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摘 要 为减少Internet域间路由协议按策略进行最优路径选择时可能引起的ISP（Internet Service Provider）域内链路拥塞，本文深入分析了不同方法的优缺点，提出基于粒子群的优化算法，为有效实施域间流量工程详细算法设计提供解决方法。
关键词 边界网关协议；域间流量；网络性能；粒子群算法
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）23-0029-02
随着国家三网融合和物联网技术推进，语音、数据、图像等大量业务流会给IP网络的运维带来巨大挑战，因此，研究能有效优化网络资源、提升网络性能的相关技术变得尤为重要。
流量工程作为一种有效的网络优化手段，通过对端到端通信的延时、丢包率、抖动、权重、可靠性等参数的设置与优化，降低网络通信失效的概率，提高网络带宽资源的利用率，达到负载均衡的目的。依据其优化作用范围的不同，流量工程分为域内与域间，域内流量工程用于对自治系统内部业务流进行网络资源负载分担，而域间流量工程用于对业务流在进入或离开自治系统进行流量路径优化。
1 相关技术
1）边界网关协议（BGP）。
BGP是一种实现自治系统之间的动态路由协议，其主要用于控制域间的路由传播与最佳路由选择，并通过丰富的选路规则实现业务流的路径选择，具体使用的路由属性参数如下。
①源属性：
该属性定义了路由的来源。当属性为IGP时，表示路由在自治系统内部产生，优先级别最高；当属性为EGP时，表示路由在自治系统外部学到，优先级别次之；当属性为Incomplete时，表示路由来源无法确定，优先级别最低。而用户可以根据此属性对路径进行过滤与选择。
②自治系统路径属性：
该属性用于记录某条路由从源头到目的地所经过的AS号，用户可以通过修改AS路径灵活控制业务流的选路策略。如图1所示。
上图中如果AS500中有数据包送往10.0.0.0，则会选择虚线所示的路径，如果为了负载分担与路径优化，用户可以修改自治系统路径属性，从而降低虚线所示路径的流量压力。
③多出口区分属性：
该属性用于判断业务流进入自治系统通过不同入口路由器，且路由器的目的地址相同但下一跳不同时，业务流如何选择入口设备的问题。如图2所示。
上图中如果AS100中有数据包送往10.0.0.0，则会选择实线所示的路径，如果为了负载分担与路径优化，用户可以修改多出口区分属性，从而降低实线所示路径的流量压力。
④本地优先属性：
该属性用于判断业务流量离开自治系统时，通过不同的出口路由器，且目的地址相同但下一跳地址不同时，业务流量如何选择出口路由器的问题。如图3所示。
上图中如果AS100中有数据包送往10.0.0.0，则会选择虚线所示的路径，如果为了负载分担与路径优化，用户可以修改本地优先属性，从而降低虚线所示路径的流量压力。
总之，为了实现业务流负载分担，通过路由策略，修改上述路由属性参数，从而降低某一条路径的传输压力，但是BGP过渡依赖某个属性参数，从而缺乏整体权重考虑，仍需进一步研究。
2）多协议标签交换（MPLS）。
MPLS流量工程主要通过建立指定路径与资源预留实现负载分担，这样业务流可以通过不同的标签交换路径，实现高效与灵活的报文转发。由于MPLS需要在网络中设置所有交换路径，因此将花费巨大的额为代价，同时也增加了复杂性，在自治系统之间很少使用。
2 域间流量工程的算法流程设计
1）问题描述。
由于自治系统是每个机构独立管理，因此，域间流量工程重点关注业务流量到邻居自治系统存在多路径出口路由问题，如图3所示。此问题进一步描述为BGP通过不同内部对等体收到多个到达同一目的地址路由时，如何保证路由的负载分担与资源优化问题。
2）算法流程设计。
路由优化算法主要是指如何在满足流量负载平衡等多目标、多约束的条件下对多出口路径进行选择。目前，启发式算法、遗传算法、本地随机搜索算法、激励算法的复杂性较大，适合于较长时间粒度的路由优化，适合于离线优化，而热土豆改进算法、基于实际测量的算法则适用于在线优化。但是，BGP路由优化选择问题是一个复杂的问题，在优化路由的同时应该考虑路由的收敛性、稳定性等问题，由于大部分BGP路由优化选择是从本管理域出发进行优化，需要进行局部优化和全局优化的折衷。通过对上述内容优缺点深入分析与研究，因此，选择基于粒子群的优化算法。
粒子群的优化算法模拟鱼群或鸟群的社会行为，每个优化的问题解都称之为粒子，所有的粒子都有一个由被优化函数决定的适应值，每个粒子还有一个速度决定他们飞翔的距离和方向，然后粒子就追随当前的最优粒子，通过不断地迭代找到最优解。因此，将域内对等体间路径各项度量值进行统一，如权值、带宽、时延、费用等体现网络基本性能的参数设置为路径的代价，通过粒子群优化算法对网络中各项路径代价的参数指标定义计算并判断出一个最优的路径。如图4所示。
3 结论
网络服务供应商需要很好的利用流量工程控制域内流量，减少网络拥塞，提高网络资源利用率。本文深入分析了不同方法的优缺点，并设计了优化后的算法流程，为有效实施域间流量工程详细算法设计提供了方法。
基金项目
课题名称：Internet域间流量工程关键技术研究，项目号：120130063。
参考文献
[1]郭猛，陈秋红.一种缩减内容中心网络的AS域间流量的机制[J]，计算机应用研究，2014，31（9）：2816-2819.
[2]刘廉，李志淮，阎丕涛，张英俊.BGP网络的域间瓶颈预测算法[J].大连海事大学学报，2008，34（2）：110-112.
作者简介
陈霞（1975-），女，山东蓬莱人，硕士，长春工程学院，助理研究员，研究方向：教学研究。
关键词 边界网关协议；域间流量；网络性能；粒子群算法
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）23-0029-02
随着国家三网融合和物联网技术推进，语音、数据、图像等大量业务流会给IP网络的运维带来巨大挑战，因此，研究能有效优化网络资源、提升网络性能的相关技术变得尤为重要。
流量工程作为一种有效的网络优化手段，通过对端到端通信的延时、丢包率、抖动、权重、可靠性等参数的设置与优化，降低网络通信失效的概率，提高网络带宽资源的利用率，达到负载均衡的目的。依据其优化作用范围的不同，流量工程分为域内与域间，域内流量工程用于对自治系统内部业务流进行网络资源负载分担，而域间流量工程用于对业务流在进入或离开自治系统进行流量路径优化。
1 相关技术
1）边界网关协议（BGP）。
BGP是一种实现自治系统之间的动态路由协议，其主要用于控制域间的路由传播与最佳路由选择，并通过丰富的选路规则实现业务流的路径选择，具体使用的路由属性参数如下。
①源属性：
该属性定义了路由的来源。当属性为IGP时，表示路由在自治系统内部产生，优先级别最高；当属性为EGP时，表示路由在自治系统外部学到，优先级别次之；当属性为Incomplete时，表示路由来源无法确定，优先级别最低。而用户可以根据此属性对路径进行过滤与选择。
②自治系统路径属性：
该属性用于记录某条路由从源头到目的地所经过的AS号，用户可以通过修改AS路径灵活控制业务流的选路策略。如图1所示。
上图中如果AS500中有数据包送往10.0.0.0，则会选择虚线所示的路径，如果为了负载分担与路径优化，用户可以修改自治系统路径属性，从而降低虚线所示路径的流量压力。
③多出口区分属性：
该属性用于判断业务流进入自治系统通过不同入口路由器，且路由器的目的地址相同但下一跳不同时，业务流如何选择入口设备的问题。如图2所示。
上图中如果AS100中有数据包送往10.0.0.0，则会选择实线所示的路径，如果为了负载分担与路径优化，用户可以修改多出口区分属性，从而降低实线所示路径的流量压力。
④本地优先属性：
该属性用于判断业务流量离开自治系统时，通过不同的出口路由器，且目的地址相同但下一跳地址不同时，业务流量如何选择出口路由器的问题。如图3所示。
上图中如果AS100中有数据包送往10.0.0.0，则会选择虚线所示的路径，如果为了负载分担与路径优化，用户可以修改本地优先属性，从而降低虚线所示路径的流量压力。
总之，为了实现业务流负载分担，通过路由策略，修改上述路由属性参数，从而降低某一条路径的传输压力，但是BGP过渡依赖某个属性参数，从而缺乏整体权重考虑，仍需进一步研究。
2）多协议标签交换（MPLS）。
MPLS流量工程主要通过建立指定路径与资源预留实现负载分担，这样业务流可以通过不同的标签交换路径，实现高效与灵活的报文转发。由于MPLS需要在网络中设置所有交换路径，因此将花费巨大的额为代价，同时也增加了复杂性，在自治系统之间很少使用。
2 域间流量工程的算法流程设计
1）问题描述。
由于自治系统是每个机构独立管理，因此，域间流量工程重点关注业务流量到邻居自治系统存在多路径出口路由问题，如图3所示。此问题进一步描述为BGP通过不同内部对等体收到多个到达同一目的地址路由时，如何保证路由的负载分担与资源优化问题。
2）算法流程设计。
路由优化算法主要是指如何在满足流量负载平衡等多目标、多约束的条件下对多出口路径进行选择。目前，启发式算法、遗传算法、本地随机搜索算法、激励算法的复杂性较大，适合于较长时间粒度的路由优化，适合于离线优化，而热土豆改进算法、基于实际测量的算法则适用于在线优化。但是，BGP路由优化选择问题是一个复杂的问题，在优化路由的同时应该考虑路由的收敛性、稳定性等问题，由于大部分BGP路由优化选择是从本管理域出发进行优化，需要进行局部优化和全局优化的折衷。通过对上述内容优缺点深入分析与研究，因此，选择基于粒子群的优化算法。
粒子群的优化算法模拟鱼群或鸟群的社会行为，每个优化的问题解都称之为粒子，所有的粒子都有一个由被优化函数决定的适应值，每个粒子还有一个速度决定他们飞翔的距离和方向，然后粒子就追随当前的最优粒子，通过不断地迭代找到最优解。因此，将域内对等体间路径各项度量值进行统一，如权值、带宽、时延、费用等体现网络基本性能的参数设置为路径的代价，通过粒子群优化算法对网络中各项路径代价的参数指标定义计算并判断出一个最优的路径。如图4所示。
3 结论
网络服务供应商需要很好的利用流量工程控制域内流量，减少网络拥塞，提高网络资源利用率。本文深入分析了不同方法的优缺点，并设计了优化后的算法流程，为有效实施域间流量工程详细算法设计提供了方法。
基金项目
课题名称：Internet域间流量工程关键技术研究，项目号：120130063。
参考文献
[1]郭猛，陈秋红.一种缩减内容中心网络的AS域间流量的机制[J]，计算机应用研究，2014，31（9）：2816-2819.
[2]刘廉，李志淮，阎丕涛，张英俊.BGP网络的域间瓶颈预测算法[J].大连海事大学学报，2008，34（2）：110-112.
作者简介
陈霞（1975-），女，山东蓬莱人，硕士，长春工程学院，助理研究员，研究方向：教学研究。