IPv6环境下Overlay网络关键技术

文/王雅兰 朱尚明 储赟

针对IPv6下一代互联网技术，国内外的研究和应用处于不断探索和发展的阶段，国内外涌现了很多以Overlay技术为基础的网络或服务。随着IPv6技术的普及，基于IPv6的Overlay网络将会进一步深入研究并尚有待开展。

Overlay网络是架构在Internet之上的一个虚拟应用网络，具有易于构建、管理灵活和扩展性强等优点，本项目针对IPv6环境，研究设计Overlay网络的体系结构、路径性能探测技术、多路径路由算法和流量均衡技术，以提高端到端数据传输的可靠性、服务质量(QoS)和链路带宽利用率。

技术路线

本项目采用理论分析、网络环境模拟与实际应用测试相结合的研究方法。首先构建基于IPv6的Overlay网络结构环境，然后进行节点体系结构、逻辑功能和算法的设计、开发和应用测试。

1.节点软件体系结构。根据逻辑功能将Overlay节点设计为源节点、服务节点和目的节点三种类型，不同类型的逻辑节点具有不同的软件体系结构。源节点和目的节点是实时多媒体应用的端节点，可采用多重连接机制连接到IPv6网络上；服务节点部署在源节点和目的节点之间，用来分发Overlay网络中端节点发出的的数据包；Overlay网络中的一台主机，运行不同的逻辑功能模块，即可成为不同类型的节点。

2.网络路径性能探测。为了建立IPv6环境下Overlay网络的全局网络拓扑信息和进行多路径路由选择，用户端节点需要对Overlay网络链路的性能进行探测。Overlay网络中的一条链路映射为底层IPv6网络的一条路径，IPv6网络路径的性能决定了Overlay网络链路的服务质量。本项目采用主动探测技术对网络链路的时延、可用带宽和包丢失率进行动态测量。首先通过向目的节点发送探测包来获得逐跳的传播时延，然后利用包对或包列等技术，通过逐渐增加发送包的速率和观测时延的增加速率来计算链路的可用带宽和包丢失率。

3.多路径路由算法。本项目拟采用基于IPv6的源路由算法，由发起业务流的用户源节点来完成不相交多路径选择，并将业务流中所有目的节点、服务节点及其数据传输、转发的次序发送给所有业务流成员。多路径路由算法包括路径选择和路由计算两部分，利用在瓶颈链路上多路径不相交和多重连接机制，设计IPv6端到端网络的不相交多路径QoS路由算法，根据实际测量的IPv6网络链路可用带宽和时延，动态地计算时延最短、带宽最宽、在瓶颈链路上不相交的路径，且保证每个路径都是满足一定的带宽和时延约束的。

4.流量均衡技术。由于IPv6多路径集中每条路径的服务质量不尽相同，如何根据路径的性能和当前负载来计算各条路径上的流量比例系数，以使流量均衡和网络性能最优，这是一个典型的最优化问题。本项目将采用IPv6路径的时延、可用带宽和包丢失率来简化流量比例系数的计算，对于一个路径，其流量比例系数和当前可用带宽成正比，与时延和包丢失率成反比，均衡优化的目标是使IPv6网络负载平衡，且端到端的时延最低。

项目成果

1.对Overlay网络多路径流量均衡机制进行了设计和实现。通过实验结果得出结论，多路径流量均衡算法传输数据的效率明显优于单路径算法，且随着数据包的增大，其优势更加明显。

2.对可变包长的带宽测量方法进行了研究和改进，根据最小时延随包大小而变化的斜率来估计一条路径的有效带宽。该研究已经用程序实现，待进一步测试验证中。

导师点评

通过本项目的研究与开发，锻炼了学生和团队成员的实践动手能力，让他们对IPv6技术有了更深入的理解，对学校人才培养、团队技术提升以及IP应用推广具有重要的意义，也为学生将来的就业奠定了较好的基础。

（华东政法大学信息化办公室主任朱尚明）

心路历程

通过与老师和团队成员共同参与项目开发，从最初基于IPv6环境的Overlay体系结构的研究，到双程时延和包流失率的探测，再到可用带宽测量及网络多路径流量均衡机制的研究，是他们的全力支持让项目顺利进行。在指导老师的带领下，有幸在硕士阶段参与项目IPv6环境下Overlay网络关键技术研究，提升学术研究水平的同时也增强了实践能力，无论是治学态度还是为人处世，老师的谆谆教导让我们受益终生。同时，在创新大赛的过程中，遇到的每一位竞争者都是如此才华横溢，大家展示了IPv6互联网领域的最新技术和应用，我们团队汲取了更多的专业知识，拓宽了知识面。