多路径路由视野之IP网流量工程情况分析.docVIP

　　多路径路由视野之IP网流量工程情况分析 第1章绪论 1.1引言 1.1.1选题背景 互联网正处于飞速发展过程中，全球用户量从2002年9月的5.87亿增加到2012年9月的24.39亿，翻了 4倍多;同时，网民比例从9.4%增加到了 34.8%[1]。用户量的增加带来了网络流量的增长，从2002年的405PB/月，增长到2011年的27，483PB/月，不到10年增长了近70倍[2]。IP路由器的主要生产商预测了从2008年到2013年间互联网增长的综合速率是35%[3]。一家大的电信运营商估计他们的IP流量年增长率为45%[4]。假设年综合增长率是40%的话，互联网流量将会在20年内增加1000倍[5]。为了适应用户和网络流量的增长，互联网的规模也在不停扩张，2002年的 10，000 个 AS (Autonomous System)到 2010 年的 34，000 个 AS，8 年的时间翻了三倍多[6]。这些AS mdash;般由单一的ISP (Internet Service Provider)管理。为扩大网络容量，ISP不断增加物理资源（高速交换和路由设备、高容量网络链路），以便跟上流量增长的步伐，支撑互联网的稳定增长。尽管光纤传输系统在过去的10年间增长了约100倍，但要跟上3个数量级的流量增长，也是颇具sect;战性的。此外，大型分组路由器和交换机的制造成本较高，成为互联网未来一段时间内的发展障碍。尽管资源过量供给（overprovision)的方式可以暂时应付高带宽需求，但这并不是最好的解决方案。一方面，不停的网络硬件投入给网络运营商带来了负担，且经济效益和技术实现难度限制了网络容量的无限扩张。另一方面，一般的过量供给系数（overprovisionfactor)大约是5或更高[7]，即网络中每条链路的预留带宽达到预测负载的5倍以上，使得网络资源的利用率较低。同时，互联网流量的特点使其没法保证在任何一个时间点能够容纳网络上出现的负载[8]。在骨干链路上，传送着来自许多源的流量；其容量以动态的方式分给所有这些源。互联网不明确保证带宽，只是基于这些流的汇聚统计特性实现合理的服务。典型的流量源并不会以恒定速率生成数据，而是突发的，最终使得网络负载处于超高流量突发和相对长时间静止的交错状态。在互联网使用的峰值时间，不同程度的拥塞时有出现。最初的设计以一种直截了当的方式应付拥塞，当拥塞发生时，源端降低发送速率，而在无拥塞时，源端就加速发送。这样的方式下，对任一源端来说，实际的速率在每个时刻都不同，而且也不可预测，更不用谈服务质量问题了。 从上述网络运行现状的讨论中，我们归纳了 IP网亟待解决的几个问题：容纳更多的网络请求。尽管网络流量请求在不停增长，但网络中的资源过度供给提供了容纳更多流量的可能。同时，网络中资源的利用并不均衡，优化相对空闲资源在网络中的分布可接入更多的流量。降低网络负载峰值。网络峰值出现的位置一般是网络瓶颈链路或节点，容易发生网络的拥塞。网络拥塞是引起网络丢包、延时、甚至服务失败的主要原因，严重影响了用户（包括服务提供方和服务接收方）的网络体验。控制网络的成本投入。在网络基础设施的构建和维护过程中，资金的投入是网络运营者相当可观的一部分支出。网络的扩容是一个周期性的过程，不断的投入在所难免，但周期的延长可有效控制网络成本的过快增长。当前，业界普遍采用流量工程方法解决上述的网络优化问题。如对问题1，文[9]中提出了内容提供商、内容分发网络（content distribution network)和骨干网络三者协调以均衡流量分布的方法，在ISP同时充当内容提供角色时，可同时决定内容的放置位置和流量的路由选择，可充分发掘网络资源的潜在容量。对问题2，文[10]釆用了瓶颈位置流量路由加重惩罚的方式，使得网络负载不会偏移预测流量太多，从而限制网络中峰值的出现。对问题3，文[11]分析了网络管理技术，在有效资源利用的基础上降低成本。 第2章IP网流量工程进展的研究 2.1引言 互联网己高速过度成为一个关键性的通信基础设施，支撑起了大量的经济、教育和社会活动。同时，随着互联网传输业务的竞争性日益增强，用户希望服务提供商能推出更高质量的服务。最终的必然结果是，大规模IP网的性能优化成为当前及其紧迫的重要问题。网络性能需求是多维的、复杂的、甚至是自相矛盾的，这使得流量工程（TE, Traffic Engineering)问题极具挑战性，成为IP网络中的研究热点。建模和分析是流量工程的重要方面，网络模型是网络特性的抽象，比如链路和节点属性和约束。建模有两类，结构化模型关注网络的组织结构和组成元素，行为模型关注网络的动态性和流量负载。由于现实的量化分析的复杂性，特定的网络性能研究只能从仿真环境得