基于路徑標識的多路徑域間路由的開發(fā)與實現(xiàn)

摘要：針對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中路由擴展性方面的問題日益嚴重，目前提出一種基于路徑標識的多路徑域間路由方案，可提高域間路由可擴展性和可靠性，但該研究只停留在理論階段。現(xiàn)對基于路徑標識的多路徑路由協(xié)議進行了開發(fā)與實現(xiàn)，針對域間路由協(xié)議BGP的控制層和基于Linu x內(nèi)核的轉(zhuǎn)發(fā)層進行了具體模塊的結(jié)構(gòu)分析和開發(fā)，并進行了功能性測試。結(jié)果顯示，開發(fā)系統(tǒng)可以實現(xiàn)路徑標識路由和多路徑路由的功能。
關(guān)鍵詞：多路徑；路徑標識；BGP；內(nèi)核協(xié)議棧

0 引言
近些年來，互聯(lián)網(wǎng)得到迅猛的發(fā)展，中國網(wǎng)民規(guī)模已經(jīng)突破4．2億，然而，作為其基礎(chǔ)支持的路由系統(tǒng)卻面臨著極大的挑戰(zhàn)。路由條目急劇增加，嚴重地消耗了路由器的計算資源，同時網(wǎng)絡(luò)阻塞、擁擠、攻擊等也會引起網(wǎng)絡(luò)的失效或不穩(wěn)定，它們都在很大程度上影響互聯(lián)網(wǎng)的性能。
一體化網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)的提出，可以有效地解決上述問題。一體化網(wǎng)絡(luò)是一種新的基于身份位置分離思想的網(wǎng)絡(luò)體系架。一體化網(wǎng)絡(luò)體系模型與理論提出接入標識、交換路由標識及其映射理論，建立廣義交換路由的概念與機制，在支持安全和移動的基礎(chǔ)上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)一體化。
延續(xù)一體化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計思想，本文實現(xiàn)了一種基于路徑標識的多路徑域間路由方案。

1 研究背景
針對核心網(wǎng)域問路由，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要存在可擴展性和可靠性兩方面的問題。路由可擴展性主要關(guān)注于轉(zhuǎn)發(fā)表(FIB)的大小和路由更新的頻率。網(wǎng)絡(luò)用戶的劇增、流量工程、策略路由等技術(shù)的應(yīng)用，導致路由前綴不可聚合，使得路由條目呈非線性增長，是限制路由可擴展性的主要原因；路由可靠性主要關(guān)注于網(wǎng)絡(luò)拓撲改變時，路由協(xié)議能否快速收斂，提供持續(xù)通信的能力?，F(xiàn)有域間路由協(xié)議BGP只提供一條最佳路由，在路徑失效時，需要等待下次收斂才能繼續(xù)通信，而且域間路由更新的頻率十分高，使得收斂時間長達幾分鐘至十幾分鐘，是降低路由可靠性的幾點原因。
針對上述兩個問題，在一體化網(wǎng)絡(luò)中采用了域內(nèi)與域問路由相分離，核心網(wǎng)和接入網(wǎng)路由相分離的多路徑域間路由方案。核心網(wǎng)域內(nèi)采用本地標識進行路由，域間采用自治域號(AS)進行路由，保證路由條目的穩(wěn)定和緩慢增長，提高了路由可擴展性。同時域問路由引入路徑標識(PID)標識多條轉(zhuǎn)發(fā)路徑，在原先的路徑失效時可以快速地切換到其他路徑，保證了路由的可靠性。

2 基于路徑標識的多路徑域間路由方案的設(shè)計
多路徑路域間路由方案主要分為控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層兩部分，其中控制層基于目前經(jīng)典的域間路由協(xié)議(BGP)，主要實現(xiàn)路由的發(fā)現(xiàn)、通告和更新。轉(zhuǎn)發(fā)層基于Linux內(nèi)核協(xié)議棧，主要實現(xiàn)通告路由的數(shù)據(jù)包封裝解封和轉(zhuǎn)發(fā)以及鏈路失效時的快速收斂。
2．1 控制層的設(shè)計
邊界網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議(BGP)是目前主流的域間路由協(xié)議，它是一種路徑向量協(xié)議，在AS之間傳遞網(wǎng)絡(luò)可達性，并且可以通過檢查AS_PATH屬性來避免環(huán)路。多路徑路由方案在域間采用AS號路由，為了標識多條路徑引入了路徑標識(PID)和下一跳路徑標識(NEXT_PID)，從而可以在AS之間通告多條路徑。其中PID為從源AS到目的AS之間順次經(jīng)過的所有AS號的哈希值，而N]EXT_PID為此路徑下一跳AS到目的AS之間所有AS號的哈希值。
基于圖1的拓撲圖，分析AS 100和AS 200之間傳遞的UPDATE包的NRLI信息，其基本通信流程為：

(1)首先AS100和AS200分別計算本地的AS號生成本地路由信息，并且在建立鄰居關(guān)系以后直接發(fā)送給對等體路由器。如AS100就將100，HASH(100)，HASH(100)>發(fā)送給AS 200。
(2)AS 100和AS 200在收到AS 300通告的路由后，會在鄰居關(guān)系建立后，將收到AS 300的路由的PID替換為NEXT_PID，將本地AS號加入路徑屬性中，重新計算PID，然后傳遞給對等體路由器。如AS 100將300，HASH(100，300)，HASH(300)>發(fā)送給AS200。
(3)在下次通告時，AS100和AS200獲得了到達對端路由器的信息，及時地通告給對等體路由器，如AS100將200，HASH(100，300，200)>發(fā)送給AS200，這時AS200就知道了兩條可以到達AS200的路徑，實現(xiàn)了簡單的多路徑。