2018存根网络多家乡技术现状

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　　1．引言
　　据互联网系统协会(ISC, Internet Systems Consortium)的统计，互联网的主机数已超过6亿个，如此大规模的网通常采用划域自治的方法管理和组织。如图1所示，划分后的域(子网)从拓扑连接特征上可分为两种，一种仅与其他子网连接，主要负责域间的数据传递，通常称之为传输网络(Transit Network), 另一种一端与其他子网连接，另一端负责主机的接入，通常称为末端网络(Stub Network)，亦称为存根网络。所谓存根网络指仅接收发送本地主机资料的网络，并不负责子网数据的转发。传统的存根网络只有一个网络连接，也就是说只与一个子网连接且连接链路仅有一条，如果这条连接失败，则网络不再与其他子网连通，可靠性差。
　　为了实现可靠性，研究者提出了具有多个网络连接的存根网络技术，称之为多家乡(multihoming) 技术，可以在某个连接失败时，通过启用其它冗余连接，提高网络可靠性和生存性。当多个连接属于同一互联网提供商(ISP，Internet Service Provider)时，存根网络的地址由该ISP分配，通常所得地址属于同一地址块，因此这样的存根网络称之为单址多连接网络；当多个连接分属于不同的ISP时，该存根网络可能同时获得来自不同ISP的处于不同网段的地址块，因此这样的存根网络称之为多址网络。
　　ISP2为存根网络分配的地址块是168.19.0.0/16，ISP3为存根网络分配的地址块是177.25.20.0/18，显然，该存根网络同时拥有了两个地址块，如何为存根网络中的主机选择地址块并合理分配较优的地址，就引发了存根网络的地址管理问题；再者，多址存根网络因连接了多个ISP，其流量可通过多个ISP传入、送出，如何选择合理的路由，实施流量均衡，就引出了路由策略问题；最后，若多址存根网络的两个ISP连接中一条连接失败时，需要实时切换到另一条连接，提高网络的可靠性，就引出了故障处理问题。综上所述，地址管理，路由策略制定和故障处理是多家乡技术的三个关键问题，直接决定着多家乡技术的进一步部署与实施。
　　本文综述了现有的多家乡技术方案，按照IPv4和IPv6两种网络结构对这些方案进行了归纳总结和分类。将基于IPv4的主流多家乡技术归纳为边界网关协议(BGP，Border Gateway Protocol)多家乡技术和网络地址转换(NAT，Network Address Translation)多家乡技术，将基于IPv6的多家乡技术总结为基于控制路径广播的可扩展多家乡技术。需要补充说明的是，多家乡技术可以在网络的各个协议层实现：如链路层、网络层和传输层。尽管传输层的多家乡技术的研究也非常活跃。由于地址管理和路由策略都属于网络层的技术，因此本文主要关注的是网络层的多家乡技术。
　　2．相关概念
　　首先给出文章后几节所用到的术语。
　　(1)自治系统(AS，Autonomous System)
　　互联网是由许多子网或AS组成的。AS指一组共享相似的路由策略并在单一管理域中运行的路由器的集合。一个AS可以是一些运行单个内部网关协议(IGP，Interior Gateway Protocols)协议的路由器集合。也可以是一些运行不同路由选择协议但都属于同一个组织机构的路由器集合。不管是哪种情况，外部世界都将整个AS看作是一个实体。每个AS都有一个唯一的可区分不同AS编号，这个编号是由因特网授权的管理机构IANA分配的。AS是互联网的路由策略单元。
　　(2)AS路由
　　AS之间的路由处理就称之为AS间路由，在AS间的路由处理过程中，每个AS广播它的路由表给其他AS。一个AS路由通告包括一个IP前缀和一串AS编号，例如100.26.2.0/20 205:123.这里 100.26.2.0/20是一个网络的IP前缀，205:123是到达网络100.26.2.0/20的路径上的AS的编号。根据AS编号信息，路由器能计算出到达一个网络的最佳路由[10]。
　　(3)聚合路由
　　为减少广播的开支和路由表的大小，AS可能在路由广播中将有相同特征的路由合并成一个路由。具体来说，路由器归纳一组IP前缀，用一个IP前缀将路由通告给多个IP前缀。这就是所谓的聚合路由。例如，路由通告100.26.2.0/16 205 和 100.26.2.0/20 123 可能被归纳为100.26.2.0/16 205:123. 由于一个传统的存根网络只连接一个ISP，上游AS相同的存根网络(这些存根网络都有从这个上游AS继承来的IP前缀)广播的路由可以聚合。
　　(4)非聚合路由
　　在多址存根网络中，一个存根网络可以多址到多个AS，从而可能从不同的上游AS继承多个IP前缀，因此，多址存根网络广播的IP前缀不能聚合。例如，路由通告101.21.0.0/16 105 和 102.14.2.0/20 201 就不能聚合，这就是所谓的非聚合问题。
　　3．基于IPv4的多家乡技术
　　目前，可行部署方案主要有两种：一种是仅用BGP的多家乡技术，称为BGP多家乡技术；另一种是用NAT机制的多家乡技术，称为NAT多家乡技术。
　　3.1 BGP多家乡技术