專利名稱：：互聯(lián)網(wǎng)面向用戶的跨域的端到端網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：互聯(lián)網(wǎng)面向用戶的跨域的端到端網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法屬于計算機網(wǎng)絡(luò)
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：近年來，隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，全球己初步形成了基于IPv4/IPv6協(xié)議的互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施平臺，基于網(wǎng)絡(luò)的革命性應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。其中，高帶寬和強實時性的網(wǎng)絡(luò)高性能應(yīng)用是其中的重要組成部分。與現(xiàn)有的其他應(yīng)用相比，這些應(yīng)用每路視頻傳輸需要占用大量帶寬(如壓縮標(biāo)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(shù)據(jù)傳輸需要5-8Gbps的帶寬)。多年的實踐表明現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)對這類高性能應(yīng)用的支持顯得力不從心，特別是在跨多個自治域傳輸時，基于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(yīng)用的端到端性能。而非最短路徑卻在帶寬方面有很大優(yōu)勢。因此，如果不做前期的有效測量，采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(yīng)用是不能成功的。到目前為止，還沒有系統(tǒng)的方法和相應(yīng)的工具解決此類問題。終端用戶和網(wǎng)絡(luò)工程師需要大量的協(xié)調(diào)和溝通，同時各個自治域之間的網(wǎng)絡(luò)管理員和工程師也要進行大量的協(xié)調(diào)，采用近似于"藝術(shù)"而不是"工程"的方法進行特殊路由調(diào)整。隨著此類應(yīng)用的增多，特定的、端到端路由選擇與調(diào)整的需求也越來越多，跨域路由的網(wǎng)絡(luò)管理和故障處理越來越困難。本發(fā)明在不改變現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)路由技術(shù)的基礎(chǔ)上自動地、系統(tǒng)地解決以上問題。本發(fā)明的基本特征包括1)根據(jù)本自治域與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的路徑情況配置"信標(biāo)地址塊"，每個信標(biāo)地址塊僅向一個對應(yīng)的特定路徑公布；2)為每個"信標(biāo)地址塊"配置相應(yīng)的信標(biāo)測量服務(wù)器；3)基于通信實體所在的自治域單方或雙方配置的"信標(biāo)地址塊"和相應(yīng)信標(biāo)測量服務(wù)器，利用測量結(jié)果進行雙向網(wǎng)絡(luò)路由選擇和性能優(yōu)化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于為高性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用用戶提供可選擇的互聯(lián)網(wǎng)跨自治域路徑，以保證端到端傳輸性能的方法。本發(fā)明的特征在于依次包含以下步驟步驟l:初始化高性能網(wǎng)絡(luò)用戶A和B分別屬于自治域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條路徑到其它的若干自治域，需設(shè)置M個信標(biāo)地址塊IPX(i),i=l,...M,對每個信標(biāo)地址塊配置一臺信標(biāo)測量服務(wù)器，BSx(i),,i=l，...M;自治域Z如果有N條路徑到其它的若干自治域，需設(shè)置N個信標(biāo)地址塊IPZ(D，j=l，...N，對每個信標(biāo)地址塊配置信標(biāo)測量服務(wù)器BSz(j)，j=l，...N;跨域鏈路流量監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)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(biāo)地址塊的路由發(fā)布政策，即每個信標(biāo)地址塊僅向一個對應(yīng)的特定路徑公布。這樣，該自治域的入流量所經(jīng)過的跨自治域的特定路徑p就可以由相應(yīng)的信標(biāo)地址IPx(p)選擇確定。因此，當(dāng)自治域X和自治域Z為通信實體，選擇IP"p)和IPz(q)則意味著對于自治域X，入流量的路徑為p，出流量的路徑為q，對于自治域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(wǎng)絡(luò)用戶A可用郵件、電話或網(wǎng)頁服務(wù)方式告訴自治域Z的高性能網(wǎng)絡(luò)用戶B在自治域X中所有的信標(biāo)測量服務(wù)器地址BSx(i),i=,...M，用戶B分別對這些信標(biāo)測量服務(wù)器做路徑查詢(traceroute)和利用測量工具(ping、iperf、dvping等)對這些信標(biāo)測量服務(wù)器做由自治域Z到自治域X方向流量的網(wǎng)絡(luò)性能測量，在此基礎(chǔ)上用戶B根據(jù)高性能應(yīng)用對于帶寬和延時等要求，選擇自治域X中的最佳的信標(biāo)測量服務(wù)器BSx(p)，把相應(yīng)的traceroute結(jié)果和性能測試結(jié)果用郵件、電話或網(wǎng)頁服務(wù)方式發(fā)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(guān)信標(biāo)地址所得到的路徑是距離自治域X最近的默認路徑。由于多個穿透自治域之間也有互聯(lián)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(wǎng)絡(luò)性能己經(jīng)達到要求，可以不作特殊處理。否則，可以針對不同的信標(biāo)地址，由各自治域之間網(wǎng)絡(luò)管理員設(shè)置域間路由的路由政策來調(diào)節(jié)，直到達到需求；步驟5:用戶A用郵件、電話或網(wǎng)頁服務(wù)方式向本自治域X的系統(tǒng)管理員提交用戶B發(fā)來的traceroute和網(wǎng)絡(luò)性能信息數(shù)據(jù)，申請使用最佳的信標(biāo)測量服務(wù)器BS"p)所對應(yīng)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(yōu)路徑，并申明將使用的帶寬為W;步驟6:本自治域X的系統(tǒng)管理員査詢跨域鏈路流量監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器LTM，如果該鏈路p在由自治域Z到自治域X方向流量的剩余帶寬資源大于該應(yīng)用所需帶寬要求W，則批準(zhǔn)。否則不批準(zhǔn)。如不批準(zhǔn)，通知用戶選擇其他鏈路，重復(fù)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(shù)據(jù))的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能和服務(wù)質(zhì)量步驟7:如在自治域Z中也定義信標(biāo)地址塊并建立相應(yīng)的信標(biāo)測量服務(wù)器，同理，仿照步驟3至步驟6，可以得出對于相反方向的傳輸性能和服務(wù)質(zhì)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(shù)據(jù))的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能和服務(wù)質(zhì)量；步驟8:如果限于條件，在自治域Z中無法定義信標(biāo)地址塊并建立相應(yīng)的信標(biāo)測量服務(wù)器，則自治域A也可以根據(jù)其入流量路徑調(diào)整域間路由協(xié)議BGP的參數(shù)local-pref，強迫出流量選擇與入流量采用相同的自治域間互聯(lián)路徑，一般情況下，也可以保證雙向傳輸?shù)男阅?。圖1面向用戶的端到端跨自治域路由選擇方法網(wǎng)絡(luò)連接拓撲圖；圖2整個發(fā)明方法的流程框圖；圖3實驗測試環(huán)境網(wǎng)絡(luò)連接拓撲圖；圖1中用到的部分名詞解釋如下*BS:信標(biāo)測量服務(wù)器(BeaconServer);*LTM:跨域鏈路流量監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(LinkTrafficMonitoringDatabaseServer);具體實施過程本發(fā)明方法由以下三個部分有機組成(1)根據(jù)本自治域與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的域間物理連接路徑，定義不同的"信標(biāo)地址塊"，每個信標(biāo)地址塊僅向一個對應(yīng)的特定路徑公布?；ヂ?lián)網(wǎng)的本質(zhì)是互相獨立的自治域之間的互聯(lián)，同時多個自治域互連時互聯(lián)鏈路的帶寬也不相同。自治域之間的優(yōu)選路徑在通常情況下基于最短自治域號碼路徑。位于不同自治域的用戶進行端對端的高性能應(yīng)用時，信息的傳輸路徑由各個自治域之間的互聯(lián)關(guān)系決定。多年的實踐表明基于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(yōu)勢。因此，用戶和網(wǎng)絡(luò)工程師需要大量的協(xié)調(diào)和溝通，同時各個自治域之間的網(wǎng)絡(luò)管理員和工程師也要進行大量的協(xié)調(diào)，采用近似于"藝術(shù)"而不是"工程"的方法進行特定路由調(diào)整?；谝陨显?，本發(fā)明的方法中根據(jù)本自治域與其他自治域的互聯(lián)情況，為每個互聯(lián)路徑預(yù)留1個或多個專用的"信標(biāo)地址塊"，每個信標(biāo)地址塊僅向一個對應(yīng)的特定路徑公布。使從其他自治域發(fā)送給本自治域的分組報文能夠根據(jù)信標(biāo)地址沿著特定的互聯(lián)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(biāo)地址塊"配置信標(biāo)測量服務(wù)器在以上的"信標(biāo)地址塊"中選擇一個地址，用其配置相應(yīng)的信標(biāo)測量服務(wù)器，并在這些服務(wù)器上安裝ping、tmceroute、iperf、dvping等多種網(wǎng)絡(luò)性能測量工具。這樣可以為非本自治域的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理員和最終用戶提供通過相應(yīng)信標(biāo)地址到本自治域信標(biāo)測量服務(wù)器的入流量的網(wǎng)絡(luò)性能，如數(shù)據(jù)傳輸丟包率，雙向延時，傳輸速率(吞吐量)等。這些測量數(shù)據(jù)反映了兩個自治域之間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的性能。這些性能將為各自治域選擇性能最優(yōu)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(guān)信標(biāo)地址所得到的路徑是距離自治域X最近的默認路徑。由于多個穿透自治域之間也有互聯(lián)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(wǎng)絡(luò)性能已經(jīng)達到要求，可以不作特殊處理。否則，可以針對不同的信標(biāo)地址，由各自治域之間網(wǎng)絡(luò)管理員設(shè)置域間路由的路4政策來調(diào)節(jié)，直到達到需求。值得指出的是，這些調(diào)節(jié)是一次性的，在調(diào)整完成后即可以由相應(yīng)的信標(biāo)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(wǎng)絡(luò)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(biāo)地址，建立相應(yīng)的信標(biāo)測量服務(wù)器，可以在各自入流量網(wǎng)絡(luò)性能的基礎(chǔ)上得到雙向網(wǎng)絡(luò)性能。如果限于條件，在對方自治域中無法定義信標(biāo)地址并建立相應(yīng)的信標(biāo)測量服務(wù)器，則本自治域也可以根據(jù)其入流量的路徑調(diào)整域間路由協(xié)議BGP的參數(shù)local-pref，強迫出流量選擇與入流量選擇相同的自治域間互聯(lián)路徑。測試環(huán)境搭建在真實的互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)上，本端用戶為清華大學(xué)，本自治域為CERNET(自治域號碼4538)。對端用戶為NotreDame大學(xué)，對端自治域為Abilene(自治域號碼11537)。應(yīng)用系統(tǒng)為數(shù)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(lián)鏈路。其中Abilene的直聯(lián)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(yīng)的測量信標(biāo)地址，信標(biāo)測量服務(wù)器地址，自治域路徑和瓶頸帶寬如下表所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>清華大學(xué)用戶將各個信標(biāo)地址通知NotreDame大學(xué)。NotreDame大學(xué)對于4個信標(biāo)測量服務(wù)器進行測試。測試結(jié)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(jù)測試結(jié)果，NotreDame大學(xué)選擇APAN鏈路，通知清華大學(xué)，清華大學(xué)用戶向CERNET網(wǎng)絡(luò)管理員申請使用APAN鏈路。CERNET網(wǎng)絡(luò)管理員查詢數(shù)據(jù)庫，確認APAN聯(lián)路有超過30Mbps的富裕帶寬，接受申請。由于Abilene尚未建議信標(biāo)地址和信標(biāo)測量服務(wù)器，CERNET網(wǎng)絡(luò)管理員做traceroute到NotreDame大學(xué)，如表1所示?？梢钥闯?，出流量路徑已經(jīng)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(xué)的出流量路徑通過相關(guān)配置，清華大學(xué)成功地利用動態(tài)分配的地址進行了高性能數(shù)字視頻DVTS應(yīng)用。從上可知，實驗測試結(jié)果達到了本發(fā)明預(yù)期的要求。通過根據(jù)本自治域與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的路徑情況發(fā)布"信標(biāo)地址"，為信標(biāo)地址配置信標(biāo)測量服務(wù)器，根據(jù)對端用戶與信標(biāo)測量服務(wù)器的性能測量結(jié)果，選擇對端出流量的傳輸路徑。雙向完成后，即完成某端的入/出流量的傳輸路徑選擇，系統(tǒng)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(yīng)用的問題。權(quán)利要求1、互聯(lián)網(wǎng)面向用戶的跨域的端到端網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法，其特征在于一次完成的以下步驟步驟1初始化高性能網(wǎng)絡(luò)用戶A和B分別屬于自治域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條路徑到其它的若干自治域，需設(shè)置M個信標(biāo)地址塊IPx(i)，i＝1，...M，對每個信標(biāo)地址塊配置一臺信標(biāo)服務(wù)器，BSx(i)，i＝1，...M；自治域Z如果有N條路徑到其它的若干自治域，需設(shè)置N個信標(biāo)地址塊IPz(j)，j＝1，...N，對每個信標(biāo)地址塊配置信標(biāo)服務(wù)器BSz(j)，j＝1，...N；跨域鏈路流量監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)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(biāo)地址塊的路由發(fā)布政策，即每個信標(biāo)地址塊僅向一個對應(yīng)的特定路徑公布，這樣，該自治域的入流量所經(jīng)過的跨自治域的特定路徑p就可以由相應(yīng)的信標(biāo)地址IPx(p)選擇確定，因此，當(dāng)自治域X和自治域Z為通信實體，選擇IPx(p)和IPZ(q)則意味著對于自治域X，入流量的路徑為p，出流量的路徑為q；對于自治域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(wǎng)絡(luò)用戶A可用郵件、電話或網(wǎng)頁服務(wù)方式告訴自治域Z的高性能網(wǎng)絡(luò)用戶B在自治域X中所有的信標(biāo)服務(wù)器地址BSx(i)，i＝1，...M，用戶B分別對這些信標(biāo)服務(wù)器做路徑查詢(traceroute)和利用測量工具(ping、iperf、dvping等)對這些信標(biāo)服務(wù)器做由自治域Z到自治域X方向流量的網(wǎng)絡(luò)性能測量，在此基礎(chǔ)上用戶B根據(jù)高性能應(yīng)用對于帶寬和延時等要求，選擇自治域X中的最佳的信標(biāo)服務(wù)器BSx(p)，把相應(yīng)的traceroute結(jié)果和性能測試結(jié)果用郵件、電話或網(wǎng)頁服務(wù)方式發(fā)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(guān)信標(biāo)地址所得到的路徑是距離自治域X最近的默認路徑，由于多個穿透自治域之間也有互聯(lián)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(wǎng)絡(luò)性能已經(jīng)達到要求，可以不作特殊處理，否則，可以針對不同的信標(biāo)地址，由各自治域之間網(wǎng)絡(luò)管理員設(shè)置域間路由的路由政策來調(diào)節(jié)，直到達到需求；步驟5用戶A用郵件、電話或網(wǎng)頁服務(wù)方式向本自治域X的系統(tǒng)管理員提交用戶B發(fā)來的traceroute和網(wǎng)絡(luò)性能信息數(shù)據(jù)，申請使用最佳的信標(biāo)服務(wù)器BSx(p)所對應(yīng)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(yōu)路徑，并申明將使用的帶寬為W；步驟6本自治域X的系統(tǒng)管理員查詢跨域鏈路流量監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器LTM，如果該鏈路p在由自治域Z到自治域X方向流量的剩余帶寬資源大于該應(yīng)用所需帶寬要求W，則批準(zhǔn)，否則不批準(zhǔn)；如不批準(zhǔn)，通知用戶選擇其他鏈路，重復(fù)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(shù)據(jù))的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能和服務(wù)質(zhì)量；步驟7如在自治域Z中也定義信標(biāo)地址塊并建立相應(yīng)的測量服務(wù)器，同理，仿照步驟3至步驟6，可以得出對于相反方向的傳輸性能和服務(wù)質(zhì)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(shù)據(jù))的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能和服務(wù)質(zhì)量；步驟8如果限于條件，在自治域Z中無法定義信標(biāo)地址塊并建立相應(yīng)的測量服務(wù)器，則自治域A也可以根據(jù)其入流量路徑調(diào)整域間路由協(xié)議BGP的參數(shù)local-pref，強迫出流量選擇與入流量采用相同的自治域間互聯(lián)路徑，一般情況下，也可以保證雙向傳輸?shù)男阅?。全文摘要互?lián)網(wǎng)面向用戶的跨域的端到端網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法屬于計算機網(wǎng)絡(luò)
技術(shù)領(lǐng)域：
。通過根據(jù)本自治域與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的路徑情況配置“信標(biāo)地址塊”，每個信標(biāo)地址塊僅向一個對應(yīng)的特定路徑公布。同時，為每個“信標(biāo)地址塊”配置相應(yīng)的信標(biāo)測量服務(wù)器?；谕ㄐ艑嶓w所在的自治域單方或雙方配置的“信標(biāo)地址塊”和相應(yīng)信標(biāo)測量服務(wù)器，利用測量結(jié)果進行雙向網(wǎng)絡(luò)路由選擇和性能優(yōu)化。從而系統(tǒng)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(yīng)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(yōu)先權(quán)日2007年5月16日發(fā)明者包叢笑,星李申請人:清華大學(xué)