CN101729365A - 路径建立方法、承载网路由器和网络系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种路径建立方法、承载网路由器和网络系统。所述路径建立方法，包括：接收数据；根据记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据流确定转发路径；根据所述转发路径，使用显式路由建立标签交换路径，所述显式路由记录数据流转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器。本发明实施例相应提供承载网路由器和网络系统。本发明实施例技术方案可以较好的实现网络链路负载的动态平衡。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种路径建立方法、承载网路由器和网络系统。
背景技术
随着网络技术的不断发展，对建设高性能网络的要求越来越迫切，因此发展高速路由转发系统成为比较重要的问题。基于这种要求，多协议标签交换(Multiprotocol Label Switching，MPLS)技术应运而生。
MPLS技术是一种新兴的互联网协议(Internet Protocol，IP)骨干网技术，它在无连接的IP网络上通过标签概念的引入，为数据在骨干网络中的传输提供了一种高速高效的面向连接的传输方法。MPLS技术具有快速转发、支持显式路由等方式、保障数据传输服务质量(Quality of Service，QoS)等优点，同时具有良好的兼容性，可以支持多种底层物理网络。在目前的基于MPLS的网络系统中，一般采用普通路由器，并且是根据局部的邻居路由器信息静态选择数据转发路径以进行数据转发，从而实现数据的传输。
在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现现有技术存在以下问题：
现有技术采用普通路由器，并根据局部的邻居路由器信息静态选择数据转发路径以进行数据转发的方法，在路由的路径建立方面对网络实时变化的适应较差，无法实现对网络链路负载的动态平衡。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题是提供一种路径建立方法、承载网路由器和网络系统，可以较好的实现网络链路负载的动态平衡。
为解决上述技术问题，本发明所提供的实施例是通过以下技术方案实现的：
本发明实施例提供一种路径建立方法，包括：
接收数据；
根据记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据确定转发路径；
根据所述转发路径，使用显式路由建立标签交换路径，所述显式路由记录数据转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器。
本发明实施例提供一种承载网络路由器，包括：
拓扑数据库，用于记录服务承载网的全网的路径的信息；
路由计算模块，用于在接收数据后，根据所述拓扑数据库中记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据确定转发路径，根据所述转发路径，使用显式路由建立标签交换路径，所述显式路由记录数据转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器。
本发明实施例提供一种网络系统：
包括至少两个承载网路由器；
第一承载网路由器，用于接收数据，根据记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据确定转发路径，根据所述转发路径，使用显式路由建立标签交换路径，所述显式路由记录数据转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器，按所述标签交换路径将所述数据转发；
第二承载网路由器，用于接收所述第一承载网路由器转发的数据和标签交换路径。
上述技术方案可以看出，本发明实施例构建有服务承载网，该服务承载网中的各个承载网路由器能够获知整个网路拓扑的全局信息，因此能够根据实时的全局信息选择转发路径，并使用显式路由建立标签交换路径，而显式路由是记录了数据转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器，因此，通过这样的操作过程，可以在网络中平衡网络链路负载，克服现有技术中存在的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例MPLS服务承载网总体架构示意图；
图2是本发明实施例提供的路径建立方法流程图；
图3是本发明实施例承载网路由器初始化流程图；
图4是本发明实施例承载网路由器状态维护流程图；
图5是本发明实施例承载网路由器数据转发流程图；
图6是本发明实施例数据转发示意图；
图7是本发明实施例与现有技术数据传输吞吐量变化曲线比较图；
图8是本发明实施例提供的承载网路由器结构示意图；
图9是本发明实施例网络系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种路径建立方法、承载网路由器和网络系统，可以较好的实现网络链路负载的动态平衡。
本发明实施例主要通过构建服务承载网络和提供承载网路由器，由承载网路由器获取全局的服务承载网络的路径信息，根据不同数据的QoS需求选择满足其需求的路径，通过MPLS的显式路由选择实现对数据的转发路径的控制，从而可以动态监控网络状态的变化，较好的实现网络链路负载的动态平衡。
以下先简单介绍一下服务承载网络和承载网路由器。
所谓服务承载网络，是与覆盖网络(Overlay网络)相对的概念，它位于底层物理网络和上层覆盖网络之间，它从底层物理网络获取拓扑和路径质量等信息，对上层覆盖网络的应用提供接口，可用于构建各种用途的覆盖网络。请参阅图1，是本发明实施例MPLS服务承载网总体架构示意图。如图1所示，上层是覆盖网络10，中间层是服务承载网20，底层是物理网络30。服务承载网20包括多个承载网路由器21，物理网络30中包括多个普通路由器31。
承载网路由器，是位于服务承载网络的应用层路由器，承载网路由器之间由虚链路连接，并交换相互之间的网络链路状况，为覆盖网络的应用提供保证QoS的路由服务。承载网路由器和普通路由器是在一个物理实体上，但逻辑上属于两个不同的协议层次。承载网路由器运行在支持MPLS的普通路由器上。所有支持MPLS的路由器组成了MPLS网络，而其中支持服务承载网络的所有路由器又组成了逻辑上的服务承载网络。
以下简单介绍一下本发明实施例承载网路由器的结构。
承载网路由器由用户接口模块、虚链路状态测量模块、备选路径计算模块、路径状态广播模块、路由计算模块、数据转发模块共六个模块和一个拓扑数据库组成。
1)用户接口模块
该模块可以输入数据约束条件。
承载网路由器初始化时，由管理员通过用户接口模块配置网络信息，并可以对特定数据配置QoS约束，QoS约束主要包括带宽、延迟和丢包率等的要求。
2)虚链路状态测量模块
该模块定时测量与各个相邻承载网路由器之间的所有可达路径的状态信息，包括带宽、延迟、丢包率等。
所谓可达路径，是承载网路由器到每个相邻承载网路由器跳数小于等于一设定值(例如n，n为大于1的整数)的所有路径。
通过发送延迟测量报文可以测量路径的延迟，通过发送一定数目的丢包率测量报文可以测量路径的丢包率，而带宽则可以使用延迟和丢包率进行计算，计算公式为：
其中，S为报文数量，可以使用测量丢包率时的报文数量，R为路径的往返延迟，L为路径单向丢包率。
对所有可达路径测量完成后，将所有的测量结果传输给拓扑数据库进行记录，并传输给备选路径计算模块，用于备选路径计算模块从所有可达路径中进行备选路径的选择。
需要说明的是，如果备选路径计算模块选择好备选路径后，虚链路状态测量模块后续在测量所有可达路径信息时，可以采用较高的频率来测量可达路径中被选择为备选路径的实时状态，而对其他的可达路径采用较低的频率进行测量。
3)备选路径计算模块
该模块对于每个相邻承载网路由器，从所有可达路径中，选取选择度较大的数条路径作为备选路径。
备选路径的确定过程是：根据开放最短路径优先(Open Shortest PathFirst，OSPF)路由协议获取网络拓扑结构，对于每个相邻承载网路由器，计算得到所有小于跳数n的可达路径。接收其他承载网路由器广播的备选路径信息，这些备选路径信息由路径状态广播模块接收后传递给备选路径计算模块，根据所接收到的其他承载网路由器的备选路径，确定每条可达路径与这些备选路径的干扰率。获取虚链路状态测量模块传输的所有可达路径的状态信息，包括带宽、延迟、丢包率等，将路径的跳数、确定的干扰率，并结合带宽、延迟、丢包率等，按设定公式计算可以得到每条可达路径的选择度，选择其中选择度较高的数条可达路径作为备选路径。
备选路径计算模块确定本承载网路由器的备选路径后，传输给路径广播模块，由路径状态广播模块向其他相邻承载网路由器广播。另外，备选路径计算模块可以将确定的备选路径通知虚拟链路状态测量模块，以方便虚拟链路状态测量模块测量可达路径的状态信息时，对确定为备选路径的可达路径和其他可达路径采用不同的测量频率。备选路径计算模块还将确定的备选路径信息传输给拓扑数据库进行记录。
4)路径状态广播模块
该模块用于交换承载网路由器之间的网络信息，包括交换备选路径信息和路径实时状态。路径实时状态，是指服务承载网络中相邻承载网路由器之间所有的备选路径的实时状态。
一般在5种情况下需要发送路径信息交换报文：(1)定时向相邻承载网路由器广播本承载网路由器的备选路径信息和路径实时状态；(2)接收到相邻承载网路由器发送的路径信息交换报文，将该报文转发给其他相邻承载网路由器，并将该报文中的信息记入本承载网路由器的拓扑数据库；(3)测量到某些路径状态有较大变化时，向相邻承载网路由器广播路径信息交换报文；(4)接收到新加入的承载网路由器发送的初始化报文后，向该新加入的承载网路由器发送路径信息交换报文，在报文中包含全网承载网路由器列表；(5)接收到相邻承载网路由器发送的路径状态请求报文后，向相邻承载网路由器发送路径信息交换报文，在报文中包括本承载网路由器的拓扑数据库中所有的备选路径信息及其路径实时状态。
5)路由计算模块
路由计算模块，用于计算承载网路由器间的转发路径，根据所得的承载网路由器间的转发路径，并使用显式路由建立标签交换路径(Label SwitchPath，LSP)。
路由计算模块按照用户接口模块输入的数据的QoS约束和拓扑数据库中服务承载网全网的路径的实时状态，计算承载网路由器间的转发路径。数据在承载网路由器之间的转发路径，，由入口的承载网路由器在数据在进入服务承载网时，统一进行计算。然后，使用显式路由建立标签交换路径LSP。显式路由包括上层显式路由和下层显式路由，上层显式路由规定了数据转发所通过的承载网路由器，这属于松散显式路由，而下层显式路由规定了数据在两个承载网路由器之间转发时通过的普通路由器，这属于紧密显式路由。
对于不同的数据，可以在两个承载网路由器之间的选择不同的转发路径，以分散链路负载。
6)数据转发模块
该模块根据路由计算模块使用显式路由建立的LSP，将数据进行转发。
该模块利用MPLS标签栈支持多层次标签的特点，按上层显式路由和下层显式路由将数据进行转发。
7)拓扑数据库
拓扑数据库记录了本承载网路由器与每个相邻承载网路由器之间所有的备选路径信息和路径实时状态。拓扑数据库可与虚链路状态测量模块、备选路径计算模块、路径状态广播模块、路由计算模块进行信息交互。
以下介绍本发明实施例提供的路径建立方法。
请参阅图2，是本发明实施例提供的路径建立方法流程图，包括步骤：
步骤201、接收数据；
步骤202、根据记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据确定转发路径；
步骤203、根据所述确定的转发路径，使用显式路由建立标签交换路径，所述显式路由记录数据转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器。
所述使用显式路由建立标签交换路径之后进一步包括：
按所述标签交换路径将所述数据转发出去，使接收的承载网路由器根据所述标签交换路径确定下一跳的承载网路由器后选择转发路径，根据所述选择的转发路径，使用显式路由建立新的一层标签交换路径，所述显式路由记录承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器。
从该实施例方法可以看出，本发明实施例构建有服务承载网，该服务承载网中的各个承载网路由器能够获知整个网路拓扑的全局信息，因此能够根据实时的全局信息选择转发路径，并使用显式路由建立标签交换路径LSP，而显式路由是包括了数据转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器，因此，通过这样的操作过程，可以在网络中平衡网络链路负载。
以下分别介绍本发明实施例提供的承载网路由器的相关操作流程。
请参阅图3，是本发明实施例承载网路由器初始化流程图，包括步骤：
步骤301、承载网路由器判断自身是否是服务承载网络的第一个承载网路由器，若是，进入步骤302，若否，进入步骤303。
步骤302、等待第二个承载网路由器加入，与该新加入的承载网路由器交换全网承载网路由器列表、备选路径信息及其路径实时信息等，初始化结束；
步骤303、作为新加入的承载网路由器运行OSPF路由协议获取所有路由信息；
步骤304、新加入的承载网路由器向指定的承载网路由器发送初始化报文，指定的承载网路由器可以由管理员指定，作为新加入的承载网路由器的邻居；
初始化报文，用于新加入的承载网路由器向管理员指定的某个承载网路由器请求获取全网承载网路由器列表。
初始化报文的结构中包括：协议类型，为8位，其中数值1表示初始化报文；总长度，为8位；承载网路由器标识ID，为16位，该ID唯一标识承载网路由器。
步骤305、新加入的承载网路由器接收指定的承载网路由器发送的路径信息交换报文，报文中包含全网承载网路由器列表，将全网承载网路由器列表以及本承载路由器ID添加到本承载路由器的拓扑数据库中；
路径信息交换报文，用于交换全网承载网路由器列表、备选路径信息及其路径实时信息，即交换拓扑数据库中的相关数据。其中，路径实时信息包括路径的延迟、带宽和丢报率等。
路径信息交换报文的结构中包括：协议类型，为8位，其中数值3表示路径信息交换报文；总长度，为8位；承载网路由器ID，为16位，该ID唯一标识承载网路由器；序列号，为32位无符号整数，用来检测报文是否过时；全网承载网路由器列表长度，为16位，是承载网路由器列表中承载网路由器ID的总数，如果某个报文不包含全网承载网路由器列表，则值为0；备选路径数目，为16位，表示报文中包含的备选路径数目；全网承载网路由器列表，该项为一记录结构，表示承载网中所有承载网路由器信息。
全网承载网路由器列表的结构包括：承载网路由器ID，为16位，该ID唯一标识承载网路由器；承载网路由器地址，为128位，表示承载网路由器在MPLS网络中的地址；备选路径记录，该项为一记录结构，表示每一条备选路径的起点和终点位置的承载网路由器以及所经过的普通路由器，同时记录该路径的实时状态信息，包括延迟、带宽和丢包率。
备选路径记录的结构包括：路由器数目，为8位，表示该备选路径通过的所有路由器数目；序列号，为8位，由最初测量并广播该路径信息的承载网路由器确定，在转发过程中不改变，用来检测记录是否过时；路径起点位置的承载网路由器ID，为16位，表示路径的起点；中间的普通路由器ID，为16位，表示路径通过的某个普通路由器；路径终点位置的承载网路由器ID，为16位，表示路径的终点；延迟，为8位；带宽，为8位；丢包率，为8位。
步骤306、新加入的承载网路由器根据之前运行OSPF路由协议获取的路由信息和已经得到的全网承载网路由器列表，计算得到所有物理相邻承载网路由器；
步骤307、根据得到的所有物理相邻承载网路由器指定相邻承载网路由器；
该步骤中指定相邻承载网路由器有三种方式：一是直接以物理相邻承载网路由器为相邻承载网路由器；二是在物理相邻承载网路由器中随机或按一定规则选取部分承载网路由器作为相邻承载网路由器；三是在物理相邻承载网路由器中，由管理员选取部分承载网路由器作为相邻承载网路由器。
步骤308、计算与每个相邻承载网路由器的可达路径；
可以采用穷举法计算得到与每个相邻承载网路由器跳数小于n的所有可达路径。
步骤309、向所有相邻承载网路由器发送路径状态请求报文；
路径状态请求报文，用于承载网路由器主动请求相邻承载网路由器向自已发送备选路径及其路径实时状态信息，一般用于承载网路由器新加入时的情况。
路径状态请求报文的结构中包括：协议类型，为8位，其中2表示路径状态请求报文；总长度，为8位；承载网路由器ID，为16位，该ID唯一标识承载网路由器。
步骤310、接收相邻承载网路由器返回的路径信息交换报文，其中包括各相邻承载网路由器确定的备选路径及其路径状态信息；
这里的各相邻承载网路由器确定的备选路径包括：(1)返回路径信息交换报文的承载网路由器和与它自己相邻的承载网路由器之间的备选路径；(2)其他相邻承载网路由器之间的备选路径。
步骤311、确定本承载网路由器与每一个相邻承载网路由器之间的备选路径；
该步骤如下：
(1)根据所接收到的其他承载网路由器的备选路径，确定每条可达路径与这些备选路径的干扰率。
干扰率，是本承载网路由器的可达路径和其他承载网路由器之间的备选路径重用某些链路的比例，重用率越高则干扰率越高。干扰率是大于等于1的实数。
(2)为每条可达路径使用显式路由建立LSP，使用显式路由发送路径状况探测报文，获取每条可达路径的带宽、延迟、丢包率。
路径状况探测报文包括延迟测量报文、丢包率测量报文等。
延迟测量报文，用于测量路径的延迟。
延迟测量报文的结构包括：类型，为8位，其中3表示延迟测量报文；承载网路由器ID：为16位，该ID唯一标识承载网路由器；时间戳，为32位，记录报文发出时的时间。
丢包率测量报文，用于测量路径丢包率。
丢包率测量报文的结构包括：类型，为8位，其中5表示丢包率测量报文；承载网路由器ID，为16位，该ID唯一标识承载网路由器；报文数目，为32位，表示本次测量发送的总的丢包率测量报文数目；报文编号，为32位，表示该报文是本次测量发送的第几个报文。
(3)根据获得的干扰率、带宽、延迟、丢包率以及到相邻承载网路由器的跳数，计算每条可达路径的选择度，选择度是本承载网路由器与相邻承载网路由器之间的可达路径被选为备选路径的可能性，选择度的计算公式1如下所示：
其中B为路径带宽，可以是路径上所有链路带宽的最小值，D为路径延迟，L为路径丢包率，J为到相邻承载网路由器的跳数，G为干扰率，可以是路径上所有链路干扰率的最大值，f1到f5分别为单调递增函数。
根据计算公式1可以知道，具有较低的干扰率、延迟、丢包率、路由器跳数并且具有较高带宽的路径，一般会具有较高的选择度。
(4)根据选择度，从高到低选择m(m为大于1的整数)条路径作为与每个相邻承载网路由器的备选路径，并同时将备选路径和路径实时状态记录到本承载网路由器的拓扑数据库中。
步骤312、将确定的备选路径和路径实时状态，向相邻的承载网路由器广播，初始化结束。
从拓扑数据库中读取本承载网路由器记录的备选路径和路径实时状态，向相邻承载网路由器广播。
经过上述过程，承载网路由器的初始化过程结束。
请参阅图4，是本发明实施例承载网路由器状态维护流程图，包括步骤：
步骤401、周期性测量备选路径状态并广播备选路径状态；
该步骤如下：
(1)以时间间隔t，向相邻承载网路由器发送探测报文探测备选路径的路径状态，包括备选路径的带宽、延迟、丢包率等；
(2)将探测所得的备选路径状态记录到拓扑数据库中；
(3)将拓扑数据库中记录的本承载网路由器与每个相邻承载网路由器之间所有的备选路径以及实时状态广播到相邻承载网路由器。
步骤402、周期性测量所有可达路径的路径状态，并计算新的备选路径，将这些信息广播到相邻承载网路由器；
该步骤如下：
(1)以时间间隔T，向相邻承载网路由器发送探测报文，探测到每个相邻承载网路由器的所有可达路径的路径状态，包括可达路径的带宽、延迟、丢包率等；
(2)根据所得的所有可达路径状态，并根据计算公式1计算新的备选路径，并更新拓扑数据库；
(3)将更新后的拓扑数据库中的本承载网路由器与每个相邻承载网路由器之间所有的备选路径以及实时状态广播到相邻承载网路由器。
步骤403、接收并处理相邻承载网路由器发送的报文。
该步骤的具体处理情况如下：
(1)如果接收到新加入的承载网路由器发送的初始化报文，将新加入的承载网路由器ID添加到拓扑数据库中的全网承载网路由器列表，并向新加入的承载网路由器发送路径信息交换报文，报文包含全网承载网路由器列表。
(2)如果接收到相邻承载网路由器发送的路径状态请求报文，向相邻承载网路由器发送路径信息交换报文，报文包括本承载网路由器的拓扑数据库中所有的备选路径及其路径实时状态。
(3)如果接收到相邻承载网路由器发送的路径信息交换报文，将路径信息交换报文中的信息与本承载网路由器的拓扑数据库中的信息比较，如果接收到的信息较新，则将接收到的信息记入拓扑数据库中。然后，将路径信息交换报文转发到除了上一跳邻居以外所有相邻承载网路由器。
请参阅图5，是本发明实施例承载网路由器数据转发流程图，包括步骤：
步骤501、入口承载网路由器为数据建立LSP；
该步骤如下：
(1)对于位于承载网边缘的入口承载网路由器，接收新的数据请求以及用户输入的QoS约束，根据QoS约束和拓扑数据库中服务承载网全网的路径的实时状态的记录，为数据计算承载网路由器间的转发路径。需要说明的是，也可以不考虑QoS约束。
(2)根据所得的承载网路由器间的转发路径，使用显式路由建立标签交换路径LSP，根据LSP转发该数据。即利用MPLS标签栈支持多层次标签的特点，按上层显式路由和下层显式路由将数据进行转发。其中，上层显式路由规定了数据转发所通过的承载网路由器，而下层显式路由规定了数据在两个承载网路由器之间转发时通过的普通路由器。
这里再对建立LSP的过程进行介绍。
在MPLS协议中，要建立LSP，每一个标签交换路由器(Label SwitchRouter，LSR)需要进行如下工作：把数据分组映射到某个前向纠错(ForwardError Correction，FEC)F1，为F1分配未被使用的标签L1(绑定)，在本地标签映射表中增加条目(F1，L1)；将绑定信息通知上游LSR；在本地转发表中增加条目(L1，L2，Pout)，其中L1是入口标签，L2是出口标签，Pout是输出端口。
LSP是一系列LSR执行标签分配和标签分发操作的结果，传统方式下通常有3种驱动方式：数据量驱动方式、拓扑驱动方式和请求驱动方式。
数据量驱动方式，是指在实际数据分组到达时，进行标签的分配并在线建立LSP。该方式可以把属于同一个数据的分组映射到同一个FEC。拓扑驱动方式，是以网络的拓扑结构为基础进行标签的分配。网络上的路由器通过OSPF和边界网关协议(Border Gateway Protocol，BGP)等协议，定期向其他路由器分发网络的状态信息，其他各路由器通过这些信息生成或维护本地的网络拓扑图，并据此计算路由，得到路由表。然后以路由表为基础，沿路由方向逐跳地进行标签的分配。该方式是一种预分配LSP的方式，与实际到达的数据分组无关，具有没有时延和无联接的优点，但缺点是不能为单个数据提供QoS保证的缺点。
请求驱动方式，是在数据传输之前，利用扩展的资源预留协议(ResourceReservation Protocol，RSVP)等发出请求，各LSR接收到请求后分配和分发标签直至LSP建立。
本发明实施例中承载网路由器的算法协议是运行在MPLS协议的上层，因此建立LSP方式和传统方式不同。
本发明实施例中，采用类似于传统的LSP建立方式中的拓扑驱动方式，延续了拓扑驱动方式中没有时延和无联接的优点，同时克服了预分配的非实时和不能为单个数据提供QoS保证的缺点。传统的LSP拓扑驱动方式之所以有以上提到的缺点，是因为每个路由器在网络中不能够得到全局信息，只有邻居路由器的信息。本发明实施例中，构建有服务承载网，该服务承载网中的各个承载网路由器能够通过自身的虚链路状态测量模块的测量，获知整个网路拓扑的全局信息，因此能够根据实时的全局信息选择最优转发路径和建立实时的LSP，可以为单个数据提供QoS保证，从而也可以平衡网络链路负载。
步骤502、对于承载网中的中间位置(即不是出口位置)的承载网路由器，在接收数据后，在相邻承载网路由器之间建立新一层LSP；
该步骤如下：
(1)根据之前步骤中LSP规定的下一跳承载网路由器，从备选路径中选择一条路径作为到下一跳承载网路由器的转发路径。对于不同的数据，可以在两个承载网路由器之间选择不同的转发路径，以分散链路负载。
(2)根据所选择的转发路径，使用显式路由建立新的一层LSP，按该LSP进行转发，即在标识承载网路由器的标签上压入新一层转发标签，在承载网路由器之间建立一层新的转发路径，该转发路径规定了在该两个承载网路由器之间转发时通过的所有普通路由器。
步骤503、对于位于承载网边缘的出口承载网路由器，在接收数据后，将数据中的数据包标签去除，然后将其转发出服务承载网。
对于图5中所描述的过程，以下以图6所示的一个应用例举例说明。
请参阅图6，是本发明实施例数据转发示意图。
如图6所示，包括入口承载网络路由器A、中间的承载网路由器B和C、出口承载网路由器D，普通路由器a、b。对于入口承载网络路由器A，建立一条松散显式路由的LSP路径ABCD，并选择A与B之间一条可选路径建立一条紧密显式路由LSP路径ab。中间的承载网路由器B，选择B与C之间的一条可选路径，建立一条紧密显式路由的LSP路径，中间的承载网路由器C，选择C与D之间的一条可选路径，建立一条紧密显式路由LSP路径。对于出口承载网路由器D，将接收的数据向外发送，因此数据离开承载网。
通过上述内容，详细的介绍了本发明实施例提出的服务器承载网和承载网路由器的特点，以下进一步介绍本发明实施例提出的服务承载网与IP电信网的一些区别。
目前IP电信网需要对现有的电信网络体系进行改造，区分不需要严格QoS保障的Internet业务和需要严格保障的电信业务，并加以区别对待，在承载网中隔离传送。与目前的IP电信网不同的是，本发明实施例提出的服务承载网，面向的是可以是最终客户的应用而不是运营商的应用。该服务承载网不需要对现有的网络进行大规模改造，而是工作在现有网络之上。用户例如某公司可以通过本发明实施例的承载网路由器进行组网，并自行定义该服务承载网的服务内容，使得成本较低，不用额外购买专门网络服务的费用。以下表1列出了本发明实施例提出的服务承载网与IP电信网的对比情况。
| IP电信网 | 服务承载网 | |
| 是否区分Internet业务 | 自动 | 不需要 |
| 是否有严格的QoS保证 | 是 | 是 |
| 是否对承载网资源实时准确掌握 | 是 | 是 |
| 是否承载网识别电信业务 | 自动 | 不需要 |
| 会话接纳控制(CAC)机制 | 有 | 有 |
| 带宽管理(CAR)机制 | 有 | 没有 |
| 是否保证多业务的安全 | 是 | 是 |
| 是否支撑多业务运营 | 是 | 是 |
表1
本发明实施例提出的服务承载网和IP电信网的相同点包括提供一个有QoS保障的、安全的多业务承载网环境，但是由于应用的面向对象不同，所以有些条目无法进行比较。表1中，对于本发明实施例提出的服务承载网，本身就是为需要QoS保障的业务而定义出来的，所以不要进行区分Internet业务。服务承载网中的服务有类似于会话接纳控制机制，但是运行规模可以不达到运营商的整个运营网络级别。由于服务承载网可以不面对运营商，因此可以没有带宽管理机制，但会选择将会话中带宽等网络特性综合考虑后的最优的路径。
为进一步验证本发明实施例方案的有益效果，本发明实施例中还进行了仿真实验，通过仿真实验对本发明实施例方法和传统现有方法进行对比。实验表明，本发明实施例的承载网路由器可以选择较好的路径作为转发路径，可以在对网络进行均衡负载，并能对网络变化作出较好反应，重新选择最佳转发路径。
以下详细介绍仿真实验内容。
(一)初始数据设置：
本实验的拓扑路由器(即承载网路由器，为描述上的方便，以下都简称为路由器)节点个数为64个，边数为201条，在不形成环路前提下，这些边是随机生成，并且每个路由节点度保持均匀分布。
为了降低仿真试验额外的计算量，各路由器性能参数为实际的1/10。
各个路由器的性能参数为：
接收带宽：服从100MB(百万字节)的平均分布，浮动幅度为10MB。
发送带宽：服从100MB的平均分布，浮动幅度为10MB。
缓存大小：大小为64MB，各个路由器缓存大小相同。
发送与接收终端为40对，性能参数为：
发送文件的大小：随机生成，在各个试验情况下有不同数量级。
(二)实验结果分析：
实验一：传输相同数据量所用时间的比较(参见表2和表3)
| 序号对 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 发送文件大小(MB) | 200 | 390 | 330 | 200 | 350 | 500 | 650 | 500 | 700 | 600 |
| 现有方法所花时间(s) | 52 | 86 | 98 | 83 | 113 | 92 | 139 | 115 | 130 | 120 |
| 本实施例所花时间(s) | 52 | 87 | 97 | 87 | 105 | 92 | 121 | 100 | 115 | 106 |
表2
| 序号对 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 发送文件大小(MB) | 320 | 530 | 800 | 900 | 300 | 500 | 600 | 100 | 200 | 650 |
| 现有方法所花时间(s) | 79 | 117 | 133 | 172 | 95 | 106 | 132 | 50 | 68 | 112 |
| 本实施例所花时间(s) | 76 | 110 | 129 | 150 | 95 | 106 | 120 | 52 | 67 | 113 |
表3
通过上述表格中的数据可以发现，本发明实施例方法能够提高数据的传输率。对于大部分发送与接收终端接收文件所用时间的前后对比可以看出，本发明实施例方法能降低传输时间，从而就提高数据的传输率。特别是序号对为5、7、8、9、10的发送与接收终端发送文件比较大时，本发明实施例方法的传输时间降低更多，传输率提高更多。对于小文件，传输率提高较小。总之，大部分序号对的发送与接收终端的传输性能提高5％到10％，极个别如序号对为14、7的发送与接收终端的传输性能提高到15到20％之间。
实验二：在传输数据总量不同的情况下，下载总时间的比较
更改传输数据总量的大小，各个发送与接收终端发送的文件大小分别为表2、表3中的10倍和100倍，对比后的实验结果统计如表4所示：
| 传输数据总量(MB) | 现有方法下载总时间(s) | 本实施例下载总时间(S) |
| 9320 | 2092 | 1980 |
| 93200 | 21237 | 18884 |
| 932000 | 218834 | 18785 |
表4
通过表4可以看出，数据量越大，采用本发明实施例方法使整个网络传输总量提高越大，网络传输总量比现有技术方法网络传输总量提高13％到18％。
实验三：丢包率的比较
在实验环境初始设置中，连接各个拓扑节点链路的丢包率被设置为均值为3％的均匀分布，使用了两组数据传输总量，第一组为表1、表2中的数据量，第二组为表1、表2中数据量的10倍，对比后的实验结果如表5所示：
| 传输数据总量(MB) | 现有方法传输数据总丢包数量个数 | 本实施例传输数据总丢包数量个数 |
| 9320 | 2314 | 1978 |
| 93200 | 24165 | 20037 |
表5
通过表5可以看出，本发明实施例方法能降低丢包率，比现有技术方法可以降低10％到20％。
实验四：整个网络吞吐率随时间变化的曲线
本实验中，各发送与接收终端数据量为表1、表2中相对应的数据量的100倍，所得曲线如图7所示(取前2000秒的数据)。图7是本发明实施例与现有技术数据传输吞吐量变化曲线比较图。图7中包括两条曲线，上面的曲线是本发明实施例的吞吐率曲线，下面的曲线是现有技术方法的吞吐率曲线。
通过该图的曲线可以看出：
(1)采用本发明实施例方法能够提高整个网络数据量，性能提高在8％到14％之间，从曲线中可以看出，本发明实施例方法的稳定值保持在3700MB附近，现有技术方法的稳定值保持在3200MB附近。
(2)采用本发明实施例方法能够使整个网络数据量保持一定的稳定水平，从曲线中可以看出，本发明实施例方法在均值附近震动幅度较小。
(3)采用本发明实施例方法能够使整个网络更早稳定下来，从曲线中可以看出，本发明实施例方法稳定下来的时间为57s左右，现有技术方法为67s左右。
上述内容详细的介绍了本发明实施例的路径建立方法，以下再详细介绍本发明实施例提供的承载网路由器和网络系统。
请参阅图8，是本发明实施例提供的承载网路由器结构示意图。
如图8所示，承载网路由器包括：拓扑数据库801、路由计算模块802。
拓扑数据库801，用于记录服务承载网的全网的路径的信息。
路由计算模块802，用于在接收数据后，根据所述拓扑数据库801中记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据确定转发路径，根据所述确定的转发路径，使用显式路由建立标签交换路径，所述显式路由记录数据转发时通过的所有承载网路由器以及本承载网路由器到下一跳承载网路由器之间通过的普通路由器。
所述承载网络路由器还包括：数据转发模块803。
数据转发模块803，用于按所述路由计算模块802建立的标签交换路径将所述数据转发出去。
所述拓扑数据库801记录的服务承载网的全网的路径的信息包括：所有承载网路由器的备选路径和可达路径的信息，所述承载网络路由器还包括：
备选路径计算模块804，用于根据可达路径与接收的相邻承载网路由器的备选路径确定干扰率；在获取所述可达路径的状态参数后，根据所述干扰率、可达路径的状态参数以及所述可达路径包含的到相邻承载网路由器的跳数，确定选择度；按照所述选择度从可达路径中选择路径作为备选路径。
所述承载网络路由器还包括：
虚链路状态测量模块805，用于测量可达路径的状态参数，将所述可达路径的状态参数传输给所述备选路径计算模块804。所述可达路径的状态参数包括延迟、丢包率及带宽；所述虚链路状态测量模块805通过发送延迟测量报文测量得到延迟，通过发送丢包率测量报文测量得到丢包率，根据所述延迟和丢包率确定带宽。虚链路状态测量模块805还将所述可达路径的状态参数传输给所述拓扑数据库801。
所述承载网络路由器还包括：
路径状态广播模块，用于接收相邻承载网路由器发送的备选路径信息，将所述相邻承载网路由器的备选路径信息传输给所述备选路径计算模块804，并传输给所述拓扑数据库801进行记录，将所述备选路径计算模块804确定的备选路径向所述相邻承载网路由器广播。
所述承载网络路由器还包括：
用户接口模块807，用于获取为数据配置的服务质量参数信息并传输给所述路由计算模块802；所述路由计算模块802在接收服务质量参数信息后，根据所述拓扑数据库801中记录的服务承载网的全网的路径的信息以及所述服务质量参数信息，为所述数据确定转发路径。
当所述承载网络路由器处于服务器承载网的中间位置，在接收到上一跳承载网路由器转发的数据和标签交换路径后，则所述路由计算模块802根据所述标签交换路径确定下一跳的承载网路由器后，从自身记录的备选路径中选择转发路径，根据所述选择的转发路径，使用显式路由建立新的一层标签交换路径，所述显式路由记录本承载网路由器到下一跳承载网路由器之间通过的普通路由器。
本发明实施例提供的网络系统，包括至少两个承载网路由器。
请参阅图9，是本发明实施例网络系统结构示意图。图9中以两个承载网络路由器举例说明但不局限于此。
第一承载网路由器901，用于接收数据，根据记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据确定转发路径，根据所述确定的转发路径，使用显式路由建立标签交换路径，所述显式路由记录数据转发时通过的所有承载网路由器以及本承载网路由器到下一跳承载网路由器之间通过的普通路由器，按所述标签交换路径将所述数据转发出去；
第二承载网路由器902，用于接收所述第一承载网路由器901转发的数据和标签交换路径。
第二承载网路由器902在接收所述第一承载网路由器901转发的数据和标签交换路径后，根据所述标签交换路径确定下一跳的承载网路由器后，从自身记录的备选路径中选择转发路径，根据所述选择的转发路径，使用显式路由建立新的一层标签交换路径，所述显式路由记录本承载网路由器到下一跳承载网路由器之间通过的普通路由器。
网络系统中提到的承载网路由器，具有图8所示的结构，此处不再叙述。
综上所述，本发明实施例构建有服务承载网，该服务承载网中的各个承载网路由器能够获知整个网路拓扑的全局信息，因此能够根据实时的全局信息选择转发路径，并使用显式路由建立标签交换路径LSP，而显式路由是记录了数据转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器，因此，通过这样的操作过程，可以在网络中平衡网络链路负载，克服现有技术中存在的缺陷。
进一步的，本发明实施例的技术方案不需要对现有技术网络进行大规模改造，并且经过仿真实验证明，与现有技术方案相比，可以提高数据的传输率，提高网络传输总量，降低丢包率和使得网络更容易趋于稳定。
以上对本发明实施例所提供的一种路径建立方法、承载网路由器和网络系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (17)
1.一种路径建立方法，其特征在于，包括：
接收数据；
根据记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据确定转发路径；
根据所述转发路径，使用显式路由建立标签交换路径，所述显式路由记录数据转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器。
2.根据权利要求1所述的路径建立方法，其特征在于：
所述使用显式路由建立标签交换路径之后进一步包括：
按所述标签交换路径转发所述数据，使接收的承载网路由器根据所述标签交换路径确定下一跳的承载网路由器后选择转发路径，根据所述选择的转发路径，使用显式路由建立新的一层标签交换路径，所述显式路由记录承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器。
3.根据权利要求1或2所述的路径建立方法，其特征在于：
所述记录的服务承载网的全网的路径的信息包括：所有承载网路由器的备选路径和可达路径的信息；
所述备选路径在承载网路由器的初始化过程中确定，所述确定过程为：
根据可达路径与接收的相邻承载网路由器的备选路径确定干扰率；
在获取所述可达路径的状态参数后，根据所述干扰率、可达路径的状态参数以及所述可达路径包含的到相邻承载网路由器的跳数，确定选择度；
按照所述选择度从可达路径中选择路径作为备选路径。
4.根据权利要求3所述的路径建立方法，其特征在于：
所述可达路径为到相邻承载网路由器的跳数小于设定值的路径。
5.根据权利要求3所述的路径建立方法，其特征在于：
所述可达路径的状态参数包括：延迟、丢包率及带宽；
所述延迟通过发送延迟测量报文测量获得，所述丢包率通过发送丢包率测量报文测量获得，所述带宽根据所述延迟和丢包率确定。
6.根据权利要求3所述的路径建立方法，其特征在于：
所述承载网路由器的初始化过程中确定备选路径之前进一步包括：
新加入服务承载网时，运行开放最短路径优先路由协议获得路由信息后，向指定的承载网路由器发送初始化报文，请求获取全网承载网路由器列表；
接收所述指定的承载网路由器返回的路径信息交换报文，其中包含全网承载网路由器列表；
将所述全网承载网路由器列表和本承载网路由器标识进行记录；
根据所述全网承载网路由器列表和所述运行开放最短路径优先路由协议获得的路由信息，确定所有物理相邻承载网路由器，从所述所有物理相邻承载网路由器中指定相邻承载网路由器。
7.根据权利要求3所述的路径建立方法，其特征在于：
所述所有承载网路由器的备选路径和可达路径的信息，由承载网路由器周期进行更新。
8.根据权利要求1或2所述的路径建立方法，其特征在于：
所述接收数据之后进一步包括：获取为数据配置的服务质量参数信息；
所述根据记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据确定转发路径具体为：
所述根据记录的服务承载网的全网的路径的信息以及所述服务质量参数信息，为所述数据确定转发路径。
9.一种承载网络路由器，其特征在于，包括：
拓扑数据库，用于记录服务承载网的全网的路径的信息；
路由计算模块，用于在接收数据后，根据所述拓扑数据库中记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据确定转发路径，根据所述转发路径，使用显式路由建立标签交换路径，所述显式路由记录数据转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器。
10.根据权利要求9所述的承载网络路由器，其特征在于，所述承载网络路由器还包括：
数据转发模块，用于按所述路由计算模块建立的标签交换路径转发所述数据。
11.根据权利要求9或10所述的承载网络路由器，其特征在于，所述拓扑数据库记录的服务承载网的全网的路径的信息包括：所有承载网路由器的备选路径和可达路径的信息，所述承载网络路由器还包括：
备选路径计算模块，用于根据可达路径与接收的相邻承载网路由器的备选路径确定干扰率；
在获取所述可达路径的状态参数后，根据所述干扰率、可达路径的状态参数以及所述可达路径包含的到相邻承载网路由器的跳数，确定选择度；
按照所述选择度从可达路径中选择路径作为备选路径。
12.根据权利要求11所述的承载网络路由器，其特征在于，所述承载网络路由器还包括：
虚链路状态测量模块，用于测量可达路径的状态参数，将所述可达路径的状态参数传输给所述备选路径计算模块；
所述可达路径的状态参数包括延迟、丢包率及带宽；
所述虚链路状态测量模块通过发送延迟测量报文测量获得延迟，通过发送丢包率测量报文测量获得丢包率，根据所述延迟和丢包率确定带宽。
13.根据权利要求11所述的承载网络路由器，其特征在于，所述承载网络路由器还包括：
路径状态广播模块，用于接收相邻承载网路由器发送的备选路径信息，将所述相邻承载网路由器的备选路径信息传输给所述备选路径计算模块，并传输给所述拓扑数据库进行记录，将所述备选路径计算模块确定的备选路径向所述相邻承载网路由器广播。
14.根据权利要求9或10所述的承载网络路由器，其特征在于，所述承载网络路由器还包括：
用户接口模块，用于获取为数据配置的服务质量参数信息并传输给所述路由计算模块；
所述路由计算模块在接收服务质量参数信息后，根据所述拓扑数据库中记录的服务承载网的全网的路径的信息以及所述服务质量参数信息，为所述数据确定转发路径。
15.根据权利要求9或10所述的承载网络路由器，其特征在于：
当所述承载网络路由器处于服务器承载网的中间位置，在接收到上一跳承载网路由器转发的数据和标签交换路径后，则所述路由计算模块根据所述标签交换路径确定下一跳的承载网路由器后选择转发路径，根据所述选择的转发路径，使用显式路由建立新的一层标签交换路径，所述显式路由记录承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器。
16.一种网络系统，其特征在于：
包括至少两个承载网路由器；
第一承载网路由器，用于接收数据，根据记录的服务承载网的全网的路径的信息，为所述数据确定转发路径，根据所述转发路径，使用显式路由建立标签交换路径，所述显式路由记录数据转发时通过的承载网路由器以及承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器，按所述标签交换路径将所述数据转发；
第二承载网路由器，用于接收所述第一承载网路由器转发的数据和标签交换路径。
17.根据权利要求16所述的网络系统，其特征在于：
所述第二承载网路由器在接收所述第一承载网路由器转发的数据和标签交换路径后，根据所述标签交换路径确定下一跳的承载网路由器后选择转发路径，根据所述选择的转发路径，使用显式路由建立新的一层标签交换路径，所述显式路由记录承载网路由器与承载网路由器之间通过的普通路由器。
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