双栈条件下多出口链路选优技术及应用
1引言
1.1选题背景
随着计算机网络与信息技术的发展与广泛应用，IPv4网络存在的诸如地址枯竭、数据转发效率低下等固有缺陷使得它己无法满足人们的需求，IPv6网络逐渐兴起并开始试商用，互联网形成了IPv4/IPv6共存的局面。由于多运营商网络并存，园区网络大多釆用了多出口链路接入不同运营商网络的上网方式，用户对网络出口访问的带宽、稳定性、响应速度等方面提出了更高的要求。以下将从IPv的商业部署、IPv4/IPv6双协议找的应用以及多链路接入方式的应用三个方面介绍论文的选题背景。
1.1.1多链路接入的应用
在网络建设发展的过程中，随着对网络带宽、可靠性、上网体验等方面需求的增加，越来越多的政府单位和企业公司通过与当地的多条链路接入互联网，逐渐形成多链路接入的上网方式。
在国内存在多个运营商网络的环境下，不同运营商的网络带宽、资源分布存在一定的差异，为了使用户访问网络资源有更好的体验，大多数高校不仅接入了教育网，还扩展了多条通过不同运营商接入互联网的链路，形成了多链路接入的方式。采用多链路接入网络的方式，这就意味着用户有可能选择某条链路更快的访问某些信息资源，或者在多条链路中有一条或几条链路发生故障时，数据的传输仍然不受链路故障的影响。多链路接入方式与直接扩容单条链路带宽相比具有更好的灵活性和稳定性。
由于多链路带宽、服务质量以及不同服务对网络性能的要求差异，如何将多个链路资源充分利用起来，提高单位内用户上网的体验，降低管理的复杂性，是采用多链路接入单位所必须要解决的问题。
1.2国内外研究现状
随着越来越多的企业、单位或者学校通过多个ISP提供的多条链路接入到互联网，有许多研究人员对多链路选择和链路间的负载均衡以及网络探测、网络性能测量等方面做了比较深入的研宄并提出了一些算法和解决方案，一些网络设备厂商基于这些理论也生产了相关设备，这在一定程度上实现了多链路选择和多链路间负载均衡的目标。
当前实现多链路选择的方法主要有以下几种：
（1）通过源路由和策略路由的控制来实现多链路的选择。这种方法配置简易，通过用户固定绑定到出口链路的方法实现链路选择。由于是固定绑定的，所以无法提高多链路接入网络用户的上网体验。
（2）通过轮询或者加权轮询的方式实现链路选择。这种方式下用户可以根据轮询的规则从不同的链路访问互联网，但是如果出口设备不具备会话保持功能，可能会出现网上银行、网络手机游戏等访问中断或异常等问题。
（3）通过IP地址匹配实现链路选择。让用户访问的目的IP地址和ISP提供的地址池匹配，让访问电信的数据选择电信链路，访问联通的数据选择联通链路。这种方式在一定程度上可以提高网络访问速度，但是会出现流量不均衡，访问高峰时甚至引起网络阻塞等问题。
通过分析发现，有些理论研究实现起来比较复杂，并且大多是以网络出口的负载均衡和链路选择为核心，并不能很好的提高用户的体验。而现在能实现多链路选择的设备大都价格较高，还有一些不能同时支持IPv4和IPv6双协议找的网络环境，而且许多设备是在实现负载均衡、流量管理的同时附带实现的链路选择或者为了链路负载均衡而采取的链路选择，这样的多链路选择方式大都存在上述的一些问题。
2双协议钱多出口链路选优基础
2.1IPv4/IPv6与双协议栈
2.1.1IPv4与IPv6
IPv4数据包由头部和数据部分组成，IPv4数据包头部长度一般为20个字节，最大长度为60字节，IPv数据包理论总长度最多可以有65535字节，但是由于大多网络不能够处理太长的数据包，因而一般长度为576个字节，头部格式如图2-1所示：
2.2多链路接入
随着信息技术的发展，视频等多媒体在互联网上广泛应用，特别是网络资源在多运营商网络的分布差异，园区网用户对网络访问体验的需求越来越高，为了改善用户上网的体验并避免因单链路网络故障带来访问中断，很多单位都己经采用同时租用多家运营商提供的网络链路接入互联网的方式，这就形成了多链路接入互联网的现状。北京交通大学校园网就采用了同时接入中国联通、中国电信、中国移动、电信通、教育网及IPv6网络的多链路接入互联网的方式，从而提高网络的可靠性和稳定性，改善访问互联网信息资源的效率。北京交通大学校园网多出口链路结构如图2-5所示：
多链路接入是指通过多条链路接入到互联网的方式，与传统的接入方式相比，这种方式可以避免单链路接入方式带来的带宽不足、稳定性不高等问题，但同时也出现了新的问题，比如：如果网络流量不能很好地分配，可能出现不同链路间流量不均衡，浪费大量空闲带宽的情况，这就需要解决多链路间的负载均衡。另外，不同运营商的服务质量不同，如果出现跨运营商访问的情况可能出现访问延迟变大，丢包率过高等问题。为解决这些问题，当网络出口路由器在内外网间进行数据交互的时候，通常需要将数据包进行NAT网络地址转换，当内网向外发送数据时，路由器还需要选择一个合适的链路出口转发数据包；当外网访问内网服务器时也要根据外网用户的源地址为其提供合适的目标地址。
3双协议栈多出口链路选优关键技术.............19
3.1网络性能探测.........19
4链路选优系统设计与实现............29
4.1系统设计方案概述.........29
4.2系统概要设计...........30
5出口链路选优与普通方式访问性能对比.........48
5.1样本网站选取........48
5出口链路选优与普通方式访问性能对比
本章将选取中国电信、中国联通和中国移动3个IPv4网络出口链路分别对挑选出的100家样本网站的平均连接建立时间、平均数据传输时间和平均数据传输速率进行对比，从而直观的展现不同网站通过不同网络出口访问的性能差异。然后启用中国电信、中国联通和中国移动3个IPv4网络出口链路和1个IPv6网络出口对这100家网站分别通过普通网络访问方式和选优访问方式的平均DNS解析时间、连接建立时间和平均数据传输速率等方面进行对比，从而说明通过选优方式与普通方式访问样本网站的网络性能差异。
5.1样本网站选取
中国网站排名网是中国互联网协会主办，国务院新闻办发起，由北京中搜在线软件公司提供技术支持的网站排名项目。由中国网站排名网发布的中国网站排名;以网站访问流量统计数据为依据，基于中国网站排名工具条和其他合作数据平台采集的流量数据，针对在中国注册及部分在中国运营的国外网站进行的排名。
站长之家网站排行榜是站长之家旗下提供中文网站排名服务栏目的专业网站，该排行榜也是国内较为专业权威的中文网站排行榜。
根据站长之家网站排行榜;和中国网站排名网;的网站排名数据结合实际访问情况选取100家网站作为网络访问性能对比样本，其中75家IPv4网站，25家既支持IPv4又支持IPv6的网站。选取网站的域名、类别等信息如论文附录A性能测试样本网站信息表;。
6总结与展望
6.1工作总结
在IPv6加快商业部署和多链路接入广泛应用的今天，本论文对IPv4/IPv6双协议栈多出口链路网络选优技术进行了研究并实现了链路选优试验系统，主要工作包括以下几方面：
（1）提出并实现了基于综合网络性能指标的IP地址最佳解析服务，这种解析不同于普通的DNS解析或者根据网络出口选择所属本ISP域内的IP地址段的智能DNS解析服务本论文是根据多参数形成的综合衡量指标来选取最佳可用地址。
（2）采用基于应用层的网络探测技术获取多参数的网络性能指标，通过改进的方法对参数进行了归一化处理并对多参数进行了综合，最终形成网络性能综合衡量参数，这有别于现有设备普遍釆用的单参数比较或者多参数平行比较，也区别于其它一些论文采用的参数处理方法。
（3）通过选取样本网站，分别通过普通方式和选优方式访问样本网站，由连接建立时间、传输时间等参数的比较来展现普通方式与选优方式访问样本网站的网络性能差异，从而证实试验系统的有效性。
参考文献（略）