基于直接路由策略的互联网模型

袁 伟，孙永强

(1.上海大学计算机学院，上海 200072;2.上海交通大学计算机系，上海 200030)

如何解决网络中路由瓶颈是一个研究的热点，针对“电子交换+光纤通讯”的现状，本文通过引入基于直接路由的新IP协议，以新的体系结构来解决路由瓶颈问题。

基于互联网协议 (IP)和IP/多协议标签交换(IP/MPLS)分组并支持融合网络服务的网络，正在迅速取代基于时分复用 (TDM)，帧中继，异步传输模式 (ATM)已经其他传统技术的专用网络。全球供应商都正在部署IP/MPLS的核心网络，以实现IP网络带来的高效率和可扩展性，并实现其快速扩张到新兴服务市场的能力。通过改善基础设施和运营效率，企业可以从这种“端到端 (end－to－end)”，“任何到任何 (any－to－any)”的IP连接模式中获益，以推动瞬息万变的企业盈利模式，同时，还可以捕捉到电子商机。

1 新的IP协议

新的IP协议将报文分为两类:普通报文、广播报文和DNS报文。

普通报文由标志位Type(1bit－‘0’)，直接路由 Path、源地址 SAddr，数据长度 Length(16bits)和负载Payload构成。

直接路由Path是若干个Port构成，每个Port为5个Bits(00000～11111)，11111保留。直接路由Path长度可变 (以11111终止)。

源地址 Saddr是一个字符串，以0X00表示终止。

广播树报文由标志位 Type(2bits－‘10’)，直接路由Path，反向路由Ping，广播Token(16)，广播Mask(32x32bits)，Password(8*256bits)。

广播报文由标志位 Type(3bit– ‘110’)，TTL(8bits)、广播Token(16bits)，源地址 SAddr，数据长度 Length(16bits)和负载 Payload构成。

DNS报文由标志位 Type(4bit－ ‘1110’)，TTL(8bits)，反向路由 Path构成，数据长度Length(16bits)和负载Payload构成。

DNS设置报文标志位Type(4bit－‘1111’)，直接路由，DNSPortMask(32bits)，Password(8*256bits)。

2 路由器的注册机制

网络中不存在传统的路由协议，由系统管理员将各自的路由器配置 (逻辑端口映射不上报)拓扑人工登陆系统网站，进行注册。逻辑端口最大31。集中维护路由信息。

注册时，获得一个校验Password(入网卡)。

硬件设置密码计算校验模块。

3 基于DNS的路由服务器

DNS路由服务器类似一个独立的路由器，也分配路由器号。由人工登陆系统网站进行注册。系统获得一个到系统网站的路由Path.，DNS起到一个CACHE作用。

4 路由器的架构

普通报文:根据Path的Port号进行直接路由，丢弃‘11111’的报文;否则，切除当前Port号，根据当前Port号，进行路由。

广播报文:根据广播Token修改路由器中当前TTL记录。

如果TTL记录==0，则记录下新的TTL值;

如果TTL记录==TTL，goto next;

如果TTL＜TTL记录，丢弃;

如果TTL＞TTL记录，丢弃;

Next:丢弃TTL=0的报文，否则TTL减1，然后根据广播Mask进行转发 (源Port索引)。

广播树报文:如果直接路由Path中当前Port=11111，则修改本地广播Mask并且设置本地广播Token的TTL记录为0(需要校验密码)。然后，会送一个DNS报文给系统服务器。否则，修改反向路由Ping，然后路由转发。

DNS报文:丢弃TTL=0的报文，否则在反向路由中添加DNSPort，然后转发。DNSPort由DNSPortMask随机选择，失败则丢弃该报文。

DNS设置报文:当路由结束时，设置DNSPort-Mask(需要校验密码)。

5 广播服务

发送者需要事先到系统网站申请令牌。

则申请加入某个令牌广播。

广播树的计算由系统网站统一管理。

6 DNS服务

字符串匹配，通过DNS报文进行服务。

7 高带宽保证服务质量

光传输的高速带宽，保障了服务质量QOS。路由服务器可以增设带宽BROKER的作用，在DNS申请中，申请带宽请求;但是，这仅仅RSVP策略的资源预留的是备用的方案。DiffServer的资源管理策略也可在服务器端配置完成，系统是开放的架构。

8 设置TCP窗口恒定为1

由于采用类似MPLS的标签标记来做新的IP协议的报头，实际交换犹如MPLS交换，采用的哈夫曼编码策略。TCP滑动窗口可以稳定地设置为1，解决了重发机制。

9 计费和安全性

普通计费 (集中管理 +核销机制):费率计算。

用户端:通讯驱动程序+逻辑入网卡。

安全性:网络巡警 (a) “查身份证”， (b)病毒“审讯”–push/pull广告 (Optional)。

10 结束语

从基本上，任何网络都具有两种类型的包:数据包 (data packet)、控制和管理包 (control and management packet)。数据包属于客户所有并负责承载客户流量，控制和管理包属于网络本身，并且用于网络运营。IP协议的一个优点是带内传输，所有包通过一个“公共管道”来传输。

文章的新型互联网模型在同一的平台上，解决路由器设计中需要考虑的路由问题和FIB cache问题以及router server所考虑的路由管理问题。［1］基于哈夫曼编码的标签设计吸收了MPLS便于硬件高效实现的优点，集中的基于router server的DNS架构设计便于路由管理和网管软件的设计。［2］

［1］Gregg Schudel，David JSmith.Router Security Strategies:Securing IP Network Traffic Planes［M］. 北京:人民邮电出版社，2008

［2］Jean－Philippe Vasseur，Adam Dunkels. 基于 IP 的物联网架构、技术与应用［M］.北京:人民邮电出版社，2011