CN101110765A

CN101110765A - 基于ospf协议的支持多种服务质量的方法

Info

Publication number: CN101110765A
Application number: CNA2007100999631A
Authority: CN
Inventors: 崔勇; 周云涛; 桂涛
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-01-23

Abstract

本发明属于互联网网络层的路由器转发技术，其特征在于，根据路由链路状态广告和扩展到域外的路由链路状态广告并基于周期和触发相结合的方式向相邻路由器发送简单服务质量路由优先协议包，通过交互路由链路状态广告LSA，使每台路由器都维护包括网络拓扑结构和域内每台路由器所有接口所连链路的双向服务质量度量Qos，由此计算出本地路由器到域内网络地址的最优路径同时根据边界路由器产生的扩展路由链路状态广告，结合本地路由器到边界路由器的最优路径计算到网络地址前缀的最优路径，并维护服务质量路由路由表。本发明据此实现了开放最短路径优先的服务质量的扩展。

Description

基于OSPF协议的支持多种服务质量的方法

技术领域

基于OSPF协议的支持多种服务质量的方法属于互联网技术领域，尤其涉及网络层的路由器转发技术。

背景技术

为了实现网络状态信息的高速传播和快速路由收敛，域内通常采用基于链路状态的协议，如OSPF。但是OSPF在计算路由时一般只会考虑源和目的节点之间的跳数，而不会根据诸如链路带宽、延迟、丢失率等度量来计算路径。为了能在自治系统内部支持用户提出的服务质量需求，人们提出了OSPF协议的QoS扩展QOSPF(Quality Of Service Path First)，但它支持的QoS度量仅限于可用带宽和延迟两种，同时由于QOSPF采用源路由和资源预留机制，因此无法在面向无连接的网络中大规模实施。SQOSPF协议支持诸如可用带宽、延迟、丢失率、花费等多种QoS度量，并且在计算路由时支持多种QoSR算法，可以根据当时网络的链路状态动态地为IP分组选择路径，同时具有实现简单的特点。

发明内容

本发明的目的在于设计实现OSPF协议的QoS扩展QOSPF，包括根据计算得到的最优路径，维护QoS路由表，并完成分组的转发。

本发明所提出的方法的特征在于：在简化的OSPF协议的基础上设计实现，且只保留了OSPF协议中的两种消息：Router LSA和External LSA。SQOSPF协议包只在域内相邻路由器之间进行交互，路由器采用周期和触发相结合的方式向相邻路由器发送协议包。SQOSPF周期性的获得本地路由器各个网络接口所连链路的QoS度量，然后封装在Router LSA中和其它相邻域内路由器进行交互。通过交互Router LSA，每台路由器维护全域的网络状态信息(包括网络拓扑结构和域内每台路由器所有接口所连链路的双向QoS度量)，然后采用预计算算法计算出本路由器到域内网络地址前缀的最优路径；同时根据收到的由边界路由器产生的External LSA，综合本路由器到边界路由器的最优路径，计算出到其它域网络地址前缀的最优路径。SQOSPF根据计算得到的最优路径，维护QoS路由表。当携带有QoS需求的IP分组到达路由器后，根据分组的目的地址和QoS需求在路由表中查找相应路由，从而完成对分组的转发。

该方法依次含有以下步骤：

步骤(1)SQOSPF周期性的获得本地路由器各个网络接口所连链路的QoS度量，然后更新本地所维护的域内路由器详细信息表中本地路由器的信息。在更新过程中，如果发现至少有一条本地链路的至少一种QoS度量的相对变化量超过了更新阈值或本地链路发生了断开或恢复的情况，依次执行以下步骤：

步骤(1.1)向相邻的域内路由器广播表示此时本地链路信息的Router LSA；

步骤(1.2)触发本地域内路由的重计算；

步骤(2)当SQOSPF收到相邻的本域路由器发送来的LSA时，会根据LSA的类型转入不同的处理过程，当收到的为Router LSA时，执行步骤(2.1)，当收到的为External LSA时，执行步骤(2.2)；

步骤(2.1)根据LSA的序列号判断此LSA是否过时，若过时，则转步骤(2.1.1)，若不过时，则转步骤(2.1.2)；

步骤(2.1.1)直接丢弃不作处理；

步骤(2.1.2)向相邻的域内路由器广播此LSA，同时根据LSA中的链路信息更新本地所维护的域内路由器详细信息；

步骤(2.2)根据LSA的序列号判断此LSA是否过时，过时，则转步骤(2.2.1)，若不过时，则转步骤(2.2.2)；

步骤(2.2.1)直接丢弃不作处理；

步骤(2.2.2)根据LSA携带的路径信息及本地路由器到产生此LSA的边界路由器的路由信息，来计算本地路由器到域外目的网络地址前缀的最优路由，并将路由更新到域内路由表中；

步骤(3)当SQOSPF收到路由管理重分配来的域间路由(本路由器到其它域网络地址前缀带有QoS度量的路径信息)时，依次执行以下步骤：

步骤(3.1)将此路由更新到域内路由表中；

步骤(3.2)向相邻的域内路由器广播由重分配来的域间路由组成的External LSA，如果一个LSA中装不下到同一目的前缀的所有路径信息，则直接丢弃溢出的信息。；

本发明测试环境由五台QoSR路由器原型(R1到R5)、一台流媒体服务器(Server)、五台流媒体接收客户端(Client1到Client5)和我们自己开发的测试仪(Tester)、测试服务器(Tester Server)组成，所有网络接口均采用Intel 82559百兆以太网卡，为了模拟出网络资源不足的情况，作者通过软件进行流控，保证每个网卡在全双工工作模式下单向流速限制在10Mbps。通过本测试环境实现了OSPF协议的QoS扩展。

附图说明

图1、Router LSA分组格式；

图2、External LSA分组格式；

图3.特殊的External LSA；

图4.与路由管理模块通信示意图；

图5.实验部署环境示意图；

图6.基于OSPF协议的支持多种服务质量的方法的流程示意图。

具体实施方式

本地链路状态发生变化：SQOSPF周期性的获得本地路由器各个网络接口所连链路的QoS度量，然后更新本地所维护的域内路由器详细信息表中本地路由器的信息。在更新过程中，如果发现至少有一条本地链路的至少一种QoS度量的相对变化量超过了更新阈值或本地链路发生了断开或恢复的情况，就会向相邻的域内路由器广播表示此时本地链路信息的RouterLSA，同时触发本地域内路由的重计算。

收到相邻的本域路由器发送来的LSA：当SQOSPF收到相邻的本域路由器发送来的LSA时，会根据LSA的类型转入以下不同的处理过程。

当收到的为Router LSA时，首先根据LSA的序列号判断此LSA是否过时：如果过时，直接丢弃不作处理；否则向相邻的域内路由器广播此LSA，同时根据LSA中的链路信息更新本地所维护的域内路由器详细信息。在更新过程中如果发现LSA中携带的链路信息满足下面三个条件之一并且路由保持时间已到，则会触发域内路由的重计算：1)产生此LSA的路由器为新加入自治域的路由器；2)LSA中含有链路增删信息；3)至少有一条链路的至少一种QoS度量的相对变化量超过了更新阈值。

当收到的为External LSA时，首先根据LSA的序列号判断此LSA是否过时：如果过时，直接丢弃不作处理；否则向相邻的域内路由器广播此LSA，同时根据LSA携带的路径信息及本地路由器到产生此LSA的边界路由器的路由信息，来计算本地路由器到域外目的网络地址前缀的最优路由，并将路由更新到域内路由表中。

收到路由管理重分配的域间路由：这种情况只会发生在配置有域间路由协议的边界路由器上。当SQOSPF收到路由管理重分配来的域间路由(本路由器到其它域网络地址前缀带有QoS度量的路径信息)时，将此路由更新到域内路由表中，同时向相邻的域内路由器广播由重分配来的域间路由组成的External LSA。由于IP分组长度的限制，一次可能会产生多个External LSA，要注意将具有相同目的网络地址前缀的最优路径信息封装在同一个ExternalLSA中。如果一个LSA中装不下到同一目的前缀的所有路径信息，则直接丢弃溢出的信息。

当域间路由协议发现本边界路由器无法到达其它域的某一网络地址前缀时，会通过路由管理通知SQOSPF删除到此网络地址前缀的所有路由。然后SQOSPF会通过一种特殊的ExternalLSA，通知域内的所有路由器删除到此网络地址前缀的所有路由。

图2的报文格式如下所述：

Type：8位，表示协议包的类型和协议包中携带的链路信息的服务类型。

#of Link：8位，Router LSA中所携带的链路信息的个数。

QoS Map：8位，标识Router LSA中链路信息的QoS度量的类型。每一位对应于一种QoS度量。如果此位为1，表示PVA的路径信息中携带此QoS度量；如果此位为0，不携带此QoS度量，所以一共可在每条路径信息中携带8种QoS度量。目前的实现使用低四位，从右面开始的4位分别对应可用带宽、延迟、花费和丢失率，高4位均置为0。

Advertising Router：32位，表示产生此LSA的路由器的ID，通常取路由器所有接口地址的最小值作为此ID。

Sequence Number：32位无符号整数，Router LSA的序列号，用来检测过时的Router LSA。

Link Address：32位，链路所连接的路由器网络接口的IP地址。

Network Mask：32位，此网络接口的子网掩码。

QoS Mtr.n：每种QoS度量用8位来表示。定义常数MAX_MTR_NUMBER，这8位表示的数值中，[0，MAX_MTR_NUMBER]表示QoS度量，具体的编码方式见下文。(MAX_REQ_NUMBER，255)保留为系统使用。

每种QoS度量的编码方式：

可用带宽：单位为KB，取值范围[1，1e6/8]，取log_1.05 ^bw。

延迟：单位为ms，取值范围[0，100×10e3]，取log_1.05 ^delay。

花费：取值范围[0，100×10e3]，取log_1.05 ^cost。

丢失率：取值范围[0，100％]，取百分数的数值。

External LSA由域边界路由器产生，负责将域边界路由器到其它域某一网络地址前缀的路由广播给域内路由器。其格式如图2所示。External LSA的头部比Router LSA多出了Destination Address/Network Mask信息，用来表示目的网络地址前缀。头部后面的为路径信息而非链路信息，其中包含每条路径的QoS度量。由于到达同一目的网络地址前缀可能有多条最优路径，因此在一个External LSA中会携带多条最优路径信息。图3表示的为一种特殊的External LSA，其中不包含有路径信息，用来通知路由器删除域内路由表中所有到达它表示的网络地址前缀的路由。

Claims

1.基于开放最短路径优先协议的支持多种服务质量的方法，其特征在于，该方法依次含有以下步骤：

步骤(1)本地路由器根据简单服务质量路由优先协议周期性的获得与自己相邻的路由器发来的本地路由器各个网络接口所连链路的服务质量度量QoS，然后更新本地路由器信息。在更新过程中，如果发现至少有一条本地链路的至少一种QoS度量的相对变化量超过了预先定义的值或本地链路发生了断开或恢复的情况，就会向相邻的域内路由器广播表示此时本地链路信息的Router LSA，同时触发本地域内路由的重计算，所述的服务质量度量Qos至少包含可用带宽，延迟，丢失率以及花费，所述Router LSA至少包含：类型Type，本地链路信息Router LSA的个数，QoS映射QoS Map，产生路由链路状态广告LSA的路由器的IP用Advertising Router表示，序列号Sequence Number，链路所连接的路由器网络接口的IP地址Link Address，网络接口的子网掩码Network Mask，服务质量度量QoS Mtr.n；

步骤(2)当所述SQOSPF收到相邻的本域路由器发送来链路状态广告LSA，若判断为RouterLSA时，执行步骤(2.1)，若为扩展的链路状态广告External LSA时，转入步骤(2.2)；

步骤(2.1)根据链路状态广告Router LSA到达时间序列号是否早于设定的判断序列号判断该广告是否过时，若过时，则丢弃，否则，向相邻的域内路由器广播此链路状态广告LSA，并同时根据该广告中的链路信息更新本地所维护的域内路由器的对应信息；

步骤(2.2)根据扩展的链路状态广告Extenal LSA的到达时间序列号是否早于设定的判断序列号来判断该广告是否过时，若过时，则丢弃，否则，根据扩展链路状态广告Extenal LSA携带的路径信息及本地路由器到发来该广告的边界路由器的路由信息，用Dijkstra算法来计算本地路由器到域外目的网络地址前缀的最优路由，并把计算得到的最优路由更新到本地路由器的域内路由表中；

步骤(3)当本地路由器根据简单服务质量路径优先协议收到路由管理重分配来的从本地路由器到其他域网络地址前缀的带有服务质量度量QoS的路径信息时，依次执行以下步骤：

步骤(3.1)把此路由更新到本地路由器的域内路由表中；

步骤(3.2)向相邻的域内路由器广播由重分配来的域间路由组成的扩展的链路广告External LSA，若一个该广告中装不下到同一目的前缀的所有路径信息，则直接丢弃溢出的信息。

2.根据权利要求1所述基于开放最短路径优先协议的支持多种服务质量的方法，其特征在于，在所述的步骤(2.1)中，在更新过程中，如果发现该Router LSA中携带的链路信息满足下面三个条件之一，并且路由保持时间已到，则触发域内路由的重计算：

(1)产生此LSA的路由器为新加入自治域的路由器；

(2)LSA中含有链路增删信息；

(3)至少有一条链路的至少一种QoS度量的相对变化量超过了预先定义的值。