[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(1ocality)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。