基于多路徑的魯棒網(wǎng)絡(luò)通信方法.pdf

1、當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用主要是基于UDP和TCP協(xié)議進(jìn)行通信，在某些場(chǎng)景下，傳統(tǒng)的TCP/IP傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能完全滿足網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量要求，因此有必要開(kāi)發(fā)一種新的機(jī)制，使得用戶能夠在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下充分利用網(wǎng)絡(luò)資源并且提高網(wǎng)絡(luò)性能。流控制傳輸協(xié)議(SCTP)的提出為人們提供了改善網(wǎng)絡(luò)性能的新方法。SCTP繼承了TCP/UDP以及各種主流改進(jìn)協(xié)議版本的所有功能，并彌補(bǔ)了它們的一些不足。SCTP主要的特點(diǎn)之一是具有多宿主特性，允許關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)端口綁定多個(gè)網(wǎng)絡(luò)

2、地址，這種綁定允許數(shù)據(jù)通過(guò)不同路徑從發(fā)送端發(fā)送到接收端。由于SCTP具有多宿主特性，從而使得SCTP傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)有效的故障路徑切換機(jī)制來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。由于SCTP相比TCP具有許多新的特性，使用SCTP取代TCP來(lái)承載網(wǎng)絡(luò)的端到端傳輸業(yè)務(wù)已經(jīng)成為眾多科研工作者的研究熱點(diǎn)。SCTP主要是基于IP網(wǎng)絡(luò)，其多宿主特性也依賴于多個(gè)IP地址。但是IP網(wǎng)絡(luò)本身是一種單路徑網(wǎng)絡(luò)，它所能提供的多路徑通信效果有限，從而使得IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的SCTP

3、協(xié)議的性能受到限制。
　　向量網(wǎng)絡(luò)VN是一種新型的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，它采用向量地址，該協(xié)議對(duì)應(yīng)于OSI模型的第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。向量網(wǎng)絡(luò)使用一種被稱為向量地址的新的交換方式，向量網(wǎng)提出了“向量連接”和“向量交換”兩個(gè)概念，并且基于向量地址根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)屬性來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)。向量網(wǎng)絡(luò)具有分形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并且交換地址和標(biāo)識(shí)地址分離開(kāi)來(lái)。理論上，與ATM網(wǎng)絡(luò)、IP網(wǎng)絡(luò)相比，向量網(wǎng)具有良好的安全性、保證Qos、地址無(wú)限擴(kuò)展、交換設(shè)備簡(jiǎn)單、網(wǎng)絡(luò)可操作性

4、等優(yōu)點(diǎn)。向量網(wǎng)絡(luò)安全、可靠、可控制，并且保證網(wǎng)絡(luò)Qos承載和業(yè)務(wù)獨(dú)立，它是在研究下一代網(wǎng)絡(luò)背景下產(chǎn)生的一種全新的網(wǎng)絡(luò)體系。相比IP網(wǎng)絡(luò)，向量網(wǎng)具有的多路徑特性決定了其能更好的支持多路徑傳輸。
　　向量網(wǎng)絡(luò)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)，它不同于目前的IP網(wǎng)絡(luò)和其他類型的網(wǎng)絡(luò)。向量網(wǎng)絡(luò)具有許多不同的優(yōu)點(diǎn)，這得益于它使用被稱為向量地址的特殊交換方式。與IP網(wǎng)絡(luò)相比，向量網(wǎng)更多的是面向有連接服務(wù)。因?yàn)橄蛄烤W(wǎng)是有連接網(wǎng)絡(luò)，所以能夠保證Qos。向量網(wǎng)具有

5、無(wú)限多址性、良好的安全性、輕連接等眾多優(yōu)點(diǎn)，本文中，我們改進(jìn)了向量網(wǎng)環(huán)境下SCTP多路徑傳輸對(duì)單點(diǎn)故障的抵抗性能。VN（向量網(wǎng)絡(luò)）對(duì)應(yīng)于OSI模型的第三層網(wǎng)絡(luò)層，它屬于信息網(wǎng)絡(luò)中低層的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，并不包括高層的應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容。借助于向量網(wǎng)絡(luò)的地址編碼方法和數(shù)據(jù)通信方法建立向量連接，設(shè)計(jì)基于向量地址的分形結(jié)構(gòu)的新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。向量網(wǎng)提出向量連接和向量切換的概念，基于向量地址，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)屬性設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)。向量網(wǎng)具有分形體系結(jié)構(gòu)，還具

6、有交換地址與標(biāo)識(shí)地址相分離的特點(diǎn)。向量網(wǎng)使用一種被稱為向量地址的方式進(jìn)行地址交換，向量地址具有無(wú)限多值性、不可解讀、可加密、相對(duì)地址、有效性、地址長(zhǎng)度不定和包含路由信息等諸多優(yōu)點(diǎn)。
　　因此，在數(shù)據(jù)傳輸方面，與IP網(wǎng)絡(luò)和ATM網(wǎng)絡(luò)等主流網(wǎng)絡(luò)相比，向量網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn):安全性更高、網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、效率更高。向量網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址是按照數(shù)據(jù)面和控制面相分離的原則來(lái)設(shè)計(jì)的，數(shù)據(jù)的交換依據(jù)數(shù)據(jù)面的網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)完成，而網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)則通過(guò)控

7、制面的網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)面的網(wǎng)絡(luò)地址是用二進(jìn)制形式來(lái)表示的向量地址;控制面的網(wǎng)絡(luò)地址被設(shè)計(jì)為字符串形式的地址，類似于Internet網(wǎng)域名樹(shù)。為滿足向量網(wǎng)的設(shè)計(jì)需求，這兩種網(wǎng)絡(luò)地址都是具有分形特征的。向量地址是一種承載交換路由信息、長(zhǎng)度可變的網(wǎng)絡(luò)地址。
　　向量地址是相對(duì)地址，不能說(shuō)“某個(gè)目的設(shè)備的向量地址是多少”，而只能說(shuō)“從某個(gè)源端設(shè)備到目的設(shè)備的向量地址是多少”。換句話說(shuō)，在向量網(wǎng)絡(luò)地址編碼情況下，目的設(shè)備是由源端設(shè)備和向

8、量地址這兩個(gè)因素決定的，地址給定，再給定源端設(shè)備，目的設(shè)備才能確定。一個(gè)向量地址如果沒(méi)有源端設(shè)備作為參考，它就不能尋址找到目的設(shè)備，沒(méi)有意義。源端設(shè)備向目的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在數(shù)據(jù)中只要包含向量地址信息即可，不需要包含信源設(shè)備名稱，源端設(shè)備名稱信息隱含確定，就是數(shù)據(jù)的發(fā)送者，不需要給定。
　　本文分析了向量網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，介紹了研究建立全球網(wǎng)絡(luò)的向量網(wǎng)平均地址長(zhǎng)度的相關(guān)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和理論分析方法。通過(guò)進(jìn)行實(shí)際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ头抡鎸?shí)驗(yàn)，向量網(wǎng)

9、絡(luò)得到驗(yàn)證。結(jié)果表明，相比于目前的IP網(wǎng)絡(luò)等主流網(wǎng)絡(luò)，向量網(wǎng)絡(luò)不僅更加單、更安全、更具可擴(kuò)展性，而且還可以容納更多的用戶。本文介紹了向量網(wǎng)的相關(guān)理論架構(gòu)，包括向量網(wǎng)的地址編碼方式、向量包格式定義、向量交換方法、向量網(wǎng)的數(shù)據(jù)面以及向量連接的建立，分析了向量網(wǎng)的特點(diǎn)?？傊?，無(wú)論是從設(shè)計(jì)思想、傳輸方式，還是網(wǎng)絡(luò)的Qos、安全性能方面，向量網(wǎng)與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)體系相比都有著根本的區(qū)別。
　　本文分析了SCTP協(xié)議的架構(gòu)、特性，介紹了當(dāng)前IP網(wǎng)絡(luò)

10、環(huán)境下的SCTP協(xié)議功能的不足之處。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合向量網(wǎng)的無(wú)限多值性、安全性、輕連接等優(yōu)勢(shì)，提出了向量網(wǎng)支持的SCTP協(xié)議方法，設(shè)計(jì)了SCTP/VN多路徑傳輸網(wǎng)絡(luò)，并分析了基于向量網(wǎng)環(huán)境的SCTP多路徑在對(duì)抗單點(diǎn)故障的優(yōu)勢(shì)。不同于采用一條主路徑傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)SCTP協(xié)議，本文基于向量地址的無(wú)限多值性提出了多路徑輪流掃描傳輸方法，該方法能夠快速有效的傳輸發(fā)送端的緩存數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步提升多路徑傳輸網(wǎng)絡(luò)的Qos，本文提出了增量路由以及改進(jìn)的故障檢

11、測(cè)和故障處理機(jī)制。在多路徑傳輸網(wǎng)絡(luò)中，某條路徑發(fā)生故障時(shí)，迅速切換其他路徑，其他路徑仍能保證數(shù)據(jù)的順利傳輸，并實(shí)現(xiàn)非常小的丟包，并不影響正常的網(wǎng)絡(luò)通信。若使用單路徑傳輸數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生故障，從故障發(fā)生到確認(rèn)路徑故障這段時(shí)間內(nèi)發(fā)出的所有數(shù)據(jù)包均丟失，而且路徑的恢復(fù)往往需要較長(zhǎng)時(shí)間，在實(shí)際語(yǔ)音通信中，當(dāng)延遲大于500ms時(shí)通信即失敗。因此，相比于單條路徑傳輸數(shù)據(jù)，多條路徑輪流傳輸?shù)姆绞娇梢允孤窂焦收显斐傻膩G包和延時(shí)大大降低，而且有利于網(wǎng)絡(luò)的擁

12、塞控制，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，有效提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。
　　在本文中，為SCTP多路徑傳輸功能設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境。建立了五條通信路徑。將它們從Path1命名為Path5。在第一步中，通過(guò)設(shè)置40毫秒的RTT(Round Time Trip)將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。當(dāng)指定時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)未收到數(shù)據(jù)包時(shí)，接收端檢測(cè)到故障，故障信息將返回發(fā)送端，發(fā)送端將確認(rèn)故障路徑并切換到其他路徑。
　　在C++語(yǔ)言和Visual Studio環(huán)境