器片上高速存储器中的一部分空间被划分出来,由指令代码来维护一个路由查找结果缓存表.通过选择合适的哈希函数,平衡表项之间的冲突并刷新复杂度,该算法可以缩短路由查找的延迟,减少多处理单元对存储器总线的竞争,为其他网络应用提供更多的处理时间.基于真实网络流量的实验表明,即便每个处理单元中仅有少量表项,网络处理器的吞吐量仍然可以得到有效的提升.     

公路交通中车辆路径A＊算法优化的研究

公路交通管理中,最短路径是进行车辆路径优化的基础.论文在简单分析了一些经典的最短路径算法和这些最短路径算法单独应用于车辆路径优化存在的局限性的基础上,提出了一种改进A＊算法的方法[1～2],并用它来解决城市间道路网中实时最短路径问题,并以实例加以阐述.     

Ad-hoc网络多径路由协议的研究与设计

对目前典型的Ad-hoc网络按需多径距离矢量路由协议(AOMDV)进行了研究和优化设计.优化后的协议(Op-AOMDV)保留了原协议中建立多径无环路由的思想,改进了原协议中建立链路不相交路由等不完善的部分,给出了原协议中未提及的细节,降低了协议的复杂性,提高了协议的可实现性.     

一种公交网络最优路径新算法*

从出行者的实际情况出发,提出步行愿望系数,综合考虑最小换乘次数、最短时间以及最小费用等因素,提出了一种公交网络最优路径新算法,应用于广州市大学城内公交线路查询,实现相应的仿真系统。     

基于路由更新链的BGP收敛性改进机制*

提出一种BGP收敛性改进机制。首先构建路由更新链,以记录所有最优路由发生变化的节点ID;在充分尊重最小路由通告时间间隔(MRAI)的前提下,通过更新和传递路由更新链使得各节点及时了解源节点、中间节点和邻居节点的路由变化;利用路由更新链中的ID信息,各节点能够快速全面地排除本地所有无效路由,加快了BGP收敛。性能分析说明了该机制比现有方法开销更小、效率更高。     

MPLS中的工作路由和后备路由确定算法

为提高网络资源的利用率，在基于Local故障恢复方案的前提下，提出了一种路由算法，这种算法在确定工作LSP的同时也确定好后备LSP，并使工作路由和后备路由带宽之和最小。     

航空遥感任务航迹规划系统设计与实现

航迹规划系统是执行航空遥感任务的重要组成部分,航线设计是该系统中重要的功能之一.论文针对航空遥感任务的实际需要,开发了航迹规划系统,并详细介绍了系统主要功能与主要技术,系统测试结果表明,该设计方案比其它设计方案更能满足实际任务的需求.     

车辆行驶最优路径优化算法设计

针对实际交通路网的特点,对道路网络模型、路网数据库的结构建设、最优路径优化算法等问题进行了研究.建立了体现城市道路交通的方向性及交叉口延误和限制的新城市路网模型,该模型利用交叉口、路段等基本构成要素描述道路网络,利用节点--弧段联合结构描述路段特性,再用图论中的有向图思想将路网抽象成数学模型描述;基于经典高效的狄杰斯特拉(Dijkstra)算法,设计了一种可应用于实际道路网络中的最优路径算法--改进的狄杰斯特拉算法,采用该算法可求解带有转向延误和限制的最优路径问题.