紧急互联网旁路通道协议外文翻译资料

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2018年IEEE第20届高性能计算与通信国际会议；IEEE第16届国际智慧城市会议；IEEE第四国际 数据科学与系统会议

紧急互联网旁路通道协议

Nirmala Shenoy，Golisano计算与信息科学学院，罗彻斯特理工学院

罗切斯特，美国14623 nxsvks@rit.edu

Shashank Rudroju, Golisano计算与信息科学学院，罗彻斯特理工学院 罗切斯特，美国14623 sr1632@rit.edu

Jennifer Schneider, Eugene H. Fram应用批判性思维主席，罗切斯特理工学院学术事务 罗切斯特，美国14623 jlwcem@rit.edu

摘要——在全球网络创新环境（GENI）测试平台上开发并测试了新的紧急互联网旁路通道（EIBL）协议，以便及时可靠地传输数据，并快速恢复网络组件故障。EIBL协议规定了一种技术，该技术捕获网络中的路由器集之间的结构和连接信息，其中集合是基于其特定任务来定义的。连接信息在标签中捕获，并且多个标签被分配给路由器以提供用于路由数据分组的多个路径。准备就绪的多个路径还有助于快速恢复链路/设备故障。EIBL协议在互联网协议（IP）下运行。当部署在网络中时，EIBL协议将捕获传入的IP数据包，将其封装在特殊的EIBL标头中并传送到目标路由器。在紧急情况期间可以调用协议，以便在紧急事件现场，管理紧急办公室和其他利益相关者之间进行快速信息传输。在本文中，将EIBL协议的性能与开放最短路径优先和边界网关协议进行比较，两种常用的IP路由协议，用于GENI测试平台上的相同拓扑。

关键词 - 紧急网络，绕过互联网协议，路由结构，结构中的连通性

1. 描述

在紧急情况期间，需要在事件现场的事故指挥中心（ICC），协调救援行动的紧急管理办公室（EOM）和其他利益攸关方之间可靠和及时地共享大量数据。互联网是一种无处不在的通信系统，可以连接ICC，EOM和利益相关者。 但是，互联网承载来自其他十亿个来源的流量，并且对任何拥有计算设备和互联网协议（IP）地址的人开放。在这些运行条件下，保证可靠和及时地传递敏感和关键的紧急数据具有挑战性。

在本文中，我们介绍了一种称为紧急因特网旁路通道（EIBL）协议的新协议。 该协议是在NSF拨款[1]下开发的，其主要目标是在紧急情况下支持ICC和EOM之间可靠和及时的关键数据传输。EIBL协议用C语言编写，在GENI测试平台上运行Linux系统（Ubuntu 16.04）。 提供了EIBL协议的操作细节及其在GENI测试平台上的实现。使用两种常用的路由协议（开放最短路径优先（OSPF）和边界网关协议（BGP））将EIBL性能与IP操作进行比较。

EIBL协议能够在紧急情况下以可靠和及时的方式传输关键数据，因为它绕过了Internet协议以及在协议栈的第3层或网络层流动的所有Internet流量。 该协议使用基于网络中识别的结构的路由技术。 因此，EIBL协议不依赖于路由协议确定的路由路径，例如用于第3层操作的OSPF和BGP。 这种方法降低了由于路由不稳定导致性能下降的可能性，以及第3层路由中遇到的高更新速率，尤其是拓扑变化事件[2] [3] [4] [5] [6]。数据传输速度更快 使用EIBL协议，因为大多数互联网流量将被绕过，访问大型路由表[7]的时间会大大减少。

EIBL协议中采用的方法可能看起来类似于多协议标签交换（MPLS）协议[8]，因为MPLS也绕过了IP。但是MPLS或MPLS-TE [9]（流量工程）依赖于由用于第3层操作的路由协议确定的路由路径。 MPLS中建立的路径的稳定性取决于路由的稳定性，这是由第3层操作的路由协议决定的。 MPLS或MPLS-TE操作需要使用诸如标签分发协议（LDP）或资源预留协议（RSVP）之类的信令协议来建立路径。 MPLS-TE提供动态适应拓扑变化，并在标签交换路径的头部使用MPLS流量工程路径计算模块。每一跳都需要一个流量工程链路管理模块，该模块确实链接RSVP信令消息上的呼叫允许和拓扑和资源信息洪泛的簿记[9]。这些增加了操作开销[8] [9]。对第3层路由信息的依赖，使得跨AS操作的MPLS变得复杂[11]。表1列出了MPLS与EIBL协议之间的一些重要差异，以突出显示对关键数据传输的EIBL协议的需求，尤其是在紧急情况下。

据我们所知，没有网络解决方案，在紧急情况下处理流量与Internet中的其他流量不同，并且独立于第3层的路由操作运行。像MPLS提供的那些虚拟隧道间接依赖于IP 并且直接依赖路由协议确定的路由。 路由协议消息由IP承载，因此MPLS间接依赖于IP。 可靠和及时的交付在很大程度上取决于为第3层操作确定的IP和路由路径。 EIBL协议独立于任何其他协议运行。

第二节提供了EIBL协议的高级操作细节。 第三节介绍了基于路由器执行的特定操作的网络中的虚拟结构。 描述了在要分配给路由器并用于EIBL路由的标签的派生中使用虚拟结构。 详细描述了EIBL协议的详细操作，协议使用的表和基于路由器标签信息和邻居表信息的转发算法。 第四节讨论了EIBL协议以及OSPF和BGP在收敛时间，影响比和路由表大小方面的性能。 第五节提供了针对两种不同拓扑结构的GENI测试平台评估EIBL协议及其与OSPF和BGP的性能的详细信息。 演示和讨论了在测试运行期间收集的性能。 第六节提供结论性意见。

表I. MPLS和EIBL协议特性

1. 紧急互联网旁路网络协议

本节将讨论EIBL协议的操作细节。 EIBL协议操作要求EIBL协议的实例在网络中的所有路由器中运行。 鉴于EIBL协议对第3层操作透明地运行，EIBL协议代码可以在Linux系统的用户空间中运行，可与全球网络创新环境（GENI）[14]测试平台一起使用。 拓扑在GENI测试平台中设置，EIBL协议代码在图中。 所有边缘和内部EIBL路由器都运行EIBL协议的实例。 边缘节点的EIBL操作与内部节点执行的操作略有不同，并在B.2节中解释。

调用时，EIBL协议在连接到IP网络（例如N1）的入口边缘路由器的特定端口捕获传入的IP数据包，发往另一个IP网络（比如N4），将它们封装在一个特殊的EIBL协议头中，并将它们转发到 目标边缘路由器。 转发决策基于转发算法，该算法使用第III部分中描述的标签和邻居信息。 EIBL协议使用分配给路由器的标签进行路由操作。 标签带有路线援助信息，将在下一节中详细讨论。 EIBL协议不需要路由发现。

EIBL协议包括源EIBL路由器（连接源IP网络）标签和目标EIBL路由器（连接到目标IP网络）标签。 对路由器的标签分配是一个简单的过程，以本地和分布式方式进行。 标签中的辅助路由信息源自存在于网络中的虚拟结构，其已被明确地识别并用于该目的。 这在第III节中有详细描述。 根据标签中的信息，每个中间EIBL路由器将封装的IP数据包路由并转发到目标EIBL路由器。 目标EIBL路由器解封装IP数据包并将其传送到目标IP网络或主机。

1. 网络中的虚拟结构

用于EIBL协议操作的结构基于路由器集，其中集合基于其特定操作来识别。 例如，网络或自治系统具有核心路由器，分配路由器和接入路由器。 接入路由器通过分配路由器连接终端网络和系统。 核心路由器通过多个接入路由器和终端网络之间的一组分发路由器提供连接。 当不同的路由器组与单独的模块或块相关联时出现的结构如图2所示。

上面标识的模块可以进一步分段为任意数量的子模块。 在图3中， 因此，有三个接入路由器模块，通过两个分配路由器模块连接到核心模块。

模块中的自主性及其关系带来了3层混合结构的优势。 在图3的3层结构中，核心路由器位于第1层，第2层中的分布式路由器和第3层中的接入路由器。每层的层和模块的数量及其互连可以根据网络需求进行定制。

在图4中，每个模块中都引入了路由器，并为路由器分配了标签。 模块中仅显示2个路由器以保持图形简单。 在路由器之间显示有限数量的连接（由箭头指示）。 第2层和第3层路由器的标签来自实线箭头所示的路由器。 虚线箭头表示路由器和模块之间可能存在多个连接。 基于由虚线箭头指示的连接的基于上层路由器的标签不包括在图片中。 因此，路由器可以从上层的路由器获取多个标签。 在图片中，仅基于连接到上层路由器的实线箭头显示路由器的一个标签以保持图片简单。 标签分配很简单，并以本地化和分布式方式进行。

1. 标签分配

第1层中的核心路由器被分配一个格式为Tier.g的标签，其中Tier = 1，g是路由器的任何整数值和唯一标识符（ID）。 分配路由器，接收标签Tier.g.p，其中Tier = 2，g是核心中路由器的ID，它连接到该路由器，p是该分配路由器的ID。 p根据第1层路由器的出端口号决定。 接入路由器标签的格式为Tier.g.p.x，其中Tier = 3，g和p分别是连接的上游核心和分配路由器的ID，x是该接入路由器的ID，它是来自第2层路由器的传出端口。

标签捕获层级结构以及不同层级的路由器和模块之间的连接关系。 标签中的这种结构和连接信息有助于将EIBL协议封装的IP分组路由到目的地EIBL路由器。 属于层的对等路由器之间的直接连接被记录在邻居表中，以进一步帮助路由和转发。 标签是合乎逻辑的，可以根据结构和连接信息动态分配或导出。

1. EIBL协议的运作

填充了三个表以供协议使用。

1）邻接表记录直接连接的路由器的标签，独立于它们所在的层以及可以通过其访问邻居路由器的端口。 填充邻接表的过程是本地的并且以分布式方式发生。 根据图5中提供的转发算法流程图，使用邻接表以及标签中的结构信息进行转发。

2）将边缘网络IP地址映射到连接到IP网络的边缘EIBL路由器的标签的表。 此表记录了所有边缘EIBL路由器标签lt; - gt; IP网络地址信息。 当IP数据包封装在入口EIBL路由器时，该表提供与目标IP网络对应的目标EIBL路由器标签。 目标EIBL路由器标签包含在EIBL标头中，并由所有中间EIBL路由器用于转发封装的IP数据包。 这些任务由边缘节点执行。 边缘网络IP地址到标签的映射由所有边缘节点传播到所有其他边缘节点。 EIBL协议使用单独的消息进行传播。

3）端口到IP网络地址映射记录在边缘EIBL路由器处连接的IP网络和到IP网络的连接端口。 这是边缘EIBL路由器的本地。 当EIBL封装的数据包到达目的地EIBL路由器时，从该表获得转发解封装的IP数据包的接口或端口。

1. 使用层结构和标签进行路由

从关于标签分配到EIBL路由器的讨论，很明显标签会得到分层结构的属性。 路由器标签在第一个字段中明确地携带层值（TV）。 唯一标识符（UID）将附加到TV.UID明确显示父子关系（第1层路由器除外）。 例如，在图中。 如图4所示，第3层路由器的标签是3.2：1：1，它隐含地携带该路由器连接到标签为2.2：1的第2层路由器的信息，该路由器又连接到第1层路由器1.2。 TV和UID符号用于图5C中的转发算法流程图。 使用层结构和标签进行路由

仔细查看分配给路由器的UID（图4），可以看到几个以核心路由器为根的树。 EIBL标签中的每个UID提供到树根的路径，反之亦然。 EIBL路由器允许多个标签，因此路由器驻留在多个树分支上，并且具有多条路径以通过不同的分发路由器到达不同的核心路由器。 与同一层中其他路由器的连接记录在邻居表中。 一个简单的决策算法将允许EIBL感知路由器决定将数据包转发到哪个端口

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资料编号：[2335]

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