基于端口的分組交換技術及QoS路由研究.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)是當前最成功的計算機網(wǎng)絡，其發(fā)展規(guī)模越來越大，承載業(yè)務應用種類也越來越多，IP網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)體系結構的核心，在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中承擔的任務也越來越重。在保證服務質量和考慮綠色節(jié)能的條件下，高速傳輸語音、圖像、視頻等多媒體數(shù)據(jù)成為對IP網(wǎng)基本要求，但是IP網(wǎng)的缺陷使得上述要求難以滿足。例如，交換設備需要維護和查找大量的動態(tài)路由信息，限制了交換設備的快速交換轉發(fā)能力，也導致交換設備結構復雜、能耗高;IP地址具有“身份”、“定位”和“轉發(fā)”

2、的多重功能，導致IP網(wǎng)的路由可擴展性差，也給實現(xiàn)顯式路由等造成障礙;IP網(wǎng)的初始設計只提供盡力而為的傳輸服務，不能保證分組流的QoS需求。
　　針對上述問題，未來互聯(lián)網(wǎng)的研究已經(jīng)得到廣泛的關注。IP網(wǎng)在邏輯上可以分為兩個功能面:控制面和數(shù)據(jù)面。本文重點研究數(shù)據(jù)面的快速交換轉發(fā)技術和控制面的QoS路由協(xié)議:在數(shù)據(jù)面提出一種用于分組交換轉發(fā)的地址編碼，其實現(xiàn)分組轉發(fā)的方式簡單、快速、有效;在控制面提出適合新分組交換技術的QoS路由控制

3、機制。本文的貢獻和創(chuàng)新點包括以下幾個方面:
　　1.針對IP網(wǎng)絡分組交換轉發(fā)過程中查表操作復雜的問題，在網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)面提出一種基于節(jié)點端口(Port/Interface)的轉發(fā)地址編碼方法——向量地址(VA，Vector Address)及其交換轉發(fā)分組的方式——向量交換(VS，VectorSwitching，)。向量地址攜帶分組傳送路徑上所有節(jié)點的短小、變長的輸出端口信息，使分組轉發(fā)避免了路由表查詢操作。VS面向連接，易于與顯式路

4、由等QoS控制協(xié)議模型配合;向量地址不受地址規(guī)劃策略限制，且具有無限可擴展性;向量地址不可窮舉，而且對于中間節(jié)點而言不可解讀，能夠隱藏分組源、目的控制面節(jié)點標識，具有安全性。
　　2.基于VS，設計并實現(xiàn)了一種核心傳輸網(wǎng)絡的改進架構——向量標簽交換(VLS，Vector Label Switching)網(wǎng)絡。本文提出了實現(xiàn)VLS網(wǎng)絡的方案，控制面使用現(xiàn)有路由協(xié)議，完全由路由器通用CPU承擔;在數(shù)據(jù)面，線卡不再需要轉發(fā)表，省掉查表操

5、作。針對數(shù)據(jù)面的理論分析及仿真實驗評估結果表明VLS實現(xiàn)快速高效分組交換轉發(fā)的同時，降低了數(shù)據(jù)面的實現(xiàn)復雜度和能耗。
　　3.在控制面，針對域內(nèi)QoS路由問題，提出一種基于向量標簽交換網(wǎng)絡的流量工程模型。該模型利用RSVP-TE(Resource ReSerVation Protocol-Traffic Engineering)協(xié)議在VLS網(wǎng)絡中實現(xiàn)顯式路由，是一種支持區(qū)分服務的流量工程模型(DS-TE，DiffServ-awar

6、e Traffic Engineering)。本文給出了實現(xiàn)該DS-TE的具體方案，包括VLS內(nèi)支持DS-TE的路由器結構設計、RSVP-TE信令建立路徑和分發(fā)端口號的過程、接納控制算法、鏈路帶寬約束模型和帶寬搶占算法等等。仿真實驗證明了DS-TE模型在VLS網(wǎng)絡中能夠充分利用整個網(wǎng)絡資源，保證高服務級別流量的端到端延時、抖動和分組丟失率等QoS性能，同時提供了較高的網(wǎng)絡流通量。VLS網(wǎng)絡能夠以較低的代價實現(xiàn)QoS傳輸服務。
　　

7、4.將VS應用于全光交換網(wǎng)絡，提出一種新的光標簽分組交換方式——光編碼向量地址標簽交換(OCVA-labeled Switching，Optical Code-based VAlabeled Switching)。OCVA-labeled交換以光碼標識節(jié)點端口，以VS方式轉發(fā)分組。OCVA-labeled交換省略了中間交換節(jié)中的光編碼器，降低了轉發(fā)模塊復雜度及硬件成本。另外，OCVA-labeled交換消除了網(wǎng)絡擴展對大容量光碼組的依賴