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試論如何在可信網絡中保證網絡可用的研究
論文關鍵詞：可信網絡 網絡可用 網絡可生存
論文摘要：可信網絡已經成為下一代網絡研究的新趨勢，可信網絡中如何保證網絡可用、可生存是可信網絡研究的重要組成部分。該文對可信網絡的研究內容及網絡可生存性的研究現狀進行了簡介，概述了網絡可用、可生存性是一個綜合信息。通過對網絡服務可用性、鏈路生存性、IP網絡生存性及網絡帶寬測量的，對可信網絡中如何保證網絡可用進行了展望。
1 研究背景
隨著互聯網規模和應用的快速增長，互聯網已經融入了我們日常生活，成為最大的管理信息系統，但是互聯網的快速發展也帶來了日益突出的網絡安全問題，如網絡病毒、惡意攻擊、垃圾郵件等，導致網絡用戶對網絡的可信度下降。網絡正面臨著嚴峻的安全和服務質量保證等重大挑戰，保障網絡可信成為下一代網絡正常發展的重要保證�！案呖尚啪W絡”已被正式寫入國家中長期科學和技術發展規劃綱要，為可信網絡的發展確定了發展目標[1]。
目前可信網絡主要研究的內容包括三個方面：服務提供者的可信，網絡信息傳輸的可信，終端用戶的可信[2]。而可信網絡需要解決的問題包括四個方面：一是建立網絡和用戶的可信模型，二是可信網絡的體系結構，三是網絡服務的可生存性，四是網絡的可管理性[3]。為整個系統建立可行的身份可信和行為可信評估模型，解決了傳統的網絡安全檢測只能針對局部進行檢測的局限。由于單個網絡技術或產品在功能和性能上都有其局限性，以及網絡安全的發展趨勢由被動檢測向主動防御方向發展，需要重新設計一種可信的網絡體系，整合多種技術并在多個平面上進行融合。網絡服務的可生存性是可信網絡研究的一個基本目標，也是網絡基本服務可用性的保障，通常采用容錯、容侵、面向恢復的計算等方式來保障網絡基本服務，同時也可以將網絡服務可生存性理解對冗余資源的調度問題，即為某服務關聯的冗余資源設計合理的調度策略，借助實時監測機制，調控這些資源對服務請求做出響應。
可信網絡中網絡可用、可生存性是一個包含服務可用和資源可用的多方面的綜合要求，不同的用戶群體對網絡可能提出不同的要求，關注不同的重點。網絡用戶和服務提供商主要關注網絡服務的可用性，網絡運營商更關注鏈路和IP網絡的可用性。
2 保證網絡可用的研究方面
網絡可生存性指對網絡系統基本服務可用性的保障，即在系統發生故障或者遭受惡意攻擊時仍按照要求及時完成任務的能力，或者重新配置基本服務的能力。網絡可用、可生存性是可信網絡的基礎。
2.1 網絡服務可生存性
網絡服務是下一代互聯網的中心，造成網絡服務失效的原因可歸納為軟硬件故障或網絡攻擊破壞用戶行為。網絡服務可用、可生存性主要指在軟件系統的設計，使用和評估過程中，保證提供服務的安全可靠性和可用性。目前這方面的研究主要包括網絡信息系統可生存性，p2p網絡可生存性，Ad hoc網絡可生存性，網絡態勢分析中服務可用性這幾個方面，研究的熱點在AD hoc網絡和信息系統的可生存性評估。
2.2 網絡鏈路可生存性
網絡鏈路可生存性主要包括對故障的抵抗能力，故障發生后業務的恢復能力，引入了路由機制，可用性評估機制來增強網絡生存性，提高網絡可用性。
傳統的生存機制只考慮一種網絡中發生單一故障的情況，并多采用某種單一的技術實現幫故障鏈路的重新選路，文獻[4]等人針對傳統子網路由法存在的問題，在子網路由法中考慮了對共享分享鏈路組的恢復問題，并引入了選路原則，提出了具有多重故障恢復能力的光網絡生存性機制，提高了網絡的恢復效率同時解決了二次故障的生存性問題[4]。
為了公正的評估網絡生存性，文獻[5,6]定義網絡可用性概念為可用性與阻塞率的平衡點對應的可用性值，設計了動態業務下的網絡可用性算法DNAA來得到網絡可用性值，并定義了網絡的運行性能等于網絡的業務接受率乘以業務要求的可用性，算法在保證網絡具有最好的運行性能下獲得最高的網絡可用性[5-6]。
為了能夠使網絡在出現流量變化和鏈路故障時有效避免鏈路擁塞，增強網絡的生存性，文獻[7]提出了一種通過優化鏈路權值來增強網絡生存性的方案。該方案在選擇鏈路權值時考慮了所有可能的鏈路故障情景和網絡流量的變化，通過引入費用函數對過載鏈路賦以高費用的方法來避免鏈路過載，并利用遺傳算法在所有可能的鏈路權值組合中尋找使鏈路費用之和最小的組合[7]。
2.3 IP網絡可生存性
IP網絡中IP路由具有較好的魯棒性，可以在復雜的網絡故障場景中提供相應的保護和恢復機制，IP網絡的生存性是網絡生存性研究的一個子集，常用的方法為多路徑路由和快速重路由等方式。
隨著交互式應用和各種實時業務的增長對網絡生存性要求的提高，IP網絡的生存性研究受到了越來越多的關注，文獻[8]對IP網絡生存性進行了總結，首先對IP網絡生存性面臨的問題以及影響因素作了概括，并且對目前有關純IP網絡生存性、MPLS網絡生存性、IP網絡與底層的生存性協調研究作了歸納總結，尤其對純IP網絡的生存性研究現狀從多方面進行了比較詳細的介紹，最后指出IP網絡的快速重路由機制具有很好的實際應用潛力，保護恢復能力和服務質量在MPLS網絡中的結合、動態多層保護則是未來IP骨干網生存性維護的發展方向[8]。
多路徑路由機制也是提高IP網絡效率、保障網絡安全的主要方式，也是安全路由機制的重要手段。多路徑策略能夠在局部節點或鏈路因失效而不能進行數據傳輸的情形下，使用備用路徑保證的可靠性。針對現有的針對多路徑路由機制的研究大多數是基于實驗觀察和仿真研究，且大多是針對特定應用場景而提出的啟發式算法，缺乏普遍意義。文獻[9]從理論上分析多路徑策略與網絡性能及生存性之間的關系，從點到點網絡入手提出了多路徑機制下的網絡干擾影響模型，對干擾下網絡性能的上限進行了探討[9]。
同時為了解決極端下的故障處理、故障處理中的負載均衡、關聯故障的處理，文獻[9]定義網絡的可生存性為，系統在受到攻擊、故障、意外事件等情況的影響時能夠及時完成任務的能力，建立了一種基于性能的網絡生存性評估模型，提出了一種基于偏轉路由的故障處理技術，以實現對節點故障以及鏈故障的快速處理，并研究故障處理過程中對負載均衡以及對服務質量的支的問題。提出了兩種極端環境下的故障處理技術，分別針對節點可靠、鏈路不可靠和節點、鏈路均不可靠的情況。提出了基于連通支配集合的重路由技術，應用于節點可靠而鏈路不可靠的情況。
2.4 網絡可用帶寬測量
網絡測量可用于評估網絡的可用性，是重要的網絡性能參數之一，可用帶寬測量在路由選擇，服務質量，流量工程等方面具有重要的作用。一類是基于探測間隔模型PGM，另一類是基于探測速率模型PRM。
為了對網絡可用帶寬進行探測，文獻[10]在參考BFind和PathLoad的基礎上， 針對端到端的網絡、基于包排隊方式的雙向雙步長網絡路徑可用帶寬的探測方法[10]。該探測方法由時延監視和UDP發送兩個進程組成，基于包的排隊時延來獲取路徑的可用帶寬，并通過采用雙向雙步長的方法來遞增或遞減UDP包的發送速率。和PathLoad相比實現更加簡單，可以縮短探測次數和運行時間，和BFind相比降低了探測帶來的開銷。
3
可信網絡已經成為下一代網絡研究的新趨勢，可信網絡中如何保證網絡可用、可生存是可信網絡的重要組成部分。本文對可信網絡的研究內容及網絡可生存性的研究現狀進行了簡介，進一步發現了網絡可用、可生存性是一個綜合信息。通過對網絡服務可用性、鏈路生存性、IP網絡生存性及網絡帶寬測量的分析，可以得出對于網絡可用、可生存性的研究一方面需要從可信網絡的體系結構中歸納相應的模型，對網絡可用進行定量測量，同時需要從網絡源端進行保證和完善可信網絡中網絡可生存性的目標。網絡可生存性的研究還可以從資源調度角度出發，為同某服務關聯的冗余資源設計合理的調度策略，調控這些資源對服務需求做出的響應。
參考文獻：
[1] 林闖,田立勤,王元卓.可信網絡中用戶行為可信的研究[J].研究與發展,2008(12):2033-2043.
[2] 林闖,彭雪海.可信網絡研究[J].計算機學報,2005(5).
[3] 林闖,任豐原.可控可信可擴展的新一代互聯網[J].軟件學報,2004(12):1815-1821.
[4] 曲樺,李增智.具有多重故障恢復能力的光網絡生存性機制[J].北京郵電大學學報,2006(S1).
[5] 林蓉平,王晟,李樂民.一種考慮阻塞率的WDM網絡可用性算法[J].科技大學學報,2007(1).
[6] 林蓉平,王晟,李樂民.一種基于運行性能的網絡可用性算法[J].電子與信息學報,2006(11).
[7] 于濤,陳山枝,李昕. 一種通過優化鏈路權值來增強網絡生存性的方案[J].高技術通訊,2008(7).
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[9] 黃松,許勇,張凌.基于多路徑路由機制的網絡生存性分析[J].中國科學:E輯:信息科學,2008(10).
[10] 朱尚明,高大啟,莊新華. 一種基于包排隊方式的網絡路徑可用帶寬探測方法[J].計算機科學,2007(10).
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