随着人类社会信息化进程的日渐加剧,网络所扮演的角色已经由最初单纯面向国防或者科研等应用领域的通信基础设施,逐渐转变为支撑现代社会经济发展、社会进步和科技创新的最重要的信息基础设施。因此,保障网络的持续可用具有重要意义,它关乎经济稳定、国家安全以及个人活动的顺利进行。近年来,网络技术迅猛发展,各类应用层出不穷,但是不可预料的意外事件和自然发生的系统故障是随时可能发生的,当故障发生后需要依赖于目前的路由协议收敛过程实现故障的避绕,重新恢复端到端的数据转发路径。由于目前域间路由协议的慢收敛特点和收敛期间的路径信息不一致等问题,导致协议收敛期间出现长时间的端到端转发路径失效,影响了目的网络的可达性,降低了网络的持续可用能力。本文的工作依托于973课题《一体化网络体系结构模型及交换路由理论与技术》,重点研究在域间链路发生故障后,在协议收敛期间如何保证网络之间的持续可达。本文的研究思路是首先构建域间路由协议收敛模型,基于收敛模型分析和发现协议收敛期间影响网络可达性的因素,并综合考虑这些因素给出了一种良收敛协议框架,归纳了良收敛协议所内涵的三个关键问题。然后,针对良收敛协议覆盖的关键问题展开研究,提出了基于保护隧道的快速重路由技术、基于排序路由更新的平滑协议收敛技术以及基于定时重传和突发检测机制的会话可靠性增强技术。最后,对融合上述三种关键技术的良收敛协议进行了总结归纳,形成一套完备的保证网络持续可达的良收敛域间路由系统,主要的研究成果和创新点如下:1、构建了一种域间路由协议收敛状态模型,提出了良收敛协议框架。不是从单个节点而是从多节点状态形成的转发路径的特点出发,分析了转发路径环路和转发路径故障对网络可达性的影响程度,分析了路径环路和路径故障持续时间特点及产生的原因。基于对路径环路和路径故障的原因分析,提出了保证网络持续可达的良收敛协议框架,归纳了良收敛协议的主体内容,概括出良收敛协议所需要解决的三个关键技术问题。2、提出了一种基于保护隧道的重路由技术,保证短暂链路故障时刻网络的可达性。设计了一种在受故障影响的节点和不受故障影响的节点之间建立保护隧道的机制,当链路故障时,相应节点立刻采用保护隧道将数据重路由到不受故障影响的节点,由这类节点沿着正常的路径将数据转发到目的网络,从而保证网络的持续可达。通过解析方法证明了保护隧道的存在性和有效性,并分别给出了在多归路网路环境下和一般网络环境条件下的保护隧道建立机制。仿真结果显示保护隧道机制可以保证链路故障时目的网络的持续可达,同时不会明显增加协议消息数量和路由表条目数量,且可以增量部署。3、提出了基于排序路由更新的平滑收敛技术,保证协议收敛期间网络的可达性。在协议收敛过程中,让所有受故障影响的节点的转发表按照距离故障的远近顺序进行顺次更新,以便确保所有节点持续使用故障前的转发表进行数据转发,直到它获得一条有效的转发路径,从而保证收敛期间所有节点都使用有效的转发路径进行数据转发。通过解析方法证明了排序更新机制的正确性和完备性,并给出了协议消息设计,具体的算法实现。仿真结果证明该方法可以保证收敛期间目的网络的持续可达,同时协议的收敛性能也得到了提升。4、提出了对等保活消息的定时重传和突发发送机制,增强了对等会话的可靠性,进一步提高了链路故障时路由的稳定性。通过对链路故障持续时间分布特征的假定,建立了对等会话失效概率模型。在该模型下通过修改TCP的重传机制,在会话超时之前最大程度的对链路故障恢复进行检测;通过将保活消息的周期发送机制,改为突发性发送机制,可以最大程度对链路故障发生时刻进行检测。通过对TCP重传和保活消息的突发检测机制的修改,最大程度上提高故障发生和恢复检测概率,从而最大化会话保持时间对链路故障的容忍时间范围。会话保持机制是连接基于保护隧道的路由重定向机制和排序路由更新机制的纽带,会话可靠性的增强不仅增加了保护隧道的利用效率,而且避免触发不必要的排序更新收敛过程,减少了频繁收敛引发的路由计算和路由振荡,对路由的稳定性起到了一定的作用。
