[发明专利]用于提供覆盖网络的路由选择体系结构的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年11月27日提交的标题为“覆盖网络的路由选 择体系结构”的美国临时申请序号60/867347的权益。上面提及的申 请的内容通过引用结合到本文中。

技术领域

一般来说，本申请涉及网络，而具体来说，涉及异构第3层网络。 更具体来说，本申请涉及异构第3层网络的覆盖路由选择体系结构。

背景技术

过去几年来，覆盖网络已在学术界以及在工业中得到关注。各种 覆盖应用通过因特网扩展，使它普遍存在并且被终端用户大量使用。 覆盖网络能够改进现有基础设施网络的可靠性、性能以及可用性。覆 盖网络提供解决若干组网问题的优良方式，特别是在不应当对现有网 络进行变更并且网络为异构时。

目前，在文献中很少找到解决在构建于平面标识符(flat identifier) 之上的覆盖网络中的分组路由选择的问题的解决方案。基于平面标识 符的路由选择所存在的基本问题在于，平面标识符空间不能聚合。现 有路由选择的大多数基于分级结构和因特网协议(IP)地址到网络地址 的聚合，即所谓的子网化(sub-netting)。将子网掩码应用于IP地址允许 你来识别地址的网络和节点部分。

文件共享覆盖应用通常根据平面标识符来构建。这种类型的覆盖 应用依靠分布式哈希表(DHT)，以便找到给定资源。DHT是一种类型 的分散分布式数据结构。参与DHT的各节点具有一个唯一的覆盖标识 符，通常为平面标识符。但是，标识符不用于数据分组路由选择；它 们用于路由查找给定资源(例如文件)的消息。这些覆盖网络中的会话 通信建立通过将(资源的)覆盖标识符解析为(资源持有者的)基础 (underlay)地址来实现，然后完全在基础级进行数据分组路由选择。因 此，数据分组路由选择依靠基础网络的路由选择机制(例如IPv4)。这 种解决方案是适当的，因为仅假定一个同构基础网络。注意，这要求 用于参与覆盖网络的所有节点的一个唯一同构第3层技术。但是，当 异构第3层网络(或域)共存时，节点的网络地址对另一个对等体可能无 意义。

在过去数年已经提出实现DHT的概念的若干协议，例如CAN、 Chord、Pastry和Tapestry协议。虽然这些协议具有某些差异，但是它 们都利用相同的原理；密钥通常通过对文件名进行哈希来产生。生成 的密钥用于在作为DHT的成员的节点所形成的覆盖网络中存储或查 找文件的定域性(locality)信息。

DHT内部路由选择算法、即用于路由存储和查找消息的机制是 DHT协议的中心。成员节点形成覆盖网络，其中各节点具有作为相邻 节点的一组其它节点。当继续进行给定密钥的查找时，消息通过覆盖 网络路由到负责那个密钥的节点。系统的整体可缩放性和性能与路由 选择算法效率直接关联。

为了分发处理和存储负荷，各节点处理哈希空间的一部分，并因 此负责某个密钥范围。在给定密钥的情况下，所有节点可有效地将消 息路由到负责那个密钥的唯一节点。DHT提供例如分散化、可缩放性、 负荷平衡、容错性和自修复等性质。分散化通过节点分发密钥，以及 发生系统的组织而没有任何中央协调。没有节点比任何其它节点更重 要。可缩放性允许系统处理甚至具有高变动(churn)的大量节点(频繁地 加入和离开结构的节点)。一般来说，查找过程的成本随节点数量的对 数增长。

使用一致哈希函数的负荷平衡使密钥范围遍布于具有高概率的节 点，从而提供进行负荷平衡的固有方式。系统的容错甚至在发生一些 节点的故障时也提供可靠性。自修复实现系统的自动重组，从而反映 新加入、离开或者出故障的节点。

DHT节点可加入或离开网络。协议必须解决这个问题，以便使系 统保持一致(consistent)。通过在节点加入或离开网络时适当地更新路由 选择表来确保一致性。基本结构围绕抽象平面密钥空间构建，它按照 密钥空间分区方案在参与节点之间划分。各实现使用一致哈希的某种 变体将对象(例如文件名)映射到密钥。一致哈希意味着高变动率仅影 响相邻节点拥有的密钥集合，所有其它节点未受影响。存储对象从一 个节点到另一个节点的移动的最小化减少重组时间，从而允许系统中 的节点的高到达和离开率。这与其中一个哈希桶(hash bucket)的添加或 删除需要整个密钥空间的再映射的常规哈希表形成对照。