基于软件定义网络的高故障保护率的路由保护方案

作     者：耿海军 王威 张晗 王玲 GENG Haijun;WANG Wei;ZHANG Han;WANG Ling

作者机构：山西大学计算机与信息技术学院太原030006 山西大学自动化与软件学院太原030006 山西大学大数据科学与产业研究院太原030006 清华大学计算机科学与技术系北京100084 

基　　金：山西省应用基础研究计划(20210302123444) 山西省高等学校科技创新项目(2022L002) 中国高校产学研创新基金(2021FNA02009) 国家自然科学基金(61702315) 山西省重点研发计划(201903D421003,202202020101004) 国家高技术研究发展计划(863)(2018YFB1800401) 

出 版 物：《计算机科学》 (Computer Science)

年 卷 期：2023年第50卷第9期

页      码：337-346页

摘      要：软件定义网络(Software Defined Network,SDN)以其强大的可编程性和集中控制的优势得到了学术界的广泛关注。现有的SDN设备在执行报文转发时仍然使用最短路径协议,当最短路径中的结点发生故障时,网络仍然需要重新收敛,在此期间报文可能会被丢弃,进而无法传递至目的结点,给实时性应用的流畅性造成了冲击,影响用户体验。学术界普遍采用路由保护的方案来应对网络故障,现有的路由保护方案存在以下两个方面的问题:(1)故障保护率低;(2)当网络出现故障时,备份路径可能会出现路由环路。为了解决上述两个问题,首先提出了备份下一跳计算规则;然后基于此规则设计了一种软件定义网络下的高故障保护率的路由保护算法(Routing Protection Algorithm with High Failure Protection Ratio,RPAHFPR),该算法融合了路径生成算法(Path Generation Algorithm,PGA)、旁支优先算法(Side Branch First Algorithm,SBF)和环路规避算法(Loop Avoidance Algorithm,LAA),可以同时解决已有路由保护方法面临的故障保护率低和路由环路问题;最后在大量的真实网络拓扑和模拟网络拓扑中验证了RPAHFPR方案的性能。与经典的NPC和U-TURN相比,RPAHFPR的故障保护率分别提高了20.85%和11.88%,并且在86.3%的拓扑中可以达到100%的故障保护率,在所有拓扑中可以达到99%以上的故障保护率。RPAHFPR的路径拉伸度基本接近1,不会引入过多的时间延迟。

主 题 词：软件定义网络 路由保护算法 反向最短路径树 LFA规则 备份路径 网络单故障 

学科分类：08[工学] 0835[0835] 081202[081202] 0812[工学-测绘类] 

D　O　I：10.11896/jsjkx.220900220

馆 藏 号：203123311...