IPv6環境下Overlay網絡關鍵技術

文/王雅蘭 朱尚明 儲赟

針對IPv6下一代互聯網技術，國內外的研究和應用處于不斷探索和發展的階段，國內外涌現了很多以Overlay技術為基礎的網絡或服務。隨著IPv6技術的普及，基于IPv6的Overlay網絡將會進一步深入研究并尚有待開展。

Overlay網絡是架構在Internet之上的一個虛擬應用網絡，具有易于構建、管理靈活和擴展性強等優點，本項目針對IPv6環境，研究設計Overlay網絡的體系結構、路徑性能探測技術、多路徑路由算法和流量均衡技術，以提高端到端數據傳輸的可靠性、服務質量(QoS)和鏈路帶寬利用率。

技術路線

本項目采用理論分析、網絡環境模擬與實際應用測試相結合的研究方法。首先構建基于IPv6的Overlay網絡結構環境，然后進行節點體系結構、邏輯功能和算法的設計、開發和應用測試。

1.節點軟件體系結構。根據邏輯功能將Overlay節點設計為源節點、服務節點和目的節點三種類型，不同類型的邏輯節點具有不同的軟件體系結構。源節點和目的節點是實時多媒體應用的端節點，可采用多重連接機制連接到IPv6網絡上；服務節點部署在源節點和目的節點之間，用來分發Overlay網絡中端節點發出的的數據包；Overlay網絡中的一臺主機，運行不同的邏輯功能模塊，即可成為不同類型的節點。

2.網絡路徑性能探測。為了建立IPv6環境下Overlay網絡的全局網絡拓撲信息和進行多路徑路由選擇，用戶端節點需要對Overlay網絡鏈路的性能進行探測。Overlay網絡中的一條鏈路映射為底層IPv6網絡的一條路徑，IPv6網絡路徑的性能決定了Overlay網絡鏈路的服務質量。本項目采用主動探測技術對網絡鏈路的時延、可用帶寬和包丟失率進行動態測量。首先通過向目的節點發送探測包來獲得逐跳的傳播時延，然后利用包對或包列等技術，通過逐漸增加發送包的速率和觀測時延的增加速率來計算鏈路的可用帶寬和包丟失率。

3.多路徑路由算法。本項目擬采用基于IPv6的源路由算法，由發起業務流的用戶源節點來完成不相交多路徑選擇，并將業務流中所有目的節點、服務節點及其數據傳輸、轉發的次序發送給所有業務流成員。多路徑路由算法包括路徑選擇和路由計算兩部分，利用在瓶頸鏈路上多路徑不相交和多重連接機制，設計IPv6端到端網絡的不相交多路徑QoS路由算法，根據實際測量的IPv6網絡鏈路可用帶寬和時延，動態地計算時延最短、帶寬最寬、在瓶頸鏈路上不相交的路徑，且保證每個路徑都是滿足一定的帶寬和時延約束的。

4.流量均衡技術。由于IPv6多路徑集中每條路徑的服務質量不盡相同，如何根據路徑的性能和當前負載來計算各條路徑上的流量比例系數，以使流量均衡和網絡性能最優，這是一個典型的最優化問題。本項目將采用IPv6路徑的時延、可用帶寬和包丟失率來簡化流量比例系數的計算，對于一個路徑，其流量比例系數和當前可用帶寬成正比，與時延和包丟失率成反比，均衡優化的目標是使IPv6網絡負載平衡，且端到端的時延最低。

項目成果

1.對Overlay網絡多路徑流量均衡機制進行了設計和實現。通過實驗結果得出結論，多路徑流量均衡算法傳輸數據的效率明顯優于單路徑算法，且隨著數據包的增大，其優勢更加明顯。

2.對可變包長的帶寬測量方法進行了研究和改進，根據最小時延隨包大小而變化的斜率來估計一條路徑的有效帶寬。該研究已經用程序實現，待進一步測試驗證中。

導師點評

通過本項目的研究與開發，鍛煉了學生和團隊成員的實踐動手能力，讓他們對IPv6技術有了更深入的理解，對學校人才培養、團隊技術提升以及IP應用推廣具有重要的意義，也為學生將來的就業奠定了較好的基礎。

（華東政法大學信息化辦公室主任朱尚明）

心路歷程

通過與老師和團隊成員共同參與項目開發，從最初基于IPv6環境的Overlay體系結構的研究，到雙程時延和包流失率的探測，再到可用帶寬測量及網絡多路徑流量均衡機制的研究，是他們的全力支持讓項目順利進行。在指導老師的帶領下，有幸在碩士階段參與項目IPv6環境下Overlay網絡關鍵技術研究，提升學術研究水平的同時也增強了實踐能力，無論是治學態度還是為人處世，老師的諄諄教導讓我們受益終生。同時，在創新大賽的過程中，遇到的每一位競爭者都是如此才華橫溢，大家展示了IPv6互聯網領域的最新技術和應用，我們團隊汲取了更多的專業知識，拓寬了知識面。