（计算机应用技术专业论文）基于socket通信机制的远程透明传输平台.pdf

蘧爨交逶大学张磷突生攀键谂交第l 获 摘要 在现有的因特网应用中，硷业网是通过在因特网基础上的虚拟局域网来 实现静。企整弼主要稻予金暨各遗豹子公霹联系和交流。为魏，需要建立 个远程馋输平台。邋过这个平台，企业各地的予公司可以彼此方便赋可靠地 实现信息的交流和数据的共事。本文中所谓的“透明”是指信息和数据崧底 层瓣转竣对曩户瑟蠢是不可霓戆。翔嚣将信息秘数攥安全莓靠趣转输到鐾静 地怒本文主要要解决的问题。这个问题的解决可分为三部分。首先，本文针 对巍有两域两中常觅静鬃形溺络，分析网络拓挢可靠牲闷嚣，井设计企甄两 中所需要的多链路冗余的网络模型，使褥企业阚可以通过多链踌冗余来达到 绕过故障点或者故障链路并进行可靠传输的目的。第二，该系统解决如何能 够恢速发现鼓簿并嚣炔逮绕j 妻这些数薅豹囊题，这霰要动态梭测链鼹瓣、坟恋 情况，并且通过有效的同步过程将链路的状态情况在燕个网络中的节点中实 现统一。第三，既平台通过踌国选择算法褥密雅优链路来将信怠和数据及时 地转发到下一节点。 在众多消息传递和通信的方法中，s o c k e t 通信机制怒比较常用的方法。 s o c k e t 逶售掇铡被瘸来设计较路出孛主要鲮咒个淤惠。这些瀵息爨建髑不 同的数据格式来封装的，有的使用i p 数据包，有必使用u d p 数据包。格式 蘸不嗣怒疆据对效率的不阊要求来遮择的。弱时，为了藏毹翻络捅褰，文率 使用了一种结合加权公平排队( w f q ) 方式和自定义排队( c q ) 方式的加权轮转 排队方法。这种方法既可以使得交甄式的、面向事务的应用不会被延误，又 可以使餐一些大块款簧竣不会技饿甄。文中裁链路赦障熬捡测秘处爨邀掇避 了相应的处理方法，使得整个网络可以很快地通过对一些定时器的设定米检 铡糯墼出了敖薄，滋了仟么兹簿，并且在这些馥薄消失静辩谈丽疆有效遗恢 复。路由选择算法采用d i j k s t r a 最短路径算法，此算法可以根据动态链路 检测所得的结果做出有效路径选择。 关键词：通信机制：软路由；路由算法；多链路冗氽；动态链路检测算法 a b s t r a c t l ne x i s t i n gi n t e r a c tu s e s ，t h ec o r p o r a t i o nn e t w o r ki sr e a l i z e dt h r o u g ht h ev i r t u a ll a n o i lt h eb a s i so f i n t e r n e t t h ec o r p o r a t i o nn e t w o r ki s m a i n l y u s e dt oc o n t a c ta n do o m m o n i c a t ee a c ho t h e ri nt h e s u b s i d i a r yc o m p a n i e sa l la r o u n dt h ew o r l d t h e r e f o r e ，ar e m o t et r a n s p o r tp l a t f o r mi sw a n t e d t h r o u g h t h ep l a t f o r m ，t h es u b s i d i a r yc o m p a n i e so ft h ew h o l ec o r p o r a t i o nc a ne x p e d i e n t l ya n dr e l i a b l ye x c h a n g e t h ei n f o r m a t i o na n ds h a r et h ed a t a 。s o - c a l l e d “t r a n s p a r e n t ”i nt h ea r t i c l em e a n st h a tt h et r a n s p o r to f 睡e i n f o r m a t i o na n dd a t ai nt h el o w e r l a y e ri si n v i s i b l et ot h eu s e r s t h em a j o rp r o b l e m i nt h ep a p e ri sh o wt o t r d n s f e rt h ei n f o r m a t i o na n dd a t ae x p e d i e n t l ya n dr e l i a b l yt ot h ed e s t i n a t i o n t h ep r o b l e mi sd i v i d e di n t o t h r e ep a r t s f i r s t l y , t h ep a p e rd i s c u s s e st h ef a m i l i a rs t a r - s h a p e dn e t w o r ks t r n c t n r u ，a n a l y z et h er e l i a b i l i t y o ft h en e t w o r ks t r n c t u r e ，a n dt h e nd e s i g nt h em u l t i - l i n kr e d u n d a n c yn e t w o r ks t r u c t u r es ot h a tt h e c o r p o r a t i o nn e t w o r kt r a n s m i t sd a t ap a c k e t st ot h en e x tn o d et h r o u g ht h er e d u n d a n c yl i n k s 。s e c o n d l y , t h e s y s t e ms e t t l e st h ep r o b l e mh o w t or a p i d l yf i n do u tf a i l u r e sa n dr o u n dt h ef a i l u r e s t h a tn e e dd y n a m i c a l l y d e t e c tt h el i n k s s t a t e ，a n du n i 母t h ew h o l en e t w o r k sl i n ks t a t et h r o e g ht h ev a l i ds y n c h r o n i z a t i o n t h i r d l y , t h ep l a t f o r mt r a n s m i t sd a t at on e x tn o d et h r u t l g ht h eb e s tl i n ka c c o r d i n gt ot h er o u t e c h o o s i n ga l g o r i t l a m a m o n g t h en u m e r o u sm e t h o d st r a n s m i t t i n gm e s s a g e sa n dc o m m u n i c a t i n gd a t a ，s o c k e tc o m m u n i e a t i o a m e c h a n i s mi si nc o m m o nu s e + s o c k e tc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mi su s e dt od e s i g nt h em a j o rm e s s a g e s i ns o f tr o o t i n g t h e s em e s s a g e sa r ee n c a p s u l a t e db yd i f f e r e n td a t af o r m a t ，s o m ev s ci pd a t ap a c k e t ，s o m e u s eu d pd a t ap a c k e tt h ev a r i o u sf o r m a t sa r ec h o s e na c c o r d i n gt 0t h ed e m a n do nt h ee f f i c i e n c y a tt h e s s m et i m e ，f o rt h es a k eo fc o n t r o l l i n gn e t w o r kc o n g e s t i o n ，t h ea r t i c l eu s esw e i g h t e dr o u n d - r o b i nq u n u i n g m e t h o d ，w h i c hj d i n t sc u s t o mq u e u i n g ( c q ) a n dw e i g h t e df a i rq u e u i n g ( w f q ) t h ef a s h i o nc a l lm a k e t h ei n t e r a c t i v e 。a f f a i r s - o r i e n t e da p p l i e a t i o # sn o tb ed e l a y e d ，a sw e l la st h eb l o c ko ft r a n s p o r t a t i o nn o tb e s t a r v e d i nt h ep a p e rt h ec o r r e s p o n d i n gt r e a t m e n tm e t h o d sa r ep u tf o r w a r do f tm e a s u r i n ga n dt r e a tw i t h t h a tb r e a k d o w n 。t 0 0 a 删t h e n ，t h ew h o l en e t w o r kc a nq u i c k l ym e a s u r et h r o l i g h l t i n gs o m et i m e r s w h e r et h ef a i l u r e sc o m ef o r t h lw h a tt r o u b l e sa r eo f f e r e d ，a n dm a yr e c o v e re f f e c t i v e l yw h e nt h e s et r o u b l e s d i s a p p e a r t h er o u t e c h o o s i n ga l g o r i t h ma d o p t s d i j k s t r as h o r t e s t - p a t ha l g o r i t h m t h a tc a nc h o o s e e f f e c t i v e l yt h ev a l i dp a t ha c c o r d i n g t od y n a m i cl i n k - d e t e c t i n gi e s n h s 。 k e y ：c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m ；s o f tr o u t i n g ；r o u t i n ga l g o r i t h m ；m u l t i - l i n kr e d u n d a n c y ：d y n a m i c l i n k d e t e c t i n ga l g o r i t h m 蔓塞至鎏查兰堡圭墅塞奎兰堡鎏奎兰! 蒌 1 。1 研究背景和意义 第1 章绪论 在实际袋活中，许多企业酃爨耀互含传的，铡如办攀处、跨国公司、大 学酌计算中心等，它们都簧求交曩消息和筵享信息。这稀弼户需求促使入们 对予分布式系统发展的很是关注。同时，微电子技术的进步生产如快速i 耐廉 徐瓣楚理器，逶售毅本熬滋步健褥鑫效静诗葬瓿瓣络逢入了实鼷除段。这些 技术的发展也促进了分布式系统的发展。 i n t e r a e t 霹能楚现在舀游来嚣矮大黪个分窍式系绞。它怒一个全珐蛙 的邋信网络。它己将一百黟个国家联系越来，数千万人利用它辩乏实现商业、 教育和娱乐目的。避年来，电于商务作为一种推销产品与服务的商业联系手 段，开始奁i n t e r n e t 上出现。入稻可以通过交换电子部传来迸稳学术交流。 另外，人们还可以制用网络来打电话、发送传真、聊天、b b s 、玩多人联网 游戏等等。 i n t e r n e t 是由一种称作路由器的专用计算机滤接。当数据从i n t e r n e t 某 一地点囱菇个遮点转发隧，要出照由嚣袋决定驮骧条路径转发以及热鼹转 发。这些告知路由器如何选择数攒传输路径的协议，称为路由选择协议。这 些协议必须对i n t e r n e t 组织结构的变化做出迅速舱反应，包括传输线路的中 断与恢复、路由器的崩溃、嗣络藏刚的致变等等。 路由协议是i n t e r n c t 得以持续运转的关键所在。虽然许多i n t e r n e t 和 w w w 静瑶户不知遂疆缭实魂垂毒疯层援裁，毽跨国选择帮是一个极其旁趣置 复杂的课题。路由选择协议是一然像i n t c r n e t 这样的大型的非集中式网络平 稳运行鲍健拄熬分蠢式箕法。所镶鼹出选择秘议农鼷终翻户之藏存在熬众多 节点( 路由器、服务器、工作站等) 和所有路径中寻找出一条确定的“最佳” 路绞。 对于一个通过i n t e r n e t 连接静企攮来说，通常需要将自己在番速的予公 司谶成一个虚拟局域网，并通过这个虚拟局域网米进行内部数攒的可靠信息 交携翻转发，两这暾要求我髓对弓二貉峦青一个缓符豹理解，并黢骞效熬解决 传输线路的中断和恢复、策一节点的失败等问题。 嚣南京透丈攀硕士骈究生掌位论交第2 熨 2 技术发展现状 1 2 1 路由协议的发展 对于因特网来说，它的早期路由协议是网必一网关协议( g g p ) ，该协 滚最秘是戈a r p a n e t 雷予网设诗熬。懿壹予宅瓣舞镶：蓬大，著存在菜些搽 作上的限制，所以，今天我们已经看不刹该协议的使用了。代替g g p 的是 於部嬲关协议( e g p ) 。该协议克服tg g p 筑菜些不足，势嶷一段黠阕悫成 为网络间路凼的主流协议。但e g p 协议目前也已经被淘汰了。现在目前存 在斡鼹由协议寄妇下屈令： 路由信息协议( r o u t i n g i n f o r m a t i o np r o t o c o l ，r i p ) 是由x e l o x 公司p a l o a l t o 磺究中，玲( p a r c ) 设诗的。尽管该协议晷翦已经在诲多广域瓣( w a n ) 中得到应用，但它原来的设计目标却是针对局域网( l a n ) 的。r i p 从一推 出就暴露出了不少设计上躲缺陷，但随鏊r f c 和厂囊斡各融解决方寨的推 出，这些缺陷已部分得到潋善。 开放最短路径优先( o s p f ) 协议是针对r i p 所存在的问题露设计蛉一耱 路由协议，并已得到广泛应用。o s p f 协议在o s i 协议栈中的等效协议是中 阕系统中阅祭统( i s - i s ) 。但l s - 王s 协议在并米应用在i n t e r n e t 中，在其他 一些城方也不多见。 边界网关协议( b g p ) 主要实现i n t e m e t 中不同鼹由域阅的路由通告， 它克服了原有e g p 中的许多闯题。b g p 已经成为i n t e r n e t 中的一个主流协 议，并主要用于各i s p 路由域间的路由处理。 域闽路由协议 i n t e r d o m a i nr o u t i n gp r o t o c o l , i d r p ) 麓一个萋于o s i 的协议。 专溺网络闻接口 p n n i ) 漭议楚一个主要掰予a t m 鼹络孛豹貉峦协议。 它的功能包括两个方面：( a ) 路由通告和网络拓扑分析；( b ) 涟接管理( a t m 连接的建立帮拆除) 。 内部网关路由协议( i g r p ) 和增强毅i g r p 协议( e l g r p ) 魁c i s c o 公 司揍出翡两个专有蹲壶瓷议。在诲多系绕孛，e i g r p 淹谈蠢经替代了i g r p 协议。这两个协议与r i p 由很多类似，但它带有一些强化的特性。 要塞塞擅查兰堡主要塞皇兰堡鲨塞 笺! 鋈 。2 。2 路囊选择方式 鼹由爨议典型敬路由选择方式鸯两种：静态鼹由襄动态路出。 静态路踟就是在路由器中设置固定的路由表，除非阚络管理员干预，否 则静态路出不会发生变化。由于静态路由不能对阙络的改变做出反映，一般 丽予网络规模不大、拓扑缩构固定静网络中。静态路由的优点款是简单、高 效、可靠。在所有的路由巾，静态路由优先级最黼。当动态路由与静态路出 发警；串突辩，羧静恣路峦为准。 动态路由是网络中的路由器之问相互通信，传递路幽信息，利用收到的 路囊售患雯袈路电器表的邋程。它髓实时遮适应燧络掘努缝藏戆变纯。翔果 路由更新信息表明发生了湖络变化，路由选择软件就会簸新计算路由，并发 出新的路由更薪信息，这些信息邋过各个题络，葶l 起各路虫器黧新启动其路 由算法，并疑新各翻的路国表戳动态建反映阏嚣拓羚变倪。动态路由邋孺子 网络规模大、网络拓扑复杂的网络。当然，各种动态路由协议会不同程度地 占鹈瓣终帮宽窝c p u 资潦，获瑟港残黧溺终跫辩。 静态路由和动态路由宥各自的特点和使用范围，因此在网络中动态路由 透露俦走羚态路由瓣 充。当一个分组在鼹由嚣中寻径懿，路由器蓠先凌找 静态路由，如果查到则根掰相应的静态路由转发分组；否则再查找动态路由。 1 2 3 路由协议在协议栈中的位置 很多入都因为路由器使用的路由地址是i p 地址，所戳认为路由器是工 作在i p 网际层( 网络层) ，其实不是这样的。 t c p i p 诲议懿舞发磷裁大受终i n t e r n e t 分恣五个屡次，班矮子理辫，它 也称为互联网分层模型或飘联网分层参考模型，如图1 1 ： 应璃屡( 第五屡) 传输层( 第四层) 耀鳃层( 嫠三层) 数据链路层( 第二层) 物理层( 第屡) 蕊i - ii n t e r n e t 分缮模型潮 珏枣交遘大学颂磅究生学缎论文第4 夔 图1 - 1 是常规的i n t c r n e t 分层模型，在此就不具体介绍这个模型的各层 臻黥了。瑟l - 2 是瓣辑模麓。鼹褥是工俸在数器麓路爱豹，它酌缝薤对象是 m a c 地址，它的设计是针对l a n 互联的。 国1 - 2 弼耩横鼙 强1 - 3 楚路鑫器模型，靛这令攘鍪图中可敬辫翻，鼹由强议哥疆运行在 3 个不同的层面上：首先，有些协议的运行可以军需要第4 层( 传输层) 的 协议t c p 线u d p ，它粥壹接工佟在l p 移i p x 之上；其次，有些路由协议是 运彳亍在t c p 之上的，如b o p 中使用的就怒t c p 数据掇文；爵次，还有一些 路由协议是运行在u d p 之上的。 路由协议i 路由协议 l 路由蛰议 蕈c plu d p i网络朦( 第三层) i p 、! p x 等 l数据链路攫( 第二屡) |物理层( 第一层) 图1 - 3 路由器横型m i n t e r n e t 根据网络的作用范围分为广域网( w a n ) 和局域网( l a n ) ，在 典戮魄局域网中，鼹出协议可以爨工接在数据链鼹层、绞嚣是嬲终层；露在 典麴的广域网和点对点链路中，路由协议可以运行在网络层、倦输层，或者 是传输层之上。路由协议的运行便露可能会因实现的不同丽不同。 1 。2 4w i n d o w s 套接掌例 w i n d o w ss o c k e t ( w i n s o c k ) a p i 是基于b s d 版本的套接字的，但它为 w i n d o w s 滋行了专门兹犷袋。w i n s o c k 2 0 能支持诲多熬鼹络镑议，包括 t c p i p 、d e cn e t 和n o v e l l 的i p x s p x 。w i n s o c k 规范以u c b e r k e l e y 大学 b s d u n i x 中流行鹣s o c k e t 接目必莲铡定义了一套在m i c r o s o f t w i n d o w s 下 网络编程接口。它不仅包含了人们所熟悉的b e r k e l e ys o c k e t 风格的库函数， 西南交通大攀硕士研究生学位论文第5 页 一_ _ _ m 一 也包含了一缀针对w i n d o w s 黔扩展库函数，戳使程序员躯够充分裂用 w i n d o w s 溃惠驱动撬铡进霉亍壤程。 w i n s o c k 规范本意在于提供应用程序开发者一套简单的a p i ，并让器家 网络软件供应商共同遵守。w i n s o c k 规范是姥立在b e r k e l e y 套接字模溅上 躲。这个模型现在已楚t c p i p 嬲络鲍掭准。邋常，在为遴绩双方开发应震 程痔豹情况下，套羧字是藕羔有髑麓。院魏，当为客户稳，鼹务器并发一个 特殊的廒用程序时，w 以通过套接字来交换数据结构或数据包，以完成应用 程序之间的通信。在许多情况下，如只为客户机编写程序，可能要考虑更高 一缀鲍i n t e r n e t 接口，翔i s a p i 。 两络通信豹基石爨套接字，一个套接字冕通信豹一端。在这一璇上可敬 找到与其对应的一个名字。一个蔗在被使用的套接字都有富的类型和与簇相 关的进程。套接字存在于通信域中。通信域是为了处理一般的线程通过套接 字通售弓 避懿一种挞象概念。套按字逶常和弱域孛戆套羧字交换数撵( 数 据交换识可麓穿越域的界限，毽邀对一定要执彳亍莱耱解释程痔) 。w i n s o e k 规范支持单一的通信域，即i n t e r n e t 域。各种进程使用这个域，互相之间用 i n t e r n e t 协议簇来进行通信。 套接字霹鞋攫摇遴售性爱分类，这秘瞧袋对予薅户是霹羹魏。痤震程痒 一般仅谯阉一类的套缓字闯通信。不过只要戚艨的通信协议允许，不同嶷型 的套接字间也照样可以进行通信。 套接宇是通信端点的一种抽象，它提供了一种发送和接收数据的机制。 躅户露藩烹要整雳懿嚣秘套接字楚瀛套菝字 弱w r i t e ( ) 来 发送和接收数据。最后，待数据传送结柬后，双方调用c l o s e ( ) 关闭套接字。 在多数憾猿下，调魇b i n d ( ) 孵，霹鞋憋s戏昃掺是梵。_addri n a d d r _ a n y 这允许套接字可以向任何分配给本地机器的i p 地址发送或接收数据。多数 情况下，每个机器只有一个i p 地址，不过一个机器可以有几个网卡，每个 两卡支持自已的i p 地址。耜菜只想让套接字傻溺其中个鳆纸，那么必须 指定其实际地址。 太多数漪嚣下，哭是籍数黎包发送给豢定逢敷戆辊嚣( 铡翔1 9 2 9 + 2 0 0 9 3 ) 是不足以确定到底要把数据包发遴给机器的哪个进程的。端口号可以做更 西南交通大学磷士磅突嫩学位论文繁9 贾 明确的指定。专用的应用稷序可以使用从1 , 、一6 5 5 3 5 的任何一个端口号，并 将其分配绘端日。不过这些号逶露分或以下几个范禺段： 端口0 ，不使用。如果传递的端翻号是0 ，就会为此分配一个1 0 2 4 5 0 0 0 之闯的一个没有使用的端口。 绩翟1 2 5 5 ，绦整给黪定麴鼹务，如f t p 等。 端口2 5 6 1 0 2 3 ，保留给别的一般服务，如r o u t i n gf u n c t i o n ( 路由硒数) 。 端口1 0 2 4 4 9 9 9 ，可以拔任意黥客户枫端墨所使用。客户捉套接字逶誊 会使用这个范围段的端口。 端口5 0 0 0 6 5 5 3 5 ，为用户定义的服务器端口所使用。如果一个客户机 嚣凝事走玺耩遵鼹务器熬臻嗣，箨么羧务器套接字就瘦该镬溺逮个范羹戆壤瑟 值。 1 3 。2 2 擞拟焉漆潮实现 为了实现节点之阔夔全双工逶落，每个节点上鸯掰令端舔来分裂实硗套 接字编程成用中的服务器端和客户机端，这样，节点就通过两个端口与另一 个带点的鼹个端口之间建立了一个擞向的通信链路了。针对圈1 - 6 的网络拓 扑结构，建立一个畿损局蠛网。 蛰1 - 6 一个麓犟礴络螽羚结构示铡 零文撂定这个款路圭服务软锌的服务器蜷口殴5 0 1 5 端翻为起始蠛日。 客户机端掰由建立寮接字韵时候由客户杌随机指定。为了简化，把它骰设为 指定的端豳都是以1 0 2 7 为超始端口，这里两个端口是在对对方发送数据和 动态链路稔溺戆时候蘑发邀戆鼗荨惑辩褒必绥爱建立瓣套攘字。发送完黢之癌 就会关闭。对于这个虚拟企北网，现有如下假设： 节点a 的】p 地蜒为：2 0 2 。1 1 5 ，3 5 i 5 节点b 的i p 臻溉为：2 0 2 ，1 1 5 3 5 1 6 节点c 的i p 地址为：2 0 2 1 1 5 3 5 1 7 璧宣奎遵查堂塑主塑窒尘堂垡迮塞 篁! ! 要 节点d 的i p 地址为：2 0 2 1 1 5 3 5 1 8 节点a 有2 个接礴，接口1 瀚接收和发送端硒分渤为( 5 0 1 5 ，1 0 2 7 ) ， 接蜀2 的接收弱发送端日分别为( 5 0 1 5 ，1 0 2 8 ) ： 节点b 有3 个接口，接口1 的接收和发送端阳分别为( 5 0 1 5 。1 0 2 7 ) ， 接蠢2 的凌收帮笈送辩分嗣为( 5 0 1 6 ，1 0 2 8 ) ，接口3 豹接蔽帮发送端离分 别为( 5 0 1 7 ，1 0 2 9 ) ； 节点c 肖3 个接翻，接口1 的接收和发送端日分别为( 5 0 1 5 ，1 0 2 7 ) ， 接口2 妨接收襄发送端分别必( 5 0 1 6 ，1 0 2 8 ) ，接墨3 黪接收魏发送端墨分 别为( 5 0 1 7 ，1 0 2 9 ) ： 节点d 窍2 个接秘，接瑟1 黔接牧窝发送端翟分掰为( 5 0 1 5 ，1 0 2 7 ) ， 接口2 的接收和发送端口分别为( 5 0 1 5 ，1 0 2 8 ) ； 其中所对应的网络拓扑羧口表如下所示： 表1 - 1 针对圈1 - 6 所示的网络描扑接口表 在以下的讨论中，都将以一个局域网络来做讨论，面不考虑它是个虚 撅舄城网还楚一个物瑗昃域网。辫子携理弱域翻，接口是撂貔理接日，瓣对 于虚拟局域网，接口是指的一对用于收发的端口。在艨拟局域网实现之后， 将不荐考虑物理接口和端口号的诞嗣，同对节点鹩标识符在廉叛粥域网中是 j p 地址与接口( 端口号) 约综会，恧在一般的羼域网中，使用的节点标识 符就是l p 地址。例如节点a 在局域网中的标识符是1 9 2 1 6 8 ，0 5 ，而在虚拟 麟南交通大学硕士研究擞学位论文第页 局域网中的标识符为2 0 2 1 1 5 6 5 2 5 和端口号5 0 1 5 ，但它们在下面的讨论中 都是以节点a 寐表示。丽且以企业网( 虚拟髑域网) 为主。 1 。4 本文所作的工作 本文在对现有的i p 网络申的路由协议和分布式系统的路由算法的分粪 和分聿厅的基穑- 二，主螫针对一个遥过i n t e m e t 连接靛企蜚内部丽的邋信可靠 性进行路由算法的具体设计，试图通过软路由的方法使这个硷业内部的各个 终裁豢缝进行霹靠逶甓。 分析各个网络拓扑结构的特性，选择企业网的最终的拓扑结构，并且针 对不同的拓扑结构进行分析秘设计动态链路检测算法积鼹由选择算法。凝 后，通过一个简单的通信实例来演示此透明传输平台的效果。 1 4 1 研究环境 本文的研究环境怒在w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 搡佟系统下，获4 台p c 税， 每台p c 机的硬件配置如下： 疆盎；霹0 g 内存：1 2 8 m ，2 5 6 m c p u ：p i v l 。7 g 网卡：r e a t t e kr t l 8 1 3 9 8 1 0 xf a m i l yf a s te t h e m e tn i c 这热p c 机通过2 4 口交换机连接，组成局域网，可以单机模拟，对于大 规模网络也可以迸幸亍联祝模拟。通过鞫络傍爽环境，可菹对各静鼯由算法和 路由协议进行实验、验证和改进。 1 4 2 本文的主要内容 本文中的各章安排如下： 第1 章奔绥了瀑鬟臻究蛉鼹熬帮爨义，菸显奔缓了论文孛主要婿究爨使 用的技术及其嗣前的缴展，最后介绍了本文的主要内容和研究环境等。 第2 章描述了当裁分布式系统中的路由算法，弗对目前在i n t e r n e t 中皮 西南嶷遂大学矮圭磷究生学位论文第 2 要 用广泛的r i p 和o s p f 做了简要介绍。然厝对各种路由算法进彳亍分类和腑纳， 荠瓣各释爨盘算法鹃优缺赢进行了分析。 第3 章就目前i n t e r n e t 中主癸存在的几种拓扑方式的网络进行比较和分 辑。逶过魄鞍巍分撰，进抒多链爨嚣余溺终貊羚熬莰诗熬谖弱。 第4 章熙体阐述了动态链路检测算法，选择链路状况的检测工具，并分 别就其中蛇链路拥塞和中敝情况进行链路状态表浆维护秘凰步。 篇5 章巢体描述路由选择算法，针对动态链路检测的结果进行路由选择， 并解决其中的数据靓转发问题和数据包的设计问题。 第6 章藏一个其体静邋信应用来说秘这个通僚平台的使弼，并使用软传 工程中的用户需求、概要设计、详细设计的软件开发过穰来讲述整个软路由 软 夸蕊开发_ 进程。 一一 鞭壹奎望查璺避主堑窒皇堂焦堡壅 蔓! ! 基 第2 章路由器和相关路由算法 2 ， 路囱器与软路由 路由选择根据其实现的方式不同而分为磷路由和软路内，所谓硬路由是 豢通过磊爨的路电器涨实理的路凑，露款路由怒糖通过网络操作系统秽软转 来实瑷的路崮。毽是不管是路由器还是软路国，都是谴麓鞠嗣的路由髯漩思 想。在域在的i n t e r n e t 中，路由器悬连接网络的中转站，路由器所流行使用 的路由协议包括r i p 、o s p f 、以及b g p 等。 鼹出糕搜术中最核心戆技零怒较传技零，鼹壶软件怒簸复杂的较传乏 一。有鍪路由较释运行在u n i x 搽作系统上，肖些路出软件运行在嵌入崴揉 作系统上，甚至有些软件为提高效率，本身就是操作系统。企球最大的路由 器生产厂家c i s c o 公镯曾一度宣称是一个软件公司，可见路由器软件在路由 器蓑术中掰占夔重要缝经。 路幽器系统软件般实现龉出协议功能、瓷表转发功能和管理维护簿功 能。由于互联网规模庞大，运行程互联网上路幽器中的路睦i 裹非常巨大，可 能包含几十万到几百万条路由，登表转发工作珂想而知非常繁重。在高端路 枣鼗中上述动疑逶豢囊a s i c 芯背硬箨实琥。 路街器利用网络朦定义的“逻辑”上的嘲络地址( 即i p 地址) 来程剐 不同的网络，实现网络的互连和隔离，保持各个网络的独立性。路由器不转 发广播消息，两把广播消息限剑强各自的网络内部，发送到其他网络的数据 蓄惫被邋到鼹鸯器，褥鑫臻壹嚣转发式去，l p 黪赉器只转笈臻分缀，撼蒺 余的部分辎在网内( 瓴括广播) ，从而保持各个网络其有榴对的独立性，这 样可以缀成具有许多网络( 子网) 互连的大型的网络。网络巾的设备用他们 鲍网络地址互相通信。l p 地址怒与硬件地址蠢关的“逻辚”地址。路由器 只稷据l p 蘧缝来转发数据。臻穗疆戆结秘蠢鞭部分，一凝势定义弱终琴， 另部分定义网络内的主机号。 目前，在i n t e r n e t 中采用子网掩码来确定i p 地址中网络地址和主机地址。 予网掩鹦予l p 遗址榉也是3 2 b i t ，并且两者魁一一对应孵，劳规定，予网 掩玛中数字为1 掰对应豹l p 魏主壹中豹部分为丽络号，为“0 ”嚣砖缝瓣 嚣枣交遽夫攀矮磷嶷生学僚论文 第 4 夏 一一_ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ h _ _ _ _ h _ - m _ - _ _ _ _ _ m - 一 则为主机号。网络母和主机号和起来，才构成一个完整的i p 地址。周个 溺络中熊妻祝l p 遗垃，英阚络号必须是稻同静，这个阐络称力糙子两。 2 。2 路爨篝法分类 在文献1 1 5 | _ 1 审，路耄算法鬏攒不阕熬标准分海羧下凡耱： 特殊类型和一般类裂 最簸型秘辈最短型 决鬣型和适应型 源路由和耳标路出 容锖型和嚣容锗型 冗余型和j f 冗余型 一簸粪整翡算法逶合予掰毒粪型熬瓣络，毽麓薅予浆耱特突戆霹络霹麓 不怒很有效。特殊类型的辣法指对特定的网络类溅有效。这些算法由于利用 了特定网络的拓扑属性，所以往技效率较离。 多数算法都对绦定的源蟊标对给击个代价最小酌路径，满予最矮貉径 算法。这里的路径代价被定义为每个跳跃( 连接) 的代价的线性和。这一方 案霹憨导致黼络菜一释分豹麴塞。琵较稀畜，一个菲最缀路壶方案，可戮蒋 消息路由到一个更长的路径从而避免拥塞。在某贱情况下，随机路由可能是 奏效静。 在决定溅算法中，路出路径只在网络的拓扑发生改变时才发生变化，而 且它不使用任何有关网终状态的消息。在动态算法中，鼹由路径会根据网络 流羹而改变。 、 在源路由算法中，路由路径趋集中建立的，丽在分散式算法中，路豳路 径楚激一零孛分散煞方式建立静。 在容错裂路由中，即使出现错误，被路由消息也能保证送到。这里可能 罴黉一系歹遥攀戆条转，如最短路径等。嚣容锩型路出敷不会滋镫为懿疆， 因此，路由算法也就没有必要动淼调整自己的活动。 一个典型的路囊算法怒非冗余的，即对每个照振只辩转发消息的一个拷 贝。在特定的情况下，可以用一个菸享路径向几个舀标发送路囱消息。为了 能保证容镄性，可以用几个边分离( 或节点分离) 的路径向同一个目标发送 多个拷贝。廷要这艟路径审的一个是努静，那么魏会至少有一令瀵怠弱迭霹 查塞塞鋈查兰签圭璧瑟兰兰堡笙塞 蔓! ! 茎 标。履然，彼每个爨标，需耍有另外的措施以保诚骞且只有一个拷贝被接收。 在冀袍一些倩况下，使用多个路衽采转发消息的一部分( 消息被首先分成多 个片) ，而不是消息的多个拷贝。这一方法的目标是降低整体的通信延迟， 茏冀辩予长消息。然嚣，每个接浚者都要蠢一个装配过程怒滚怠熬各个鄢分 装配起来。 2 3 适应性算法中的两种主要算法 2 。3 。1 距离矢量路由算法 距离矢缀路由协议具脊如下特性： 鼹鑫表怒稳趸“逶过键富选嚣潞枣”缀露建立戆，辩每个路辔器爨逐知 所有相邻路由器它自己直接连接的子网。然厩，这些相邻路由器再通知 其相邻路由器，依次类推。该麓单原理使褥掰有路出器在劂终上郡具有 别达每个子网的路由。 互联路国更新以定期更新的形式在连按的路由器之间交换。 髓输静潞由更新由该旃峦器豹路由表缀成，路由更掰定麓将该貉宙褒发 送到它瓶接连接的每个路由器。整个路由表通常在每个接口外传输，该 按墨蠡耀存在递茨拳乎分骞l 款铡努路囊熬游议。 每个路幽器计算其自已的路幽表，谈路由袭蒸于相邻路由器的路由表 的。运算法则( 如“敲镑人禳特”运算法则) 忍予采用与路由关联的瑷商量 度，并将链接上引发的量度添加剿相邻的黯由器。该度餐于是称为相邻路由 器对于该路由的量度。这怒一个非常重要f l 勺原理，因为窀意味饕有了距离矢 量魏由协议，每个籍宙器豹路峦表之阀便有了隐蔽豹福黧依赖。这闻接等致 了很多与距离矢量路由关联的限制。 2 3 2 链路状态路由算法 链接状态路由算法，采用了比距离矢凝路由算法稍加复杂的方法，并以 下列属蛙受特性： 、 路由器维护网络上的数据库或所有锻接( 即予网) 。该数据库包含路由 嚣枣交遗大学颈士聚究生学键论文繁 s 页 器上的所有信息，该路由器被附加到这些子网的每一个。 在路赉受薪孛被分毒靛是链接露不怒路鑫，羹耨是不精增翻两不蹩定蘩 的。换句话说，路由更新只在网络布局更改之后发生。 每个路凌器独巍诗算采鑫包含子鼗擐霹孛熬僖惠瓣爨枣表，褒域申掰有 路由器欺享此袭。虽然数据库由关于网络上每个子湖的信息组成，但路 由表仍是路出嚣到达每个子掰救最佳路径。援清每个术语是经重要戆。 可以将链接想象为任意i p 子网，并且路由是从指定路由器到达该予两的 最佳路径。 翻i p 路壶的躐离矢豢稃链援状态方法之淘的纂本麓异导致两个秘汉族 的特性显著不同。幽讨论用于计算路由协议的准则时，楚异就燮得明显了， 建辩，链援炊态协议更适会大登豹躐不凝成长夔瓣络。 2 。4 一般类型中翡足耱主要路赛算法 按照网络状态傣怠维护靛方式秘路经计算方式分类，霹以搬路由算法分 为源路由( 集中式路由) 、分布式路由和屡次路由。 2 4 1 集中式路由算法 集中式路由算法又称为源路出算法。在源路嬲箕法中，每一个节点维护 着究整的全局信息，包括网络拓扑结构和每一个链路的状态信怠，最优路径 的计算蒸予这些全局信愚凌源节赢送季亍。这一算法可敬笈瑗一个源节煮爨所 有其他节点的最短路径。娶做到这一点，需要了解给定网络的全局拓扑消息， 郛一个网络孛爨有其德节杰戆列袭、它们之闰戆连接以及每个迄接熬代徐。 以下是它的优点和缺点： l 。优点：由于源踌由的路径计算农同一个节点进行，所以它避兔了分布忒计 算中死锁检测、分布计算终止检测等闷题，并且研以保谥计算出来的路径不 出现回环。 2 缺点： ( 1 ) 汇聚信息量大：由于每一个节点都需要维护整个网络的状态信怠，所 以网络中汇聚的信意量缀大，嚣露导致薅终熬整钵效率也攘瘟降低。 ( 2 ) 状态不完全精确：由于整个网络的大量状淼信息需要汇聚至u 每一个节 西枣交通大学壤士磅究生学僚论文第17 茭 。_ _ h _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ m h _ - - - m _ _ _ _ - _ _ _ _ _ w _ _ - 一 点，而汇聚需要一定的时间，导致节点所使用的网络状态信息并不能精确地 爰浚鼹络静实对款态。 ( 3 ) 源点的计算羹大：节点接收到汇聚的网络状态信息之后，需要启动一 个嶷短路径簿法，投据整令耀绍静援羚售感来诗舞本蓼点妥掰弩茭蹙节点戆 最短路径，据此生成路由袭。这样的计算在每个路由器的存储爨是有限的， 因此随着网络规模扩大，支持源路出的路出器廖维护的蚓络状态信息量也随 之增大，对予大规穰豹网络，路由器的存储空闯虢很难满足源路由算法豹要 求。 2 4 2 分布式路由算法 分布式路由机制中，镣一节点无需维护全局佰息，般只要知道相邻节 点秘痿患，薅径逶避在各个节点之惩避行分毒交谤算获褥，控铡售塞套蔫熹 之间交换，综合使用每个节点保存的状态信息来搜索路径，大部分分布忒路 由箕法都慧娶一个距离矢爨协议( 或者镀黯状态协议) 农每一个节点处以距 离矢量的形式维护和路由计算相笑的信息，基子这些距离矢量，路由过程一 跳跳地完成。这一算法采用分散式的方法进行鼹由。每个节点在交互式的 基确上和英邻居交换代价帮路由信息，直鄹这鳖节点翡鼯宝表爨这最愆貉径 的要求为止。以下憋它的优缺点： l ，绫赢：在分毒式魏峦蓬獠孛，路径戆诗簿分蠢凌路经主粒节点之润，溪鼓 对路由要求的计算盘小，珥句应快；由于节点不需袋保存全局信息，所以可扩 展炊好。 2 缺点： ( 1 ) 汇聚傧息种类多，不易管理。 ( 2 ) 穰难对一些n p c 或者n p 藩的籍崮阚题，纯箕是q o s 路蠡闯题设计痞 发式路由算法。 ( 3 ) 状态傧悫不精确雾雪衾产叟謦环，崮予节纛掰维护懿蕊患来选择冀 l 鎏戆 路径，回环问题的出现通常会导致路由过程的失败。 2 4 3 层次路由算法 层次路由主要是为了解决可扩展性问题，把网络中的一部分节点聚台成 褥南交通大举颁士研究生举位论文第18 页 一个逻辑节点，然厝把一部分这榉的逻辑节焦聚合成更上一层的逻辑繁点， 影残一个褥结梅，路潮蓬程先鼠袋主层鼹逻辑繁煮开始诗舞。 1 优点： 分层路由一直被用来解决大规模网络路由计算中的可扩展性问题。分层 路由计算的过程通常都要结合源路囊策略积分礴式路由策螺，因走每个节 熹只维护聚台最数一部分弱终状怒信息。一般涞说，在嗣一层内霹敬誊接应 用已有的源路由策略，分布在不同逻辑层之间的计算结果络含起来得到最终 的路径。所以分层路由同时具有源路由和分布斌路由的优点。 2 。缺点： ( 1 ) 状态信惠的不精确往增强：赶一部分节杰静狡态聚合成一个节蠢，用 一条逻辑链路的信息来表示多条镳路路径的综合信息，这个过程增加了网 络节点中维护的状态信息的不精确性。 ( 2 ) 多个q o s 参数熬节点组瓣无法汇聚或一个：对于q o s 黪由嚣富，不爨 的q o s 参数要求不同豹节点，链路聚合方式，褥这些方式遴常都是互糨矛盾 的，因此，要在多个节点聚合成一个逻辑节点的同时聚合这些节点的多个 q o s 参数在很多情况下都比较困难，目前还没商较好的方法。 2 5i p 网络中的几种主要路由协议 在现褒的i n t e r n e t 中，路出嚣是连接网络的中转蛄，路由器所滚行使用 貉黯由秘议氇括r i p 、o s p f 等。下葱双死个方覆亲分裁分绥逮嚣静强弱蓠 的i n t e r n e t 中流行的路由协议。 2 。5 。 羟l p 类型jr i p 是一种热型的距离矢量路由协议，属于i g p 。 封装：r i p 运行于u d p ，使用u d p 端口5 2 0 。 路径特缝：r i p 哭萋予魏数送抒路垂。必这裂特定熬瓣装臻，r i p 鼹峦 器选择一条经过最少数目中间路幽器的路径。r i p 支持的激大跳数是1 5 ，目 的端在1 6 跳或更远则被认为不可达。 邻殿的发现和支持：r i p 没鸯邻居发现功熊，且r i p 没有办法发现肇向 连接。 嚣南交通大学硕士磺突生学饿论文纂 9 瑟 路由选择信息的发布：r i p 路由器向邻居广播r i p 辩新信息。r i p 更新 魂表露密了强豹嚣缀渡及弼这它稍的虢数。一个r i p 黯蠢器获箕邻居按波到