用于等價多路徑分組交換網(wǎng)絡的下一跳計算函數(shù)的制作方法
【專利摘要】提供了用于在每節(jié)點的ECMP路徑確定算法中使用的下一跳計算函數(shù)，其增加了等價多路徑分組交換網(wǎng)絡中網(wǎng)絡資源之間的流量傳播。在一個實施例中，通過使網(wǎng)絡上的每個ECMP節(jié)點實現(xiàn)利用唯一密鑰材料加密的熵保留映射函數(shù)，來將分組映射到輸出端口。唯一密鑰材料使得每個節(jié)點能夠從共用函數(shù)原型中實例化相應的映射函數(shù)，使得給定輸入將映射到不同節(jié)點上的不同輸出。在映射函數(shù)的輸出組大于候選輸出端口的數(shù)目的情況下，壓縮函數(shù)被用于將映射函數(shù)的加密輸出轉(zhuǎn)換為ECMP端口的候選組。
【專利說明】用于等價多路徑分組交換網(wǎng)絡的下一跳計算函數(shù)
[0001]對相關申請的交叉引用
本申請要求2011年2月17日提交的，題為“用于等價多路徑分組交換網(wǎng)絡的下一跳計算函數(shù)”的序號為61/443，993的美國臨時申請的權益，其內(nèi)容由此通過引用被結(jié)合于本文中。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及分組交換網(wǎng)絡，并且尤其涉及分組交換網(wǎng)絡中用于等價(equal cost)路徑的下一跳計算函數(shù)。
【背景技術】
[0003]在以太網(wǎng)網(wǎng)絡架構(gòu)中，連接到網(wǎng)絡的裝置競爭在任何給定時間使用共享的電信路徑的能力。在多個橋或節(jié)點被用來互連網(wǎng)絡段的情況下，通常存在到相同目的地的多個潛在路徑。此架構(gòu)的益處是，其提供了橋之間的路徑冗余，且準許容量以附加鏈路的形式被添加到網(wǎng)絡。然而，為了防止形成環(huán)路，生成樹(spanning tree)通常被用來限制流量在網(wǎng)絡上被廣播的方式。由于通過廣播幀和等待響應來學習路由，且由于請求和響應二者均將遵循生成樹，所以流量的大多數(shù)(如果不是全部的話)將遵循屬于生成樹的部分的鏈路。這往往導致生成樹上鏈路的過度利用和不屬于生成樹的部分的鏈路的未利用。生成樹也可被用于其他形式的分組交換網(wǎng)絡中。
[0004]為了克服使用生成樹控制的網(wǎng)絡中固有的一些限制，可使用鏈路狀態(tài)協(xié)議控制面來控制分組網(wǎng)絡中節(jié)點的操作。使用鏈路狀態(tài)協(xié)議來控制分組網(wǎng)絡，能夠更有效地使用具有無環(huán)路最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡容量。不是利用與透明橋接相結(jié)合的生成樹協(xié)議(STP)算法，而是在鏈路狀態(tài)協(xié)議控制的分組網(wǎng)絡中，形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡的橋交換鏈路狀態(tài)通告(advertisement),以使得每個節(jié)點能夠具有網(wǎng)絡拓撲的同步化視圖。
[0005]這是通過鏈路狀態(tài)路由系統(tǒng)的很好理解的機制來實現(xiàn)的。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的兩個示例包括開放最短路徑優(yōu)先(OSPF)和中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)(IS-1S)，盡管也可使用其他鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。在鏈路狀態(tài)路由系統(tǒng)中，具有網(wǎng)絡拓撲的同步化視圖的網(wǎng)絡中的橋，具有必備的單播和組播連通性的知識，可計算網(wǎng)絡中任意對橋之間的最短路徑連通性，且可個別地根據(jù)基于網(wǎng)絡的共同視圖所計算的最短路徑，來填充其轉(zhuǎn)發(fā)信息庫(FIB)。
[0006]鏈路狀態(tài)協(xié)議控制的分組網(wǎng)絡提供了以太網(wǎng)橋接連通性的等效形式，但通過網(wǎng)絡元件FIB的配置而不是通過洪泛和學習來對此進行實現(xiàn)。當所有節(jié)點已經(jīng)計算了它們在同步化網(wǎng)絡視圖中的角色，并填充了它們的FIB時，網(wǎng)絡將具有從對等橋組到任意給定橋的無環(huán)路單播樹，和從任意給定橋到橋處所托管的每服務實例的相同的對等橋組的一致、無環(huán)路、點對多點(P2MP)組播樹。結(jié)果是，給定橋?qū)χg的路徑并不被限制為經(jīng)過生成樹的根橋，且總體結(jié)果可更好地利用網(wǎng)狀網(wǎng)(mesh)的連通性的寬度。電氣和電子工程師學會(IEEE)標準802.1aq規(guī)定了此技術的一種實現(xiàn)方式。
[0007]存在網(wǎng)絡中節(jié)點之間存在多個等價路徑的情形。特別是在數(shù)據(jù)中心，在那里存在互連交換機的非常密集的網(wǎng)狀網(wǎng)，沿源和目的地之間路徑，在源和目的地之間或中間節(jié)點之間可能存在多個等價路徑。在一對節(jié)點之間存在多個等價路徑的情況下，可能期望在可用路徑之間分布流量來獲取網(wǎng)絡資源的更好利用和/或為了更好的網(wǎng)絡吞吐量。等價多路徑(ECMP)路由是通過分組交換網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)分組以便在多個實質(zhì)可用的等價路徑當中分布流量的過程。
[0008]當流量進入網(wǎng)絡時，可在頭端節(jié)點處實現(xiàn)ECMP路由，或者可在網(wǎng)絡中每個節(jié)點處以分布式方式實現(xiàn)ECMP路由。當以分布式方式實現(xiàn)ECMP路由時，具有通往目的地的多個等價路徑的每個節(jié)點，將在多個可用路徑上本地引導不同流的流量以在網(wǎng)絡上分布流量。不幸的是，在實現(xiàn)分布式每節(jié)點的ECMP時，網(wǎng)絡容量的最佳使用是難以實現(xiàn)的。
[0009]例如，圖1示出了分組網(wǎng)絡中的典型流量分布模式，其中網(wǎng)絡上的每個節(jié)點使用相同的ECMP計算函數(shù)來從可用路徑進行選擇。在圖1中所示的示例中，意在用于交換機1-L之一的流量可到達交換機A-D中的任意。目標是在網(wǎng)絡上傳播流量，使得大量路徑被用來通過網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)流量。不幸的是，如圖1中所示，在網(wǎng)絡的一些區(qū)域中，每個節(jié)點上相同下一跳計算函數(shù)的使用可導致非常差的流量分布。特別是，流ID中的規(guī)律性或模式可使得流量變得集中，并導致網(wǎng)絡上可用路徑之間不充足的流量傳播。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本文中提供了以下概要和本申請的結(jié)尾處所闡述的摘要，來引入下面在詳細描述中所討論的一些概念。概要和摘要部分是不全面的，且并非旨在描繪由下面所呈現(xiàn)的權利要求所闡述的可保護主題的范圍，
提供了用于在每節(jié)點的ECMP路徑確定算法中使用的下一跳計算函數(shù)，其增加了等價多路徑分組交換網(wǎng)絡中網(wǎng)絡資源之間的流量傳播。在一個實施例中，通過使網(wǎng)絡上的每個ECMP節(jié)點實現(xiàn)利用唯一密鑰材料加密(key)的熵保留映射函數(shù)，來將分組映射到輸出端口。唯一密鑰材料使得每個節(jié)點能夠從共用函數(shù)原型中實例化相應映射函數(shù)，使得給定輸入將映射到不同節(jié)點上的不同輸出。在映射函數(shù)的輸出組大于候選輸出端口的數(shù)目的情況下，壓縮函數(shù)被用于將映射函數(shù)的加密輸出轉(zhuǎn)換為ECMP端口的候選組。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]在所附權利要求中具體指出本發(fā)明的多個方面。以下附圖中通過示例的方式圖示了本發(fā)明，其中相同的參考標記指示類似的元件。以下附圖公開了本發(fā)明的各種實施例，僅為了說明的目的，而并不旨在限制本發(fā)明的范圍。為清楚起見，在每幅圖中可能不是每個部件均被標記。在圖中:
圖1和2是示例分組交換網(wǎng)絡的功能性框圖；
圖3A-3B示出了節(jié)點處實現(xiàn)ECMP路由的不同映射的示例應用；
圖4是示例網(wǎng)絡元件的功能性框圖；以及圖5是圖示了可被用來實現(xiàn)ECMP路由的過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0012]圖1示出了樣本網(wǎng)絡，其中在網(wǎng)絡中的每一跳處使用相同的下一跳計算函數(shù)。流量從圖1的底部流到頂部，且在每個節(jié)點處，流量被節(jié)點本地映射到4個可能輸出端口中的一個。交換機的底部和中部行之間，流量是均勻分布的，其中網(wǎng)狀網(wǎng)的每個鏈路連接正被利用的兩行。然而，交換機的中部行無法利用將其連接到頂部行的所有鏈路。中部行中最左邊的交換機僅接收被映射到最左邊外出端口的流量。類似地，該行中第i個交換機只接收被映射到前級中第i個端口的流量。此不合理行為是由在每個節(jié)點處相同映射函數(shù)的使用以及此示例中所使用網(wǎng)狀網(wǎng)的規(guī)則性質(zhì)所引起的。然而，此類型的非常規(guī)則的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)根本不是不常見的。特別是，數(shù)據(jù)中心傾向于使用像圖1中所示出的結(jié)構(gòu)那樣的規(guī)則結(jié)構(gòu)，其中交換機的行由非常規(guī)則的網(wǎng)狀網(wǎng)所互連。
[0013]圖2示出了圖1的網(wǎng)絡，其中替代的ECMP路徑選擇過程已被實現(xiàn)來在網(wǎng)絡上在可用鏈路之間更加均勻地分布流量。為簡單起見，圖2中僅示出了具有DA=J的流量。此示例中，流量可到達節(jié)點A、B、C、D中的任意，這些節(jié)點中的每個可選擇連接到節(jié)點E、F、G和H中的任意的鏈路。該節(jié)點然后轉(zhuǎn)發(fā)流量到節(jié)點J上。通過將圖2與圖1比較，顯然流量更均勻地分布在互連節(jié)點兩個層的鏈路上。當網(wǎng)絡上的節(jié)點使用不同的ECMP路徑選擇算法時，在分布式ECMP系統(tǒng)中更容易實現(xiàn)流量模式，諸如圖2中所示出的示例。具體地，獨立下一跳選擇算法的使用降低了與路徑ID相關聯(lián)的模式對路徑選擇將具有強相關性的可能性，從而引發(fā)網(wǎng)絡上更加廣泛的流量分布。
[0014]為了實現(xiàn)流量傳播，例如如圖2中所示，使用分布式ECMP過程，其中對于其在輸入端口上接收的每個分組，分組交換網(wǎng)絡的每個節(jié)點必須確定適當?shù)妮敵龆丝?，在該輸出端口上來輸出用于在通過網(wǎng)絡朝向目的地的路徑上傳輸?shù)较乱还?jié)點的分組。為了實現(xiàn)ECMP，對所接收的分組，每個節(jié)點必須做出適當?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)確定。為了實現(xiàn)流量傳播，由節(jié)點所使用的算法必須是有些隨機化的。然而，為了使網(wǎng)絡流量能夠被模擬和預測，該算法應該是確定性的。此外，與個別流相關聯(lián)的分組應當始終被分配到相同的輸出端口，以使分組的流能夠被引導出該相同端口而朝向預期目的地。
[0015]根據(jù)一個實施例，排列(permutation)被用來在網(wǎng)絡的每個節(jié)點處分布流量。使用確定性的算法來創(chuàng)建排列，使得流量的特定流將通過網(wǎng)絡被路由的方式可提前被預測。然而，在輸入激勵中對偽隨機輸出行為給予較小差別的情況下，將排列以這樣的方式進行設計以允許可用鏈路之間良好的流量傳播。此外，所選擇的算法被如此設計，使得網(wǎng)絡上每個節(jié)點將連同本地唯一密鑰值一起使用相同算法，以使基本上本地唯一的函數(shù)能夠被用來選擇ECMP下一跳。盡管將描述被聚焦于分組網(wǎng)絡中流量的層2 (以太網(wǎng))交換的實施例，所描述的用于實現(xiàn)流量傳播的技術在使用ECMP路由的層3網(wǎng)絡中也可能是有用的。
[0016]在一個實施例中，入口交換機的入口端口處接收的每個分組被分配流標識符(流ID)。通常，流ID可基于客戶MAC報頭(C-MAC)或互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)報頭中的信息，諸如IP源地址(SA)、IP目的地址(DA)、協(xié)議標識符、源和目的地端口以及分組報頭的其他可能內(nèi)容。替代地，可以將流ID以另一方式分配給分組。例如，管理系統(tǒng)可分配流ID到管理分組來監(jiān)測特定網(wǎng)絡路徑的健康度和性能。流ID被封裝在入口交換機處的分組報頭中，且可從出口交換機處的分組報頭中解封。流ID可被承載在12位VLAN標識符(B-VID)字段中、24位服務標識符(1-SID)字段中、新的(尚未被指定的)字段中或這些字段的任何部分或組合中。實現(xiàn)流ID的創(chuàng)建、分發(fā)和/或再創(chuàng)建的多種方式可被實現(xiàn)，這取決于特定的實現(xiàn)方式。
[0017]存在若干協(xié)議，其要求將具有相同流ID的分組經(jīng)由相同中間交換機-即經(jīng)由通過網(wǎng)絡的相同路徑，從相同入口交換機轉(zhuǎn)發(fā)到相同出口交換機。具有以此方式被發(fā)送的分組，防止了分組的次序混亂的接收，且另外促進了網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)的傳輸。因此，在節(jié)點執(zhí)行ECMP的情況下，在節(jié)點處實現(xiàn)以在通往目的地的等價路徑之間進行選擇的算法應當始終操作(即總是選擇相同的輸出路徑)，以用于與給定流ID相關聯(lián)的分組。
[0018]然而，對于ECMP網(wǎng)絡，要求從相同入口交換機轉(zhuǎn)發(fā)到相同出口交換機的具有不同流ID的分組，應當該根據(jù)它們的流ID，在入口交換機和出口交換機之間的不同等價路徑當中被分布，其中存在入口交換機和出口交換機之間的多個基本上等價的路徑，以從中選擇。
[0019]根據(jù)實施例，為了在基本上等價的路徑當中，實現(xiàn)具有不同流ID的分組的這種分布，網(wǎng)絡中的每個交換機為所接收的承載了特定DA和特定流ID的分組確定適當?shù)妮敵龆丝冢ㄟ^:
1.將DA映射到與通往DA的一組最小代價路徑相對應的一組候選輸出端口上。在只存在一個最小代價路徑的情況下，將只存在一個候選輸出端口。在存在通往DA的多個基本上等價的最小代價路徑的情況下，可能存在多個候選輸出端口。
[0020]2.至少在DA對應于多個候選輸出端口的情況下，使用被加密到特定交換機的映射函數(shù)，將流ID映射到候選輸出端口之一。映射應該是這樣的，以便在每個交換機處，將大致均勻地分布流ID到輸出端口的分布。注意的是，此步驟對于具有DA的分組不是需要的，對于其而言，僅存在一個對應的候選輸出端口-該分組可被簡單地路由到該輸出端口。
[0021]根據(jù)一個實施例，可通過將熵保留偽隨機映射(S卩，映射的不同輸出的數(shù)目應等于不同輸入的數(shù)目)與將大量映射的流ID映射到少量候選輸出端口的壓縮函數(shù)進行組合，來產(chǎn)生節(jié)點處流ID到候選輸出端口的映射。該熵保留映射可為雙射函數(shù)(bijectivefunction)，其中該組不同輸入被映射到具有與該組不同輸入相同數(shù)目元件的一組不同輸出。替代地，該熵保留映射可包括單射函數(shù)(injective function),其中，該組不同輸入被映射到較大的一組可能的不同輸出，其中僅使用對應于不同輸入的數(shù)目的不同輸出的數(shù)目。在這兩種替代方案的任一中，不同輸入到不同輸出的映射是一對一的。
[0022]圖3A和3B示出了 8輸入(1-8)到8輸出(A-H)的示例映射。如圖3A中所示，存在許多方式來將輸入映射到輸出。根據(jù)一個實施例，每個節(jié)點使用映射函數(shù)來將流標識符映射到輸出的候選組。這實際上創(chuàng)建了流ID的混洗(shuffled)序列。以此方式映射流標識符使流標識符隨機化，以減少或消除網(wǎng)絡上與對流的流標識符分配相關聯(lián)的任何模式。在一個實施例中，每個節(jié)點采用原型映射，并應用密鑰值到映射，來實例化節(jié)點處的唯一映射。例如,每個節(jié)點可使用乘法函數(shù)中的密鑰值,來產(chǎn)生節(jié)點處唯一的流ID混洗序列的循環(huán)移位。圖3A示出了使用源自使用第一密鑰的原型映射的第一映射的，輸入1-8到輸出A-H的映射，以及圖3B示出了使用源自使用第二密鑰的相同原型的第二映射的，輸入1-8到輸出A-H的映射。如圖3A和3B的比較中所示出的，不同密鑰的使用使不同輸入值(流ID)被映射到不同輸出值。
[0023]為了防止流量會聚和流集中，根據(jù)一個實施例，映射應該是這樣的，使得沒有兩個交換機具有相同的熵保留映射。這可以通過分配唯一密鑰給每個交換機，并使用對于每個交換機唯一的加密的映射函數(shù)映射流ID來進行布置。由于每個交換機處的密鑰是不同的，并且因為由交換機所用來執(zhí)行映射的底層算法是由密鑰和原型熵保留映射函數(shù)所完全指定的，所以加密的映射函數(shù)對于交換機將是唯一的。這使網(wǎng)絡上流量的流能夠被確定，同時還允許特定流ID到一組輸出端口的映射在網(wǎng)絡上每個交換機處是不同的，這是由于在每個交換機處處于使用中的不同密鑰。
[0024]可以預計的是，可能的流ID的數(shù)目可以大大超過網(wǎng)絡上ECMP路徑的數(shù)目。例如，如果流ID是12位長，預計將會存在大約4096個可能的流ID，其可被分配到網(wǎng)絡上的流，且將使用映射函數(shù)將其映射到不同的一組4096個值。然而，將不太可能存在通往給定目的地的4096個等價路徑。因此，由于熵保留映射函數(shù)產(chǎn)生相比候選輸出端口的數(shù)目更大數(shù)目的輸出，映射進一步包括壓縮不同輸出的數(shù)目來等于候選輸出端口數(shù)目的壓縮函數(shù)。壓縮函數(shù)應該是這樣的，以便保留原型映射的偽隨機性。由于每個節(jié)點處熵保留映射函數(shù)至少部分地基于與該節(jié)點相關聯(lián)的值，因此對所有節(jié)點共同的標準壓縮函數(shù)的使用將保持與熵保留映射函數(shù)的使用相關聯(lián)的鏈路分布隨機化。
[0025]圖3A和3B示出了一個示例，其中使用相同的壓縮函數(shù)來將映射A-H的每個輸出映射到一組三個輸出端口。如圖3A和3B中所示，映射函數(shù)的輸出A、E、H被壓縮到端口 1，映射函數(shù)的輸出B和F被壓縮到端口 2，且映射函數(shù)的輸出C、D、G被壓縮到端口 3。因此，在圖3A和3B 二者中，已使用相同的壓縮來降低通往一組候選輸出端口的輸出值組。然而，由于映射期間引入的熵，共同壓縮函數(shù)的使用允許一組不同的輸入(1-8)被映射到每個輸出端口。具體地，如圖3A中所示，在其映射函數(shù)的執(zhí)行中由第一節(jié)點所包括的密鑰(密鑰I)使輸入流3、6和7被映射到端口 1，流I和4被映射到端口 2，以及流2、5和8被映射到端口 3。圖3B中，使用不同密鑰，密鑰2，且流2、4和7被映射到端口 1，流5和8被映射到端口 2，以及流1、3和6被映射到端口 3。如這些圖中所示的，共同壓縮函數(shù)的使用允許映射中所引入的熵連同輸出端口選擇一起被保留，使得網(wǎng)絡上多個節(jié)點可使用共同的壓縮函數(shù)。
[0026]下面更詳細地描述了示例映射。在以下描述中，X表示流ID，f表示原型映射，η表示交換機密鑰，fn表示加密映射，且fn (X)表示應用壓縮函數(shù)之前映射的流ID。壓縮函數(shù)對所映射的流ID的應用，確定輸出端口候選中哪個輸出端口被用于轉(zhuǎn)發(fā)分組。
[0027]優(yōu)選地，應該構(gòu)建候選原型映射，使得使用不同密鑰的任意對交換機將實例化熵保留映射，該熵保留映射將不把任何流ID映射到相同值。根據(jù)一個實施例，使用基于指數(shù)的映射來隨機化流ID，以破壞可存在于流ID中的模式。盡管還可以使用其他映射，但基于指數(shù)的映射的使用提供了充分的結(jié)果以用于許多應用。同樣地，也許可能的是，組合若干個映射，每個映射具有期望的屬性，以獲得展示一組期望的特性的組合函數(shù)。因此，可使用不同的映射(即通過組合多個熵保留原型映射函數(shù))來構(gòu)建不同實施例，以實現(xiàn)在ECMP網(wǎng)絡中的等價鏈路上傳播的確定性的流量。
[0028]存在許多可能的全局唯一值，節(jié)點可將其用作為密鑰來實例化本地映射。例如，交換機可使用IS-1S交換機ID、最短路徑橋接MAC (SPBM)源ID (B-SA)或值的任何其他組合或保留唯一性的這些值的變換/組合。這些值可被用作用于節(jié)點映射函數(shù)的密鑰，來使每個映射函數(shù)能夠?qū)W(wǎng)絡中的特定交換機是唯一的。然而，原型映射函數(shù)，即所使用的算法，在所有節(jié)點處相同，使得給定節(jié)點處使用的實際映射函數(shù)由該節(jié)點處處于使用中的密鑰值所完全指定。盡管提供了一個示例，其中基于節(jié)點處固有的屬性(即節(jié)點ID)確定了密鑰材料，在另一實施例中，ECMP密鑰材料可以是由管理系統(tǒng)提供的、在交換機上隨機生成的、或源自唯一標識符(例如系統(tǒng)ID的散列(hash)或SPBM SPSourceID)的編程值。此外，在網(wǎng)絡上不具有利用相同密鑰材料的任何節(jié)點被認為重要的應用中，通過使用鏈路狀態(tài)路由系統(tǒng)，該節(jié)點可通告密鑰材料，以使每個節(jié)點能夠?qū)W習其他節(jié)點處處于使用中的密鑰，并確保路由區(qū)域內(nèi)的每個其他節(jié)點正使用唯一的密鑰材料。
[0029]盡管在理論上是期望的，但密鑰的唯一性并不是絕對必要的。例如，從實際的觀點來看，只要兩臺交換機將使用相同密鑰的機會被保持相對較低，該方法就將充分執(zhí)行。
[0030]示例算法:
在以下討論中，將假定流ID將為小的整數(shù)，可能不超過24位，且最有可能是8或16位。排列大小將是2的冪(例如28，216)或接近于2的冪。每個交換機將被分配唯一的偽隨機排列或偽排列。與此相結(jié)合，重要的是避免使用相同映射的路徑中兩個交換機的不合理情況。通過利用小的(〈64位)唯一(具有高概率)整數(shù)加密類屬函數(shù),構(gòu)建交換機映射函數(shù)。在所有交換機上可能相同的壓縮函數(shù)也可被使用。在所有交換機處相同原型熵保留函數(shù)和所有交換機處相同壓縮函數(shù)的使用的組合，將使得網(wǎng)絡行為完全可預測，只要提供密鑰知識并采取用于鏈路編號的慣例(例如，根據(jù)它們的相應鏈路的端點網(wǎng)橋標識符，來將ECMP候選輸出端口排序)。
[0031]通過使網(wǎng)絡上的節(jié)點使用相同的函數(shù)和相同的壓縮過程，確定流將如何通過網(wǎng)絡被路由(假設每個節(jié)點處所使用密鑰材料知識以在該節(jié)點處實例化熵保留映射函數(shù))是可能的。這允許了通過建模的數(shù)據(jù)流量模式的預測，而不需要將要通過測量來學習的流量模式。因此目標是發(fā)現(xiàn)函數(shù)，其充分隨機運轉(zhuǎn)以跨越廣泛范圍的等價鏈路分布流量，而不使用實際的隨機性來保留在網(wǎng)絡上建模流量運轉(zhuǎn)狀況的能力。
[0032]根據(jù)一個實施例，交換機應當使用不同熵保留映射，例如排列或注入，使得家庭中任何兩個映射應當被足夠地去相關。在一個實施例中，用來將輸入組映射到輸出組的映射函數(shù)是單射的:即，任何兩個不同輸入被映射到不同的輸出。此外，熵保留原型映射函數(shù)應當具有期望的屬性，即，使用不同隨機密鑰材料的映射函數(shù)的兩個實例化將導致并不以有意義/明顯的方式直接與彼此相關聯(lián)的不同映射。
[0033]在一個優(yōu)選的實施例中，熵保留映射函數(shù)的兩個不同實例化應當不將相同流ID映射到不同交換機中的相同值。同樣，映射應該是由小的唯一標識符可識別/加密的，該小的唯一標識符可選地可被路由系統(tǒng)(例如經(jīng)由IS-1S)SU0通告。這可以是IS-1S系統(tǒng)ID、最短路徑橋接MAC源ID(SPBM SPSourceID)、新的唯一標識符、或保留唯一性的這些的任意組合。替代地，密鑰可以是預備的、隨機生成的、或源自唯一標識符，例如系統(tǒng)ID的散列。當后面有簡單壓縮函數(shù)時，映射也應該表現(xiàn)偽隨機。這對于小數(shù)目的候選輸出端口尤為重要。
[0034]基于線性同余(congruential)映射的排列被發(fā)現(xiàn)為產(chǎn)生簡單熵保留映射,使得從共用原型加密的兩個不同映射絕不會將相同輸入映射到相同輸出。通過從先前的隨機數(shù)計算出連續(xù)隨機數(shù)，線性同余隨機數(shù)生成起作用。使用Xi+1 =(Axi + C) MOD M，可實現(xiàn)一個示例線性同余映射函數(shù),其中C和M是互質(zhì)的。
[0035]然而，這些簡單映射中的一些展示了特性，其當MOD被用作壓縮函數(shù)時，特別是對于小型乘法器，展示出遠離隨機的屬性。相反，基于模指數(shù)計算的較強的偽隨機排列，展示出更好的性能。例如，應用混洗的流ID的偽隨機排列，其中使用簡單排列來混洗流ID，使更隨機的查找混洗(looking shuffle)被創(chuàng)建。同樣，可能的是，使用良好的偽隨機函數(shù)(例如模指數(shù)計算)來混洗流ID，且在每個節(jié)點處，在混洗的序列中不同偏移處開始。通過將基本映射與期望的屬性組合，也可構(gòu)建更復雜的熵保留映射。例如，線性同余映射和模指數(shù)映射的組合被發(fā)現(xiàn)為展示二者的良好屬性:得到的映射展示了模指數(shù)映射的良好偽隨機性屬性以及以及線性同余映射的唯一性屬性。
[0036]例如,給定質(zhì)數(shù)P和原根g,函數(shù)f (X) =gx mod p是任何連貫的p_l個整數(shù)(即x…X+P-2)到范圍1...P-1的一對一映射。特別是，其生成整數(shù)1...P-1的偽隨機排列。類似的，函數(shù)h(x) = (gx mod p)-1生成整數(shù)0...p-2的偽隨機排列。模指數(shù)計算因此可被用來隨機化混洗的流ID。替代地，模指數(shù)計算可被用來構(gòu)造更隨機的混洗，其中在每個節(jié)點處加密模指數(shù)計算自身。例如，每個節(jié)點處可使用不同的原根。通過生成節(jié)點特定的原根作為共用基本根的適當選擇的冪，這可被容易地實現(xiàn)。
[0037]使用指數(shù)計算來創(chuàng)建表I (下面)，其中fn(x)=3- [(2n+l)x + n mod 2m] mod(2m+l)-l。注意的是，3X mod 17 將 0...15(或 1..16)映射到 1...16。將 1...16 重映射到0...15不是絕對必要的,但其可以以多種方式來完成(例如X— X mod 16, x—16_x等),且不改變基本排列的屬性。
[0038]表I
【權利要求】
1.一種由分組網(wǎng)絡中的節(jié)點在基本上等價的路徑之間執(zhí)行路徑選擇的方法，該方法包括以下步驟:由節(jié)點將利用唯一密鑰材料加密的節(jié)點特定熵保留映射函數(shù)應用到一組可能的輸入流標識符，以獲得流標識符的節(jié)點特定混洗序列；以及應用壓縮函數(shù)來將流標識符的節(jié)點特定混洗序列分配到一組候選輸出端口。
2.如權利要求1所述的方法，其中分組網(wǎng)絡中每個節(jié)點獨立地執(zhí)行路徑選擇來實現(xiàn)分布式等價多路徑(ECMP)過程。
3.如權利要求2所述的方法，其中實現(xiàn)分布式ECMP過程，使得對于其在輸入端口上所接收的每個分組，分組網(wǎng)絡的每個節(jié)點將確定適當?shù)妮敵龆丝?，在該適當?shù)妮敵龆丝谏蟻磔敵龇纸M，用于在通過分組網(wǎng)絡朝向目的地的路徑上傳輸?shù)较乱还?jié)點。
4.如權利要求1所述的方法，由原型熵保留映射函數(shù)和唯一密鑰材料來完全指定節(jié)點特定熵保留映射函數(shù)。
5.如權利要求4所述的方法，其中原型熵保留映射函數(shù)對分組網(wǎng)絡中多個節(jié)點是共用的。
6.如權利要求4所述的方法，其中唯一密鑰材料和原型熵保留映射函數(shù)的知識允許確定用于給定輸入流ID的輸出路徑的選擇，使得分組網(wǎng)絡上的流分配是確定性的。
7.如權利要求4所述的方法，其中節(jié)點特定熵保留映射函數(shù)是一致的，以便總是選擇用于與給定流ID相關聯(lián)的分組的相同輸出路`徑。
8.如權利要求4所述的方法，其中在入口節(jié)點和出口節(jié)點之間不同的等價路徑當中，根據(jù)分組的流ID，節(jié)點特定熵保留映射函數(shù)使要求從相同入口節(jié)點到相同出口節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā)的具有不同流ID的分組被分布。
9.如權利要求4所述的方法，其中節(jié)點特定熵保留映射函數(shù)將流ID大致均勻地分布到輸出端口。
10.如權利要求1所述的方法，其中壓縮函數(shù)對分組網(wǎng)絡中多個節(jié)點是共用的。
11.如權利要求1所述的方法，其中節(jié)點特定熵保留映射函數(shù)是雙射的，其中一組不同輸入被映射到具有與該組不同輸入相同數(shù)目的元件的一組不同輸出。
12.如權利要求11所述的方法，其中輸入到輸出的映射是一對一的。
13.如權利要求1所述的方法，其中節(jié)點特定熵保留映射函數(shù)是單射的，其中一組不同輸入被映射到更大的一組可能的不同輸出，其中僅使用與不同輸入的數(shù)目相對應的不同輸出的數(shù)目。
14.如權利要求13所述的方法，其中輸入到輸出的映射是一對一的。
15.如權利要求1所述的方法，其中節(jié)點特定熵保留映射函數(shù)是基于指數(shù)的映射。
16.如權利要求15所述的方法，其中基于指數(shù)的映射函數(shù)是模指數(shù)計算。
17.如權利要求15所述的方法,其中基于指數(shù)的映射函數(shù)具有形式f(x)=gx mod p。
18.如權利要求15所述的方法，其中通過在每個節(jié)點處使用不同的原根，在每個節(jié)點處加密模指數(shù)計算，其中P為質(zhì)數(shù)冪，且g為原根。
19.如權利要求1所述的方法，其中節(jié)點特定熵保留映射函數(shù)是與線性同余映射函數(shù)相組合的基于指數(shù)的映射函數(shù)。
20.如權利要求1所述的方法，其中使用分組網(wǎng)絡上所實現(xiàn)的路由系統(tǒng)來通告唯一密鑰材料。
21.如權利要求1所述的方法，其中唯一密鑰材料是以下中的至少一個:IS-1S系統(tǒng)標識符、節(jié)點MAC地址、預備值及其組合。
22.一種通過分組交換網(wǎng)絡在路徑上轉(zhuǎn)發(fā)分組的方法，每個分組具有目的地址和流標識符，分組交換網(wǎng)絡具有至少一對節(jié)點之間的多個基本上等價的路徑，每個基本上等價的路徑在基本上等價的路徑上的每個節(jié)點處具有對應的候選輸出端口，該方法包括，對于具有擁有在節(jié)點處分叉的多個等價路徑的目的地址的分組:通過將每個分組的流標識符映射到用于分組的目的地址的候選輸出端口之一，來在節(jié)點處選擇候選輸出端口，該映射包括對該節(jié)點本質(zhì)上唯一的第一函數(shù)，使得對于所有可能的流標識符，該函數(shù)產(chǎn)生一個值，該值不同于由在大多數(shù)或所有的用于相同流標識符的其他網(wǎng)絡節(jié)點處的對應函數(shù)所產(chǎn)生的值；以及在函數(shù)的輸出組大于候選輸出端口的數(shù)目的情況下，該映射進一步包括壓縮函數(shù)，其將第一函數(shù)的輸出組映射到限于候選輸出端口的組中。
23.如權利要求22所述的方法，其中分組網(wǎng)絡中每個節(jié)點獨立地執(zhí)行以下步驟:選擇用于每個分組的候選輸出端口來實現(xiàn)分布式等價多路徑(ECMP)過程。
24.如權利要求22所述的方法，其中第一函數(shù)是與線性同余映射函數(shù)相組合的基于指數(shù)的映射函數(shù)。
25.如權利要求22所述的方法，其中由原型熵保留映射函數(shù)和唯一密鑰材料來完全指定第一函數(shù)。
26.如權利要求25所述的方法，其中原型熵保留映射函數(shù)對分組網(wǎng)絡中多個節(jié)點是共用的。
27.如權利要求25所述的方法，其中唯一密鑰材料和原型熵保留映射函數(shù)的知識允許確定用于給定輸入流ID的輸出路徑的選擇，使得分組網(wǎng)絡上的流分配是確定性的。
28.如權利要求22所述的方法，其中第一函數(shù)是雙射的，其中一組不同輸入被映射到具有與該組不同輸入相同數(shù)目的元件的一組不同輸出。
29.如權利要求22所述的方法，其中第一函數(shù)是單射的，其中一組不同輸入被映射到更大的一組可能的不同輸出，其中僅使用與不同輸入的數(shù)目相對應的不同輸出的數(shù)目。
30.如權利要求22所述的方法，其中壓縮函數(shù)對分組網(wǎng)絡中多個節(jié)點是共用的。
31.一種用于通過分組交換網(wǎng)絡在路徑上轉(zhuǎn)發(fā)分組的系統(tǒng)，每個分組具有目的地址和流標識符，分組交換網(wǎng)絡在至少一對節(jié)點之間具有多個基本上等價的路徑，每個基本上等價的路徑在基本上等價的路徑上的每個節(jié)點處具有對應的候選輸出端口，該系統(tǒng)包括:至少一個處理器；至少一個網(wǎng)絡接口，其可操作成將處理器耦合到分組交換網(wǎng)絡；以及至少一個存儲器，其可操作成存儲用于由至少一個處理器執(zhí)行的指令，該指令對于具有目的地址的分組是可執(zhí)行的，該目的地址具有在節(jié)點處分叉的多個等價路徑:以通過將每個分組的流標識符映射到用于分組的目的地址的候選輸出端口之一，來在節(jié)點處選擇候選輸出端口，該映射包括對節(jié)點本質(zhì)上唯一的第一函數(shù)，使得對于所有可能的流標識符，該函數(shù)產(chǎn)生一個值，該值不同于由在大多數(shù)或所有的用于相同流標識符的其他網(wǎng)絡節(jié)點處的對應函數(shù)所產(chǎn)生的值；以及在函數(shù)的輸出組大于候選輸出端口的數(shù)目的情況下，該映射進一步包括壓縮函數(shù)，其將第一函數(shù)的輸出組映射到限于候選輸出端口的組中。
32.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中分組網(wǎng)絡中每個節(jié)點獨立地執(zhí)行以下步驟:選擇用于每個分組的候選輸出端口來實現(xiàn)分布式等價多路徑(ECMP)過程。
33.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中第一函數(shù)是與線性同余映射函數(shù)相組合的基于指數(shù)的映射函數(shù)。
34.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中由原型熵保留映射函數(shù)和唯一密鑰材料來完全指定第一函數(shù)。
35.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其中原型熵保留映射函數(shù)對分組網(wǎng)絡中多個節(jié)點是共用的。
36.如權利要求34所述的系統(tǒng)，其中唯一密鑰材料和原型熵保留映射函數(shù)的知識允許確定用于給定輸入流ID的輸出路徑的選擇，使得分組網(wǎng)絡上的流分配是確定性的。
37.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中第一函數(shù)是雙射的，其中一組不同輸入被映射到具有與該組不同輸入相同數(shù)目的元件的一組不同輸出。
38.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中第一函數(shù)是單射的，其中一組不同輸入被映射到更大的一組可能的不同輸出，其中僅使用與不同輸入的數(shù)目相對應的不同輸出的數(shù)目。
39.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中壓縮函數(shù)對分組網(wǎng)絡中多個節(jié)點是共用的。
40.一種用于通過分 組交換網(wǎng)絡在路徑上轉(zhuǎn)發(fā)分組的網(wǎng)絡元件，每個分組具有目的地址和流標識符，該分組交換網(wǎng)絡在網(wǎng)絡元件和至少一個其他節(jié)點之間具有多個基本上等價的路徑，每個基本上等價的路徑在網(wǎng)絡元件處具有對應的候選輸出端口，該網(wǎng)絡元件包括:至少一個處理器；至少一個網(wǎng)絡接口，其可操作成將處理器耦合到分組交換網(wǎng)絡；以及至少一個存儲器，其可操作成存儲用于由至少一個處理器執(zhí)行的指令，該指令對于具有目的地址的分組是可執(zhí)行的，該目的地址具有在網(wǎng)絡元件處分叉的多個等價路徑:以通過將每個分組的流標識符映射到用于分組的目的地址的候選輸出端口之一，來在網(wǎng)絡元件處選擇候選輸出端口，該映射包括對網(wǎng)絡元件本質(zhì)上唯一的第一函數(shù)，使得對于所有可能的流標識符，該函數(shù)產(chǎn)生一個值，該值不同于由在大多數(shù)或所有的用于相同流標識符的其他網(wǎng)絡元件處的對應函數(shù)所產(chǎn)生的值；以及在函數(shù)的輸出組大于候選輸出端口的數(shù)目的情況下，該映射進一步包括壓縮函數(shù)，其將第一函數(shù)的輸出組映射到限于候選輸出端口的組中。
41.如權利要求40所述的網(wǎng)絡元件，其中分組網(wǎng)絡中每個網(wǎng)絡元件獨立地執(zhí)行以下步驟:選擇用于每個分組的候選輸出端口來實現(xiàn)分布式等價多路徑(ECMP)過程。
42.如權利要求40所述的網(wǎng)絡元件，其中第一函數(shù)是與線性同余映射函數(shù)相組合的基于指數(shù)的映射函數(shù)。
43.如權利要求40所述的網(wǎng)絡元件，其中由原型熵保留映射函數(shù)和唯一密鑰材料來完全指定第一函數(shù)。
44.如權利要求43所述的網(wǎng)絡元件，其中原型熵保留映射函數(shù)對分組網(wǎng)絡中多個網(wǎng)絡元件是共用的。
45.如權利要求43所述的網(wǎng)絡元件，其中唯一密鑰材料和原型熵保留映射函數(shù)的知識允許確定用于給定輸入流ID的輸出路徑的選擇，使得分組網(wǎng)絡上的流分配是確定性的。
46.如權利要求40所述的網(wǎng)絡元件，其中第一函數(shù)是雙射的，其中一組不同輸入被映射到具有與該組不同輸入相同數(shù)目的元件的一組不同輸出。
47.如權利要求40所述的網(wǎng)絡元件，其中第一函數(shù)是單射的，其中一組不同輸入被映射到更大的一組可能的不同輸出，其中僅使用與不同輸入的數(shù)目相對應的不同輸出的數(shù)目。
48.如權利 要求40所述的網(wǎng)絡元件，其中壓縮函數(shù)對分組網(wǎng)絡中多個網(wǎng)絡元件是共用的。
【文檔編號】H04L12/891GK103430494SQ201280004936
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年2月17日 優(yōu)先權日:2011年2月17日
【發(fā)明者】J.夏保 申請人:巖星社團美國有限公司