CN101155134A - 路径计算及网络拓扑方法、构架、系统、实体及路由器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路径计算方法，该方法包括：对构成IP网络的路由器进行划分以形成至少一个网格Grid，每一网格包含至少一个路由器；每一网格收集本网格内各个路由器的路由器资源；每一网格根据所收集的路由器资源构建网络拓扑，再根据网络拓扑及路由器的IP地址资源进行路径计算。本发明还公开了一种网络拓扑方法、网络构架、资源管理系统、注册服务实体、自治系统和路由器，能够提高网络的资源管理及路径计算的效率。

Description

路径计算及网络拓扑方法、构架、系统、实体及路由器

技术领域

本发明涉及互联网(Internet)寻路技术，特别涉及一种Internet网络的路径计算方法、网络拓扑方法、基于网格的IP网络构架、自治系统、注册服务实体、资源管理系统以及路由器。

背景技术

目前，Internet寻路机制依赖于开放最短路径优先协议(OSPF，Open ShortestPath First)/中间系统-中间系统协议(ISIS，Intermediate system-intermediatesystem)，简称OSPF/ISIS，等基于最短路径的链路状态协议。因此，网络流量将集中到最短路径所经过的链路上，从而最终导致最短路径的链路过载，同时非最短链路的带宽却没有得到充分利用。流量工程(TE，Traffic Engineering)的目的是将流量进行转移，使阻塞链路的流量能够转移到那些没有被充分利用的链路上去。多协议标签交换流量工程(MPLS-TE，Multi-protocol LabelSwitching-Traffic Engineering)技术通过路径计算，使用资源预留建立协议及流量工程扩展(RSVP-TE，Resource Reservation Setup Protocol withTraffic-Engineering Extensions)技术在路径的起点和终点间建立一条标签交换路径(LSP，Label Switching Path)，从而将流量从最短路径导向那些没有充分利用的链路上。MPLS-TE技术的前提在于路径计算，只有计算出了满足条件的路径，才能发起LSP信令建立过程。

现有的规范已提供了基于路径计算单元(PCE，Path Computation Element)的路径计算体系架构。在路径计算过程中，由路径计算客户端(PCC，PathComputation Client)向PCE发起请求，请求包括通信的源地址和目的地址，服务质量要求(QOS，Quality of Service)等路径计算约束参数。PCE计算出符合条件的路径，并返回给PCC。PCC通过RSVP-TE信令协议建立LSP，后续的流量将由LSP进行转发。

PCE利用OSPF/ISIS的TE扩展协议获取流量工程数据库(TED，TrafficEngineering Database)，并计算满足各种限制条件的路径。但是，OSPF/ISIS协议只能获取一个区域的拓扑，当通信的源地址和目的位于不同的区域或者位于不同的自治系统(AS，Autonomous System)时，路径的计算需要多个PCE参与，最终形成一条完整的路径。这里，PCE和PCC是逻辑实体，在物理上可以实现在同一实体中，有些路由器既作PCC又作PCE；二者也可以在物理上分开实现，如专用的服务器或者网络管理服务器(NMS，Network Management Server)。当PCE和PCC在物理上分开实现时，PCE需要运行OSPF/ISIS的TE扩展协议获取TED，则PCE必须与路由器在IP层次上直联。如果PCE与路由器没有直联，则需要使用隧道技术。其中，基于PCE的路径计算体系架构允许使用带外的方式获取TED。

图1为多个PCE协同计算路径的体系结构图。如图1所示，头端节点(Head-End Node)收到业务请求，根据业务的需求向PCE A发起路径计算的请求，由于路径计算需要PCE A和PCE B协同计算完成，因此，PCE A向PCE B发起计算请求。PCE A根据PCE B计算的路径和自身计算的路径得到一条完整的路径，并返回给头端节点。头端节点随后使用信令协议建立LSP，如图1所示的头端节点、邻接节点1和邻接节点2之间的LSP。采用此种方法实现路径计算时存在以下问题：

1、PCE获取TED时要依靠链路状态协议，要求PCE运行OSPF/ISIS的TE扩展协议，因此，需要PCE与网络中的设备在IP层次上直联。大部分情况下，这个条件是不满足的。PCE的方案中采用了隧道技术，显然增加了部署的复杂性。

2、PCE使用链路状态协议感知网络拓扑，而链路状态协议对PCE的CPU计算能力以及内存等要求比较高。尤其是路由器作PCE时，路由器的性能将会受到较大影响。

3、链路状态协议收敛速度在秒级，尤其是路由器节点失效时，如果hello报文的发送间隔是10秒，收敛时间最长可能达到40秒。在拓扑没有完全收敛时，路径计算的结果是不可靠的。

4、Internet是由大量的AS连接而形成的。当通信的源地址和目的地址不属于同一个AS时，完整路径的计算需要多个PCE参与。如何确定路径计算将涉及的各PCE是必须要解决的问题。但目前的体系架构并未给出具体的实现方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种路径计算方法和基于网格的IP网络构架，能够利用资源管理和控制的方式进行路径计算，使路径计算不再依赖于OSPF/ISIS协议；本发明的主要目的还在于提供一种网络拓扑方法，能够减少网络拓扑的收敛的时延；本发明的另一主要目的在于提供一种注册服务实体、资源管理系统和自治系统，能提高对IP网络资源的管理能力；本发明的另一主要目的还在于提供一种路由器，能利用BGP路由表获取到达目的地的路径，以解决端到端的路径计算问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种路径计算方法，该方法包括：

对构成IP网络的路由器进行划分以形成至少一个网格(Grid)，每一网格包含至少一个路由器；

每一网格收集本网格内各个路由器的路由器资源；

每一网格根据所收集的路由器资源构建网络拓扑，再根据网络拓扑及路由器的IP地址资源进行路径计算。

其中，所述IP网络包括一个或多个自治系统AS；所述对构成IP网络的路由器进行划分以形成至少一个网格，包括：将属于同一AS的路由器划分至同一网格，每一网格包括一个或多个AS。

其中，所述IP网络包括一个或多个开放最短路径优先协议OSPF区域；所述对构成IP网络的路由器进行划分以形成至少一个网格，包括：将属于同一OSPF区域的路由器划分至同一网格，每一网格包括一个或多个OSPF区域。

其中，在每一网格内，资源被封装为：注册服务、拓扑信息服务、路径计算服务和IP地址管理服务，由注册服务收集本网格内的路由器资源，由拓扑信息服务按注册服务提供的路由器资源构建网络拓扑，由IP地址管理服务按注册服务提供的路由器资源管理路由器的IP地址资源，由路径计算服务根据拓扑信息服务提供的网络拓扑和IP地址管理服务提供的路由器IP地址资源进行路径计算。

该方法进一步包括：所述拓扑信息服务向注册服务订购路由器资源；

当注册服务注册拓扑信息服务订购的路由器资源或者发现拓扑信息服务订购的路由器资源状态发生变化时，注册服务通知拓扑信息服务，拓扑信息服务重新调整网络拓扑。

该方法进一步包括：所述IP地址管理服务向注册服务订购路由器资源；

当注册服务注册IP地址管理服务订购的路由器资源或者发现IP地址管理服务订购的路由器资源状态发生变化时，注册服务通知IP地址管理服务，IP地址管理服务重新调整网络的IP地址资源。

本发明公开了一种网络拓扑方法，应用于包括至少一个网格的IP网络；该方法包括：

每一网格收集本网格内各个路由器的路由器资源，

每一网格按所收集的路由器资源构造网络拓扑。

本发明还公开了一种基于网格的IP网络构架，包括：至少一个网格系统；每一网格系统包括：由多个路由器构成的IP网络，资源管理系统；所述资源管理系统，收集本网格系统的IP网络内各个路由器的路由器资源，构建网络拓扑，并根据网络拓扑及路由器的IP地址资源进行路径计算。

其中，在每一网格内，资源被封装为：注册服务、拓扑信息服务、路径计算服务和IP地址管理服务；

所述资源管理系统包括：

注册服务实体，用于收集本网格系统的IP网络内各个路由器的路由器资源，并提供路由器资源给拓扑信息服务实体和IP地址服务实体；

拓扑信息服务实体，用于按注册服务实体提供的路由器资源构建网络拓扑，并提供网络拓扑给路径计算服务实体；

IP地址管理服务实体，用于按注册服务实体提供的路由器资源管理路由器的IP地址资源并提供给路径计算服务实体；

路径计算服务实体，用于按网络拓扑和IP地址资源进行路径计算。

其中，拓扑信息服务实体，接收来自路径计算服务实体的当前请求计算的路径的源地址和目的地址，输出该源地址和目的地址之间存在的一条或多条路径以及各个路径的特征信息；路径计算服务实体，从接收到的路径请求中得到当前请求计算的路径的源地址和目的地址并传递给拓扑信息服务实体，从拓扑信息服务实体接收该源地址和目的地址之间存在的一条或多条路径以及各个路径的特征信息，根据当前路径请求中的约束条件从该一条或多条路径中选择符合条件的路径。

本发明又公开了一种自治系统(AS)，包括多个路由器；应用于包括至少一个网格系统的网络构架中，且每一网格系统包括用于管理AS内路由器资源并进行路径计算的资源管理系统；该AS设置于一个网格系统中；该AS中的每一路由器用于向资源管理系统注册自身的路由器资源。

其中，该AS的边缘设置有至少一个具备BGP能力的路由器；该具备BGP能力的路由器，用于接收来自资源管理系统的服务请求，确定到达当前请求计算的路径的目的地址的路径所经过的下一个AS的编号以及该下一个AS中具备BGP能力的路由器的地址并返回给资源管理系统。

本发明公开了一种注册服务实体，设置于包括多个路由器的网格系统中；该注册服务实体用于收集自身所在网格系统中各个路由器的路由器资源并注册。

本发明公开了一种路由器，应用于包含至少一个网格系统的网络构架中，且每一网格系统包括：包括多个路由器的AS和用于管理该AS内路由器资源并进行路径计算的资源管理系统，该路由器设置于AS中；

该路由器中设置有BGP路由表服务，用于注册自身的路由器资源至本网格系统内的资源管理系统，接收来自该资源管理系统的服务请求，确定当前请求计算的路径的目的地址经过的下一个AS的编号以及该下一个AS中具备BGP能力的路由器的地址并返回给该资源管理系统。

本发明还公开了一种资源管理系统，应用于包含至少一个网格系统的网络构架中，且每一网格系统包括IP网络；该资源管理系统设置于一个网格系统中，包括：

注册服务实体，用于收集本网格系统内IP网络的路由器资源，并提供路由器资源给拓扑信息服务实体和IP地址服务实体；

拓扑信息服务实体，用于按注册服务实体提供的路由器资源构建网络拓扑，并提供网络拓扑给路径计算服务实体；

IP地址管理服务实体，用于按注册服务实体提供的路由器资源管理路由器的IP地址资源并提供给路径计算服务实体；

路径计算服务实体，用于按网络拓扑和IP地址资源进行路径计算。

因此，本发明所提供的路径计算方法、网络拓扑方法、基于网格的IP网络构架、自治系统、注册服务实体、资源管理系统以及路由器能够利用资源管理和控制的方式进行路径及网络拓扑的计算，而不再依赖于OSPF/ISIS协议，采用本发明技术可以对网络拓扑变化反应迅速，在1秒左右完成拓扑的收敛。进一步的，本发明还能利用BGP路由表，利用自治系统边界路由器获取到达目的的自治系统路径，根据自治系统可以逐个定位到相关的路径计算服务，从而共同完成一条完整路径的计算，解决了端到端的路径计算问题。

附图说明

图1为多个PCE协同计算路径的体系结构图。

图2为本发明的IP网络的网格系统构架。

图3为本发明的IP网络的网格系统划分示意图。

图4为本发明网格系统的拓扑信息计算示意图。

图5为本发明利用BGP路由表获取自治系统路径的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的主要思想在于，利用网格技术对IP网络的资源进行管理，获取网络拓扑，然后在此基础上完成路径计算功能。

网格(Grid)技术是一种分布式计算技术，它的目标是建立通用的网格基础设施，将分布式系统中的各种异构资源，包括计算、存储、信息等，进行集中的管理和调度，从而实现系统资源的充分利用；同时，由于网格平台采用面向服务的体系架构(OGSA，Open Grid Service Architecture)，将各种资源抽象并虚拟化为服务(service)，并进行注册，在此基础上，系统将对各种资源进行调度，最终完成用户提交的请求。因此，基于网格的应用程序开发者只需要关注业务逻辑，利用已有的服务进行组合，就可以快速的提供业务。本发明利用网格的资源管理功能，掌握网络的全局的拓扑，从而快速和准确的计算路径。

本发明方案主要包括：首先，管理IP网络的路由器资源，形成网格系统；随后，利用网格系统灵活的资源管理和调度能力完成路径计算。下面将本发明的技术方案将分成几个部分进行介绍：1、系统架构；2、系统各组件间接口；3、系统实现路径计算的流程。

一、系统构架

本发明的网格系统构架包括：资源管理系统和IP网络。其中，IP网络由若干路由器互连而成。路由器的接口，IP地址，接口带宽，接口带宽使用状态，路由器的边界网关协议(BGP，Border Gateway Protocol)路由表等都作为资源进行管理。路由器将自身的资源和能力注册到资源管理系统中。其中，资源管理系统可获取本网格系统内各个路由器的路由器资源，也可由各路由器主动注册自身的路由器资源至该资源管理系统。而资源管理系统包括：注册服务实体、拓扑信息服务实体、IP地址管理服务实体和路径计算服务实体。其中，拓扑计算服务实体根据路由器注册的资源和能力构建网络拓扑；IP地址管理服务实体根据IP地址资源管理网络内的IP地址信息；路径计算服务则利用拓扑信息服务实体、IP地址管理服务实体等提供的服务进行路径计算。这里，网格系统中，每一网格可将本网格的资源封装成若干服务，包括：注册服务、拓扑信息服务、路径计算服务和IP地址管理服务；在系统构建中，这些服务可被称为相应的服务实体，包括：注册服务实体、拓扑信息服务实体、路径计算服务实体和IP地址管理服务实体，这些服务实体均为逻辑实体，它们可以运行在同一台服务器上，也可以运行在不同的服务器上，它们之间可利用标准的web服务接口进行通信。

图2为本发明的IP网络的网格系统构架。如图2所示，路由器102、路由器104、路由器106和路由器108组成了一个IP网络。每个路由器将自身的资源和能力向系统中的注册服务进行注册，如上段所述，各路由器可主动向注册服务注册自身的资源和能力，也可由注册服务从各个路由器中获取路由器的资源和能力，这里所述路由器的资源和能力可称为路由器资源。每一路由器注册的资源和能力信息包括：路由器标识、路由器的接口信息、路由器接口的IP地址/掩码、路由器接口的带宽、路由器接口的带宽使用情况等。这里只是具体列举了路由器的一些资源，实际上路由器可供管理的资源非常多，例如边界路由器的BGP协议路由表等，本发明对此不作具体限定，本文就不再对路由器可能注册的资源和能力信息一一枚举。

拓扑信息服务实体利用注册服务实体收集的资源构造出网络拓扑。路径计算服务实体将需要计算路径的源地址和目的地址传递给拓扑信息服务实体，该拓扑信息服务实体再返回源地址和目的地址之间存在的一条或者多条路径以及路径的带宽占用信息，然后由路径计算服务实体根据路径请求的约束条件来选择符合条件的路径。

当路由器注册的资源发生变化时，将会通知注册服务实体。注册服务实体根据资源订购情况，来决定是否向相关服务发送通知消息。拓扑信息服务实体和IP地址管理服务实体会就其感兴趣的资源状态向注册服务实体进行订购。如果注册服务实体发现拓扑信息服务实体或IP地址管理服务实体订购的资源状态发生了变化、或者注册拓扑信息服务实体或IP地址管理服务实体订购的资源，则通知拓扑信息服务实体或IP地址管理服务实体；拓扑信息服务实体在收到注册服务实体的通知后重新调整网络拓扑，IP地址管理服务实体在收到注册服务实体的通知后也将重新调整网络的IP地址资源。IP地址管理服务实体拥有网格内所有分配的IP地址，包括：网络规划的网段，动态主机配置协议(DHCP)服务器的地址池，网络设备提供的地址池等等。因此，IP地址管理服务实体可以判断当前路径计算的目的地址是否在本网格内。

路由器也可以提供服务，例如，拥有BGP路由表的路由器就可以提供BGP路由查询服务，以根据IP地址/掩码来获取到达此目的地的自治系统路径。

基于上述本发明系统中各组件实现的功能，下面结合图2对系统中各组件之间接口加以详细说明。

图2给出了IP网络网格系统中各组件之间的接口，包括：路由器和注册服务实体之间的接口A，注册服务实体和拓扑信息服务实体之间的接口B，路径计算服务实体和拓扑信息服务实体之间的接口C，IP地址管理服务实体和拓扑信息服务实体之间的接口D。

1、接口A：用于完成路由器资源的注册，当路由器资源状态改变时，及时通知注册服务实体。目前的路由器均支持简单网络管理协议(SNMP，SimpleNetwork Management Protocol)，需要管理的资源如接口信息等都已经有了成熟的管理信息库(MIB，Management Information Base)，可以直接用于资源注册，而SNMP协议的陷阱(TRAP)消息可以在资源状态变化时通知网格系统。因此，可以利用SNMP协议或者其它协议来实现这个接口。

2、接口B：主要用于完成拓扑信息服务实体向注册服务实体订购感兴趣的资源，比如：新增加路由器、或某路由器新增加链路等。注册服务实体在感知到拓扑信息服务实体订购的资源时即注册拓扑信息服务实体订购的资源时，或者在拓扑信息服务实体订购的资源状态变化时，通知拓扑信息服务实体。

3、接口C：路径计算服务实体通过该接口调用拓扑信息服务实体提供的服务。该接口可以使用标准的web服务接口完成，该web服务接口可用于网格系统中任何两个服务之间的服务调用。

4、接口D：主要用于完成IP地址管理信息服务向注册服务实体订购感兴趣的资源，比如：动态主机配置协议(DHCP，Dynamic Host Configuration Protocol)服务器注册的地址池、业务网关注册的地址池、规划的地址范围等。注册服务实体在感知到IP地址管理服务实体订购的资源时即注册IP地址管理服务实体订购的资源时，或者在IP地址管理服务实体订购的资源状态发生变化时，通过该接口通知IP地址管理服务实体。

这里所述接口，主要描述接口需要实现的功能和传递的信息，而具体的实现接口的协议可以根据需要选择，本发明对此并不进行限定。

基于上述本发明IP网络的网格系统构架，下面结合附图对本发明的具体实现加以详细阐述。

1、系统实现路径计算的流程

本节详细介绍利用网格系统实现路径计算的流程，包括：1)IP网络的网格范围的确定；2)拓扑信息计算的方法；3)IP地址管理服务；4)利用BGP路由表查找路径计算涉及的路径计算服务；5)路径计算。

1)IP网络的网格范围的确定

Internet可由很多的自治系统(AS，Autonomous System)组成，AS内部运行特定的内部网关协议，同时AS之间通过BGP协议交互路由信息，并且按照相应的策略进行路由信息传递的控制。图2所描述的网格系统需要对路由器资源进行管理，考虑到管理资源的成本以及与Internet的控制模型相一致，从物理位置上将属于同一个自治系统的路由器划分为一个网格，每一网格可以包括一个或多个自治系统。另外，IP网络也可能由一个或多个开放最短路径优先协议(OSPF)区域(area)构成，因此，也可将属于同一OSPF区域的路由器划分至同一网格，每一网格包括一个或多个OSPF区域，本文仅以按AS划分网格的机制为例对本发明原理加以说明，当按OSPF区域划分网格时本发明的处理原理基本相同，本文就不再赘述。

如图3所示的IP网络的网格系统划分示意图，IP网络被划分为三个网格系统，与自治系统的范围相对应，分别是网格系统1、网格系统2和网格系统3。

如图3所示，网格系统1中包括：资源管理系统1和AS1，资源管理系统1由拓扑信息服务实体1、路径计算服务实体1、注册服务实体1和IP地址管理服务1构成，AS1由路由器102、路由器104、路由器106和自治系统边缘路由器1(ASBR，AS Border Router)构成。类似的，网格系统2包括：资源管理系统2和AS2，资源管理系统2由拓扑信息服务实体2、路径计算服务实体2、注册服务实体2和IP地址管理服务2构成，AS2由路由器108、ASBR2和ASBR3构成；网格系统3包括：资源管理系统3和AS3，资源管理系统3由拓扑信息服务实体3、路径计算服务实体3、注册服务实体3和IP地址管理服务3构成，AS3由路由器110、路由器112、路由器114和ASBR4。其中，各个资源管理系统中各实体的连接关系与图2所示相同，这里就不再赘述；AS1中，路由器102连接路由器104和ASBR1，路由器106连接路由器104和ASBR1；AS2中，路由器108连接ASBR2和ASBR3；AS3中，路由器110连接ASBR4和路由器112，路由器112连接路由器114、路由器110以及ASBR4；AS1通过ASBR1连接至AS2中的ASBR2，AS2通过ASBR3连接至AS3中的ASBR4。

2)拓扑信息计算的方法

网格系统中的路由器将路由器标识、路由器接口、路由器接口的IP地址/掩码，路由器接口的网络层协议使能/去使能(UP/DOWN)等信息注册到网格系统的注册服务实体中，随后注册服务实体通知拓扑信息服务实体相关的资源。当路由器资源收集完成后，拓扑信息计算服务实体按拓扑算法得到网格系统内各路由器组成的完整的拓扑。此处描述的算法针对IPv4协议。

图4为本发明网格系统的拓扑信息计算示意图。如图4所示，路由器102的接口1和路由器104的接口1通过链路1相连，其带宽为1Gbps。拓扑信息服务实体可以根据注册的信息得到图4所示的表。对这些表的信息进行处理，比较接口的IP地址和掩码，发现路由器102的接口1的IP地址为1.1.1.1，掩码长度为24，而路由器104的接口1的IP地址为1.1.1.2，掩码长度为24，将两个接口的掩码和IP地址相与，得到1.1.1.0相同的结果，那么可以判断，路由器102的接口1和路由器104的接口1相连，并且存在一条链路，当前的状态是激活的，其带宽是1G。

3)IP地址管理服务

网格系统中的路由器、DHCP服务器、业务网关设备的地址池等设备将网络中所有的IP地址注册到注册服务实体中，注册服务实体通知IP地址管理服务实体，该IP地址管理服务实体则拥有网络中所有的IP地址信息。其中，IP地址的注册可以采用动态的方式，对于一些非骨干路由器的地址，可以通过注册地址池来实现，也可将网络规划的地址静态输入到IP地址管理服务实体的数据库中。

通过IP地址管理服务，可以判断路径计算请求的目的IP地址是否在本网格内，如果在本网格内，则由网格内的路径计算服务实体完成计算；如果不在本网格内，则需要其它网格来协作完成路径计算。

4)利用BGP路由表查找路径计算涉及的路径计算服务

当路径计算服务实体发现路径计算的目的地址不属于本网格时，则向注册服务实体查找具备BGP能力的路由器。路径计算服务实体获取到具备BGP能力的路由器的地址后，向该路由器发起请求，请求其根据目的地址返回到达该目的地址的自治系统路径(AS path)。

图5为本发明利用BGP路由表获取自治系统路径的示意图。图5中的自治系统为图3中的AS1，在AS1中，ASBR1是具备BGP能力的边界网关路由器，能够提供BGP路由表服务。路径计算服务实体先向注册服务实体查找具备BGP能力的路由器，然后向该具备BGP能力的路由器的BGP路由表服务发起请求，获取到达目的地址的自治系统路径以及BGP对端的地址，用于后续确定参与计算的网格的路径计算服务实体。其中，向该具备BGP能力的路由器发起请求并获取到达目的地址的自治系统路径以及BGP对端的地址的方法很多，可以采用SNMP访问BGP的MIB信息的方式，也可以使用远端过程调用等方式。

5)路径计算流程

当路径计算服务实体接收到路径计算请求时，从当前收到的路径请求中得到当前请求计算的路径的源地址和目的地址，然后按下面的步骤完成路径计算任务：

步骤a：路径计算服务实体首先调用IP地址管理服务实体的逻辑，判断目的地址是否在本网格内，如果在本网格内，则执行步骤b；如果不在本网格内，则执行步骤e。这里，设定：一个网格包括一个自治系统，本流程所称一个自治系统可以理解为一个网格。

步骤b：路径计算服务实体调用拓扑信息服务实体的逻辑，向拓扑信息服务实体传递当前路径计算的起点地址和目的地址。这里，若路径计算服务实体在首次执行步骤a时就判断在本网格内，则本步骤b中的起点地址即为路径计算请求携带的源地址；否则，本步骤b中的起点地址和终点地址分别为路径计算服务实体当前收到的服务请求中携带的起点地址。

步骤c：拓扑信息服务实体返回应答，该应答携带当前路径计算的起点地址和目的地址之间存在的一条或多条路径以及每条路径的特征，比如：带宽预留情况、链路特性、链路时延等。

步骤d：路径计算服务实体根据拓扑信息服务实体返回的应答，结合用户请求的约束条件，从该应答携带的一条或多条路径中选择符合条件的路径，执行步骤i。

步骤e：路径计算服务实体向注册服务实体查询本网格内具备BGP能力的路由器。这里，本文所称的BGP路由器指的就是具备BGP能力的路由器。

步骤f：路径计算服务实体向查询到的具备BGP能力的路由器发送服务请求，要求该路由器中的BGP路由表服务根据服务请求中携带的当前路径计算的目的地址获取到达该目的地址的路径所经过的下一个自治系统的编号以及下一个自治系统的BGP对等体(即与本自治系统相邻的具备BGP能力的路由器)的地址。路径计算服务还根据当前路径计算起点，并以本AS中与下一个AS相邻的BGP路由器的地址为终点，利用本AS的拓扑信息服务实体计算得到本AS内从该起点到终点之间的符合条件的路径。这里，当前路径计算的起点地址可从路径计算服务实体所收到的服务请求中获得，若该路径计算服务实体收到的是路径计算请求，则该路径计算的起点地址就为该路径计算请求中携带的源地址。

步骤g：路径计算服务实体根据所获取的下一个自治系统的编号查找到对应的下一个自治系统的路径计算服务实体，并将服务请求发送给该下一个自治系统的路径计算服务实体。其中，原始服务请求中的参数均保持不变的携带在该服务请求中，该服务请求还携带该下一自治系统的路径计算服务实体在本域的路径计算起点地址，该路径计算起点地址为与上一个自治系统相邻的BGP对等体的地址，并且该服务请求中还携带步骤f中计算得到的本AS内的符合条件的路径。

步骤h：新的路径计算服务实体即步骤g所述下一自治系统的路径计算服务实体从上述步骤a开始执行路径计算的操作。

步骤i：接收到原始服务请求的路径计算服务实体(即：源地址所在自治系统的路径计算服务实体)接收来自各个其它自治系统的路径计算服务实体的计算结果，根据这些计算结果形成完整的路径并返回给路径计算的请求方。上述过程中，任何一个路径计算服务实体还可在发现没有符合条件的路径时返回失败消息给该源地址所在自治系统的路径计算服务实体。

下面以图3所示的系统为例来描述上述的路径计算过程。

如图3所示，用户终端A向用户终端B发起通信，用户终端A连接路由器104，用户终端B连接路由器112。路由器104根据来自用户终端A的原始的服务请求，向路径计算服务实体1发起路径计算请求。路径计算服务实体1向IP地址管理服务实体1查询用户终端B是否位于网格系统1。IP地址管理服务实体1经过查找后发现用户终端B不位于网格系统1，则随后查找网格系统1内的BGP路由器，获取到ASBR1的地址，这里，ASBR1即为网格系统1内的BGP路由器。路径计算服务实体1随后以用户终端B为参数向ASBR1查找到达目的地(即用户终端B)的下一个自治系统的编号和与ASBR1形成对等体的ASBR。ASBR1确定AS2为下一自治系统的编号、ASBR2为ASBR1的对等实体，并返回AS2和ASBR2的信息给路径计算服务实体1。

路径计算服务实体1通过域名服务器(DNS，Domain Name Server)服务或者其它静态配置的方式获取AS2内的路径计算服务实体2的信息，并将路径计算请求发送给该路径计算服务实体2，将该路径请求中的源地址修改为ASBR2的地址。随后，路径计算服务实体2执行与路径计算服务实体1类似的操作，并最终发送路径请求给路径计算服务实体3，将该路径请求中的源地址修改为ASBR4的地址。

路径计算服务实体3通过计算发现用户终端B属于网格系统3，因此，直接计算出从ASBR4开始依次经过路由器110和路由器112的路径，可表示为：ASBR4-＞110-＞112；该路径技术服务实体3返回该路径的信息给路径计算服务实体2。路径计算服务实体2计算出网格系统2中的路径是从ASBR2开始依次经过路由器108和ASBR3的路径，可表示为ASBR2-＞108-＞ASBR3。该路径计算服务实体3将两个计算出来的路径均发送回路径计算服务实体1。该路径计算服务实体1最终计算得到路径：从路由器104开始依次经过路由器102、ASBR1、ASBR2、路由器108、ASBR3、ASBR4、路由器110和路由器112的路径，可表示为104-＞102-＞ASBR1-＞ASBR2-＞108-＞ASBR3-＞ASBR4-＞110-＞112，并将该路径的信息返回给路由器104。

至此，整个路径计算过程完成，路由器104能够按此路径将来自用户终端A的服务请求发往用户终端B。

综上所述，本发明能够利用资源管理和控制的方式进行路径及网络拓扑的计算，而不再依赖于OSPF/ISIS协议，采用本发明技术可以对网络拓扑变化反应迅速，在1秒左右完成拓扑的收敛。进一步的，本发明还能利用BGP路由表，利用自治系统边界路由器获取到达目的的自治系统路径，根据自治系统可以逐个定位到相关的路径计算服务，从而共同完成一条完整路径的计算，解决了端到端的路径计算问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (35)

1.一种路径计算方法，其特征在于，该方法包括：

对构成IP网络的路由器进行划分以形成至少一个网格Grid，每一网格包含至少一个路由器；

每一网格收集本网格内各个路由器的路由器资源；

每一网格根据所收集的路由器资源构建网络拓扑，再根据网络拓扑及路由器的IP地址资源进行路径计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IP网络包括一个或多个自治系统AS；

所述对构成IP网络的路由器进行划分以形成至少一个网格，包括：将属于同一AS的路由器划分至同一网格，每一网格包括一个或多个AS。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IP网络包括一个或多个开放最短路径优先协议OSPF区域；

所述对构成IP网络的路由器进行划分以形成至少一个网格，包括：将属于同一OSPF区域的路由器划分至同一网格，每一网格包括一个或多个OSPF区域。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每一网格收集本网格内各个路由器的路由器资源，包括：

每一网格内的各个路由器主动向本网格注册各自的路由器资源；或者，

每一网格获取本网格内各个路由器的路由器资源。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每一网格内，资源被封装为：注册服务、拓扑信息服务、路径计算服务和IP地址管理服务，由注册服务收集本网格内的路由器资源，由拓扑信息服务按注册服务提供的路由器资源构建网络拓扑，由IP地址管理服务按注册服务提供的路由器资源管理路由器的IP地址资源，由路径计算服务根据拓扑信息服务提供的网络拓扑和IP地址管理服务提供的路由器IP地址资源进行路径计算。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述注册服务收集本网格内的路由器资源，包括：

本网格内的各个路由器主动将自身的路由器资源注册到注册服务中；或者，

注册服务获取本网格内各个路由器的路由器资源。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述由路径计算服务根据拓扑信息服务提供的网络拓扑和IP地址管理服务提供的路由器IP地址资源进行路径计算，包括：

拓扑信息服务利用注册服务收集的资源构造出网络拓扑，

当路径计算服务收到路径请求时，路径计算服务从当前收到的路径请求中得到当前请求计算的路径的源地址和目的地址并传递给拓扑信息服务；拓扑信息服务返回该源地址和目的地址之间存在的一条或者多条路径以及路径的带宽占用信息给路径计算服务；路径计算服务根据当前路径请求中的约束条件从该一条或多条路径中选择符合条件的路径。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述IP网络包括一个或多个自治系统AS；所述对这些路由器进行划分以形成至少一个网格，包括：将属于同一AS的路由器划分至同一网格，且每一网格包括至少一个AS；所述AS的边缘设置有至少一个具备边界网关协议BGP能力的路由器；

当路径计算服务收到路径请求时，执行如下步骤：

A.路径计算服务从当前收到的路径请求中得到当前请求计算的路径的源地址和目的地址，将该源地址作为当前路径计算的起点地址；

B.路径计算服务调用IP地址管理服务，判断目的地址是否在本网格内，如果在本网格内，则执行步骤C；否则执行步骤F；

C.路径计算服务调用拓扑信息服务，向拓扑信息服务传递当前路径计算的起点地址和目的地址；

D.拓扑信息服务返回应答给路径计算服务，该应答携带该当前路径计算的起点址和目的地址之间存在的一条或多条路径以及每条路径的特征信息；

E.路径计算服务根据拓扑信息服务返回的应答，结合路径请求的约束条件，从该当前路径计算的起点地址和目的地址之间存在的一条或多条路径中选择符合条件的路径，得到路径计算结果，执行步骤I；

F.路径计算服务向注册服务查询本网格内具备BGP能力的路由器；

G.路径计算服务向查询到的具备BGP能力的路由器发送服务请求，要求该路由器中的BGP路由表服务根据目的地址获取到达该目的地址的路径所经过的下一个AS的编号以及该下一个AS中具备BGP能力的路由器的地址；路径计算服务根据当前路径计算起点并以本AS中与下一个AS相邻的BGP路由器的地址为终点计算本AS内的路径；

H.路径计算服务根据所获取的下一个AS的编号查找到下一AS中的路径计算服务，在所收到服务请求中进一步携带路径计算起点，该路径计算起点为与本AS相邻的下一个AS中具备BGP能力的路由器的地址，该服务请求中还携带计算得到的本AS内符合条件的路径，转发该服务请求给该下一AS中的路径计算服务，由该下一个AS的路径计算服务从上述步骤B开始执行路径计算操作；

I.每一路径计算服务将自身的路径计算结果返回给源地址所在AS的路径计算服务，由该源地址所在AS的路径计算服务根据这些路径计算结果形成完整的路径。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤E进一步包括：

当所述路径计算服务发现没有符合条件的路径时，向源地址所在AS的路径计算服务返回失败消息。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

所述拓扑信息服务向注册服务订购路由器资源；

当注册服务注册拓扑信息服务订购的路由器资源或者发现拓扑信息服务订购的路由器资源状态发生变化时，注册服务通知拓扑信息服务，拓扑信息服务重新调整网络拓扑。

11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

所述IP地址管理服务向注册服务订购路由器资源；

当注册服务注册IP地址管理服务订购的路由器资源或者发现IP地址管理服务订购的路由器资源状态发生变化时，注册服务通知IP地址管理服务，IP地址管理服务重新调整网络的IP地址资源。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述路由器资源包括以下任一项或任意几项的组合：路由器标识、路由器接口、路由器接口的IP地址/掩码、路由器接口的网络层协议使能/去使能UP/DOWN、接口状态、接口带宽、接口带宽使用情况、IP地址池、具备BGP能力的路由器的信息。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述路由器的IP地址资源包括以下任一项或任意几项的组合：网络规划的网段、动态主机配置协议DHCP服务器的地址池和网络设备提供的地址池。

14.一种网络拓扑方法，其特征在于，应用于包括至少一个网格的IP网络；该方法包括：

每一网格收集本网格内各个路由器的路由器资源，

每一网格按所收集的路由器资源构造网络拓扑。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述每一网格收集本网格内各个路由器的路由器资源，包括：

每一网格内的各个路由器主动向本网格注册各自的路由器资源；或者，

每一网格获取本网格内各个路由器的路由器资源。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在每一网格内，资源被封装为：注册服务和拓扑信息服务；

由注册服务获取本网格内各路由器的路由器资源，或由本网格内各路由器向注册服务主动注册各自的路由器资源；

由拓扑信息服务按注册服务提供的路由器资源构建网络拓扑。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

所述拓扑信息服务向注册服务订购路由器资源；

当注册服务注册拓扑信息服务订购的路由器资源或者发现拓扑信息服务订购的路由器资源状态发生变化时，注册服务通知拓扑信息服务，该拓扑信息服务重新调整网络拓扑。

18.根据权利要求14至17任一项所述的方法，其特征在于，所述路由器资源包括以下任一项或任意几项的组合：路由器标识、路由器接口、路由器接口的IP地址/掩码、路由器接口的网络层协议UP/DOWN、接口状态、接口带宽、接口带宽使用情况、IP地址池、具备BGP能力的路由器的信息。

19.一种基于网格的IP网络构架，其特征在于，包括：至少一个网格系统；每一网格系统包括：由多个路由器构成的IP网络，资源管理系统；

所述资源管理系统，收集本网格系统的IP网络内各个路由器的路由器资源，构建网络拓扑，并根据网络拓扑及路由器的IP地址资源进行路径计算。

20.根据权利要求19所述的构架，其特征在于，每一网格内的IP网络包括一个或多个AS。

21.根据权利要求19所述的构架，其特征在于，在每一网格内，资源被封装为：注册服务、拓扑信息服务、路径计算服务和IP地址管理服务；

所述资源管理系统包括：

注册服务实体，用于收集本网格系统的IP网络内各个路由器的路由器资源，并提供路由器资源给拓扑信息服务实体和IP地址服务实体；

拓扑信息服务实体，用于按注册服务实体提供的路由器资源构建网络拓扑，并提供网络拓扑给路径计算服务实体；

IP地址管理服务实体，用于按注册服务实体提供的路由器资源管理路由器的IP地址资源并提供给路径计算服务实体；

路径计算服务实体，用于按网络拓扑和IP地址资源进行路径计算。

22.根据权利要求21所述的构架，其特征在于，

拓扑信息服务实体，接收来自路径计算服务实体的当前请求计算的路径的源地址和目的地址，输出该源地址和目的地址之间存在的一条或多条路径以及各个路径的特征信息；

路径计算服务实体，从接收到的路径请求中得到当前请求计算的路径的源地址和目的地址并传递给拓扑信息服务实体，从拓扑信息服务实体接收该源地址和目的地址之间存在的一条或多条路径以及各个路径的特征信息，根据当前路径请求中的约束条件从该一条或多条路径中选择符合条件的路径。

23.根据权利要求22所述的构架，其特征在于，每一网格内的IP网络包括一个或多个AS；每一AS的边缘设置有至少一个具备BGP能力的路由器；

路径计算服务实体，确定当前请求计算的路径的目的地址是否在本网格内，如果在本网格内，则进行路径计算；如果不在本网格内，则向注册服务实体查询本网格内具备BGP能力的路由器，向查询到的具备BGP能力的路由器发送服务请求，从该具备BGP能力的路由器获取到达该目的地址的路径所经过的下一个AS的编号经过的下一个AS的编号，查找下一AS中的路径计算服务实体，并发送服务请求至该下一AS中的路径计算服务实体，该服务器请求中包含的路径计算起点为与本AS相邻的下一个AS中具备BGP能力的路由器的地址；

所述具备BGP能力的路由器，用于从路径计算服务实体接收服务请求，确定到达该目的地址的路径所经过的下一个AS的编号以及该下一个AS中具备BGP能力的路由器的地址并返回给路径计算服务实体。

24.根据权利要求21或22所述的构架，其特征在于，

所述拓扑信息服务实体进一步用于向注册服务实体订购路由器资源，在收到该注册服务实体的通知后重新调整网络拓扑；

所述注册服务实体进一步用于当注册拓扑信息服务实体订购的路由器资源或者发现拓扑信息服务实体订购的路由器资源状态发生变化时通知拓扑信息服务实体。

25.根据权利要求21所述的构架，其特征在于，

所述IP地址管理服务实体进一步用于向注册服务实体订购路由器资源，在收到该注册服务实体的通知后重新调整网络的IP地址资源；

所述注册服务实体进一步用于当注册IP地址管理服务实体订购的路由器资源或者发现IP地址管理服务实体订购的路由器资源状态发生变化时通知IP地址管理服务实体。

26.一种自治系统AS，包括多个路由器；其特征在于，应用于包括至少一个网格系统的网络构架中，且每一网格系统包括用于管理AS内路由器资源并进行路径计算的资源管理系统；该AS设置于一个网格系统中；

该AS中的每一路由器用于向资源管理系统注册自身的路由器资源。

27.根据权利要求26所述的AS，该AS的边缘设置有至少一个具备BGP能力的路由器；

该具备BGP能力的路由器，用于接收来自资源管理系统的服务请求，确定到达当前请求计算的路径的目的地址的路径所经过的下一个AS的编号以及该下一个AS中具备BGP能力的路由器的地址并返回给资源管理系统。

28.一种注册服务实体，其特征在于，设置于包括多个路由器的网格系统中；

该注册服务实体用于收集自身所在网格系统中各个路由器的路由器资源并注册。

29.根据权利要求28所述的实体，其特征在于，

该注册服务实体，进一步用于接收外部实体的用于订购路由器资源的请求，当注册外部实体订购的路由器资源或发现外部实体订购的路由器资源状态发生变化时通知外部实体。

30.一种路由器，其特征在于，应用于包含至少一个网格系统的网络构架中，且每一网格系统包括：包括多个路由器的AS和用于管理该AS内路由器资源并进行路径计算的资源管理系统，该路由器设置于AS中；

该路由器中设置有BGP路由表服务，用于注册自身的路由器资源至本网格系统内的资源管理系统，接收来自该资源管理系统的服务请求，确定当前请求计算的路径的目的地址经过的下一个AS的编号以及该下一个AS中具备BGP能力的路由器的地址并返回给该资源管理系统。

31.一种资源管理系统，其特征在于，应用于包含至少一个网格系统的网络构架中，且每一网格系统包括IP网络；该资源管理系统设置于一个网格系统中，包括：

注册服务实体，用于收集本网格系统内IP网络的路由器资源，并提供路由器资源给拓扑信息服务实体和IP地址服务实体；

拓扑信息服务实体，用于按注册服务实体提供的路由器资源构建网络拓扑，并提供网络拓扑给路径计算服务实体；

IP地址管理服务实体，用于按注册服务实体提供的路由器资源管理路由器的IP地址资源并提供给路径计算服务实体；

路径计算服务实体，用于按网络拓扑和IP地址资源进行路径计算。

32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，

所述拓扑信息服务实体，接收来自路径计算服务实体的当前请求计算的路径的源地址和目的地址，输出该源地址和目的地址之间存在的一条或多条路径以及各个路径的特征信息；

所述路径计算服务实体，从接收到的路径请求中得到当前请求计算的路径的源地址和目的地址并传递给拓扑信息服务实体，从拓扑信息服务实体接收该源地址和目的地址之间存在的一条或多条路径以及各个路径的特征信息，根据当前路径请求中的约束条件从该一条或多条路径中选择符合条件的路径。

33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，每一网格系统内的IP网络包括一个或多个AS；每一AS的边缘设置有至少一个具备BGP能力的路由器；

路径计算服务实体，确定当前请求计算的路径的目的地址是否在本网格内，如果在本网格内，则进行路径计算；如果不在本网格内，则向注册服务实体查询本网格内具备BGP能力的路由器，向查询到的具备BGP能力的路由器发送服务请求，从该具备BGP能力的路由器获取到达该目的地址的路径所经过的下一个AS的编号，并查找该下一AS中的路径计算服务实体，发送服务请求至该下一AS中的路径计算服务实体，该服务器请求中包含的路径计算起点为与本AS相邻的下一个AS中具备BGP能力的路由器的地址；

所述具备BGP能力的路由器，用于从路径计算服务实体接收服务请求，确定到达该目的地址的路径所经过的下一个AS的编号以及该下一个AS中具备BGP能力的路由器的地址并返回给路径计算服务实体。

34.根据权利要求31或32所述的系统，其特征在于，

所述拓扑信息服务实体进一步用于向注册服务实体订购路由器资源，在收到该注册服务实体的通知后重新调整网络拓扑；

所述注册服务实体进一步用于当注册拓扑信息服务实体订购的路由器资源或者发现拓扑信息服务实体订购的路由器资源状态发生变化时通知拓扑信息服务实体。

35.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，

所述IP地址管理服务实体进一步用于向注册服务实体订购路由器资源，在收到该注册服务实体的通知后重新调整网络的IP地址资源；

所述注册服务实体进一步用于当注册IP地址管理服务实体订购的路由器资源或者发现IP地址管理服务实体订购的路由器资源状态发生变化时通知IP地址管理服务实体。

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