CN101286921A - 互联网面向用户的跨域的端到端网络路由选择方法 - Google Patents
互联网面向用户的跨域的端到端网络路由选择方法 Download PDFInfo
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Abstract
互联网面向用户的跨域的端到端网络路由选择方法属于计算机网络技术领域。通过根据本自治域与其他网络互联的路径情况配置“信标地址块”，每个信标地址块仅向一个对应的特定路径公布。同时，为每个“信标地址块”配置相应的信标测量服务器。基于通信实体所在的自治域单方或双方配置的“信标地址块”和相应信标测量服务器，利用测量结果进行双向网络路由选择和性能优化。从而系统地、工程化地成功地解决了利用跨自治域非最短路径支持高性能应用的问题。
Description
技术领域
互联网面向用户的跨域的端到端网络路由选择方法属于计算机网络技术领域。
背景技术
近年来，随着下一代互联网技术的发展，全球已初步形成了基于IPv4/IPv6协议的互联互通的网络基础设施平台，基于网络的革命性应用不断涌现。其中，高带宽和强实时性的网络高性能应用是其中的重要组成部分。与现有的其他应用相比，这些应用每路视频传输需要占用大量带宽(如压缩标清/高清视频需要30Mbps/20Mbps的带宽，非压缩高清视频需要1.2Gbps的带宽，海量数据传输需要5-8Gbps的带宽)。多年的实践表明：现有的互联网对这类高性能应用的支持显得力不从心，特别是在跨多个自治域传输时，基于最短自治域号码路径的跨域路由选择往往是带宽不足的拥塞链路，很难保证此类应用的端到端性能。而非最短路径却在带宽方面有很大优势。因此，如果不做前期的有效测量，采取政策性路由的方案选择有充足带宽保证的跨自治域路由，大部分的此类应用是不能成功的。
到目前为止，还没有系统的方法和相应的工具解决此类问题。终端用户和网络工程师需要大量的协调和沟通，同时各个自治域之间的网络管理员和工程师也要进行大量的协调，采用近似于“艺术”而不是“工程”的方法进行特殊路由调整。随着此类应用的增多，特定的、端到端路由选择与调整的需求也越来越多，跨域路由的网络管理和故障处理越来越困难。本发明在不改变现有互联网路由技术的基础上自动地、系统地解决以上问题。本发明的基本特征包括：1)根据本自治域与其他网络互联的路径情况配置“信标地址块”，每个信标地址块仅向一个对应的特定路径公布；2)为每个“信标地址块”配置相应的信标测量服务器；3)基于通信实体所在的自治域单方或双方配置的“信标地址块”和相应信标测量服务器，利用测量结果进行双向网络路由选择和性能优化。
发明内容
本发明的目的在于为高性能网络应用用户提供可选择的互联网跨自治域路径，以保证端到端传输性能的方法。本发明的特征在于依次包含以下步骤：
步骤1：初始化：高性能网络用户A和B分别属于自治域X和自治域Z，自治域X和自治域Z之间通过若干穿透自治域进行信息传输。自治域X如果有M条路径到其它的若干自治域，需设置M个信标地址块IPx(i)，i＝1，..M，对每个信标地址块配置一台信标测量服务器，BSx(i)，，i＝1，...M；自治域Z如果有N条路径到其它的若干自治域，需设置N个信标地址块IPz(j)，j＝1，...N，对每个信标地址块配置信标测量服务器BSz(j)，j＝1，...N；跨域链路流量监控数据库服务器LTMx接入X自治域，LTMy接入Y自治域；
步骤2：在自治域X和自治域Z的边界路由器上配置面向不同信标地址块的路由发布政策，即每个信标地址块仪向一个对应的特定路径公布。这样，该自治域的入流量所经过的跨自治域的特定路径p就可以由相应的信标地址IPx(p)选择确定。因此，当自治域X和自治域Z为通信实体，选择IPx(p)和IPZ(q)则意味着对于自治域X，入流量的路径为p，出流量的路径为q，对于自治域Z，入流量的路径为q，出流量的路径为p；
步骤3：自治域X的高性能网络用户A可用邮件、电话或网页服务方式告诉自治域Z的高性能网络用户B在自治域X中所有的信标测量服务器地址BSx(i)，i＝1，...M，用户B分别对这些信标测量服务器做路径查询(traceroute)和利用测量工具(ping、iperf、dvping等)对这些信标测量服务器做由自治域Z到自治域X方向流量的网络性能测量，在此基础上用户B根据高性能应用对于带宽和延时等要求，选择自治域X中的最佳的信标测量服务器BSx(p)，把相应的traceroute结果和性能测试结果用邮件、电话或网页服务方式发送给用户A；
步骤4：如果在自治域X和自治域Z之间有多个穿透自治域，有关信标地址所得到的路径是距离自治域X最近的默认路径。由于多个穿透自治域之间也有互联的可能性，在距自治域X较远的链路上存在着使用其它路径的情况。针对这种情况，如果由自治域Z到自治域X方向流量的网络性能已经达到要求，可以不作特殊处理。否则，可以针对不同的信标地址，由各自治域之间网络管理员设置域间路由的路由政策来调节，直到达到需求；
步骤5：用户A用邮件、电话或网页服务方式向本自治域X的系统管理员提交用户B发来的traceroute和网络性能信息数据，申请使用最佳的信标测量服务器BSx(p)所对应的物理连接链路p作为由自治域Z到自治域X方向流量的所选最优路径，并申明将使用的带宽为W；
步骤6：本自治域X的系统管理员查询跨域链路流量监控数据库服务器LTM，如果该链路p在由自治域Z到自治域X方向流量的剩余带宽资源大于该应用所需带宽要求W，则批准。否则不批准。如不批准，通知用户选择其他链路，重复步骤3至步骤5，直至找到合适的链路。这样，可以保证由自治域Z到自治域X方向流量(用户A接收用户B的数据)的网络传输性能和服务质量；
步骤7：如在自治域Z中也定义信标地址块并建立相应的信标测量服务器，同理，仿照步骤3至步骤6，可以得出对于相反方向的传输性能和服务质量，即由自治域X到自治域Z方向流量的路径(用户B接收用户A的数据)的网络传输性能和服务质量；
步骤8：如果限于条件，在自治域Z中无法定义信标地址块并建立相应的信标测量服务器，则自治域A也可以根据其入流量路径调整域间路由协议BGP的参数local-pref，强迫出流量选择与入流量采用相同的自治域间互联路径，一般情况下，也可以保证双向传输的性能。
附图说明
图1面向用户的端到端跨自治域路由选择方法网络连接拓扑图；
图2整个发明方法的流程框图；
图3实验测试环境网络连接拓扑图；
图1中用到的部分名词解释如下：
●BS：信标测量服务器(Beacon Server)；
●LTM：跨域链路流量监控数据库服务器(Link Traffic Monitoring Database Server)；
具体实施过程
本发明方法由以下三个部分有机组成：
(1)根据本自治域与其他网络互联的域间物理连接路径，定义不同的“信标地址块”，每个信标地址块仅向一个对应的特定路径公布。
互联网的本质是互相独立的自治域之间的互联，同时多个自治域互连时互联链路的带宽也不相同。自治域之间的优选路径在通常情况下基于最短自治域号码路径。位于不同自治域的用户进行端对端的高性能应用时，信息的传输路径由各个自治域之间的互联关系决定。多年的实践表明：基于最短路径的跨域路由选择往往是带宽不足的拥塞链路，而非最短路径却在带宽方面有优势。因此，用户和网络工程师需要大量的协调和沟通，同时各个自治域之间的网络管理员和工程师也要进行大量的协调，采用近似于“艺术”而不是“工程”的方法进行特定路由调整。基于以上原理，本发明的方法中根据本自治域与其他自治域的互联情况，为每个互联路径预留1个或多个专用的“信标地址块”，每个信标地址块仅向一个对应的特定路径公布。使从其他自治域发送给本自治域的分组报文能够根据信标地址沿着特定的互联路径传送到本自治域。这样，做到入流量的传输路径可选、可控。
(2)为“信标地址块”配置信标测量服务器
在以上的“信标地址块”中选择一个地址，用其配置相应的信标测量服务器，并在这些服务器上安装ping、traceroute、iperf、dvping等多种网络性能测量工具。这样可以为非本自治域的网络系统管理员和最终用户提供通过相应信标地址到本自治域信标测量服务器的入流量的网络性能，如数据传输丢包率，双向延时，传输速率(吞吐量)等。这些测量数据反映了两个自治域之间互联网络的性能。这些性能将为各自治域选择性能最优出流量路径提供参考。
如果在自治域X和自治域Z之间有多个穿透自治域，有关信标地址所得到的路径是距离自治域X最近的默认路径。由于多个穿透自治域之间也有互联的可能性，在距自治域X较远的链路上存在着使用其它路径的情况。针对这种情况，如果由自治域Z到自治域X方向流量的网络性能已经达到要求，可以不作特殊处理。否则，可以针对不同的信标地址，由各自治域之间网络管理员设置域间路由的路由政策来调节，直到达到需求。值得指出的是，这些调节是一次性的，在调整完成后即可以由相应的信标地址唯一地确定由自治域Z到自治域X方向流量的路径。
(3)双向网络性能的测量方法
在相互通信的两个自治域通信实体间分别定义信标地址，建立相应的信标测量服务器，可以在各自入流量网络性能的基础上得到双向网络性能。
如果限于条件，在对方自治域中无法定义信标地址开建立相应的信标测量服务器，则本自治域也可以根据其入流量的路径调整域间路由协议BGP的参数local-pref，强迫出流量选择与入流量选择相同的自治域间互联路径。
测试环境搭建在真实的互联网主干网上，本端用户为清华大学，本自治域为CERNET(自治域号码4538)。对端用户为Notre Dame大学，对端自治域为Abilene(自治域号码11537)。应用系统为数字视频DVTS，所需带宽为30Mbps。从图中可以看出，CERNET有Abilene，APAN，TEIN2和KOREN等多个互联链路。其中Abilene的直联链路为最短路径，但十分拥塞，通过APAN的链路非最短路径，但带宽充足。相应的测量信标地址，信标测量服务器地址，自治域路径和瓶颈带宽如下表所示。
| 链路名称 | 信标地址块(信标测量服务器地址) | 自治域路径 | 富裕带宽 |
| Abilene | 202.38.101.0/28(202.38.101.1) | 4538107641153719782693 | 20Mbps |
| APAN | 202.38.101.64/28(202.38.101.65) | 45387660223881153719782693 | 600Mbps |
| KOREN | 202.38.101.128/28(202.38.101.129) | 45382391117579123792707660223881153719782693 | 2Gbps |
| TEIN2 | 202.38.101.192/28(202.38.101.193) | 453824489242877660223881153719782693 | 300Mbps |
清华大学用户将各个信标地址通知Notre Dame大学。Notre Dame大学对于4个信标测量服务器进行测试。测试结果表明，Abilene链路的丢包率为30％，传输速率为18Mbps，其它链路的丢包率为0％，传输速率为30Mbps。根据测试结果，Notre Dame大学选择APAN链路，通知清华大学，清华大学用户向CERNET网络管理员申请使用APAN链路。
CERNET网络管理员查询数据库，确认APAN联路有超过30Mbps的富裕带宽，接受申请。
由于Abilene尚未建议信标地址和信标测量服务器，CERNET网络管理员做traceroute到Notre Dame大学，如表1所示。可以看出，出流量路径已经通过APAN链路，无需进一步配置。
traceroute to 129.74.166.1(129.74.166.1)，30hops max，40byte packets
1 202.112.0.65(202.112.0.65)2ms 1ms 0ms
2 cd0.cernet.net(202.112.53.73)290ms 273ms 202ms
3 202.112.61.158(202.112.61.158)1ms 0ms 0ms
4 202.112.53.18(202.112.53.18)1ms 1ms 1ms
5 tpr5-ae0-25.jp.apan.net(203.181.194.125)89ms 89ms 89ms
6 losa-tokyo-tp2.transpac2.net(192.203.116.145)210ms 205ms 216ms
7 abilene-1-lo-jmb-702.lsanca.pacificwave.net(207.231.240.131)205ms 205ms 205ms
8 so-0-0-0.0.rtr.hous.net.internet2.edu(64.57.28.45)237ms 237ms 237ms
9 so-4-0-0.0.rtr.atla.net.internet2.edu(64.57.28.42)260ms 260ms 260ms
10 ge-0-3-0.110.rtr.ll.indiana.gigapop.net(149.165.254.20)275ms 275ms 275ms
11 149.165.254.42(149.165.254.42)283ms 283ms 283ms
表1 到Notre Dame大学的出流量路径
通过相关配置，清华大学成功地利用动态分配的地址进行了高性能数字视频DVTS应用。
从上可知，实验测试结果达到了本发明预期的要求。通过根据本自治域与其他网络互联的路径情况发布“信标地址”，为信标地址配置信标测量服务器，根据对端用户与信标测量服务器的性能测量结果，选择对端出流量的传输路径。双向完成后，即完成某端的入/出流量的传输路径选择，系统地、工程化地成功地解决了利用跨自治域非最短路径支持高性能应用的问题。
Claims (1)
1、互联网面向用户的跨域的端到端网络路由选择方法，其特征在于一次完成的以下步骤：
步骤1：初始化：高性能网络用户A和B分别属于自治域X和自治域Z，自治域X和自治域Z之间通过若干穿透自治域进行信息传输；自治域X如果有M条路径到其它的若干自治域，需设置M个信标地址块IPx(i)，i＝1，...M，对每个信标地址块配置一台信标服务器，BSx(i)，，i＝1，...M；自治域Z如果有N条路径到其它的若干自治域，需设置N个信标地址块IPz(j)，j＝1，...N，对每个信标地址块配置信标服务器BSz(j)，j＝1，...N；跨域链路流量监控数据库服务器LTMx接入X自治域，LTMy接入Y自治域；
步骤2：在自治域X和自治域Z的边界路由器上配置面向不同信标地址块的路由发布政策，即每个信标地址块仅向一个对应的特定路径公布，这样，该自治域的入流量所经过的跨自治域的特定路径p就可以由相应的信标地址IPx(p)选择确定，因此，当自治域X和自治域Z为通信实体，选择IPx(p)和IPZ(q)则意味着对于自治域X，入流量的路径为p，出流量的路径为q；对于自治域Z，入流量的路径为q，出流量的路径为p；
步骤3：自治域X的高性能网络用户A可用邮件、电话或网页服务方式告诉自治域Z的高性能网络用户B在自治域X中所有的信标服务器地址BSx(i)，i＝1，...M，用户B分别对这些信标服务器做路径查询(traceroute)和利用测量工具(ping、iperf、dvping等)对这些信标服务器做由自治域Z到自治域X方向流量的网络性能测量，在此基础上用户B根据高性能应用对于带宽和延时等要求，选择自治域X中的最佳的信标服务器BSx(p)，把相应的traceroute结果和性能测试结果用邮件、电话或网页服务方式发送给用户A；
步骤4：如果在自治域X和自治域Z之间有多个穿透自治域，有关信标地址所得到的路径是距离自治域X最近的默认路径，由于多个穿透自治域之间也有互联的可能性，在距自治域X较远的链路上存在着使用其它路径的情况，针对这种情况，如果由自治域Z到自治域X方向流量的网络性能已经达到要求，可以不作特殊处理，否则，可以针对不同的信标地址，由各自治域之间网络管理员设置域间路由的路由政策来调节，直到达到需求；
步骤5：用户A用邮件、电话或网页服务方式向本自治域X的系统管理员提交用户B发来的traceroute和网络性能信息数据，申请使用最佳的信标服务器BSx(p)所对应的物理连接链路p作为由自治域Z到自治域X方向流量的所选最优路径，并申明将使用的带宽为W；
步骤6：本自治域X的系统管理员查询跨域链路流量监控数据库服务器LTM，如果该链路p在由自治域Z到自治域X方向流量的剩余带宽资源大于该应用所需带宽要求W，则批准，否则不批准；如不批准，通知用户选择其他链路，重复步骤3至步骤5，直至找到合适的链路；这样，可以保证由自治域Z到自治域X方向流量(用户A接收用户B的数据)的网络传输性能和服务质量；
步骤7：如在自治域Z中也定义信标地址块并建立相应的测量服务器，同理，仿照步骤3至步骤6，可以得出对于相反方向的传输性能和服务质量，即由自治域X到自治域Z方向流量的路径(用户B接收用户A的数据)的网络传输性能和服务质量；
步骤8：如果限于条件，在自治域Z中无法定义信标地址块并建立相应的测量服务器，则自治域A也可以根据其入流量路径调整域间路由协议BGP的参数local-pref，强迫出流量选择与入流量采用相同的自治域间互联路径，一般情况下，也可以保证双向传输的性能。
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