CN101399773B - 用于在面向分组网络中组织网络节点的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在面向分组的网络中组织网络节点的方法。该方法的应用领域在于,设计为标准网关的第一路由器R1在对第一路由器来说在第一路由器的接口上检测到对应的网络元件不可达到的情况下,将第二路由器构造为逻辑标准网关。在将第二路由器构造为标准网关的过程中,在第一和/或第二路由器上检验接口度量,并且在针对所述接口检测到不可到达的情况下匹配接口度量。采用本发明的方法可以在具有分布式第2层网络的故障情况下避免出现“黑洞”,即通信中出现的空缺。另一方面消除通过将逻辑网关从第一路由器R1过渡给第二路由器R2而产生的非对称路由。由此还消除了单点传送消息过度交换的危险。

Description

用于在面向分组网络中组织网络节点的方法
技术领域
本发明涉及一种用于组织网络节点的方法。
背景技术
在现有技术中,公知中继层、也就是第3层上的网络节点元件。这种网络节点元件具有至少3个接口,在这些接口上双向地与面向分组网络(例如计算系统或“主机”)的网络元件和/或与其它网络节点元件交换数据分组。
这种网络节点元件在专业领域中也称为“路由器”。根据所采用的网络节点元件增添其它任务,从而除了称号“路由器”之外还存在其它称号用于专门的网络节点元件。为了简单的表示,下面使用概念“路由器”,但不是要由此排除专用的网络节点元件,也不是要限制所描述的网络节点元件的一般性。
在路由器中主要考察两个要实施的过程。第一过程接收到达路由器的接口的数据分组,并确定该数据分组要转发给的路由器接口。第一过程称为传递或转发。为了确定所涉及的数据分组要转发给的接口,引入路由算法,该算法借助数据分组的项目并借助路由器中具有的关于该路由器环境的信息确定输出数据分组所要到达的接口。
第二过程用于监控路由算法,其目的是优化该算法,使得对输出数据分组所要到达的接口的选择在面向分组网络中的路径要短的意义下尽可能高效。除了确定尽可能短的路径之外(路由)还加入其它标准,通过这些标准优化路由算法。
路由算法的目前常用的管理也称为“自适应路由”。在自适应路由中,与静态路由相反要考虑数据通信往来的变化以及面向分组网络的拓扑结构的变化以匹配路由算法。为此,路由器借助上述第二过程与相邻的路由器通信,以确定它们的连接状态和用于优化路由算法的“度量”。在路由表中加入最佳可能的路径,而链路状态数据库或拓扑数据库包含关于连接状态和该路由器环境的信息。按照一般方式,通常采用路由表的概念表示上述功能单元—路由表、链路状态数据库和/或拓扑数据库的组合。
度量或“接口度量”提供了用于确定最有效的路径的度量值。借助该度量,路由算法确定路由器接口的选择以及由此所选择的路径与其它选择或路径相比是否更有效。如果有多个可能的接口,通常选择具有最小度量的接口。具有最小度量的接口例如是这样的接口,其中所给出的路径具有至目标系统最小的距离。除了距离之外,还可以在度量中加入其它标准,如可在路径上达到的带宽、在路径上预计达到的延迟、该路径上存在的网络节点元件数量(跳计数,hop count)等。
在通过网络确定数据分组的路径时,通过上述动态的路由抵御该路径上到达目的地的部分路段的故障。但是如果路径上的第一路由器出现故障,则该故障通常不能通过动态路由消除。
这种肯定存在的漏洞的原因在于,对于主机或多个主机来说通常将一个路由器标记为直接的“响应伙伴”,该路由器在子网的边缘保证与其它(子)网络的通信。该路由器的地址通常静态地在各主机中标记出来。相应的路由器通常称为“标准网关”。
无需采用其它措施,在第一路由器或标准网关出现故障之后所涉及的主机中断了任何通过该子网到达的通信,即使在该子网中还存在其它激活的路由器可用。
为了解决该问题,已经建议采用冗余的标准网关来提高可用性的协议,该协议分为协议族FHRP(First-Hop Routing Protocol,第一跳路由协议)。Cisco Systems Inc.,San Jose,California,USA的协议HSRP(Hot Standby Router Protocol,跳备用路由器协议)规定,将多个路由器组合为一个逻辑组,该逻辑组作为逻辑标准网关通过面向分组的网络被调用。替换协议VRRP(Virtual RouterRedundancy Protocol,虚拟路由器冗余协议)以及GLBP(GatewayLoad Balancing Protocol,网关负荷平衡协议)与类似方法遵循的相同目标。
上述用于提高可用性的协议对路由器的冗余集合内的一个路由器的故障作出反应,即切换到另一个路由器,其中该逻辑标准网关的地址保持不变。
在到目前为止都作为标准网关工作的第一路由器出现故障时,第二路由器担负起逻辑标准网关的角色。为此将第一路由器的虚拟IP地址(互联网协议)和虚拟MAC(介质存取控制)地址传送给第二路由器,后者由此接管逻辑标准网关的功能。通过将MAC和IP地址传送给第二路由器,使得子网中的各主机象以前那样将主机中静态标记的逻辑标准网关的地址用于对逻辑标准网关寻址,同时在第一路由器出现故障之后由第二路由器担负起逻辑标准网关的功能。主机因此不必更新其在ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议)缓存中保留的地址。
上述采用提高标准网关可用性的协议的措施虽然在子网内保证通过子网边界到其它网络的连接,但是导致放弃标准网关角色的第一路由器不是在所有接口中考虑标准网关的切换。这可能导致来自另一个(子)网络的通信连接和以前一样还是通过第一路由器引导,但是第一路由器不能建立到其对应主机的连接。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改进的方法来克服现有技术的一些问题和缺点,包括上述的问题和缺点。
该技术问题就方法来说通过本发明的一种方法解决,就装置来说通过本发明的一种装置解决。
本发明利用了一种用于在面向分组的网络中组织网络节点或路由器的方法,其中在面向分组的网络中,在分配给第一网络节点的网络元件的至少部分不可达性在该第一网络节点的接口上被检测到的情况下,将第二网络节点构造为标准网关。为此例如采用上述用于提高可用性的协议,该协议对冗余的网络节点集合内的一个网络节点的故障用切换到另一个网络节点来反应,其中逻辑标准网关的地址保持不变。
本发明方法的特征在于,在将第二网络节点构造为标准网关的过程中在第一和/或第二网络节点上检验接口度量,并在检测到该接口不可达时通过以下方式对该接口度量进行匹配:提高该第一网络节点的接口的接口度量,使得在将所述第一网络节点的接口的接口度量传播到网络中的至少一个其它网络节点时避免非对称路由。
利用本发明的方法,有利地将标准网关的切换与对接口度量的管理结合起来。通过该措施保证在任何情况下都可以避免非对称的路由。
优选地,所述接口度量在通过网络节点与所述网络连接的其它网络中传播。所述接口度量通过路由协议OSPF和/或EIGRP和/或IS-IS传播。所述接口度量通过增强对象跟踪协议调节。
附图说明
下面借助附图解释本发明具有其它优点和结构的实施例。
图1示出具有多个子网的面向分组网络的一个片段,包括所属的功能部件。
具体实施方式
图1示出服务器S,该服务器与第2层网络L2N连接。连接例如通过两个网络接口NIC1、NIC2进行。但是为了采用本发明,两个网络接口NIC1、NIC2是可选的。还可以通过一个接口连接到服务器S。
第一路由器R1和第二路由器R2与第2层网络连接。在第一路由器R1一方,与第2层网络的连接通过传输介质E1(以太网)进行,相应地在第二路由器R2一方,与第2层网络的连接通过第二传输介质E2(以太网)进行。
路由器R1的第一接口I12由于其有利的接口度量是在通向第2层网络方向上的优选接口I12。按照相应的方式,路由器R2的第一接口I22是在通向第2层网络方向上的优选接口。路由器R1的第二接口I13是在通向第3层网络方向上的优选接口。按照相应的方式,路由器R2的第二接口I23是在通向第3层网络方向上的优选接口I23。
第3层网络与多个网络元件或称“客户机“C1、C2、C3连接。
在该网络或子网中,路由器R1是服务器S的标准网关(默认网关)。这意味着路由器R1处于HSRP状态或VRRP状态“激活”。
因此由服务器S发送的数据分组通过标准网关、即路由器R1传递,该数据分组的目标是客户机C1、C2、C3之一。为了避免第2层网络中“单点传送”消息的过量累积,优选在反方向上、也就是从客户机C1、C2、C3到服务器S的方向上同样通过第一路由器R1传递数据分组。这种措施避免所谓的非对称路由,这种非对称路由导致路由器R1、R2或必要时网络接口NIC1、NIC2的负担不均匀。为了避免这一点,在网络管理器上通常为接口I12选择比接口I22更低的接口度量值。利用该较低的接口度量,使得加入接口I112的相应路径成为优先选择的对象。
下面假定由于在第2层网络L2N中出现干扰而不能再在第一路由器R1和服务器S之间建立连接。相反,第二路由器R2可以象以前那样达到服务器S。通过采用“增强对象跟踪”方法,可以确保第二路由器R2处于HSRP状态或VRRP状态“激活”。处于状态“激活”相当于逻辑标准网关的功能从第一路由器R1传递给第二路由器R2。
这种传递即使在第二路由器R2还从第一路由器R1获得在HSPR或VRRP协议中规定的生存标记(或呼叫消息)时也进行。如果这种呼叫消息完全没有由路由器R1发出,则第二路由器R2还是承担逻辑网关的角色或者进入HSRP状态或VRRP状态“激活”。第二路由器R2随着进入该激活状态而成为服务器S的新标准网关。
在目前常用的路由器中,HSRP状态或VRRP状态被转换到接口I12和I22上不会对路由算法或相应的接口度量产生影响。因此,如果传输介质E1还是激活的,但是第一路由器R1由于任何其它原因而无法达到服务器S,则在这种路由器中不会对接口度量通过第一路由器R1传播给其它未示出的第2层网络的路由器产生影响。
这意味着,尽管第一路由器R1不能建立起与服务器S的连接,但是第一路由器R1象以前那样在至第2层网络的方向上传播较小的路由度量。因此,在相反方向,即从客户机C1、C2、C3到服务器S的方向上发送的数据分组也像以前那样通过第一路由器R1传递。但是,该路由器由于上面描述的情况无法将在第二接口I13上接收的数据分组通过第一接口I12传递给服务器S。因此,在第一路由器R1上结束每个针对服务器S的通信(“黑洞”)。
为了绕过上述黑洞,曾经建议将第2层网络设计得高度冗余,从而只有多次故障才会导致第2层网络的分裂。但是这种措施成本很高,可能导致网络的不稳定。例如,可能出现生成树循环(SpanningTree Loops),其可能对整个网络带来不利的负面影响。在很困难的情况下,无法达到网络中存在的服务器。此外,生成树中的错误寻找是非常复杂的,是一件很费事的任务。
下面描述本发明方法的采用,其与上述绕开方案相比具有明显的优点。
在本发明方法的实施方式中,在第一路由器R1的第一接口I12或第二路由器R2的第一接口I22上使用“增强对象跟踪”方法来操纵接口度量。如果第一路由器R1无法达到服务器S,则按照该实施方式,提高第一接口I12的接口度量,甚至在传输介质E1毫无缺陷地工作时也是如此。
借助路由协议如OSPF(Open Shortest Path First,开放最短路径优先)、IS-IS(Intermediate System to Intermediate SystemProtocol,中间系统到中间系统协议)或者EIGRE(Enhanced InteriorGateway Routing Protocol,增强低级网关路由协议),将接口度量的变化传播到其余路由器。由此在第3层网络上,保证从客户机C1、C2、C3向服务器S发送的数据分组现在通过第二路由器R2而不是通过第一路由器R1传递。
利用本发明的方法,路由器R1的HSRP或VRRP状态与通向传输介质E1方向上的接口度量耦合。
通过该措施确保避免所有情况下的非对称路由。
在示例的情形中,到目前为止都作为传递网络节点元件用于第3层网络中的数据路径的第一路由器R1,现在决定减小其HSRP或VRRP优先权并由此将“激活”状态转交给第二路由器R2。如果本发明的方法在这种情况下没有实施,则肯定会出现非对称路由。从服务器S向客户机C1、C2、C3发送的数据分组现在通过第二路由器R2传递,而在反方向上从客户机C1、C2、C3向服务器S发送的分组通过第一路由器R1传递。这种非对称路由可以如上所述导致过度的单点传送消息通信业务(单点传送溢出)。
相反,本发明的方法规定,采用协议HSRP或VRRP中采用的路径确定标准来决定改变或提高通向传输介质E1方向上的接口度量。利用该措施消除非对称路由。
总之,本发明的方法提供以下优点。一方面可以在具有分布式第2层网络的故障情况下避免出现“黑洞”,即通信中出现空缺。另一方面可以消除通过将逻辑网关从第一路由器R1过渡给第二路由器R2而产生的非对称路由。由此还消除了单点传送消息过度交换的危险,这种单点传送消息可能导致所有参与的网络节点和网络节点元件很高比例的故障。
上述本发明的实施例是必要时要与选择的配置匹配的特殊实施。
一般来说,本发明方法的应用领域在于,设计为标准网关的第一路由器R1(第一网络节点)在对第一路由器R1来说在第一路由器R1的接口I12上检测到对应的网络元件、在该情况下是服务器S不可达到的情况下,将第二路由器R2构造为逻辑标准网关,其中本发明规定,在将第二路由器R2构造为标准网关的过程中,在第一和/或第二路由器R2上检验接口度量,并且在针对接口I12检测到不可到达的情况下匹配接口度量。
本发明的方法的特征在于来自用于提高标准网关的可用性的公知协议族FHRP(首跳路由协议)的一个路由协议与接口度量的检验、匹配和传播的结合。

Claims (5)

1.一种用于在面向分组的网络中组织网络节点的方法,
该面向分组的网络包括至少一个设计为标准网关的第一网络节点(R1)和至少一个第二网络节点(R2),
在分配给第一网络节点(R1)的网络元件(S)的至少部分不可达性在该第一网络节点(R1)的接口(I12)上被检测到的情况下,将第二网络节点(R2)构造为标准网关,其特征在于,
在将第二网络节点(R2)构造为标准网关的过程中在第一和/或第二网络节点上检验接口度量,
在针对所述接口检测到不可达时以如下方式对该接口度量进行匹配:提高该第一网络节点(R1)的接口(I12)的接口度量,使得在将所述第一网络节点(R1)的接口(I12)的接口度量传播到网络中的至少一个其它网络节点时避免非对称路由。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于,所述第一网络节点(R1)的接口(I12)的接口度量在通过其它网络节点与所述网络连接的其它网络中传播。
3.根据权利要求1至2之一的方法,其特征在于,所述第一网络节点(R1)的接口(I12)的接口度量通过路由协议OSPF和/或EIGRP和/或IS-IS传播。
4.根据权利要求3的方法,其特征在于,所述第一网络节点(R1)的接口(I12)的接口度量通过增强对象跟踪协议调节。
5.根据权利要求1至2之一的方法,其特征在于,所述第一网络节点(R1)的接口(I12)的接口度量通过增强对象跟踪协议调节。
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