CN102065013B - 基于身份与位置分离的位置信息优化选择的系统 - Google Patents

Abstract

一种基于ID与Locator分离的位置信息优化选择的系统，该系统包括接入到不同因特网服务提供商网络的主机和多台身份与位置映射服务器，其中主机在原有的ID/Locator映射记录构造模块、ID/Locator映射记录解析模块、映射查询和更新消息的发送/接收模块的基础上增设三个模块：Locator探测模块、Locator优先级设置模块和Locator选择模块。映射服务器在原有ID/Locator映射记录存储维护模块与映射记录接收/发送模块基础上增设年龄设置模块。本发明能保证通信对端通过查询映射服务器获取到多穴主机的映射集合后，能够选择当前优化的主机Locator与多穴主机进行通信，从而提高通信质量，实现负载均衡等。

Description

基于身份与位置分离的位置信息优化选择的系统

技术领域

本发明涉及一种选择位置信息的系统，确切地说，涉及一种基于身份ID与位置Locator分离的位置信息优化选择的系统；属于网络通信的技术领域。

背景技术

多穴技术具有提高网络的容错性、减小传输延迟、执行负载均衡和灵活的路由策略等优点，因此，采用多穴技术的网络站点大量增长。多穴技术包括站点多穴和主机多穴，多穴本质是站点或主机有多个网络连接，这些网络连接可以通过下述三种方式建立：(1)一个站点与一个或多个网络服务提供商网络建立多个连接，(2)主机通过它的多个网络接口连接到多个网络，(3)主机通过一个网络接口上的多个网络地址连接至多个网络。随着多穴技术的大量使用，越来越多的地址被注入到全球路由表中。多穴虽然提高了网络的容错能力并有利于实现负载均衡，但是，它也加剧了全球路由表的膨胀和震荡。

为了解决路由可扩展性问题，学术界和业界都提出了将ID(身份标识)与Locator(位置标识)分离架构，用于解决路由的可扩展性，同时为多穴和移动性提供支持。

ID与Locator分离架构是将IP地址同时承担ID与Locator的双重身份进行分离。IP地址仅仅充当Locator，由新引入的ID(身份)空间标识身份。现在，主要的ID与Locator分离网络架构包括两类：基于主机的ID与Locator分离架构，如主机标识协议HIP(Host Identity Protocol)和基于路由器的ID与Locator分离架构，如身份位置分离协议LISP(Locator与ID Separation Protocol)。这两类协议都在一定程度支持多穴技术。

HIP主要提供对多穴主机的支持方案：通信双方建立连接时，告知对端自己可用的ID与Locator映射的集合(简称映射集合)，由对端随机选择一个映射进行通信；如果在通信过程中，多穴主机变更了Locator，此时它发送UPDATE消息将新的映射集合发送给通信对端。在HIP中，对端随机选择映射的策略，会存在服务质量和可靠性等问题。例如，一个多穴主机A有两个网络接口，分别连接至不同的因特网服务提供商网络，每个接口有一个可用的Locator。在通信时，通信对端获得主机A的映射集合，随机选择其中一个映射并提取其中的Locator进行通信。对于通信对端，这两个映射中的Locator都是可用的、没有任何差别；然而通过不同的Locator连接至的不同的因特网服务提供商网络提供的服务质量是不一样的。如果通信对端能够得到主机A优化的Locator，那么与A的通信质量将会更好。然而HIP中没有提供这种机制。

LISP中的主机协议栈和核心网的基础设施都不发生改变，主机接收与发送的数据包也都和现有因特网体系结构一样。站内数据包携带的IP地址被称为端点标识EID(Endpoint ID)。当数据包被发送到网络入口边界路由器ITR(IngressTunnel Router)时，ITR查询映射数据库并为该数据包添加外部LISP包头，外部包头中包含了用于在核心网路由的源Locator和目的Locator，这些Locator在LISP中被称为RLOC。当数据包到到达网络出口边界路由器ETR(Egress TunnelRouter)时，ETR删除RLOC后，将剩下的数据包发送到站内，利用包内的EID路由到目的站点。LISP主要针对多穴站点提出解决方案：当一个站点有多个EID前缀时，就会造成多个EID到RLOC的映射，每个映射都有不同的RLOC集，LISP将这些RLOC发送给查询请求方时，为每个RLOC设置优先级值和权重，以解决流量均匀分担等问题。但是，LISP没有详细描述究竟如何设置每个RLOC的优先级值和权重。

可见，目前基于路由器的ID与Locator分离架构和基于主机的ID与Locator分离架构，都不能提供完善的多穴支持，即不能支持在多穴主机或多穴站点中选择优化的位置Locator。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种基于身份ID与位置Locator分离的位置信息优化选择的系统，本发明能保证通信对端通过查询映射服务器获取到多穴主机的映射集合后，能够选择当前优化的主机Locator与多穴主机进行通信，从而提高通信质量，实现负载均衡等。

为了达到上述发明目的，本发明提供了一种基于身份ID与位置Locator分离的位置信息优化选择的系统，包括因特网以及接入到不同因特网服务提供商网络的主机和多台身份与位置映射服务器；其特征在于：所述主机，除了实现通信功能外，还负责构建和发送ID到Locator映射记录的更新请求或查询请求，接收和解析ID到Locator映射记录的更新响应或查询响应，以及选择优化的Locator进行通信；为此，该主机在原有的ID/Locator映射记录构造模块、ID/Locator映射记录解析模块、映射查询和更新消息的发送/接收模块的基础上，增设下述三个模块：

Locator探测模块，负责通过系统调用获取该主机当前处于激活状态的所有Locator、每个Locator相应的因特网服务提供商接入网络以及每个Locator的生命周期，并将上述Locator信息构建为Locator记录集合后，再转交给Locator优先级设置模块；该Locator选择模块选择相应路由的Locator算法是依次执行下列步骤，一旦匹配其中某个步骤，就完成选择：

(1)优先选择目的Locator与源Locator相同的Locator：如果Locator映射记录集合中存在某个目的Locator和源Locator相同，说明该主机内部进程之间正在利用该Locator进行网络通信，则优先选择该Locator；

(2)优先选择同一站点内的Locator：如果源Locator和主机的某个Locator映射记录的网络前缀与子网掩码都相同，说明该源Locator和该主机都位于相同站点，优先选择该Locator；

(3)根据映射服务器处理过期的ID到Locator映射记录的不同方式，分别采用下述两种方法：

如果映射服务器不提供过期的ID到Locator映射记录的删除功能，则该系统中可能存在未能及时删除的过期记录，此时优先选择年龄字段数值最大、即当前最近更新的Locator记录；如果年龄最大的Locator记录只有一个，就提取该记录中的Locator，否则，从中选择优先级值最高的记录，作为当前优化的Locator；

如果映射服务器提供过期的ID到Locator映射记录的删除功能，则该系统中不存在过期的ID到Locator映射记录，此时优先选择优先级值最高的映射记录，如果只有一个优先级值最高的记录，则提取该记录中的Locator，作为当前优化的Locator；如果有多个优先级值最高的Locator记录，则从中选择年龄字段数值最大的记录，作为当前优化的Locator；

Locator优先级设置模块，负责从Locator探测模块接收Locator记录集合，并根据Locator设置算法对接收到的Locator记录集合逐一进行分析，设置每个Locator记录的优先级；再将完成设置后的每条带有优先级值的Locator记录集合发送给ID/Locator映射记录构造模块；

Locator选择模块，负责从映射查询和更新消息的发送/接收模块接收带有优先级值的ID/Locator映射记录集合，并根据Locator优先级选择算法从Locator记录集合中选择用于站点路由或全球路由的Locator；

所述映射服务器用于存储与维护ID到Locator映射记录集合，并分别对ID到Locator映射记录的更新请求和查询请求执行接收、处理和响应，以及返回相应的更新响应或查询响应；增设有年龄设置模块，该模块用于为ID到Locator映射记录集合中的每个记录中的年龄字段采用格林威治时间标准编码设置当前时间数值，该时间数值越大，表明是最近的新记录。

本发明ID与Locator分离架构下的位置信息优化选择的系统，其优点是：提出了位置信息优化选择的系统和方法，能够确保通信对端与多穴主机进行通信时，能够选择优化的Locator，该Locator使得通信双方在通信过程中获得更高的服务质量，通信过程容易实现网络负载均衡。

附图说明

图1是现有的基于主机的ID与Locator分离架构的网络系统架构示意图。

图2是本发明基于主机的ID与Locator分离的位置信息优化选择的系统架构示意图。

图3是本发明方法采用的映射记录格式示意图。

图4是本发明基于主机的ID与Locator分离的位置信息优化选择方法的时序图。

图5是本发明实施例中DNS新添加的Map类型资源记录格式示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明是基于主机侧的ID与Locator分离的Locator信息优化选择的系统和方法，它是是现有的基于主机侧的ID与Locator分离的网络架构(参见图1所示)上进行改进而实现的。现有的基于主机侧的ID与Locator分离的网络架构主要包括因特网以及接入到不同因特网服务提供商网络的主机和多台身份与位置映射服务器。其中，主机除了能够实现基本通信功能外，还负责构建和发送ID到Locator映射记录的更新请求或查询请求，接收和解析ID到Locator映射记录的更新响应或查询响应。多台映射服务器是ID与Locator分离网络架构在现有的互联网中添加的基础服务设施，负责提供ID到Locator映射记录或ID到Locator映射记录集合的存储和维护功能，以及ID到Locator映射更新请求/查询请求消息的接收、处理和响应功能。

在现有的身份与位置分离架构网络系统中，主机B要和多穴主机A进行通信时，首先通过映射服务器查询获取到多穴主机A的ID到Locator映射记录集合，主机B在映射记录集合中随机选择一个映射，并提取出其中的Locator，利用该Locator与主机A进行通信。

为了支持位置信息的优化选择功能，本发明在现有的身份与位置分离网络架构的主机原有的ID/Locator映射记录构造模块、ID/Locator映射记录解柝模块、映射记录查询和更新消息的发送/接收模块的基础上，增设三个模块：Locator探测模块、Locator优先级设置模块和Locator选择模块。再在每个映射服务器原有的映射记录接收/发送模块和ID/Locator映射记录存储维护模块基础上，增设年龄设置模块(参见图2所示)。其中，

Locator探测模块，负责通过系统调用获取该主机当前处于激活状态的所有Locator、每个Locator相应的因特网服务提供商接入网络以及每个Locator的生命周期，并将上述Locator信息构建为Locator记录集合后，再转交给Locator优先级设置模块。

Locator优先级设置模块，负责从Locator探测模块接收Locator记录集合，并根据Locator设置算法对接收到的Locator记录集合逐一进行分析，设置每个Locator记录的优先级；再将完成设置后的每条带有优先级值的Locator记录集合发送给ID/Locator映射记录构造模块。

Locator选择模块，负责从映射查询和更新消息的发送/接收模块接收带有优先级值的ID/Locator映射记录集合，并根据Locator优先级选择算法从Locator记录集合中选择用于站点路由或全球路由的Locator。

映射服务器中的年龄设置模块用于为ID到Locator映射记录集合中的每个记录中的年龄字段采用格林威治时间标准编码设置当前时间数值，该时间数值越大，表明是最近的新记录。

参见图3，介绍本发明的映射记录格式：至少需要包含四个字段：ID(身份)、Preference(优先级)、Aging(年龄)和Locator(位置)。除了Aging字段由映射服务器设置外，其他三个字段的数值都由主机设置。

本发明主机的Locator优先级设置模块采用的Locator优先级算法的计算公式为：p×A+(1-p)×B，其中，参数A为不同的因特网服务提供商网络提供的服务质量，B表示不同Locator的生命周期值；权重p的百分比数值由用户自行根据情况设定；Locator优先级值越大，优先级越高。

本发明主机的Locator选择模块选择相应路由的Locator选择算法是依次执行下列步骤，一旦匹配其中一个步骤，就完成选择操作：

(1)优先选择目的Locator与源Locator相同的Locator：如果Locator映射记录集合中存在一个目的Locator和源Locator相同，说明该主机内部进程之间正在利用该Locator进行网络通信，则优先选择该Locator；

(2)优先选择同一站点内的Locator：如果源Locator和主机的一个Locator映射记录的网络前缀与子网掩码都相同，说明该源Locator和该主机都位于相同站点，优先选择该Locator；

(3)根据映射服务器处理过期的ID到Locator映射记录的不同方式，分别采用下述两种方法：

如果映射服务器不提供过期的ID到Locator映射记录的删除功能，则所述系统中可能存在未能及时删除的过期记录，此时优先选择年龄字段数值最大、即当前最近更新的Locator记录；如果年龄最大的Locator记录只有一个，就提取该记录中的Locator，否则，从中选择优先级值最高的记录，作为当前优化的Locator；

如果映射服务器提供过期的ID到Locator映射记录的删除功能，则所述系统中不存在过期的ID到Locator映射记录，此时优先选择优先级值最高的映射记录，如果只有一个优先级值最高的记录，则提取该记录中的Locator，作为当前优化的Locator；如果有多个优先级值最高的Locator记录，则从中选择年龄字段数值最大的记录，作为当前优化的Locator。

参见图4，介绍本发明位置信息优化选择系统的位置选择方法的操作步骤：

(1)主机调用Locator优先级设置模块分别为每个Locator设置优先级值，再将每条带有优先级值的Locator构造为ID到Locator映射记录，该记录中的年龄字段数值空缺；然后将其所有映射记录组合为带有优先级值的映射记录集合；

(2)主机将该包括所有映射记录的映射记录集合添加到映射更新请求消息后，将该映射更新请求消息发送给映射服务器；

(3)映射服务器接收到该映射更新请求消息后，分别提取其中每条映射记录，并以服务器的当前时间设置其中年龄字段的数值；完成设置后，再存储该映射记录集合；

(4)当两个主机准备进行通信时，其中一个主机先查找映射服务器获取通信对端主机的ID到Locator映射记录集合，并调用Locator选择模块在该映射记录集合中选择一个当前优化的Locator，然后，该主机利用该Locator和对端主机进行通信。

本发明已经进行了实施试验，在实施例中，映射服务器是基于域名系统DNS(Domain Name System)实现的。

参见图5，介绍实施例在DNS中添加新的资源记录，使其能够包含图3所示映射记录格式中的所有字段而组成新的DNS资源记录格式，该资源记录称为Map类型资源记录。其中，ID以反转域名形式存储在DNS Map资源记录的Name字段，年龄、优先级和Locator存贮在DNS Map资源记录的Rdata字段。

实施例中的多穴主机A有两个接口，分别连接至两个不同的因特网服务提供商网络。每个接口都有一个可用的Locator，这两个接口的Locator值分别为：2002:3b40:9fc8:c:cce8:b44c:a5cc:cc99、2001:da8:215:1800:224:1dff:fe27:7246。主机B要和多穴主机A进行通信，主机B的Locator为：2002:3b41:a91a:c:cce8:b44c:a5cc:cc99。

实施例中，整个系统的处理和交互流程是按照如下步骤进行的：

(1)多穴主机A的Locator探测模块探测到该多穴主机A有两个Locator，它的优先级设置模块判断出通过2001:da8:215:1800:224:1dff:fe27:7246连接的网络提供的服务质量比较差，因此设置该位置的优先级值为2；而通过2002:3b40:9fc8:c:cce8:b44c:a5cc:cc99连接的网络提供的服务质量较高，因此设置该位置的优先级值为1。

(2)多穴主机A将这两条带有优先级值的Locator构造为ID到Locator映射记录，该记录中的年龄字段数值空缺；然后，将这两条映射记录组合为带有优先级值的映射记录集合，并将该映射记录集合添加到映射更新请求消息中，再将该映射记录更新请求消息发送给DNS映射服务器。

(3)DNS映射服务器接收到该映射记录更新请求消息后，分别提取其中的每条映射记录，并以服务器的当前时间设置其中的年龄字段的数值；该数值的大小为当前服务器的格林威治标准时间，然后存储该记录集合。

(4)当主机B希望与多穴主机A进行通信时，主机B先查找DNS映射服务器获取多穴主机A的ID到Locator映射记录集合，并通过Locator选择模块在该映射记录集合中选择一个当前优化的Locator，选择结果为2002:3b40:9fc8:c:cce8:b44c:a5cc:cc99。然后，主机B通过该Locator(2002:3b40:9fc8:c:cce8:b44c:a5cc:cc99)和多穴主机A进行通信。

以上所述仅为本发明的一个较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种基于身份ID与位置Locator分离的位置信息优化选择的系统，包括因特网以及接入到不同因特网服务提供商网络的主机和多台身份与位置映射服务器；其特征在于：所述主机，除了实现通信功能外，还负责构建和发送ID到Locator映射记录的更新请求或查询请求，接收和解析ID到Locator映射记录的更新响应或查询响应，以及选择优化的Locator进行通信；为此，该主机在原有的ID/Locator映射记录构造模块、ID/Locator映射记录解析模块、映射查询和更新消息的发送/接收模块的基础上，增设下述三个模块：

Locator探测模块，负责通过系统调用获取该主机当前处于激活状态的所有Locator、每个Locator相应的因特网服务提供商接入网络以及每个Locator的生命周期，并将上述Locator信息构建为Locator记录集合后，再转交给Locator优先级设置模块；该Locator选择模块选择相应路由的Locator算法是依次执行下列步骤，一旦匹配其中某个步骤，就完成选择：

(1)优先选择目的Locator与源Locator相同的Locator：如果Locator映射记录集合中存在某个目的Locator和源Locator相同，说明该主机内部进程之间正在利用该Locator进行网络通信，则优先选择该Locator；

(2)优先选择同一站点内的Locator：如果源Locator和主机的某个Locator映射记录的网络前缀与子网掩码都相同，说明该源Locator和该主机都位于相同站点，优先选择该Locator；

(3)根据映射服务器处理过期的ID到Locator映射记录的不同方式，分别采用下述两种方法：

如果映射服务器不提供过期的ID到Locator映射记录的删除功能，则该系统中可能存在未能及时删除的过期记录，此时优先选择年龄字段数值最大、即当前最近更新的Locator记录；如果年龄最大的Locator记录只有一个，就提取该记录中的Locator，否则，从中选择优先级值最高的记录，作为当前优化的Locator；

如果映射服务器提供过期的ID到Locator映射记录的删除功能，则该系统中不存在过期的ID到Locator映射记录，此时优先选择优先级值最高的映射记录，如果只有一个优先级值最高的记录，则提取该记录中的Locator，作为当前优化的Locator；如果有多个优先级值最高的Locator记录，则从中选择年龄字段数值最大的记录，作为当前优化的Locator；

Locator优先级设置模块，负责从Locator探测模块接收Locator记录集合，并根据Locator设置算法对接收到的Locator记录集合逐一进行分析，设置每个Locator记录的优先级；再将完成设置后的每条带有优先级值的Locator记录集合发送给ID/Locator映射记录构造模块；

Locator选择模块，负责从映射查询和更新消息的发送/接收模块接收带有优先级值的ID/Locator映射记录集合，并根据Locator优先级选择算法从Locator记录集合中选择用于站点路由或全球路由的Locator；

所述映射服务器用于存储与维护ID到Locator映射记录集合，并分别对ID到Locator映射记录的更新请求和查询请求执行接收、处理和响应，以及返回相应的更新响应或查询响应；为此，映射服务器在原有的ID/Locator映射记录存储维护模块与映射记录接收/发送模块的基础上，增设年龄设置模块，用于为ID到Locator映射记录集合中的每个记录中的年龄字段采用格林威治时间标准编码设置当前时间数值，该时间数值越大，表明是最近的新记录。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述ID到Locator映射记录的格式包括下述四个字段：身份ID、优先级Preference、年龄Aging和位置Locator，其中，三个字段的数值设置是由主机完成的，只有年龄Aging字段的数值是由映射服务器设置的。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述Locator优先级设置模块采用的Locator优先级算法计算公式为：p×A+(1-p)×B，其中，参数A为不同的因特网服务提供商网络提供的服务质量，B表示不同Locator的生命周期值；权重p的百分比数值由用户自行根据情况设定；Locator的优先级值越大，优先级越高。

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