摘要 a b s t r a c t t o d a y , t h er a p i dp r o g r e s so fn e t w o r k st e c h n o l o g y , t h ee x p a n s i o no fn e t w o r k s d i m e n s i o n s ，t h ed i v e r s i f i c a t i o no fs e r v i c ek i n d sa n dt h ei n c r e a s eo fs e r v i c eq u a n t i t y , a r ea l lt h es t a t u so fn e t w o r k s d e v e l o p m e n t w i t l lt h ed e v e l o p m e n t m a n yp r o b l e m s h a v ea p p e a r e d ，s u c ha st h eq u a n t i t yo fs e r v i c ei m b a l a n c ei nn e t w o r k s ，n og u a r a n t e e f o rq u a l i t yo f s e r v i c e ( q o s ) i n19 9 0 s ，i ti sn 棚ce n g i n e e r i n g i nn e t w o r k st or e s o l v e t h e s ep r o b l e m s i nt h e s et e ny e a r s t r a m ce n g i n e e r i n gq u i c k l yh a sb e c o m eah o t s p o t f o rm a n yi n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e ra n dn e t w o r k s s t u d yg r o u p w i t ht h e d e e p l ys t u d y i n g a n dt h e t e c h n o l o g y sc o n s u m m a t i n g t h e t r a f f i c e n g i n e e r i n gb a s e d0 1 1 t h em u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n gb e c o m e st h ep r i m a r ym o d e lf o rl a r g e i n t e m e ts e r v i c ep r o v i d e r sn e t w o r k s ，w h i c hi st h et h i r ds t y l eo fn e t w o r k st h a ti s f u l l ym a d eu po f r o u t e r s t h et r a f f i ce n g i n e e r i n gb a s e do nt h em u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n gi n v o l v e sf o u r f u n c t i o n a l c o m p o n e n t s ：p a c k e t - f o r w a r d i n gm o d e l ，r o u t i n g s e l e c t i o n m o d e l ， i n f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o nm o d e l ，a n ds i g n a l i n gm o d e l e a c hf u n c t i o n a lc o m p o n e n ti s i n d i v i d u a la n di nc o m p a c tc o l l a b o r a t i v er e l a t i o n sw i t l lt h eo t h e r s i nw h i c hr o u t i n g s e l e c t i o nm o d u l ei so n eo f t h em o s ti m p o r t a n to n e s b a s i n go n t h ea n a l y s i st ot h ed e v e l o p i n go f m u t i n gr e s e a r c h ，t h ep a p e r p r e s e n t sa n e ws t a t i ca l g o r i t b m m u m - m e a s u r e m e n tc o n f i g u r i n gl s p a l g o r i t h mb a s e d o nc o n s t r a i n t s ( m u l t i - m e a s u r e m e n ta l g o r i t h m ) t h ea l g o r i t h mc o n s i d e r sa l l k i n d so fc o n s t r a i n t s ，w h i c hi n c l u d et h er e q u i r e m e n to fq o s d u r i n gt h er o u t i n g ，t h e c o n s t r a i n t so fn e t w o r k s r e s o u r c e ，a d m i n i s t r a n ts t r a t e g ya n ds oo n t h e s ec o n s t r a i n t s a r es a t i s f i e di nd i f f e r e n tp h a s e sd u r i n gt h er u n n i n g f i r s t l y , t h ea l g o r i t h mm a k e sa u n i t e do b j e c tb y a n a l y s e st h en e t w o r k s r u n n i n g s t a t u sa n dr e s o u r c e s t a t u s f o l l o w i n g t h e s e ，t h ea l g o r i t h mf i n d st h ee x p l i c a b l er o u t i n g ，i nw h i c he a c hr e q u i r e m e n to fq o si n t r a f f i c e n g i n e e r i n gi s f u l f i l l e da n dt h er e s o u r c eo fn e t w o r k si s f u l l yu s e d s ot h e a l g o r i t h md e c r e a s e st h ep o s s i b i l i t yo ft h ec o n g e s t i o na n di n c r e a s e st h en e t w o r k s c a p a b i l i t y f i n a l l yt h ep a p e rp r o v e st h a tt h ea l g o r i t h mi sf e a s i b l ea n dp r e f e r a b l eb y t h e o r e t i c a ld e d u c t i o na n d c o m p u t e r s i m u l a t i o n 2 糖要 a sn o wt h er e s e a r c ho ft r a f f i ce n g i n e e r i n gj u s to nt h es t a r ts p o t ，s ot h i ss t a t i c r o u t i n ga l g o r i t h mb a s e do nt h en e t w o r k s s t a t u sc a l lb ee s s e n t i a l l yi m p o r t a n tt o t h e r e s e a r c ho ft r a f f i ce n g i n e e r i n g ，a n di tc a ni m p r o v et h es c i e n t i f i cr e s e a r c ha n dt h e n e t w o r k e c o n o m i cd e v e l o p m e n t k e y w o r d s i c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ，m u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n 刪p l s ，t r a f f i c e n g i n e e r i n g ，q u a l i t yo fs e r v i c e ，b a s e do nc o n s t r a i n t s ，m u l t i m e a s u r e m e n t ，s t a t i c r o u t i n ga l g o r i t h m 3 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得墨生盤鱟或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證 書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中 作了明確的說明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：才勿乓裂簽字日期：力加多年j 月跏日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解墨鲞盤堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。 特授權(quán)鑫洼盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢 索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校 向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明) 學(xué)位論文作者簽名：才多蓮型一 導(dǎo)師簽名： 弘韻耕 簽字日期：枷年7 月矽日簽字日期：2 一多年月，o 日 第一章緒論 第一章緒論 1 9 6 9 年世界第一個(gè)分組交換網(wǎng)a r p a r n e t 的問世標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來。 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)尤其是i n t e r n e t 的飛速發(fā)展已是有目共睹的，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)涉 及技術(shù)、工程、應(yīng)用等多方面，并對社會經(jīng)濟(jì)、文化、以及人們的工作方式、生 活方式都有著深遠(yuǎn)影響。可以毫不夸張地說，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)己成為人類文明發(fā)展的 強(qiáng)勁推動力。 第一節(jié)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)簡述 首先需要清楚什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是地理上分散的多臺獨(dú)立自主 的計(jì)算機(jī)遵循約定的通信協(xié)議，通過軟、硬件互連以實(shí)現(xiàn)交互通信、資源共享、 信息交換、協(xié)同工作以及在線處理等功能的系統(tǒng)吐 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得電子郵件、w e b 服務(wù)器、消息討論組、網(wǎng)絡(luò)電話以及 電子商務(wù)等各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，并推動著社會各行業(yè)的變革。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段是電路交換，以傳統(tǒng)電信 網(wǎng)應(yīng)用為代表；第二階段是分組交換，1 9 7 6 年國際電報(bào)電話咨詢委員會( c c i t t ) 制定了用于公用分組交換網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)x 2 5 ：第三階段是以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一一 t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c o l ，傳輸控制協(xié)議i n t e r n e t 協(xié)議) 地出現(xiàn)為標(biāo)志，t c p i p 協(xié)議的廣泛應(yīng)用也正是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的重 要原因之一。 i n t e r n e t 是全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)互連而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。i n t e m e t 的定義有狹義定義和廣義定義兩種【1 】： 1 狹義定義：由全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所 有采用i p 協(xié)議( i n t e m e t p r o t o c 0 1 ) 的網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò)，即i p 網(wǎng)絡(luò)。 2 廣義定義：i p 網(wǎng)加上所有能通過路由選擇至目的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，包括使用諸如 電子郵件這類應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，各類存儲轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)以及采用非i p 協(xié)議 的網(wǎng)絡(luò)。 i n t e m e t 核心是開放，且貫穿在整個(gè)體系結(jié)構(gòu)中，i n t e m e t 體系結(jié)構(gòu)如圖1 1 所示： 1 第一章緒論 圖1 1i n t e m e t 體系結(jié)構(gòu) 在i n t e m e t 體系結(jié)構(gòu)的最低層是物理傳輸導(dǎo)管，i n t e m e t 可建立在任何物理傳 輸網(wǎng)之上，包括租線、撥號電話網(wǎng)、x 2 5 、i s d n 網(wǎng)、以太網(wǎng)、f d d i 網(wǎng)、a t m 網(wǎng)、高速的h i p p i 接口以及無線網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等。 t c p i p 協(xié)議是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接性和互操作性的關(guān)鍵，它把成千上萬 i n t e m e t 上的各種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來。 在高層，t c p i p 協(xié)議為i n t e m e t 用戶提供了終端訪問和客戶服務(wù)器方式的服 務(wù)工具，諸如文件傳輸f t p 、虛擬終端t e l n e t 、電子郵件s m t p 等，用戶可以根 據(jù)需要利用這些服務(wù)工具。而為管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，i n t e m e t 制定了簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié) 議( s i m p l e n e t w o r k m a n a g e m e n t p r o t o c 0 1 s n m p ) 【2 1 。 從概念上講，一個(gè)t c p i p 互聯(lián)網(wǎng)提供 了三組服務(wù)?；ヂ?lián)網(wǎng)服務(wù)的三個(gè)概念及其相 互的依賴關(guān)系如圖1 2 所示。在最低層無連 接傳送服務(wù)為其它層的服務(wù)提供了基礎(chǔ)。在 第二層，一個(gè)可靠的傳送服務(wù)為應(yīng)用層提供 了一個(gè)高層平臺。最高層是應(yīng)用服務(wù)層。 應(yīng)用服務(wù) 可靠的傳送服務(wù) 無連接分組傳送服務(wù) 圖1 2 互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的三概念層 i n t e m e t 軟件是圍繞著三個(gè)層次的概念化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)計(jì)的。最基本的互聯(lián)網(wǎng) 2 第一章緒論 服務(wù)是由一個(gè)分組傳送系統(tǒng)組成。該服務(wù)被定義為不可靠的、盡最大努力傳送的、 無連接分組傳送系統(tǒng)。所謂不可靠，指的是不能保證正確傳送，分組可能丟失、 重復(fù)、延遲或不按序傳送，而且服務(wù)不檢測這些情況，也不通知發(fā)送方和接受方。 這種不可靠的、無連接傳送機(jī)制稱為i n t e m e t 協(xié)議。i n t e r n e t 協(xié)議提供了三個(gè) 重要定義： 1 定義了在t c p i p 互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳送的基本單元，規(guī)定了互聯(lián)網(wǎng)上傳送的 數(shù)據(jù)格式。 2 i n t e m e t 協(xié)議軟件完成路由選擇功能，選擇數(shù)據(jù)傳送的路徑。 3 i n t e m e t 協(xié)議包含了一組不可靠分組傳送的規(guī)則，指明了分組處理、差錯信 息發(fā)生以及分組丟失等的規(guī)則。 i e m 上所述，t c p i p 協(xié)議的廣泛應(yīng)用真正的推動了i n t e m e t 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。 t c p i p 的工作原理是分層結(jié)構(gòu)如圖1 3 所示，它表示了兩臺主機(jī)上的應(yīng)用程序 之間傳輸報(bào)文的過程。主機(jī)b 上的第n 層接收到的正是主機(jī)a 上的第n 層發(fā)送 出來的對象。 圖1 3 t c p i p 分層工作原理 第二節(jié)流量工程的提出 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的急速膨脹無論從任何一個(gè)角度衡量，如主機(jī)的數(shù)量、 一3 第一章緒論 用戶數(shù)、業(yè)務(wù)量、鏈路數(shù)、單條鏈路的帶寬、或是服務(wù)提供商( i n t e r n e ts e r v i c e p r o v i d e r ，i s p ) 網(wǎng)絡(luò)的增長率，其增長速度都是驚人的。這種膨脹不可避免地帶 來了諸多問題： 現(xiàn)有的i n t e m e t 主干速率較低，尤其是各國的國際出口，更是顯得車水馬龍、 擁擠不堪； 現(xiàn)有的i n t e m e t 路由器工作方式( 依靠軟件進(jìn)行選路和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，速度難 以提高；隨著i n t e m e t 的急劇膨脹，選路信息處理工作量越來越大，路由表 越來越復(fù)雜，路由信息占用大量的帶寬等) 和吞吐量無法滿足i n t e r n e t 日益 增長的需求； 各i s p 之間和其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)重?fù)頂D，忙時(shí)網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)包丟失非常嚴(yán)重， 極大地影響網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男剩?現(xiàn)有i n t e m e t 沒有帶寬控制和流量控制功能，服務(wù)質(zhì)量( q u a l i t y o fs e r v i c e ， q o s ) 難以得到保證。 因此，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商必須面對i n t e r n e t 如此爆炸性的發(fā)展以及發(fā)展中出現(xiàn) 的問題，同時(shí)也要面對來自橫向的激烈的競爭。更好地使他們的網(wǎng)絡(luò)滿足客戶日 益增長的需求，并使網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、快速、高效地運(yùn)行，并且具有靈活性和可擴(kuò)展性， 以適應(yīng)將來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求。這就要求i s p 必須有效地控制業(yè)務(wù)量在網(wǎng)絡(luò)中的分 配，從而合理利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，為客戶提供優(yōu)良的服務(wù)。 流量工程( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ，t e ) 【2 】就是在這時(shí)期提出的一種用于解決 以上諸多問題的工具，它使i s p 能夠在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源條件下，在其路由域內(nèi)對 流量的分布進(jìn)行精確的控制：流量工程還可以在i s p 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)將業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)移到另一 條潛在的具有更小擁塞的物理路徑上去，從而平衡網(wǎng)絡(luò)中各種鏈路、路由器和交 換機(jī)上的負(fù)載，使其中任何一個(gè)組成部分都不會發(fā)生過載或者未充分利用。 i n t e r n e t 流量工程定義為i n t e m e t 網(wǎng)絡(luò)工程的一部分。處理i p 網(wǎng)絡(luò)操作中的 性能估價(jià)和性能優(yōu)化【2 】。流量工程的核心是流量控制和資源管理。t e 的性能指標(biāo) 分為流量導(dǎo)向和資源導(dǎo)向兩方面。流量導(dǎo)向的性能決定網(wǎng)絡(luò)對流量的處理能力和 服務(wù)能力，主要日標(biāo)包括最小分組丟失率，最小傳輸延遲，最大吞吐量。服務(wù)水 平約定等；資源導(dǎo)向針對的是優(yōu)化資源使用，目標(biāo)是合理使用資源和優(yōu)化資源配 置，尤其希望避免網(wǎng)絡(luò)的一部分超負(fù)荷使用而另一部分未充分使用。帶寬是關(guān)鍵 4 一 第一章緒論 和緊缺的資源，流量工程的中心管理對象是帶寬。 現(xiàn)在，j u n i p e r 、c i s c o 等公司已經(jīng)開始熱點(diǎn)研究新型的骨干網(wǎng)路由器以及在 以新型的骨干網(wǎng)路由器為核心的網(wǎng)絡(luò)中流量工程如何滿足q o s 需求、如何應(yīng)用 的問題。這些路由器用硬件進(jìn)行路由查詢和包轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了選路和包轉(zhuǎn)發(fā)的分離， 大大提高了路由器的轉(zhuǎn)發(fā)速率，使下一代i n t e r n e t 網(wǎng)絡(luò)的建立成為可能c 5 j 【7 j 。而 用流量工程作為工具則能夠優(yōu)化可用帶寬和網(wǎng)絡(luò)保留能力的需要：提供新的協(xié) 議、新的路由硬件、新的交換硬件和光纖設(shè)備：預(yù)留足夠空間和適當(dāng)能源的后勤 工作，配置設(shè)備以適應(yīng)鏈路可用性和用戶需要。因此是否能夠提供功能強(qiáng)大的流 量工程機(jī)制是每一個(gè)i s p 吸引用戶，在競爭中得到成功的決定因素。 第三節(jié)選題意義和內(nèi)容安排 當(dāng)今，i n t e r n e t 的發(fā)展可謂日新月異。伴隨著i n t e m e t 的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域 也急速拓展。因此，網(wǎng)絡(luò)傳輸業(yè)務(wù)量成指數(shù)形式增長( 如數(shù)據(jù)量巨大網(wǎng)絡(luò)多媒體 傳輸) 。由此需要在新的服務(wù)體系下應(yīng)用流量工程來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。流量工程在 原有網(wǎng)絡(luò)資源基礎(chǔ)上可以精確控制業(yè)務(wù)量，并能提供服務(wù)質(zhì)量保證。關(guān)于流量工 程的討論是目前在i n t e m e t 業(yè)界、大型的i s p 、以及如因特網(wǎng)工程任務(wù)i f l ( i n t e m e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，i e t f ) 等研究組織的熱點(diǎn)話題。薪一代i n t e r n e t 網(wǎng)絡(luò)的 形成，并沒有使旨在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的流量工程的研究止步，正相反，新的網(wǎng)絡(luò)運(yùn) 營方式、新的服務(wù)要求，反而向這些研究提出了新的課題。無論是過去的、今天 的還是未來的網(wǎng)絡(luò)，僅僅增加網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高傳輸速度，沒有流量工程的軟件支 持，路由器就不能有效地對業(yè)務(wù)流進(jìn)行有效的控制，從而造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)或 者使用效率不高，從而不能從根本上解決網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)丟失，而且不能滿足越 來越多的服務(wù)種類和服務(wù)質(zhì)量的要求。所以，在網(wǎng)絡(luò)研究的領(lǐng)域中，流量工程的 重要性對i s p 來說日益增長的。 路由選擇是網(wǎng)絡(luò)中路由器交換機(jī)應(yīng)具備的最基本的功能，更是流量工程中 的最重要的組成部分之一；靜態(tài)路由的配置影響網(wǎng)絡(luò)對處理業(yè)務(wù)流時(shí)的最初策 略，決定網(wǎng)絡(luò)資源的初始分配方案，對業(yè)務(wù)量的控制和動態(tài)路由的計(jì)算有著重要 的影響。在路由選擇方面，目前對動態(tài)路由的研究比較多，對靜態(tài)路由選擇的研 s 第一章緒論 究比較少，目前普遍使用的靜態(tài)路由配置方法采用傳統(tǒng)的簡單算法或者人工配 置，這種方法已經(jīng)不能適應(yīng)越來越大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和越來越復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。所以 對靜態(tài)路由選擇的研究在流量工程研究中的重要性也日益顯著。 在已有研究成果的基礎(chǔ)上，本文提出一種新的靜態(tài)路由算法基于約束的 多量度配置l s p 算法( 簡稱多量度算法) 。算法考慮路由時(shí)要應(yīng)用的q o s 需求、 網(wǎng)絡(luò)的資源約束和管理屬性等諸多約束；首先分階段來處理各種約束條件，分析 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)和資源實(shí)用狀況，隨后由分析結(jié)論制定主次目標(biāo)策略，在計(jì)算路由 中運(yùn)用主次目標(biāo)的方法來選擇路由，從而滿足配置的l s p 的多約束需求，并使 得網(wǎng)絡(luò)資源得到充分的均衡的使用，減少潛在的網(wǎng)絡(luò)擁塞可能性。在國內(nèi)，關(guān)于 流量工程的研究剛剛開展，所以這種以網(wǎng)絡(luò)赍源狀況為立足點(diǎn)的基于約束靜態(tài)路 由算法研究將會促進(jìn)流量工程的發(fā)展，對我們的科研和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也具有重 要意義。 本文內(nèi)容安排如下：第章為緒論，簡述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，為了解決網(wǎng) 絡(luò)發(fā)展帶來的問題而提出解決方案流量工程，并給出本論文的選題意義和內(nèi) 容安排；第二章詳細(xì)論述通信網(wǎng)的流量工程，并討論流量工程在不同的網(wǎng)絡(luò)類型 中的應(yīng)用，其中重點(diǎn)闡述在新一代路由器核心網(wǎng)絡(luò)中的流量工程的實(shí)施方案 m p l s 技術(shù)；第三章闡述目前流量工程中使用的動態(tài)路由算法和靜態(tài)路由算法， 以及基于約束的路由算法，并指出現(xiàn)行算法的不足；第四章講述本文提出的一種 新的靜態(tài)路由算法基于約束的多量度配置l s p 算法，解決現(xiàn)行算法的缺點(diǎn)， 并從理論上( 算法的時(shí)間復(fù)雜度) 論證多量度算法的有效性。第五章通過網(wǎng)絡(luò)實(shí) 例對算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，證明算法的較優(yōu)性；最后對算法作出總結(jié)，指出算法的 優(yōu)點(diǎn)。第六章回顧總結(jié)全文，并提出今后還需繼續(xù)研究的相關(guān)問題。 - 6 第二章流量工程研究 第二章通信網(wǎng)的流量工程研究 第一節(jié)流量工程綜述 2 0 世紀(jì)9 0 年代早期，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，i s p 網(wǎng)絡(luò)由專線鏈接起來的路由器組 成。這種傳統(tǒng)路由器用軟件對數(shù)據(jù)包進(jìn)行分組和轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)i n t e m e t 開始快速增長 的時(shí)候，路由器和帶寬就不能滿足應(yīng)用的需求。i s p 為了解決這個(gè)問題，增加了 鏈路與路由器的數(shù)量。由于路由器與鏈路數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兊脧?fù)雜起來， 網(wǎng)絡(luò)的連通度提高，同一點(diǎn)對問的路徑數(shù)量也增加了。如果可以對業(yè)務(wù)量在網(wǎng)絡(luò) 中傳輸?shù)穆窂竭M(jìn)行控制，則可以有效的利用網(wǎng)絡(luò)中比較多的帶寬資源。由此提出 了對流量工程的研究。 同時(shí)，隨著客戶對帶寬及業(yè)務(wù)的需求越來越高、越來越多樣化，i s p 們面臨 的壓力不但來自于如何有效的利用網(wǎng)絡(luò)中寶貴的資源還來自如何使他們的網(wǎng)絡(luò) 滿足客戶日益增長的需求，并使網(wǎng)絡(luò)具有較高的靈活性和可擴(kuò)展性，以適應(yīng)將來 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求。這便要求i s p 對客戶業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的分配進(jìn)行控制，從而充分、 有效地利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)帶寬，為客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。這種將業(yè)務(wù)流量映射到現(xiàn)有物 理拓?fù)渖系娜蝿?wù)稱為流量工程【3 】 3 1 【3 3 】。 本節(jié)從流量工程實(shí)施的目的、具有的功能、實(shí)現(xiàn)要求以及其過程模型四個(gè)方 面闡述流量工程體系。 2 1 1 流量工程實(shí)施的目的 流量工程的目的是為i s p 網(wǎng)絡(luò)提供精確的流量控制，具體地說是在流量沿 定路徑傳送時(shí)為底層結(jié)構(gòu)提供附加信息，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更加有效、可靠、便利，同 時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的使用。簡單地說，流量工程就是將業(yè)務(wù)量映射到實(shí)際物理網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)渖系倪^程【3 】【9 1 。 2 1 2 流量工程具有的功能 流量工程提供在主干網(wǎng)絡(luò)路由域上的流量精確控制，希望卷入進(jìn)程的人工干 7 - 第二章流量工程研究 預(yù)最小化，因此流量工程需要具有以下功能： 1 對主路徑進(jìn)行路由時(shí)，繞過網(wǎng)絡(luò)中已知的瓶頸點(diǎn)和阻塞點(diǎn)。 2 當(dāng)主路徑發(fā)生一個(gè)或多個(gè)故障時(shí)，為業(yè)務(wù)如何進(jìn)行重新路由提供明確控 制。 3 通過確保網(wǎng)絡(luò)的附屬設(shè)備不會被過度使用，同時(shí)，潛在的被選路徑上的 網(wǎng)絡(luò)附屬設(shè)備未被充分使用，從而對這些可用的集成帶寬和長距離光纖 進(jìn)行有效的利用。 4 通過使包丟失最小化、使阻塞的保持時(shí)間最小化和使吞吐量最大化的方 法增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)中以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向的性能特性。 5 增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)中將來用于支持多業(yè)務(wù)i n t e r a c t 的統(tǒng)計(jì)約束性能特性( 如，丟失 率、延遲變化、傳輸時(shí)延等) 。 6 為客戶提供更多的選擇，更低的費(fèi)用和更好的服務(wù)。 2 1 3 流量工程的要求 流量工程應(yīng)當(dāng)看作是路由器中集成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能，所以流量工程的要求也 是對路由器的要求。在流量工程環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)條件和業(yè)務(wù)量的情況有了很大的變 化，路由和轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)不同于傳統(tǒng)i p 網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)，路由器的功能有所差別，流 量工程對路由器的要求也就有其特殊的含義。 2 1 3 1 流量工程的一般要求 流量工程的一般要求包括以下八點(diǎn)【2 1 1 3 1 ： 可用性：流量工程系統(tǒng)可運(yùn)行在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)上，而且容易操作和維護(hù)； 自動性：流量工程系統(tǒng)能自動執(zhí)行流量工程的功能而盡可能減少人工介入； 可擴(kuò)展性：流量工程系統(tǒng)應(yīng)該能隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而擴(kuò)展： 穩(wěn)定性：系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化做出響應(yīng)必須在快速反應(yīng)性和穩(wěn)定性之間折衷 處理： 靈活性：允許優(yōu)化策略根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況靈活地改變。 可觀測性：具有從網(wǎng)絡(luò)中收集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)以決定網(wǎng)絡(luò)性能好壞和判斷優(yōu) 化策略效果的機(jī)制，得到網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以作為網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的指示。 8 第二章流量工程研究 簡單性：流量工程系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量簡單，對用戶來說是不透明的。 擁塞管理：流量工程系統(tǒng)能夠把流量合理地映射到網(wǎng)絡(luò)上以避免或減小擁塞， 同時(shí)擁塞發(fā)生時(shí)可以迅速轉(zhuǎn)移流量。 2 1 3 2 路由選擇要求 路由控制機(jī)制是流量工程的一個(gè)最重要的方面，由于傳統(tǒng)基于最短路算法的 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議( i n t e r i o r g a t e w a y p r o t o c o l ，i g p 協(xié)議) 的限制【3 】【2 7 1 1 3 8 】口9 1 ，需要新 的控制i p 網(wǎng)絡(luò)中路由選擇功能的能力，這些能力包括： 基于約束的路由( c o n s t r a i nb a s e dr o u t i n g ，c r ) 選擇算法【1 4 】 1 6 】：計(jì)算出能 滿足多個(gè)約束條件的路徑。 擴(kuò)展傳統(tǒng)的鏈路狀態(tài)i g p 能夠傳播c r 需要的多種拓?fù)錉顟B(tài)信息； 多條路徑上的負(fù)載分配可以配置，靈活控制流量分發(fā)； 在控制某部分流量的路由時(shí)，盡可能不影響其他部分流量的路由； 如果網(wǎng)絡(luò)支持多種服務(wù)類型，路由子系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有為不同類型的流選擇不同的 路的能力。 2 1 3 3 測量要求 為支持流量工程的功能，應(yīng)提供設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)中測量和收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并有能 力對收集的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這些設(shè)備的行為不能對收集的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的精確性 和整體性產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的機(jī)制也應(yīng)隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而改進(jìn)。 流量統(tǒng)計(jì)可以根據(jù)時(shí)間長短分為長期的和短期的，長期的流量統(tǒng)計(jì)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò) 周期性的負(fù)載，對長期的流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析可得出如高峰時(shí)期特性、流量增長模 式、持續(xù)擁塞等熱點(diǎn)問題，以及由于路由不合理引起鏈路使用不平衡等間接的統(tǒng) 計(jì)數(shù)據(jù)；在短期類型中，流量統(tǒng)計(jì)對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀態(tài)提供合理和可靠的指示，反應(yīng) 鏈路使用和鏈路、路徑擁塞狀態(tài)。發(fā)布這些信息的例子包括s n m p 、探測技術(shù)、 f t p 、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議、鏈路狀態(tài)通告等。 2 1 3 4 ，生存性要求 網(wǎng)絡(luò)生存性指網(wǎng)絡(luò)中存在失敗時(shí)網(wǎng)絡(luò)維持服務(wù)的連續(xù)性的能力。要求網(wǎng)絡(luò)有 第二章流量工程研究 能力快速地從失敗中恢復(fù)并維持恢復(fù)后現(xiàn)存服務(wù)的q o s 要求。隨著i n t e m e t 中關(guān) 鍵流量、實(shí)對流量、其他高優(yōu)先級的流量傳送任務(wù)需求的目益增長，生存性已經(jīng) 成為i n t e r n e t 業(yè)界非常關(guān)心的一個(gè)問題。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，失敗的監(jiān)測和 恢復(fù)能力已經(jīng)可以在多層得到口兒5 6 1 。例如，第二層技術(shù)如異步傳輸模式 ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 。a t m ) 用自動保護(hù)交換( a u t o m a t i cp r o t e c t i o n s w i t c h i n g ，a p s ) 和自愈環(huán)和自愈網(wǎng)( s e l f - h e a l i n gr i n ga n d m e s h ) 機(jī)制提供殘存 能力，在i p 層使用重路由( r e r o m i n g ) 的方法在鏈路和節(jié)點(diǎn)中斷后恢復(fù)服務(wù)的 連續(xù)性，i p 層的重路由在一段時(shí)間的路由收斂后發(fā)生，收斂需要幾秒到幾分鐘 完成。 2 13 ，5 離線的流量工程支持系統(tǒng)的要求 如果希望得到最佳的鏈路效率，離線的集中的流量工程支持系統(tǒng)可能作為一 個(gè)整個(gè)流量工程系統(tǒng)中一個(gè)完整的部分提供。離線和集中的流量工程支持系統(tǒng)可 以用來計(jì)算流量簇的路徑。考慮到流量簇的要求、鏈路屬性和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔㈦x 線的流量工程支持系統(tǒng)一般可以找到比在線的流量工程系統(tǒng)更好的流量簇配置， 在線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)路由器以分布方式基于它自己的信息找到路徑。離線的流 量工程支持系統(tǒng)可以周期地計(jì)算流量簇的路徑( 比如說每天) ，目的是再優(yōu)化。 然后計(jì)算出的路徑可以下載到路由器中。在線的流量工程系統(tǒng)仍然需要，以便路 由器可以迅速地適應(yīng)變化。 2 。1 4 流量工程的過程模型 拋卻流量工程的執(zhí)行細(xì)節(jié)在網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的不同，為描述大多數(shù)流量工程 過程普遍的行為，優(yōu)化運(yùn)行中的系統(tǒng)性能，按照運(yùn)作流量工程的順序或者更一般 的流量工程系統(tǒng)描述，流量工程實(shí)施過程可以分為四個(gè)階段： 第一階段是定義在網(wǎng)絡(luò)中支配運(yùn)行相關(guān)的控制策略。這些策略可能基于流行 的商業(yè)模型，網(wǎng)絡(luò)開銷的構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行約束，一個(gè)或多個(gè)最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，還有其 他方面。 第二個(gè)階段是一個(gè)從運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)中請求測量數(shù)據(jù)的反饋過程。綜合工作負(fù)荷 可能用估算或使用以前的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者流量特征的數(shù)學(xué)模型做出推斷，或使用其 。1 0 第二章流量工程研究 他手段。 第三階段是分析網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)來描述流量負(fù)荷。一般地，性能分析可能是主動的 或者是反應(yīng)性的。主動的性能分析指明并不存在的潛在問題，但是可能會在將來 發(fā)生：而反應(yīng)性的性能分析指明現(xiàn)存的問題，通過診斷程序確定原因，如果有必 要分析代替的方法做出補(bǔ)救。許多定性和定量的技術(shù)可能在分析過程中使用，包 括基于建模的分析和仿真。在過程模型的分析階段，需要研究網(wǎng)絡(luò)流量的分布情 況和負(fù)荷特征，指出流量瓶頸和網(wǎng)絡(luò)異常。流量矩陣構(gòu)造可能作為分析過程的一 部分。 第四個(gè)階段關(guān)于網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化。性能優(yōu)化階段一般包括在可選行為中做出 一系列選擇并執(zhí)行。優(yōu)化行為可能包括適當(dāng)?shù)募夹g(shù)用來控制流量及其分配，擴(kuò)充 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以系統(tǒng)的方式調(diào)整相關(guān)路由的參數(shù)如i g p 的量度和 b g p 的屬性，調(diào)整流量管理屬性，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)元素的配置。 第二節(jié)i s p 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及流量工程在其中的實(shí)現(xiàn) 因?yàn)榱髁抗こ套罱K是要應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中，對其路由域內(nèi)對流量的分布進(jìn)行精確 的控制，所以流量工程的發(fā)展和i s p 網(wǎng)絡(luò)類型的發(fā)展是一致的。網(wǎng)絡(luò)類型的發(fā)展 大致經(jīng)歷三個(gè)階段：傳統(tǒng)的路由器核心的網(wǎng)絡(luò)、p 覆蓋模型網(wǎng)絡(luò)( i p o v e r - a t m ) 、 新一代路由器核心網(wǎng)絡(luò)【l 】【1 4 1 。以下章節(jié)分別講述這些網(wǎng)絡(luò)類型以及流量工程在其 中的實(shí)現(xiàn)。 2 2 1 傳統(tǒng)的路由器核心網(wǎng)絡(luò)及流量工程的實(shí)現(xiàn) 在2 0 世紀(jì)9 0 年代初期，i s p 的網(wǎng)絡(luò)通過使用租用線- - t 1 ( 1 5 m b p s ) 和t 3 ( 4 5 m b p s ) 連接一將路由器互聯(lián)麗組成網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)i n t e r a c t 開始它的爆發(fā)性增長時(shí)， 對帶寬需求的增長要比單條網(wǎng)絡(luò)連接速率快得多。i s p 們對這一挑戰(zhàn)的反應(yīng)是提 供更多的鏈接以提供額外帶寬。從這一點(diǎn)看，流量工程對i s p 變得越來越重要了， 因此，當(dāng)存在多條并行或各選路徑時(shí)，i s p 們可以有效地使用集成網(wǎng)絡(luò)帶寬。 在傳統(tǒng)的路由器核心網(wǎng)絡(luò)中，流量工程的實(shí)現(xiàn)基于簡單的路由加權(quán)的流量控 - 1 1 - 第二章流量工程研究 制。基于加權(quán)量度控制的流量工程運(yùn)行的原理如圖2 1 所示。圖中標(biāo)出了各條鏈 路的權(quán)值。假定網(wǎng)絡(luò)a 向網(wǎng)絡(luò)c 和d 發(fā)送大量的信息，由于網(wǎng)絡(luò)a 到網(wǎng)絡(luò)c 和 網(wǎng)絡(luò)a 到網(wǎng)絡(luò)d 的流量都經(jīng)過鏈路1 、鏈路2 ，會導(dǎo)致這兩條鏈路擁塞。如果把 鏈路4 的權(quán)值改為2 ，a 到d 的流量就流經(jīng)鏈路4 ，而a 到c 的流量仍然在鏈路 1 和鏈路2 上。這樣，鏈路1 和鏈路2 上的負(fù)載減少，擁塞的問題就解決了1 2 j 。 路由器b t 2 r l c = 1 路由器c 圖2 1 基于量度的流量工程 起初網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和業(yè)務(wù)流量都非常小，這種簡單的方法直到九十年代中期還是 能夠勝任的。隨著i s p 網(wǎng)絡(luò)的不斷增大，而基于簡單加權(quán)的流量處理方法可擴(kuò)充 性能差，不能保證對網(wǎng)絡(luò)某一部分的調(diào)整不會引起其他部分出現(xiàn)問題；傳統(tǒng)路由 器的處理能力不能承擔(dān)高負(fù)荷的處理任務(wù)；基于簡單加權(quán)的拓?fù)潋?qū)動的i g p 路 由計(jì)算不考慮網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況，導(dǎo)致流量在網(wǎng)絡(luò)鏈路中不能均衡分配，鏈路負(fù)載 不均，資源得不到有效利用，擁塞的可能性增大。 傳統(tǒng)路由核心網(wǎng)在為流量工程提供可擴(kuò)展的支持上存在的許多局限日益顯 現(xiàn)： 由于傳統(tǒng)路由器的匯集帶寬和包處理能力有一定的局限性，因此，傳統(tǒng)的、 基于軟件的路由器在高負(fù)荷的情況下可能成為潛在的瓶頸。 基于量度處理的流量工程不具有可擴(kuò)展性。當(dāng)i s p 網(wǎng)絡(luò)變的具有更多的鏈按 時(shí)( 即，更大、更密集的結(jié)網(wǎng)和更多的冗余) ，這種情況下很難保證對網(wǎng)絡(luò) 某個(gè)部分量度的調(diào)整而不致在網(wǎng)絡(luò)的其它部分引起問題?；诹慷忍幚淼牧?量工程對于增加的復(fù)雜問題提供的是一跟蹤- g q 錯的鰓決方式，而不是一個(gè) 科學(xué)的解決方案。 i g p 計(jì)算是通過拓?fù)潋?qū)動的，它只基于一個(gè)簡單的附加量度，如跳數(shù)或某個(gè) 管理值。i g p 不發(fā)布類似于帶寬可用性和業(yè)務(wù)特征等信息。這樣對于復(fù)雜連 1 2 第二章流量工程研究 接網(wǎng)絡(luò)，不利于業(yè)務(wù)所使用的鏈路進(jìn)行控制以確保鏈路的負(fù)荷均衡。 2 2 2 i p 覆蓋模型網(wǎng)絡(luò)( i p o v e r - a t m ) 及流量工程實(shí)現(xiàn) 2 0 世紀(jì)9 0 年代中期( 1 9 9 4 年1 9 9 5 年) ，i n t e m e t 業(yè)務(wù)量的增長要求i s p 是他們的網(wǎng)絡(luò)支持t 3 ( 4 5 m b p s ) 以的速率，這時(shí)的o c 3a t m 接口技術(shù)可以使 路由器和交換機(jī)能夠得到1 5 5 m b p s 的傳輸速率，因此產(chǎn)生了i p o v e r a t m 網(wǎng) 絡(luò)，其典型結(jié)構(gòu)如圖2 2 所示【2 】 6 】 1 4 ： 0 c 3 a t mi o c 1 2 硝m 圖2 2 典型的i po v i b z a t 蕞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 在i p o v e r a t m 網(wǎng)絡(luò)中，路由器圍繞在a t m 網(wǎng)絡(luò)邊緣，每個(gè)路由器通過 一系列經(jīng)由a t m 物理拓?fù)湓O(shè)置的永久虛電路( p e r p e t u i t y v i s u a lc i r c u i t ，p v c ) 與其他路由器相連。路由器不能直接控制虛電路連接的信息，它只知道單獨(dú)的 p v c 就像簡單的點(diǎn)對點(diǎn)鏈路那樣連接著兩個(gè)路由器。i p o v e r a t m 網(wǎng)絡(luò)中物 理拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)涞膮^(qū)別如圖2 3 所示。 樅惻蛔p i a 付 一名堰吣 芬 u m , lb 事c 協(xié)印b 鯽 圖2 3 i p o v e r a t m 網(wǎng)絡(luò)中物理拓?fù)浜瓦壿嬐負(fù)?在此，永久虛電路覆蓋的物理路徑通常是通過離線配置計(jì)算獲得的，它使用 基于需求的方式當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生擁塞新增一條干線或配置一個(gè)新的接觸點(diǎn) 1 3 第二章流量工程研究 ( p o i n to fp r e s e n c e ，p o p ) 。此外。一些a f m 提供上使用在線調(diào)整的方法來實(shí) 現(xiàn)流量工程。p v c 的實(shí)際路經(jīng)和特性由一個(gè)全局優(yōu)化和配置的功能依據(jù)鏈路的 帶寬和歷史流量時(shí)間表來提供。離線計(jì)算可以提供一些輔助的p v c 以備在發(fā)生 失敗的時(shí)候使用。全局的優(yōu)化和計(jì)算完成后，配置參數(shù)下載到路由器和a t m 交 換機(jī)上，這樣便形成了一個(gè)全網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)洹?shí)際上，離線設(shè)置程序產(chǎn)生路由 和交換兩部分配置。a t m 的p v c 可以映射為路由器的子接口，路由協(xié)議把i p 前綴( p r e f i x ) 與子接口對應(yīng)起來。最后，a t m 的p v c 通過運(yùn)行i g p 協(xié)議集成 到i p 網(wǎng)絡(luò)中。 現(xiàn)在流量工程的典型做法是在i p o v e r a t m 網(wǎng)絡(luò)上使用人工配置。這種 機(jī)制中，a t m 交換機(jī)提供的高速接口和明顯提高的匯集帶寬使網(wǎng)絡(luò)性能得到明 顯改善，鏈路資源得到比較均衡的利用，網(wǎng)絡(luò)具有了在線調(diào)整p v c 路由的功能 和解決擁塞問題的功能，因此避免了在網(wǎng)絡(luò)核心的部分因路由器引起的瓶頸的潛 在可能性，a t m 網(wǎng)絡(luò)的速率和帶寬為i s p 提供了確定的性能。并且，由a t m 交 換機(jī)提供的每條p v c 的統(tǒng)計(jì)信息，簡化了監(jiān)測用于優(yōu)化p v c 布局及管理的業(yè)務(wù) 參數(shù)的過程。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者最初為支持特定的流量工程目的而提供每條p v c ，然 后，他們連續(xù)監(jiān)測每條p v c 上的業(yè)務(wù)負(fù)載。當(dāng)一條特定的p v c 發(fā)生擁塞時(shí)，i s p 具有所需要的信息，使其能夠通過修改虛擬或物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以適應(yīng)便宜的業(yè)務(wù)負(fù) 荷，對發(fā)生的事件進(jìn)行補(bǔ)救。 因此，一個(gè)基于a t m 的核心網(wǎng)完全支持流量工程，它可以對p v c 進(jìn)行明確 的路由。p v c 的路由是通過在網(wǎng)絡(luò)底層的物理拓?fù)渖咸峁┑碾S機(jī)的虛擬拓?fù)鋵?shí) 現(xiàn)的，而在網(wǎng)絡(luò)底層的物理拓?fù)渖?，通過對p v c 進(jìn)行路由以使業(yè)務(wù)分配到所有 鏈路上去，以致鏈路被平均便用。這種實(shí)現(xiàn)避免了、韭務(wù)全部忙集到的花銷路由上 去，從而避免了鏈路的過分使用或未被充分使用。由a t m p v c 提供的流量工程 性能使i s p 在他們的市場范圍內(nèi)更具競爭性，允許他們?yōu)槠淇蛻籼峁┑唾M(fèi)用和確 保質(zhì)量的服務(wù)。 但是，隨著網(wǎng)絡(luò)的迅速膨脹和用戶服務(wù)要求的不斷變億，現(xiàn)有的i p o v e r a t m 機(jī)制的缺陷也日益明顯。這種局限主要表現(xiàn)為： 必須對a t m 下層結(jié)構(gòu)和邏輯上的i p 覆蓋兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)進(jìn)行管理： a t m 的接口技術(shù)未能跟上光學(xué)帶寬的最新發(fā)展，設(shè)備費(fèi)用和管理費(fèi)用高昂； 一1 4 - 第二章流量工程研究 轉(zhuǎn)發(fā)包時(shí)必定要支付的a t m 信元稅( c a l 卜t a x ) 導(dǎo)致不能對帶寬充分利用； 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充時(shí)的n 2 比例問題和故障處理鏈路更新時(shí)的n 3 比例問題。 網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)不相匹配。 除了這些缺陷，混合媒體網(wǎng)絡(luò)( 如光網(wǎng)絡(luò)) 的增長和減少i p 光纖間的層數(shù) 的目的，要求流量工程在第3 層實(shí)現(xiàn)，但是，基于覆蓋模型的流量工程要求支持 交換和p v c 的第二層技術(shù)存在，這使得難以提出一可行方案。 總之，i p o v e r a t m 網(wǎng)絡(luò)模型的諸多不利隨著i n t e r n e t 的發(fā)展，越來越顯 現(xiàn)突出。高速接口、確定的性能、和使用p v c 的流量工程不再使a t m 交換機(jī)明 顯區(qū)別于i n t e r a c t 骨干網(wǎng)路由器。而且，基于路由器的核心網(wǎng)的匹配問題解決了 a t m 模型的一些固有問題一一協(xié)議兩個(gè)分離系統(tǒng)的負(fù)載性和較高的費(fèi)用， a t m s a r 接口的帶寬局限性，p v c 的“n “問題，i g p 壓力，不能在混合媒體 結(jié)構(gòu)中運(yùn)行的局限性，和不能實(shí)現(xiàn)第2 層和第3 層之闐的無縫連接的不利因素等。 因此，i s p 必須考慮一種新的技術(shù)來取代現(xiàn)有機(jī)制。 2 2 3 新一代路由器核心網(wǎng)絡(luò) 當(dāng)i s p 開始計(jì)劃轉(zhuǎn)移到更高速的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，他們會仔細(xì)檢查選擇方案，使他們 過去的流量工程策略不會約束將來網(wǎng)絡(luò)的增長和運(yùn)行。對于運(yùn)行在o c - - 4 8 速率 上的高性能骨干網(wǎng)，問題變化得非常快，以至于保持相同策略只采用輔助的( 或 主要的) 增強(qiáng)方式去修改或調(diào)整網(wǎng)絡(luò)方案己不可能。當(dāng)他們不能擴(kuò)展時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè) 計(jì)人員將重新考慮新的解決方案。 目前，c i s c o 、j u n i p e r 等大型的網(wǎng)絡(luò)廠商和一些新興的廠商都在致力于i n t e r n e t 骨干路由器的研究開發(fā)。新型的路由器集成了i n t e r a c t 可伸縮性、i n t e r a c t 控制和 從前只有在交換機(jī)上才有的高性能的轉(zhuǎn)發(fā)，還兼顧路由軟件的靈活性( 即可控制 性) 和穩(wěn)定性( 即可靠性) 。 與此同時(shí)，廠商們和i e t f 開始研究路由器的路由功能和a t m 交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā) 功能相結(jié)合的多標(biāo)記交換( m u l t i p r o t o c o l l a b e ls w i t c h i n g ，m p l s ) 技術(shù)【7 】【8 】【9 】。 m p l s 是多層交換機(jī)研究得最新進(jìn)展和標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)物。m p l s 為大型i s p 網(wǎng)絡(luò)實(shí)施 流量工程提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使其成為在i n t e m e t 中實(shí)現(xiàn)流量工程得首