CN102447584A - 一种vpn链路优化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种VPN链路优化系统及方法，所述系统包括：链路质量动态检测单元，用以获取和评估每两个相邻的VPN路由器之间的链路质量；信息同步单元，用以将各相邻链路质量信息实时同步给其他各VPN路由器；有向图生成单元，用以根据链路质量制作以链路质量为加权值的有向图；最优路径获取单元，用以计算任意两个VPN路由器节点之间的最短路径，生成实时的最优路由信息表；路由实时调整单元，用以根据最优路由信息表实时调整路由状况，为数据传输选择最佳的路由。本发明彻底改善VPN链路状态，摆脱对互联网链路的依赖，实时动态的最优路径，在保持VPN本身的优势的基础上，改善和提高了VPN链路稳定性，提高传输效率和带宽利用率。
Description
技术领域
本发明属于虚拟专用网络技术领域，涉及一种虚拟专用网络VPN系统，尤其涉及一种VPN链路优化系统；同时，本发明还涉及一种VPN链路优化方法。
背景技术
虚拟专用网络(Virtual Private Network，简称VPN)指的是在公用网络上建立专用网络的技术。其之所以称为虚拟网，主要是因为整个VPN网络的任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路，而是架构在公用网络服务商所提供的网络平台，比如互联网之上的逻辑网络，用户数据在逻辑链路中传输。它涵盖了跨共享网络或公共网络的封装、加密和身份验证链接的专用网络的扩展。VPN主要采用了彩隧道技术、加解密技术、密钥管理技术和使用者与设备身份认证技术。图1为传统VPN的示意图。
虚拟专用网VPN具有以下优点：
(1)使用VPN可降低成本——通过公用网来建立VPN，就可以节省大量的通信费用，而不必投入大量的人力和物力去安装和维护WAN(广域网)设备和远程访问设备。
(2)传输数据安全可靠——虚拟专用网产品均采用加密及身份验证等安全技术，保证连接用户的可靠性及传输数据的安全和保密性。
(3)连接方便灵活——用户如果想与合作伙伴联网，如果没有虚拟专用网，双方的信息技术部门就必须协商如何在双方之间建立租用线路或帧中继线路，有了虚拟专用网之后，只需双方配置安全连接信息即可。
(4)完全控制——虚拟专用网使用户可以利用ISP的设施和服务，同时又完全掌握着自己网络的控制权。用户只利用ISP提供的网络资源，对于其它的安全设置、网络管理变化可由自己管理。在企业内部也可以自己建立虚拟专用网。
同时传统的虚拟专用网(VPN)因为自身的结构特点也有其致命的弱点：
VPN是在公共网络(互联网)上建立的一条安全虚拟的数据通道，其物理的传输途径任然是依赖于互联网链路本身，由于互联网的传输效率的不稳定性，通过互联网传输经常会出现抖动和拥堵，所以在其基础上的VPN通道也会具有同样的特征，传输效率会出现上下波动的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种VPN链路优化系统，可改善和提高VPN链路稳定性，提高传输效率和带宽利用率。
此外，本发明还提供一种VPN链路优化方法，可改善和提高VPN链路稳定性，提高传输效率和带宽利用率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种VPN链路优化系统，所述系统包括：
链路质量动态检测单元，设置于各个VPN路由器中，用以向邻近的所有VPN路由器发送测速消息，实时检测该VPN路由器到各相邻的VPN路由器之间的虚拟链路的传输速率、丢包率以及带宽使用数据，据此为依据综合评估出各链路的传输质量，生成检测报告；
信息同步单元，设置于各个VPN路由器中，用以将所述链路质量动态检测单元获取的检测报告实时发送给其他各VPN路由器，同时收集其他VPN路由器发来的检测报告；
有向图生成单元，设置于各个VPN路由器中，用以根据所述链路质量动态检测单元检测的情况和收到的其他VPN路由器报告，制作出一张以链路质量为加权值的有向图；
最优路径获取单元，设置于各个VPN路由器中，用以根据杰斯特拉算法为任意两个VPN路由器节点之间计算出最短路径，同时根据得出的最短路径实时生成最优路由信息表；计算最短路径的方法为：按路径长度递增次序产生最短路径，即从源点到其余各顶点的各条最短路径中，首先产生距离源点最近顶点的最短路径，然后产生次短的最短路径，以此类推最后产生那条最长的最短路径；
路由实时调整单元，设置于各个VPN路由器中，用以根据所述最优路径获取单元的最优路由信息表实时调整路由状况，为数据的传输选择最佳的路由。
一种VPN链路优化系统，所述系统包括：
链路质量动态检测单元，用以获取每两个相邻的VPN路由器之间的链路质量，生成检测报告；
信息同步单元，用以将所述链路质量动态检测单元获取的检测报告实时发送给其他各VPN路由器，同时收集其他VPN路由器发来的检测报告；
有向图生成单元，用以根据所述链路质量动态检测单元检测的链路质量制作以链路质量为加权值的有向图；
最优路径获取单元，用以计算任意两个VPN路由器节点之间的最短路径，同时根据得出的最短路径实时生成最优路由信息表；
路由实时调整单元，用以根据所述最优路径获取单元的最优路由信息表实时调整路由状况，为数据的传输选择最佳的路由。
作为本发明的一种优选方案，所述系统包括若干链路质量动态检测单元、若干信息同步单元、若干有向图生成单元、若干个路由实时调整单元，各个VPN路由器中均设置一个链路质量动态检测单元、一个信息同步单元、一个有向图生成单元、一个路由实时调整单元；或者，所述系统仅包括一个链路质量动态检测单元、一个信息同步单元、一个有向图生成单元，分别完成对各个VPN路由器实现链路质量检测及有向图生成的动作。
作为本发明的一种优选方案，各个VPN路由器中均设置一个链路质量动态检测单元，所述链路质量动态检测单元周期性向邻近的所有VPN路由器发送测速消息，邻近的VPN路由器在接收到测速消息后将以确认消息返回给发送方，同时在确认消息中附带本VPN路由器的带宽使用量等信息，链路质量动态检测单元则根据测速消息的往返时间、丢包率以及确认消息中的带宽使用量等数据，综合评估出链路的传输质量，并最后生成检测报告。
作为本发明的一种优选方案，所述最优路径获取单元根据杰斯特拉算法为任意两个节点之间计算出最短路径，同时根据得出的最短路径生成实时最优路由信息表；计算最短路径的方法为：按路径长度递增次序产生最短路径，即从源点到其余各顶点的各条最短路径中，首先产生距离源点最近顶点的最短路径，然后产生次短的最短路径，以此类推最后产生那条最长的最短路径。
一种上述的VPN链路优化系统的优化方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：链路质量动态检测单元获取每两个相邻的VPN路由器之间的链路质量，并最后生成检测报告；
步骤S2：信息同步单元将所述链路质量动态检测单元获取的检测报告实时发送给其他各VPN路由器，同时收集其他VPN路由器发来的检测报告；
步骤S3：有向图生成单元根据所述链路质量动态检测单元检测的链路质量制作以链路质量为加权值的有向图；
步骤S4：最优路径获取单元计算任意两个VPN路由器节点之间的最短路径，同时根据得出的最短路径生成实时最优路由信息表；
步骤S5：路由实时调整单元根据所述最优路径获取单元的路由表实时调整路由状况，为数据的传输选择最佳的路由。
作为本发明的一种优选方案，步骤S1中，链路质量动态检测单元分别设置于每个VPN路由器中，周期性向邻近的所有VPN路由器发送测速消息，VPN路由器在接收到测速消息后，将及时回复以确认消息，同时在确认消息中附带本VPN路由器的带宽使用量等信息，链路质量动态检测单元则根据测速消息的往返时间、丢包率以及确认消息中附带的带宽使用量等信息，综合评估出各链路的传输质量，生成检测报告。
作为本发明的一种优选方案，步骤S2中，信息同步单元分别设置于每个VPN路由器中，将所述链路质量动态检测单元获取的检测报告实时发送给其他各VPN路由器，同时收集其他VPN路由器发来的检测报告。
作为本发明的一种优选方案，步骤S3中，有向图生成单元根据所述链路质量动态检测单元检测的情况和收到的其他VPN路由器检测报告，制作出一张以链路质量为加权值的有向图。
作为本发明的一种优选方案，步骤S4中，最优路径获取单元根据杰斯特拉算法为任意两个节点之间计算出最短路径，同时根据得出的最短路径生成实时最优路由信息表；计算最短路径的方法为：按路径长度递增次序产生最短路径，即从源点到其余各顶点的各条最短路径中，首先产生距离源点最近顶点的最短路径，然后产生次短的最短路径，以此类推最后产生那条最长的最短路径。
本发明的有益效果在于：本发明提出的VPN链路优化系统及方法，彻底改善VPN链路状态，摆脱对互联网链路的依赖，实时动态的最优路径，在保持VPN本身的优势的基础上，改善和提高了VPN链路稳定性，提高传输效率和带宽利用率。由于本发明完全直接使用互联网链路，无需租用物理专线(DDN专线或帧中继)，所以继承了互联网的廉价特性。
附图说明
图1为传统VPN示意图。
图2为多条VPN链路的组合示意图。
图3为本发明VPN链路优化系统的组成示意图。
图4为本发明VPN链路优化方法的流程图。
图5为生成的带权有向图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图2，将合理分布的多台VPN路由设备连成网状结构的多条VPN虚拟链路(比如：北京-广州、北京-上海、北京-重庆、北京-西安、上海-重庆、上海-广州、上海-西安、重庆-广州、重庆-西安、广州-西安等单条虚拟链路)。
这些单条的虚拟链路的传输效率是由两个建立VPN端点之间的互联网链路质量决定的，由于互联网的特性，互联网通常是某一或几条链路发生拥堵，而其他链路却是正常，如果VPN链路分布范围足够广，完全可以保证不会全部虚拟链路同时发生拥堵现象，本发明就是利用了这个原则，首先将不同的单条虚拟链路合理的组合起来，任意两个节点之间可以通过其他一个或多个VPN路由器进行路由，并且本发明中的VPN路由器可以自动检测各条虚拟链路的传输质量，实时计算出最优路径，并实时调整路由状况，为数据的传输选择最佳的路由。
可以确定的是，在图2的结构中，通过多条链路的组合，任意两个节点之间必然存在一个最佳最短的路径。
以图2为例，广州到北京的数据传输可以有多条不同的线路(1.广州-北京；2.广州-上海-北京；3.广州-重庆-北京；4.广州-上海-重庆-北京；5.广州-重庆-西安-北京；6.广州-重庆-上海-西安-北京等等。
本发明揭示一种VPN链路优化系统，所述系统具有链路质量动态检测、最优路径计算的功能。请参阅图3，所述VPN链路优化系统包括链路质量动态检测单元10、信息同步单元20、有向图生成单元30、最优路径获取单元40、路由实时调整单元50。
【链路质量动态检测单元】
链路质量动态检测单元10用以获取每两个相邻的VPN路由器之间的链路质量。
本实施例中，所述系统包括若干链路质量动态检测单元10，各个VPN路由器1中均设置一个链路质量动态检测单元10，所述链路质量动态检测单元10向邻近的所有VPN路由器发送测速消息，实时检测该VPN路由器到各相邻的VPN路由器之间的虚拟链路的传输速率以及带宽使用数据，判断出各链路的传输质量，生成检测报告。
【信息同步单元】
信息同步单元20用以将所述链路质量动态检测单元10获取的检测报告实时发送给其他各VPN路由器，同时收集其他VPN路由器发来的检测报告。
【有向图生成单元】
有向图生成单元30用以根据所述链路质量动态检测单元检测的链路质量制作以链路质量为加权值的有向图。本实施例中，所述系统包括若干有向图生成单元30，各个VPN路由器1中均设置一个有向图生成单元30。
【最优路径获取单元】
最优路径获取单元40用以计算任意两个VPN路由器节点之间的最短路径，同时根据得出的最短路径生成实时最优路由信息表。
本实施例中，所述最优路径获取单元根据杰斯特拉算法为任意两个节点之间计算出最短路径，同时根据得出的最短路径生成实时最优路由信息表。
【路由实时调整单元】
路由实时调整单元50用以根据所述最优路径获取单元40的路由表实时调整路由状况，为数据的传输选择最佳的路由。
以上揭示了本发明VPN链路优化系统的组成，本发明在揭示上述VPN链路优化系统的同时，还揭示一种上述的VPN链路优化系统的优化方法；请参阅图4，所述方法包括如下步骤：
【步骤S1】链路质量动态检测单元获取每两个相邻的VPN路由器之间的链路质量。
本实施例中，链路质量动态检测单元分别设置于每个VPN路由器中，向邻近的所有VPN路由器发送测速消息，实时检测该VPN路由器到各相邻的VPN路由器之间的虚拟链路的传输速率以及带宽使用数据，判断出各链路的传输质量，生成检测报告。
【步骤S2】信息同步单元将所述链路质量动态检测单元获取的检测报告实时发送给其他各VPN路由器，同时收集其他VPN路由器发来的检测报告。
【步骤S3】有向图生成单元根据所述链路质量动态检测单元检测的链路质量制作以链路质量为加权值的有向图。
【步骤S4】最优路径获取单元根据杰斯特拉算法计算任意两个VPN路由器节点之间的最短路径，同时根据得出的最短路径生成实时最优路由信息表。计算最短路径的方法为：按路径长度递增次序产生最短路径，即从源点到其余各顶点的各条最短路径中，首先产生距离源点最近顶点的最短路径，然后产生次短的最短路径，以此类推最后产生那条最长的最短路径。
【步骤S5】路由实时调整单元根据所述最优路径获取单元的最优路由信息表实时调整路由状况，为数据的传输选择最佳的路由。
步骤S4中提到的迪杰斯特拉算法提出的是一种求从某个源点到其余各顶点的最短路径的经典算法。算法的基本思想是：按路径长度递增次序产生最短路径，即从源点到其余各顶点的各条最短路径中，首先产生距离源点最近顶点的最短路径，然后产生次短的最短路径，以此类推最后产生那条最长的最短路径。
在本发明中根据VPN路由器实时检测到的各相邻链路的代价值，通过各路由器的实时信息同步，生成一张带权的有向图(如图5所示)和相对应的代价邻接矩阵(表1)。
表1有向图G的代价邻接矩阵A
【注】Ri为路由器节点，Dij表示为路由器Ri到其邻接路由器Rj的链路代价。
在拥有了表1的代价邻接矩阵，就可以运用迪杰斯特拉算法非常方便的计算出任意两个节点之间的最短路径，方法描述如下：
引进一个辅助向量D，它的每个分量D表示当前所找到的从始点R到每个终点Ri的最短路径的长度。它的初始状态为：若从R到Ri存在链路，则D为链路上的权值；否则置D为∞。显然，长度为D[j]＝Min{D|Ri∈R}的路径就是从R出发的长度最短的一条最短路径，此路径为(R，Rj)。
那么，下一条长度次短的最短路径是哪一条呢？假设该次短路径的终点是Rk，则可想而知，这条路径或者是(R，Rk)，或者是(R，Rj，Rk)。它的长度或者是从R到Rk的链路上的权值，或者是D[j]和从Rj到Rk的链路上的权值之和。通常情况下，假设S为已求得最短路径的终点的集合，则可证明：下一条最短路径(设其终点为X)或者是链路(R，x)，或者是中间只经过S中的顶点而最后到达顶点X的路径。因此，下一条长度次短的最短路径的长度必是D[j]＝Min{D|Ri∈R-S}其中，D或者是链路(R，Ri)上的权值，或者是D[k](Rk∈S)和链路(Rk，Ri)上的权值之和。(参见表2)
表2最短链路可能性举例
实施例二
本实施例中，所述系统仅包括一个链路质量动态检测单元、一个信息同步单元、一个有向图生成单元，分别完成对各个VPN路由器实现链路质量检测及有向图生成的动作。
综上所述，本发明提出的VPN链路优化系统及方法，经过链路优化后，将实时根据链路状况为用户选择最优最快的路由，从而在普通的互联网上实现快速稳定的链路质量，为用户提供高效稳定安全的虚拟专用网络，极大地提高虚拟网络的传输效率和带宽使用率，大大降低用户使用费用。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (10)
1.一种VPN链路优化系统，其特征在于，所述系统包括：
链路质量动态检测单元，设置于各个VPN路由器中，用以实时检测该VPN路由器到各相邻的VPN路由器之间的虚拟链路的传输速率、丢包率以及带宽使用数据，据此为依据综合评估出各链路的传输质量，并最后生成检测报告；
信息同步单元，用以将所述链路质量动态检测单元获取的检测报告实时发送给其他各VPN路由器，同时收集其他VPN路由器发来的检测报告；
有向图生成单元，设置于各个VPN路由器中，用以根据所述链路质量动态检测单元检测的情况和收到的其他VPN路由器报告，制作出一张以链路质量为加权值的有向图；
最优路径获取单元，用以根据杰斯特拉算法为任意两个VPN路由器节点之间计算出最短路径，同时根据得出的最短路径生成实时最优路由信息表；计算最短路径的方法为：按路径长度递增次序产生最短路径，即从源点到其余各顶点的各条最短路径中，首先产生距离源点最近顶点的最短路径，然后产生次短的最短路径，以此类推最后产生那条最长的最短路径；
路由实时调整单元，用以根据所述最优路径获取单元的最优路由信息表实时调整路由状况，为数据的传输选择最佳的路由。
2.一种VPN链路优化系统，其特征在于，所述系统包括：
链路质量动态检测单元，用以获取每两个相邻的VPN路由器之间的链路质量，生成检测报告；
信息同步单元，用以将所述链路质量动态检测单元获取的检测报告实时发送给其他各VPN路由器，同时收集其他VPN路由器发来的检测报告；
有向图生成单元，用以根据所述链路质量动态检测单元检测的链路质量制作以链路质量为加权值的有向图；
最优路径获取单元，用以计算任意两个VPN路由器节点之间的最短路径，同时根据得出的最短路径产生实时的最优路由信息表；
路由实时调整单元，用以根据所述最优路径获取单元的最优路由信息表实时调整路由状况，为数据的传输选择最佳的路由。
3.根据权利要求2所述的VPN链路优化系统，其特征在于：
所述系统包括若干链路质量动态检测单元、若干信息同步单元、若干有向图生成单元、若干路由实时调整单元，各个VPN路由器中均设置一个链路质量动态检测单元、一个信息同步单元、一个有向图生成单元、一个路由实时调整单元；或者，所述系统仅包括一个链路质量动态检测单元、一个信息同步单元、一个有向图生成单元，分别完成对各个VPN路由器实现链路质量检测及有向图生成的动作。
4.根据权利要求3所述的VPN链路优化系统，其特征在于：
各个VPN路由器中均设置一个链路质量动态检测单元，所述链路质量动态检测单元周期性向邻近的所有VPN路由器发送测速消息，邻近VPN路由器接收到测速消息后，将及时回复以确认消息，同时在确认消息中附带本VPN路由器的带宽使用量信息，链路质量动态检测单元根据测速消息的往返时间、丢包率以及带宽使用量数据，综合评估出各链路的传输质量，并生成链路检测评估报告。
5.根据权利要求3所述的VPN链路优化系统，其特征在于：
所述最优路径获取单元根据杰斯特拉算法为任意两个节点之间计算出最短路径，同时根据得出的最短路径实时生成最优路由信息表；计算最短路径的方法为：按路径长度递增次序产生最短路径，即从源点到其余各顶点的各条最短路径中，首先产生距离源点最近顶点的最短路径，然后产生次短的最短路径，以此类推最后产生那条最长的最短路径。
6.一种权利要求1所述的VPN链路优化系统的优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：链路质量动态检测单元获取每两个相邻的VPN路由器之间的链路质量，生成检测报告；
步骤S2：信息同步单元将所述链路质量动态检测单元获取的检测报告实时发送给其他各VPN路由器，同时收集其他VPN路由器发来的检测报告；
步骤S3：有向图生成单元根据所述链路质量动态检测单元检测的链路质量制作以链路质量为加权值的有向图；
步骤S4：最优路径获取单元计算任意两个VPN路由器节点之间的最短路径，同时根据得出的最短路径生成实时最优路由信息表；
步骤S5：路由实时调整单元根据所述最优路径获取单元的最优路由信息表实时调整路由状况，为数据的传输选择最佳的路由。
7.根据权利要求6所述的优化方法，其特征在于：
步骤S1中，链路质量动态检测单元分别设置于每个VPN路由器中，周期性向邻近的所有VPN路由器发送测速消息，VPN路由器接收到测速消息后，及时回复以确认消息，同时在确认消息中附有带宽使用量等信息，链路质量动态检测单元根据测速消息的往返时间、丢包率和带宽使用量数据，综合评估出各链路的传输质量，并生成实时的检测报告。
8.根据权利要求6所述的优化方法，其特征在于：
步骤S2中，信息同步单元分别设置于每个VPN路由器中，将所述链路质量动态检测单元获取的检测报告实时发送给其他各VPN路由器，同时收集其他VPN路由器发来的检测报告。
9.根据权利要求6所述的优化方法，其特征在于：
步骤S3中，有向图生成单元分别设置于每个VPN路由器中，根据所述链路质量动态检测单元检测的情况和收到的其他VPN路由器报告，制作出一张加权值的有向图。
10.根据权利要求6所述的优化方法，其特征在于：
步骤S4中，最优路径获取单元分别设置于每个VPN路由器中，根据杰斯特拉算法为任意两个节点之间计算出最短路径，同时根据得出的最短路径实时生成最优路由信息表；计算最短路径的方法为：按路径长度递增次序产生最短路径，即从源点到其余各顶点的各条最短路径中，首先产生距离源点最近顶点的最短路径，然后产生次短的最短路径，以此类推最后产生那条最长的最短路径。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120509 |