專利名稱：在具有多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的包交換通信網(wǎng)絡(luò)路由數(shù)據(jù)包的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在具有多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的包交換通信網(wǎng)絡(luò)中路由數(shù)據(jù)包的方法。
背景技術(shù)：
在具有多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，例如路由器、交換機或者網(wǎng)關(guān)的包交換通信網(wǎng)絡(luò)中，譬如因特網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)，簡稱IP網(wǎng)絡(luò)，或者開放系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，簡稱OSI網(wǎng)絡(luò)中采用不同的方法選路、路由、接轉(zhuǎn)或者說從發(fā)射機向接收機傳輸帶有目標地址的數(shù)據(jù)包，譬如固特網(wǎng)協(xié)議包，簡稱IP包，或者協(xié)議數(shù)據(jù)單元，簡稱PDU。所謂路由確定用什么路徑數(shù)據(jù)包從發(fā)射機抵達接收機、相應(yīng)目標、目標網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或者目標系統(tǒng)。
為了在傳輸數(shù)據(jù)包時達到較高的無故障率，采用所謂的多徑路由或者多徑接轉(zhuǎn)。通過其使用應(yīng)當在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點故障、連接路徑故障或鏈路故障時明顯地減少反應(yīng)時間和降低質(zhì)量損害。
在多徑路由中通過不同路徑或者說多個路徑，相應(yīng)于由所賦與的通信量分配權(quán)重確定的固定的通信量分配，從發(fā)射機向接收機傳輸相繼的包或者包的組，即所謂的流。所述的通信量分配權(quán)重確定目標地址或者連接路徑的每個路徑的通信量負荷。所述的通信量分配權(quán)重一般地是0和1之間的值，其中0代表一個連接或者說一個路徑上沒有通信量，而1代表最大的通信量。通信量分配值為1指得是所有的包都經(jīng)過該路徑發(fā)送。在提供多個路徑的多徑路由中，借助于所述權(quán)重分配通信量。通信量對一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的一個目標的通信量分配權(quán)重的和相應(yīng)于1，也就是通信量的100％。
在具有通信網(wǎng)絡(luò)的每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中可能的的快速、局部的故障反應(yīng)的多徑路由的情況下，只有在每個參與的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都至少具有兩個經(jīng)過到所要求的目標或者目標網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的不同鏈路的路徑時，才能夠達到較高的可靠性。這稱為所謂的出度(outdegree)2或者稱為02。不然在鏈路故障時沿目標方向的連接就會中斷。相應(yīng)地在多徑路由或者說多徑選路中a)在一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中必須對目標具有一個以上的路徑，就是說必須具有至少一個可供選擇替換的路徑。由此使之能夠?qū)︽溌饭收嫌锌焖俚木植糠磻?yīng)，此外b)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間和經(jīng)多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)出的多徑路由路徑的鏈接不應(yīng)當導致閉環(huán)。路由閉環(huán)導致網(wǎng)絡(luò)中包的環(huán)流。環(huán)流的包加重數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中鏈路和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的負荷，從而還降低網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量并且導致顯著的不必要的包延遲或者導致包丟失。
條件a)和b)是有矛盾的，因為避免路由閉環(huán)往往導致對一個目標的可能和可用的多徑路徑或者說線路的限制。
這要通過一個例子加以說明。圖1中示出一個包交換的通信網(wǎng)絡(luò)的一部分的安排，所述通信網(wǎng)絡(luò)例如是IP網(wǎng)絡(luò)，由三個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A、B、C組成，這三個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分別通過連接或者說鏈路AB、AC和BC相互連接成為一個三角形。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A和B具有對該數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的一個沒有圖示出的部分的連接，通過所述的連接它們得到數(shù)據(jù)包。下面考慮為連接在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C上的沒有示出的目標Z，或者為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C確定的數(shù)據(jù)包。
在標準的，所謂最短路徑路由中，由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A接收的對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的數(shù)據(jù)包通過連接AC向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C發(fā)送。同樣地由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B接收的對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的數(shù)據(jù)包通過連接BC向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C發(fā)送。
關(guān)于接轉(zhuǎn)帶有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的目標地址的數(shù)據(jù)包的路由表就應(yīng)當是在節(jié)點A中
在節(jié)點B中
在多徑路由中或者說在多徑接轉(zhuǎn)中給出以下可選擇路徑網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A可以把向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的包還通過連接AB向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B接轉(zhuǎn)，再從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B經(jīng)連接BC向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C接轉(zhuǎn)。
同樣地網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B可以把向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的包通過連接AB向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A接轉(zhuǎn)，再從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B經(jīng)連接AC向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C接轉(zhuǎn)。這樣路由表就對可選擇的替代路徑包括進通信量分配極權(quán)重
在節(jié)點A中
在節(jié)點B中
如果在純的以目標為基礎(chǔ)的接轉(zhuǎn)判定中采用這兩個路由表，那么就以p1p3的概率出現(xiàn)這樣的情況一個包從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A在至網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的路線上首先經(jīng)連接AB接轉(zhuǎn)到B，接著又從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B經(jīng)連接AB接轉(zhuǎn)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A。以(p1p3)2的概率一個包連續(xù)地通過兩次。一個包往復n次的概率是(p1p3)n。從而從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A至網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的包接轉(zhuǎn)不能夠無閉環(huán)地實現(xiàn)。
在本發(fā)明人的DPMA專利申請?zhí)?0301265.6的較早的德國專利申請中，為了解決所述的問題提出，放棄通信量分配，并且代之以對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可局部實施的規(guī)則。從對關(guān)鍵的變通線路，也就是對潛在的閉環(huán)的通信量分配權(quán)重設(shè)定在最小的值，就是說設(shè)定在零。然而把線路引入到路由表中并且稱為所謂的“Joker鏈路”。此外這時節(jié)點采用這樣的規(guī)則只有在所希望的相鄰的路由器或者下個中繼段不再通過具有正的權(quán)重的其它的路徑達到時，節(jié)點才采用設(shè)有最小通信量分配權(quán)重的鏈路。這種對純以目標為基礎(chǔ)的包多徑接轉(zhuǎn)原理的簡單擴展排除了環(huán)流包的問題。該方法的優(yōu)點在于，在多徑路由或者多徑選路時可以提供無閉環(huán)的替代路徑。
該方法要借助于一個舉例加發(fā)說明。圖1已經(jīng)介紹地說明了包交換數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的一個部分的安排。從以前說明著眼，前述公知的方法在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A和B的路由表中對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C有以下的各項在節(jié)點A中
在節(jié)點B中
抵達網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A的要向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C接轉(zhuǎn)的包在正常的情況下總是經(jīng)初級連接AC向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C轉(zhuǎn)關(guān)。只有在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A確定，連接AC出了故障時，才局部地改變分配權(quán)重，并且經(jīng)替代路由路徑AB向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B轉(zhuǎn)發(fā)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的包。在連接AC出故障時網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A中的各項是在節(jié)點A中
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B又只是直接地經(jīng)其初級連接BC向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C接轉(zhuǎn)所述的包，因為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B根據(jù)同樣的規(guī)則只采用在其路由表中有正的權(quán)重的用于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的項。
在實際網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)多徑路由時出現(xiàn)問題。這些問題特別是*在用正好兩個路徑的路由且在一個鏈路出故障時對目標節(jié)點就只能夠提供一個路徑。由于一般地直到修理好一個鏈路經(jīng)歷的時間較長，在此時間內(nèi)有可能第二鏈路也出故障，從而可能中斷所謂的端對端的關(guān)系，或者由于過載不再能夠保證所述的業(yè)務(wù)質(zhì)量/服務(wù)質(zhì)量。如果，N＞2，提供有N個路徑，而N-1個路徑出故障時也存在類似問題。
*采用Joker鏈路方法在當今的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中不可能簡單。
*在弱勢或者不利地聯(lián)網(wǎng)或者說混雜的網(wǎng)絡(luò)中，可能出現(xiàn)一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有兩個或者多個鏈路，然而這些鏈路卻由于拓撲局限或者必要的選路無閉環(huán)性而不能夠一起使用或者部分地使用。常常在這種情況下不可能有通過使用Joker鏈路達到快速的局部替代切換。
對于例舉的所述問題和由此產(chǎn)生的成本后果迄今還不知道有適當?shù)慕鉀Q措施。
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是，指出另一種在包交換的通信網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)包選路的方法，所述的方法針對上述技術(shù)問題在選取替代路徑時提高附加的可能性。
該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的方法完成。
所述方法的優(yōu)點在于，通過采用多協(xié)議標簽交換，簡稱MPLS，可以在不然就用多徑路由運行的通信網(wǎng)絡(luò)的選出的部分中提供無閉環(huán)的替代路徑。通過有選擇地采用MPLS可以在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)節(jié)點故障或者鏈路故障時提供替代路徑。
本發(fā)明的有利擴展在從屬權(quán)利要求中說明。
在本發(fā)明的一個有利的擴展中，依據(jù)數(shù)據(jù)包的目標地址通過MPLS進行數(shù)據(jù)包的變通接轉(zhuǎn)。其優(yōu)點是，可以把使用的MPLS的數(shù)量降低至最小。
在本發(fā)明的一個有利的擴展中在一個連接路徑出故障時建立MPLS替代連接路徑。其優(yōu)點是替代了出故障的連接路徑，此外還可以實施根據(jù)多徑路由的無閉環(huán)的通信量分配。所述的建立MPLS替代連接路徑可以依據(jù)目標地址進行。例如，可以對不同的目標地址安排不同的MPLS替代連接路徑。從而在一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中至少可以提供兩個無閉環(huán)的路徑用于通信量分配，滿足所謂02節(jié)點的條件。
下面借助于附圖詳細地說明本發(fā)明的實施例。
在附圖中圖1是帶有三個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和第一MPLS線路的通信網(wǎng)絡(luò)的一部分，圖2是帶有五個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和第二MPLS線路的通信網(wǎng)絡(luò)的一部分，圖3是帶有五個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和第三MPLS線路的通信網(wǎng)絡(luò)的一部分，圖4是帶有六個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和第四MPLS線路的通信網(wǎng)絡(luò)的一部分，圖5是帶有六個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和第五MPLS線路的通信網(wǎng)絡(luò)的一部分。
具體實施例方式
在多協(xié)議標簽交換，簡稱MPLS中，保持確定在其上在繞行“正常路由”通過傳送包的路徑或者線路的網(wǎng)絡(luò)范圍狀態(tài)。在此網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不再借助于包的目標IP地址接轉(zhuǎn)包，而是在網(wǎng)絡(luò)輸入端對每個包添加一個比特序列，即所謂的標簽。這種在每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中分析并且有可能改變的標簽確定在什么路徑上接轉(zhuǎn)所述的包。標簽與線路之間的關(guān)系必須在網(wǎng)絡(luò)投入運行時產(chǎn)生。在網(wǎng)絡(luò)輸出端再去除所述標簽。
在采用多協(xié)議標簽交換時，把數(shù)據(jù)包的所有源網(wǎng)絡(luò)節(jié)點對目標網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通信量關(guān)系映射到網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的所謂端至端線路上。這種做法導致線路“完全混雜”。由此出現(xiàn)0(N2)的通信量關(guān)系復雜性或者說高的管理復雜性。這在網(wǎng)絡(luò)中導致，對于MPLS必須選擇許多狀態(tài)信息。這在許多情況下是不希望的。
在根據(jù)本發(fā)明的方法只在網(wǎng)絡(luò)的選取的位置使用MPLS。通過適當?shù)厥褂靡恍㎝PLS線路避免多徑路由的問題。
與其“正?！笔褂闷x地不以邊緣對邊緣的形式使用MPLS，而是在網(wǎng)絡(luò)中間直接在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或者所謂的“核心路由器”之間使用。由此出現(xiàn)多徑路由和變通的MPLS的混合運行。如以前一樣網(wǎng)絡(luò)作為選路的IP網(wǎng)絡(luò)工作，然而有些所謂的IP下個中繼段(hop)通過經(jīng)多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的MPLS線路段實現(xiàn)。就是說，通過一個從第一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點經(jīng)多個其它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通向第二網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的MPLS線路，使第二網(wǎng)絡(luò)節(jié)點近似于第一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的直接近鄰。
下面著眼于，在接通一個可以經(jīng)多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點走行的MPLS以后，就自動地監(jiān)測其工作性能。這可以通過線路起始和線路終止之間的所謂?；钚盘?keep alive signal)進行，或者通過MPLS端對端保護監(jiān)測。由此應(yīng)當快速地識別故障并且為出故障的MPLS線路找出快速的局部替代電路。
圖1示出已經(jīng)介紹地說明了的通信網(wǎng)絡(luò)，譬如IP網(wǎng)絡(luò)，的一個部分，由三個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A、B和C組成，這三個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點各通過一個連接路徑、一個鏈路或者說一個連接AB、AC、BC相互連接。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A和B具有對圖中沒有示出的通信網(wǎng)絡(luò)的部分的其它連接。
下面考慮在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A和B上接收的并且為目標網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C確定的數(shù)據(jù)包。
參照在前序部分說明的多徑路由的通信量分配問題和多徑路由的無閉環(huán)性，在圖1中所示的網(wǎng)絡(luò)中以既安排從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B至網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的MPL線路A-B-C，也安排從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A至網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的MPL線路B-A-C的方式，使用多協(xié)議標簽交換，簡稱MPLS。
圖2示出一個通信網(wǎng)絡(luò)的一部分，帶有經(jīng)多個連接AC、AD、AE、BC、BE和DE相互連接的五個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A、B、C、D和、E。下面考慮從網(wǎng)絡(luò)未在圖中示出的部分在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B及在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A接收的，對目標網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的數(shù)據(jù)包。在這種情況下，例如不存在本可用于全值的02路由的連接AB。全值的02路由可以通過MPLS線路A-E-B-C和B-E-A-C進行。由此，在連接AC或者B出故障時可以通過局部反應(yīng)保護網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A、B、D和E。
圖3示出根據(jù)圖2的映射，附帶標示出在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A和B之間存在連接AB。該連接AB受到干擾并且通過替代安排的MPLS線路A-E-B-C和B-E-A-C代替。這可以與圖2比較。由此在每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都存在提供有一個替代線路。即使存在一個連接的其它故障時，也能夠保證業(yè)務(wù)質(zhì)量，簡稱QoS。
圖4示出一個根據(jù)圖3的安排，附帶標示出設(shè)有另一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點F，所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點F通過兩個連接BE和BF與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B和E連接。連接AB沒有受到干擾而連接AE受到干擾。在識別出連接AE中的干擾后，把在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點E上對目標網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C的通信量通過快速的局部轉(zhuǎn)接攔截到連接BE上。預防性地建立或者接通一個MPLS替代線路E-F-B-C。由此網(wǎng)絡(luò)節(jié)點E重新得到兩個沿目標網(wǎng)絡(luò)節(jié)點C方向的路徑，或者說重新得到02特征。如果這時連接BE出了故障，從而可以經(jīng)過MPLS線路E-F-B-C繼續(xù)流通通信量。
圖5示出一個根據(jù)圖4的安排，附帶標示出在此替代MPLS線路E-F-B-C只通到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B，也就是建立MPLS線路E-F-B。在此情況下替代MPLS線路被安排到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B。在此情況下網(wǎng)絡(luò)節(jié)點B具有兩個通向目標節(jié)點C的路徑。第一個直接經(jīng)連接BC，第二個經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點A，就是說，連接AB和AC。這是根據(jù)本發(fā)明的MPLS替代線路的優(yōu)選的使用。
如果純02路由不能夠達到滿意的負荷分配時，或者如果多徑路由不能夠為所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點準備至少兩個無閉環(huán)的后續(xù)中繼段時，可以使用根據(jù)本發(fā)明的方法。
本發(fā)明的基本思想在于，如果通過單純的02路由還是保持不利的弱勢位置，或者不能夠有貫通的02路由時，就總是可以使用MPLS。特別是在處理故障時，可以由此尋求，在第二個明顯不可能的鏈路故障后可以準備第二路徑。由此可以在許多情況下，只要網(wǎng)絡(luò)拓撲可能，就可以避免自發(fā)的再選路，所述的自發(fā)再選路會在時間上顯著地損害通信量流的業(yè)務(wù)質(zhì)量。
通過這種混合運行可以得到單由MPLS不支持的，IP路由的良好的標定特征和經(jīng)過多個鏈路進行負荷分配的可能性，并且贏得用簡單的方式解決02路由的故障時出現(xiàn)的問題的可能性。
從當前可以與IP路由一起由支持這兩個技術(shù)的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中或者路由器中得到MPLS技術(shù)。
權(quán)利要求
1.用于在具有多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的包交換通信網(wǎng)絡(luò)中路由數(shù)據(jù)包的方法，其中，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中通過多徑路由即多徑選路方法接轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包，并且，其中至少在該通信網(wǎng)絡(luò)的一部分中變通地通過多協(xié)議標簽交換接轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部采用MPLS線路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，依據(jù)數(shù)據(jù)包的目標地址通過多協(xié)議標簽交換或者說MPLS線路進行數(shù)據(jù)包的變通接轉(zhuǎn)。
4.如以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述通信網(wǎng)絡(luò)的一部分中通過多協(xié)議標簽交換或者MPLS線路進行數(shù)據(jù)包的接轉(zhuǎn)，在該部分中在使用時多徑路由即多徑選路方法無法實現(xiàn)足夠的負荷分配和/或足夠的個無閉環(huán)性和/或業(yè)務(wù)質(zhì)量。
5.如以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在一個連接路徑出現(xiàn)故障時建立一個MPLS替代連接路徑。
全文摘要
在通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中通過多徑路由即多徑選路方法接轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包，并且，其中至少在通信網(wǎng)絡(luò)的一部分中可變通地通過多協(xié)議標簽交換接轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)包。
文檔編號H04L12/28GK1581851SQ20041005775
公開日2005年2月16日 申請日期2004年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月14日
發(fā)明者A·伊賽爾特, G·肖爾梅爾, C·溫克勒 申請人:西門子公司