CN101554022A - 用于具有树内通信优化的ospf网络的基于树的无线网 - Google Patents

Abstract

一种用于为具有内部网关协议的网络提供树拓扑的系统。第一路由器接收来自网络中的所有被连接的路由器的hello消息。该hello消息包括树拓扑信息。然后，第一路由器使用树拓扑信息确定路由器的父。然后，第一路由器与树拓扑中同一级被直接连接的路由器建立连接。第一路由器还产生包括第一路由器的子的所有前缀的链路消息并且通告该链路消息。

Description

用于具有树内通信优化的OSPF网络的基于树的无线网

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年9月29日递交的共同未决的美国专利申请序列号11/537,298的优先权，通过引用将其结合于此，如同在此做了阐述。

技术领域

本发明涉及网络中的路由系统。更具体而言，本发明涉及用于在路由系统中产生网络的树拓扑的过程。更具体而言，本发明涉及路由系统接收来自其它路由系统的拓扑信息以确定网络中的父系统(parent system)从而建立到树拓扑同一级的其它路由系统的连接的过程。

背景技术

在绝大多数数字网络中，存在减少通过网络发送以用于维护网络连接的管理数据的量的问题。网络的吞吐量被这样的管理数据劣化了。出于讨论的目的，网络的数据吞吐量是在给定的时间帧中能够通过网络发送的应用数据的量。此外，管理数据是通过网络在路由系统之间发送以用于支持网络中的连接的数据，并且应用数据是可以被接收系统用来执行软件的数据。此外，管理数据还增加系统的收敛时间。出于讨论的目的，收敛时间是网络为了通过网络发送数据而建立系统之间的所有邻接所需要的时间。

具有诸如开放路径最短优先(Open Shorted Path First，OSPF)之类的内部网关协议的网络必须在路由系统之间发送许多管理数据，以使得网络中的每个路由系统维护网络中的连接的更新记录以确定用于通过网络发送应用数据的路径。因此，管理数据不变地在网络中的路由系统间发送以更新路由系统间的连接。在内部网关协议中，网络中的路由系统与具有与该路由系统的双向连接的所有路由系统建立邻接。然后，当该路由系统接收来自一个被连接的路由系统的管理数据时，该路由系统将数据转发给所有被连接的路由系统。因此，在网络中，管理数据流量随着网络中的连接数的增加而增加。

在某些网络连接是经由无线连接进行的网络中，特别关注管理数据流量的增加。出于讨论的目的，无线连接是使用射频(RF)、红外信号的任何连接，或数据从第一系统被发送到未被物理连接的第二系统的任何形式的通信。在无线网络中这是个问题的一个理由在于：用于通信的信号的带宽通常是受限的。因为对于通信使用小的带宽限制了网络的吞吐量。因此，在现有技术中需要减少通过网络发送的管理数据来增加网络吞吐量的系统。

附图说明

在以下详细说明中描述了并且在以下图中示出了本发明的特征和优点：

图1示出具有根据本发明的树拓扑的网络的图；

图2示出执行用于根据本发明提供用于网络的树拓扑的过程的路由器系统的框图；

图3示出由路由系统执行以连接到具有根据本发明的树拓扑的网络的过程的流程图；以及

图4示出用于根据本发明产生并且发送链路通告的过程的流程图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于为具有诸如OSPF的内部网关协议的网络提供树拓扑的系统。该树拓扑减少将增加网络吞吐量的洪泛(flood)并减少路由协议的收敛时间。根据本发明，路由器系统执行提供网络中的树拓扑的应用。这些应用可以作为每个路由器系统中所包括的软件、硬件和/或固件被执行。

图1示出使用诸如OSPF的内部网关协议并且具有根据本发明的树拓扑的网络100。在网络100的树拓扑中，路由系统100是树拓扑的主干或基(base)。路由系统111和112被直接连接的路由器110，并且是路由系统110的子(children)。路由系统113是路由系统111的子，并且路由系统114-116是路由系统112的子。本技术领域技术人员将明白，网络100可以包括任何数目的路由系统，路由系统可以具有到其它路由系统的任意数目的连接，并且这由本技术领域技术人员来决定如何配置网络。

在优选实施例中，路由系统110-116使用OSPF来对通过网络发送的数据进行路由。在使用OSPF的传统网络中，只有一个区域0，并且网络的所有区域都被连接到区域0。在根据本发明的树拓扑中，在网络中存在许多未被直接连接到区域0的子区域。代替地，子区域中的父系统可以为该父的子提供连接到区域0的链路。

为了加入树拓扑，路由器系统必须选择父路由系统。父路由系统在树中刚好在子路由系统级的上一级。在某些情况中，例如对于路由系统115所示，路由系统可以被连接到下一级中多于一个的路由系统。如所示的，路由系统115经由路径120被连接到路由系统111，并且经由路径130被连接到路由系统112。因此，路由系统115必须从这两个路由系统中的一个选出父。

在本实施例中，路由系统115选择路由系统112作为父。因此，路由系统115设置到路由系统112的默认路径，并且忽略经由路径120到路由系统111的连接，路径120以虚线表示以指示其被忽略。

然后，在树拓扑同一级的路由系统可以与该级中的其它路由系统形成邻接。例如，路由系统115经由路径160被连接到路由系统114，并且经由路径150被连接到路由系统116。在某些实施例中，同一级上的路由系统不必具有一个用来形成邻接的共同中间父。例如，路由系统115的父是路由系统112，并且路由系统113的父是路由系统111。然而，路由系统经由路径140被连接到路由系统130。

在树拓扑图中，数据可以在同一级上直接连接的两个路由系统之间发送，即使所述系统没有共同的父。例如，路由系统115可以经由路径140将数据发送给路由系统113。

然而，如果在同一级上但不是彼此直接连接的两个系统正在向彼此发送数据，则数据必须被发往更高级中的路由系统直到遇到路由系统的最早共同祖先(the first common ancestor)。然后，该共同祖先将数据沿树拓扑向下发送到接收系统。

例如，路由系统113正在向路由系统116发送数据。在路由系统113和116之间没有直接连接。因此，路由系统113将数据发送给路由系统111。路由系统111也未被直接连接到路由系统116，并且将数据发送到路由系统110。路由系统110是该树的根，并且是路由系统113和116的最早共同祖先。然后，路由系统110将数据往下发送给包括路由系统116的树拓扑分支。因此，数据从路由系统110经由路由系统112被发送到路由系统116。

根据本发明，为了减少网络数据，路由系统隐藏路由系统的子从路由器系统的父习得的路径。在某些实施例中，通过子只将链路通告消息发送给它的父来隐藏所述路径。链路状态通告包括路由器系统的接口的地址前缀和路由器系统的子的所有地址前缀。例如，路由系统112产生包括路由系统112的所有接口的前缀和路由系统114-116的所有前缀的链路状态通告消息。然后，该链路状态消息从路由系统112被发送给路由系统110。这在使路径数最大的同时使通过网络被洪泛的数据量最小。

另一方面，父路由系统不将链路状态消息发送给子路由系统。这减少了维护连接所需的流量，这是因为链路状态不必被路由系统沿着树往下发送，因为子不需要所述链路。

此外，当在该系统中存在改变时，这使管理数据的洪泛局部化。因为当改变发生时，消息只被沿着树往上发给路由系统的祖先，所以减少了洪泛。例如，路由系统116从网络断开连接。当改变被路由系统112检测到时。链路状态通告被发给路由系统110。

为了提供树拓扑，网络中的路由系统的配置必须被修改以在树拓扑中操作。图2示出执行根据本发明提供树拓扑的过程的路由系统的示例性实施例。

图2示出路由器200。图2示出路由器200。(图1中所示的)路由系统105-111都是路由器200的示例。路由器200是以分组的形式在被连接到网络的处理系统之间发送数字数据的路由和/或交换系统。本技术领域技术人员将明白路由器200可以是路由器、交换机或接收并且发送数字数据的任何其它处理系统。

路由器200包括端口205-209。端口205-209将路由器100连接到网络中的其它处理系统。可以被连接的其它处理系统包括计算机、其它路由器或任何其它数字处理系统。本技术领域技术人员还将明白端口205-209仅为示例性目的示出并且端口的确切数目和端口的配置由设计特定路由器的本技术领域技术人员决定。

端口205-209被连接到交换电路215。交换电路215是将所接收到分组发送给恰当端口以用于传送到恰当地址的电路。本技术领域技术人员将明白存在可以被用来在恰当的端口之间发送分组的各种电路，并且对交换电路的说明对本发明无关紧要并且为了简便被省略了。

处理单元220被连接到交换电路215。处理单元220是执行对用于执行路由器100中的功能的应用进行执行的指令的处理器、微处理器、或处理器和微处理器的任何组合。处理单元220还经由存储器总线235被连接到易失性存储器225和非易失性存储器230。

易失性存储器225是诸如随机存取存储器(RAM)的存储器。易失性存储器存储由处理单元220执行应用所使用的指令或数据。一个这样的应用是路由操作系统。路由操作系统是允许路由器200执行提供路由器200的功能的其它应用的一个或多个应用。路由操作系统的示例是思科系统公司设计的网际操作系统(IOS)。本技术领域技术人员将明白许多不同类型的存储器可以被用作诸如SRAM和DRAM的非易失性存储器。

非易失性存储器230是诸如只读存储器(ROM)的存储器。非易失性存储器230存储用于路由器200的配置和其它至关重要的信息。本技术领域技术人员将明白存在可用作非易失性存储器的许多不同类型的存储器。

模块240、245和250被连接到交换电路215。模块240、245和250是准备路由器200中的特定特征的装置和/或软件。模块的示例是用于向被连接到路由器200提供电话通信的基于网际协议的语音(VoIP)模块。本技术领域技术人员将明白每个模块提供的模块和功能数可以由设计特定路由器的本技术领域技术人员确定。

为了提供树拓扑，网络中的每个路由系统必须能够确定树中该系统的位置。图3示出用于当路由系统被连接到网络时确定路由系统的父的示例性过程300。

过程300在步骤305以路由系统接收来自网络中的所有其它路由系统的发现消息开始。在优选示例性实施例中，在OSPF协议中，发现消息是hello消息。为了允许路由系统确定父，发现消息包括树拓扑级信息。树拓扑信息的某些示例可以包括树深(tree depth)、带宽和信噪比(SNR)。其它信息可以包括父的地址、子的地址和/或路由系统的子的数目。

在步骤310，路由系统从每一个所接收到的发现消息读树拓扑信息。然后，在步骤315中，树拓扑信息被用来确定路由系统的父。用于选择父的某些算法可以包括但不限于：选择最低级别的路由系统、选择具有最低级别和最高带宽的路由系统、以及选择具有最低深度和最少子数的路由系统。本技术领域技术人员将明白，可以使用许多其它的算法，只要所选择的算法可以减少对一个父的选择。

在父被选择之后，在步骤320，路由系统确定系统在树中的级别。这可以根据对级别进行编号的方法，通过递增或者递减父的级别来实现。确定在树拓扑中路由系统的级别的其它手段包括但不限于确定已确定的父的其它子的级别。

然后，在步骤325中，路由选择确定被连接到该路由系统并且与该路由系统在树拓扑的同一级上的其它路由系统。然后，在步骤330中，该路由系统形成与这些路由系统的邻接，并且过程300结束。

为了减少维护网络中的连接记录所需要的数据流量，子路由系统仅将链路通告发送给它的父。所发送的通告包括该路由系统的每个接口的前缀地址和该路由系统的每个子的前缀。这将通告限制于仅在朝向树拓扑的根的方向上被发送而不远离根向子系统发送。图4示出用于根据本发明产生并且发送链路通告的示例性过程的流程图。

过程400在步骤405以路由系统接收来自该路由系统的所有子的通告消息开始。在优选实施例中，所述通告消息是链路状态通告(Link StateAdvertisements，LSA)。通告消息包括消息从其接收到的子的所有前缀。

在步骤410，路由系统产生用于发送给父路由系统的通告消息。在优选实施例中，这个消息是具有链路范围设定(link scoping)的LSA。在优选实施例中，添加了区域内前缀的LSA(intra area prefixed LSA)为树拓扑的区域，即树中同一级的路由系统提供了本地洪泛。

然后，在步骤415，该路由系统读来自从子路由系统接收到的每个通告消息的所有前缀。在步骤420，读出的前缀被插入所产生的通告消息。在步骤425中，通告从该路由系统被发送到父路由系统，并且过程400结束。

以上说明描述了用于根据本发明提供网络中的树拓扑的系统的示例性实施例。可以想象，本技术领域技术人员可以并且将设计侵犯如权利要求字面上或通过其等同物的教理所述的替换性系统。

Claims (18)

1.一种用于提供内部网关协议中的树拓扑以减少网络流量的方法，包括：

接收来自被连接到第一路由系统的每个路由系统的发现消息，其中，每个发现消息包括树拓扑级信息；

根据从每个所述路由系统接收到的每个所述发现消息中的所述树拓扑级信息，确定在所述网络的所述树拓扑中所述第一路由系统的父路由系统；

确定所述第一路由系统的所述父和所述第一路由系统在所述网络的所述树拓扑中的深度；以及

与在所述树拓扑中同一深度的连接到所述第一路由系统的所有路由器形成邻接。

2.根据权利要求2所述的方法，包括：

产生连接通告消息，其中，所述通告消息包括来自所述树拓扑中所述第一路由系统的每个子路由系统的所有前缀；以及

将来自所述第一路由系统的所述连接通告消息发送给所述父路由系统。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

将来自第一路由系统的所述连接通告消息发送给所述网络中的在所述树拓扑中具有与所述第一路由系统相同树深的所有路由系统。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述连接通告消息是链路状态通告。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

响应于所述父路由系统的确定，建立从所述第一路由系统到所述父路由系统的默认路径。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

隐藏由所述第一路由系统从所述父路由系统习得的所有路径。

7.一种用于使用内部网关协议提供网络的树拓扑以减少网络流量的设备，包括：

被配置为接收来自被连接到第一路由系统的每个路由系统的发现消息的电路，其中，每个发现消息包括树拓扑级信息；

被配置为根据从每个所述路由系统接收到的每个所述发现消息中的所述树拓扑级信息，确定在所述网络的所述树拓扑中所述第一路由系统的父路由系统的电路；

被配置为确定所述第一路由系统的所述父和所述第一路由系统在所述网络的所述树拓扑中的深度的电路；以及

被配置为与在所述树拓扑中同一深度的连接到所述第一路由系统的所有路由器形成邻接的电路。

8.根据权利要求7所述的设备，还包括：

被配置为产生连接通告消息的电路，其中，所述通告消息包括来自所述树拓扑中所述第一路由系统的每个子路由系统的所有前缀；以及

被配置为将来自所述第一路由系统的所述连接通告消息发送给所述父路由系统的电路。

9.根据权利要求8所述的设备，还包括：

被配置为将来自第一路由系统的连接通告消息发送给所述网络中的在所述树拓扑中具有与所述第一路由系统相同树深的所有路由系统的电路。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述连接通告消息是链路状态通告。

11.根据权利要求7所述的设备，还包括：

被配置为响应于所述父路由系统的确定，建立从所述第一路由系统到所述父路由系统的默认路径的电路。

12.根据权利要求7所述的设备，还包括：

被配置为隐藏由所述第一路由系统从所述父路由系统习得的所有路径的电路。

13.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质承载用于提供具有内部网关协议的网络上的树拓扑的一个或更多指令，所述一个或更多指令包括由一个或更多处理器执行的指令，使所述一个或更多处理器执行包括以下步骤的方法：

接收来自被连接到第一路由系统的每个路由系统的发现消息，其中，每个发现消息包括树拓扑级信息；

根据从每个所述路由系统接收到的每个所述发现消息中的所述树拓扑级信息，确定在所述网络的所述树拓扑中所述第一路由系统的父路由系统；

确定所述第一路由系统的所述父和所述第一路由系统在所述网络的所述树拓扑中的深度；以及

与在所述树拓扑中同一深度的连接到所述第一路由系统的所有路由器形成邻接。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

产生连接通告消息，其中，所述通告消息包括来自所述树拓扑中所述第一路由系统的每个子路由系统的所有前缀；以及

将来自所述第一路由系统的所述连接通告消息发送给所述父路由系统。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

将来自第一路由系统的连接通告消息发送给所述网络中的在所述树拓扑中具有与所述第一路由系统相同树深的所有路由系统。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述连接通告消息是链路状态通告。

17.根据权利要求13所述的方法，还包括：

响应于所述父路由系统的确定，建立从所述第一路由系统到所述父路由系统的默认路径。

18.根据权利要求13所述的方法，还包括：

隐藏由所述第一路由系统从所述父路由系统习得的所有路径。

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