CN101228745A - 用于优化链路负荷和提高可用性的路由方法 - Google Patents

用于优化链路负荷和提高可用性的路由方法 Download PDF

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CN101228745A CNA2006800150093A CN200680015009A CN101228745A CN 101228745 A CN101228745 A CN 101228745A CN A2006800150093 A CNA2006800150093 A CN A2006800150093A CN 200680015009 A CN200680015009 A CN 200680015009A CN 101228745 A CN101228745 A CN 101228745A
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Abstract

本发明涉及一种路由方法，利用该路由方法，在包括节点(X，Y1，Y2，Z)和链路(L1，L2)的基于分组的通信网中实现链路负荷的优化和可用性的提高，其中把要路由的数据通信业务(DV)分配给至少两个优先权等级(PKn，PKe)之一。于是首先路由具有高优先权等级(PKe)的数据通信业务(DV)。然后，转发具有低优先权等级(PKn)的数据通信业务(DV)。采用本身公知的路由方法用于对数据通信业务(DV)进行路由，然而使该路由方法的采用与相应数据通信业务(DV)的要求相匹配。利用本发明所获得的优点尤其是在于，对于相应的数据通信业务(DV)可以同时既实现最佳的链路负荷、又实现高的可靠性和快速的故障反应。能够首先在通信网中转发分配有高优先权等级(PKe)的该数据通信业务(DV)、如具有实时要求的数据通信业务(DV)，并且然后才将具有低优先权等级(PKn)的数据通信业务(DV)分配到链路(L1，L2)上。

Description

用于优化链路负荷和提高可用性的路由方法
本发明涉及一种路由方法，用于在包括节点和链路的基于分组的通信网中优化链路负荷和提高可用性。
根据定义，通信网是包括互相远离的网络节点的资源，这些网络节点通过线路或所谓的链路互相连接。网络节点或也称节点在此是通信网中的站，在所述站处至少两个或多个链路汇合。这些节点附加地也可以是通向通信网的接入点，并且因此用作数据源或数据的目的地。数据在通信网中从数据源向数据的目的地节点的传输，也称为数据通信业务(Datenverkehr)。在两个网络节点之间的大多持久的连接称为链路。通过这些链路，在节点之间传输数据。
在由节点和链路所构造的通信网中，根据交换技术来区分两种类型：线路交换的和基于分组的通信网。
在诸如电信网的线路交换的通信网中，在数据传输的整个持续时间接通贯通的信道。
在诸如X.25网络或因特网的基于分组的通信网中，不给数据通信业务的连接提供永久的、贯通的物理信道，而是将数据划分成小的、单个的和有时也不同长度的分组。在此，将用于识别数据源和目的地的附加信息封装到这些分组中。这些分组的附加信息于是由所述分组所经过的网络节点来分析，并且分组由相应的网络节点转发直至目的地。在各个网络节点中对这些附加信息的分析和各个分组的相应的转发，也称为路由或称为路由方法。实施这种路由方法的网络节点也称为路由器。
在诸如因特网的常规的基于分组的通信网中，在路由时，通常借助所谓的度量标准(Metrik)来确定用于数据分组传输(即数据通信业务)的最佳路径。在此，将度量标准理解为固定的路由准则，对于所述路由准则，在各个网络节点中存放有对路径的信息。持续地将这些信息与所确定的路径相匹配，其中将在另外的相邻网络节点中存在的链路及其状态通知给相邻的网络节点。
于是，在节点中，通常在所谓的路由表中，针对由分组的目的地地址所给定的确定目的地存放节点的地址。于是由收到数据分组的网络节点来分析集成在分组中的目的地地址信息，借助路由表来确定所属的下一网络节点的地址，并且根据度量标准通过链路将分组转发到所述节点。以此方式，可以说从节点到节点，通过通信网从数据源直至目的地来交换分组，其中，根据通过在节点之间的链路所传输的数据分组的数量来充分利用所述链路。
常常将诸如因特网的大的基于分组的通信网划分成子区域，所述子区域又是基于分组的通信网。在使用因特网协议以及还有传输控制协议作为基础协议的因特网中，可以通过特定的系统来定义单个的、严格界定的可寻址区域。这种区域也称为域(Domain)，并且可以有针对性地被寻址。如果现在在如此定义的区域之内(即在域之内)从节点到节点通过域从数据源直至可能位于域之内的或边界上的目的地来交换数据分组，则这也称为域内路由(Intra-Domain-Routing)。
大多由所谓的网络运营商来运营基于分组的子网络或域，所述网络运营商一方面感兴趣的是，在其通信网中如此分配整个数据通信业务，使得最佳地充分利用节点之间的连接、也就是链路的容量。另一方面，对于网络运营商重要的是，尽管在单个链路上的故障，仍然存在其通信网和其业务的高可用性。
在诸如因特网的基于分组的网络中域内路由用的基本路由方法基于度量标准来工作，按照这些度量标准，寻找具有最小成本总和的最短路径用于传输数据分组。这种根据现有技术中公知的路由方法例如是开放最短路径优先(OSPF(Open-Shortest-Path-First))协议版本2，由该开放最短路径优先协议版本2除了路由之外也执行对路由信息的处理和转发。OSPF协议的详细说明也可以在http://www.ietf.org/rfc/rfc2328.txt下在已由因特网工程任务组(IETF(Internet Engineering Task Force))所公开的由J.Moy著的“OSPF版本2”(RFC 2328)的文献中找到。在基于分组的通信网中根据现有技术公知的另一域内路由方法是中间系统-中间系统(IS-IS(Intermediate-System-Intermediate-System))协议，该协议在http://www.ietf.org/rfc/rfc1195.txt下在由因特网工程任务组(IETF)所公开的由R.Callon著的“Use of OSI IS-IS for Routing in TCP/IPand Dual environment”(RFC 1195)文献中已作出定义，并且具有与OSPF协议的相似性。
在两个协议、即OSPF和IS-IS协议中，在链路或节点故障的情况下，失效元件的邻居通知通信网中的另外的节点，于是随即由每一个节点必须再次重新计算数据通信业务用的最短路径。通过通信网的拓扑和通过所采用的度量标准来确定路径的选出。在所提及的路由协议中大多如此选择度量标准，使得近似最佳地将数据通信业务分配到链路上，并且因此达到最佳的链路负荷(Linkauslastung)。但是两种路由方法具有以下的缺点，即在故障情况下才在整个网络中分配关于失效(Ausfall)的信息，然后必须在全网络的范围内确定新的最短路径，由此可用性由于故障通知的传播时间而变得较小。虽然在具有不太长的传播时间的通信网中，例如利用OPSF路由结合加速的故障识别和加速的用于路径寻找的算法可以达到对许多应用可容忍的故障反应时间(和因此在可用性方面的限制)。但是，这些故障反应时间对于诸如远程医疗手术、机器人遥控等等的具有极高的可用性要求和实时要求的应用、或具有极长的链路运行时间的通信网(诸如卫星路段)是不够的。
因此在下代(KING)项目的移动因特网的键组件(KeyComponent)范围内，已开发出在基于分组网络中具有域内路由的高可靠性的路由方法，由该路由方法在故障情况下提供替代路径。由所谓的出度(Outdegree)2(O2)路由给通信网中的每一个节点分配每个数据目的地的两个下一节点，其中所谓的出度2(O2)路由在G.Schollmeier，J.Charzinski等人的“Improving the Resilience in IpNetworks”(高性能交换和路由(HPSR(High Performance Switchingand Routing))讨论会2003，2003年6月，都灵，意大利)中予以说明。因此，在故障情况下，总是还存在用于向数据目的地传输数据分组的路径，使得通过该方案在尽可能最短的反应时间达到最大的可靠性。然而，通过在KING项目的范围内研究已确定，通过O2路由方法由于在数据传输路径中的部分必要的迂回(Umweg)而达到较差的、在这里较高的链路负荷。因此虽然利用O2路由方法达到很高的可用性，但是该O2路由方法具有较差的链路负荷的缺点。
因此本发明所基于的任务在于说明一种路由方法，通过该路由方法既达到最佳的链路负荷，又达到数据通信业务的高可用性。
根据本发明，利用用于在包括节点和链路的基于分组的通信网中优化链路负荷和提高可用性的路由方法来实现该任务的解决方案，其中把要路由的数据通信业务分配给至少两个优先权等级之一，于是首先对具有高优先权等级的数据通信业务进行路由，然后对具有低优先权等级的数据通信业务进行路由，并且在此使所采用的本身公知的路由方法与相应的数据通信业务的要求相匹配。
利用本发明所实现的优点尤其是在于，对于相应的数据通信业务可以同时既达到最佳的链路负荷，又达到高的可靠性和快速的故障反应。首先能够在通信网中转发分配有高优先权等级的该数据通信业务、诸如具有实时要求的数据通信业务，并且然后才将具有低优先权等级的数据通信业务分配到链路上。
此外，建议为对具有高优先权等级的数据通信业务进行路由而应用本身公知的出度2路由方法，因为该公知的路由方法在尽可能最短的反应时间时为具有高优先权等级的数据通信业务提供最大的可靠性。
在本发明的其它的扩展方案中，如果应用域内路由的本身公知的路由方法用于对具有低优先权等级的数据通信业务进行路由，则是有利的，因为通过这些公开的路由方法，大多按照数据传输的相应度量标准来确定最短的路径。因此通过该路径确定来为具有低优先权等级的数据通信业务达到最佳的链路负荷。首先也实现，将具有低优先权等级的数据通信业务置于由具有高优先权等级的数据通信业务少量加载的链路上。
如果使用本身公知的开放最短路径优先协议作为域内路由协议来对具有低优先权等级的数据通信业务进行路由，则是特别有利的，因为该协议被定义为在因特网工程任务组(IETF)的请求注解(RFC(Request for Comments))中的版本2，并且由路由器的不同制造商使用。
如果使用本身公知的中间系统-中间系统协议作为域内路由协议用于对具有低优先权等级的数据通信业务进行路由，则也是有利的。该路由协议由因特网工程任务组(IETF)的请求注解(RFC)1195定义，并且当今经常被用作内部网关协议(也即用于在网络内部路由)并且用于载荷分配，并且由大IP网的运营商所使用。
建议将相应的可靠性要求考虑作为用于把要路由的数据通信业务向至少两个优先权等级之一分配的准则。由此实现，在通信网中不仅可以提供诸如万维网(World Wide Web)、电子邮件等等需要较低可靠性的传统因特网业务，而且可以提供高可用性的实时业务，并且可以利用不同的路由方法来处理。
如果将相应的业务质量(Quality-of-Service)要求考虑作为用于把要路由的数据通信业务向至少两个优先权等级之一分配的准则，则也是有利的。通过考虑业务质量要求，为把要路由的数据通信业务向优先权等级分配，也考虑用于确定在通信网中所提供的业务的品质或质量的其它因素。这是特别重要的，因为对于通信网之内的不同的业务可以以不同地定义业务质量。
本发明的一种优选的改进方案也规定，使用因特网协议作为在基于分组的通信网中的数据通信业务用的基础协议，因为因特网协议与所使用的媒体无关，并且因此同等程度地既可以被采用于本地的基于分组的通信网(所谓的局域网)、也可以采用于超地区的基于分组的通信网(所谓的广域网)。
如果为用于对具有高优先权等级的数据通信业务进行路由的路由方法执行本身公知的载荷分配优化，则也是有利的，由此提高数据通信业务的可靠性和速度。
如果为用于对具有低优先权等级的数据通信业务进行路由的路由方法，执行本身公知的载荷分配优化，则也是有利的，由此提高数据通信业务的可靠性和速度。
对于载荷分配的优化，优选地考虑链路成本度量标准的优化，因为通过该优化确定不仅短的、而且太快和成本有利的路径。
本发明的一种优选的改进方案也规定，首先为具有高优先权等级的数据通信业务的路由执行优化，然后计算剩下的剩余容量，和对于该剩余容量执行具有低优先权等级的数据通信业务的路由，因为因此可以对于不同优先权等级的数据通信业务达到最佳的链路负荷、高的可靠性、和快速的故障反应。
以下以示范的方式根据附图1来更详细地阐述本发明。图1在此展示了本发明方法的示意性流程。
在该图中示出了通信网的四个节点X、Y1、Y2和Z，其中，由目的地节点Z形成在通信网之内数据通信业务传输的目的地。通过链路L1、L2如此连接其它的节点X、Y1、Y2，使得第一链路L1从第一节点X向其它的节点Y1延伸，而第二链路L2从第一节点X向其它的节点Y2延伸。
在第一步骤1中，要路由的数据通信业务DV按照其对可靠性的要求被标记，并且因此被分配给优先权等级PKn、PKe。在此，由较低的优先权等级PKn来标明具有正规可靠性要求的数据通信业务DV。用较高的优先权等级PKe来标记具有高可靠性要求的数据通信业务DV。
如果现在在第二步骤2中由优先权等级PKn、PKe所标明的数据通信业务DV到达通信网的第一节点X，则由第一节点X在第三步骤3中分析数据通信业务DV的优先权等级PKn、PKe。在第一节点X中(也像在通信网的所有其它节点Y1、Y2中那样)，每目的地节点Z存放两个路由项。由一个路由项定义用于将用较低优先权等级PKn所标明的、具有正规可靠性要求的数据通信业务DV路由到目的地节点Z的通路，其中，基于优化的度量标准来确定该数据通信业务DV用的最短路径。由另一项借助于O2路由来确定用较高优先权等级PKe所标明的具有高可靠性要求的数据通信业务DV用的、通向目的地节点Z的通路。
在第四步骤4中，现在根据由O2路由所确定的通路来将具有高可靠性要求的由优先权等级PKe所标志的数据通信业务DV经由第一链路L1引向其它的节点Y1，直至目的地节点Z。
在第五步骤5中，于是将由优先权等级PKn所标明的数据通信业务DV沿着根据所采用的优化的度量标准所得出的最短通路经由第二链路L2向其它的节点Y2传输，直至目的地节点Z。
像所说明的那样，在为具有高可靠性要求的数据通信业务DV的O2路由选择通路之后，可以执行步骤5、即基于优化的度量标准来确定路径。但是替代地也可以与O2路由的通路选择一起来进行步骤5。

Claims (12)

1.用于在包括节点(X，Y1，Y2，Z)和链路(L1，L2)的基于分组的通信网中优化链路负荷和提高可用性的路由方法，其特征在于，把要路由的数据通信业务(DV)分配给至少两个优先权等级(PKn，PKe)之一，首先对具有高优先权等级(PKe)的数据通信业务(DV)进行路由，然后对具有低优先权等级(PKn)的数据通信业务(DV)进行路由，并且将所采用的本身公知的路由方法与相应的数据通信业务(DV)的要求相匹配。
2.按权利要求1的路由方法，其特征在于，应用本身公知的出度2路由方法用于对具有高优先权等级(PKe)的数据通信业务(DV)进行路由。
3.按权利要求1或2的路由方法，其特征在于，应用在因特网中域内路由的本身公知的路由方法用于对具有低优先权等级(PKn)的数据通信业务(DV)进行路由。
4.按权利要求3的路由方法，其特征在于，使用本身公知的开放最短路径优先协议作为域内路由协议用于对具有低优先权等级(PKn)的数据通信业务(DV)进行路由。
5.按权利要求3的路由方法，其特征在于，使用本身公知的中间系统-中间系统协议作为域内路由协议用于对具有低优先权等级(PKn)的数据通信业务(DV)进行路由。
6.按权利要求1至5之一的路由方法，其特征在于，将相应的可靠性要求考虑作为用于把要路由的数据通信业务(DV)向至少两个优先权等级(PKn，PKe)之一分配的准则。
7.按权利要求1至6之一的路由方法，其特征在于，将相应的业务质量要求考虑作为用于把要路由的数据通信业务(DV)向至少两个优先权等级(PKn，PKe)之一分配的准则。
8.按权利要求1至7之一的路由方法，其特征在于，使用因特网协议作为在基于分组的通信网中的数据通信业务(DV)用的基础协议。
9.按权利要求1至8之一的路由方法，其特征在于，为用于对具有高优先权等级(PKe)的数据通信业务(DV)进行路由的路由方法执行本身公知的载荷分配优化。
10.按权利要求1至9之一的路由方法，其特征在于，为用于对具有低优先权等级(PKn)的数据通信业务(DV)进行路由的路由方法执行本身公知的载荷分配优化。
11.按权利要求10的路由方法，其特征在于，将链路成本度量标准的优化考虑用于载荷分配的优化。
12.按权利要求1至10之一的路由方法，其特征在于，首先为具有高优先权等级(PKe)的数据通信业务(DV)的路由执行优化，然后计算剩下的剩余容量，并且对于该剩余容量执行具有低优先权等级(PKn)的数据通信业务(DV)的路由。
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