CN102164081B - 一种胖树拓扑的路由计算方法、节点设备和通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种胖树拓扑的路由计算方法、节点设备和通信系统，以方法的实现为例，包括：主节点接收第一节点发送的所述第一节点的标识符和互联接口信息；所述第一节点为胖树中所述主节点以外的其它节点；所述主节点和所述第一节点属于同一个胖树，所述主节点在所述胖树的阶为0；根据接收到的所述第一节点的标识符和互联接口信息计算所述胖树拓扑的路由，并将计算结果发送给所述第一节点。通过第一节点根据主节点的标识符和互联接口信息发送的第一节点的标识符和互联接口信息，使主节点获知胖树的拓扑，然后根据拓扑计算路由再发送给第一节点，削减了大量手工配置过程，减少配置错误并提高配置速度。

Description

一种胖树拓扑的路由计算方法、节点设备和通信系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种胖树拓扑的路由计算方法和装置。

背景技术

在数据中心和大型集群路由器/交换机系统中，由于数据集中处理的密度越来越高，服务器存储数量不断增加，使英特网(Internet)业务提供的网络根节点的带宽成为通信的瓶颈。胖树(fat-tree)拓扑结构因其具有良好特性，越接近根节点，链路的带宽越大，因此是数据中心和集群系统常采用的网络拓扑。胖树一般用阶(Rank)的值来区分节点在网络内的层次(即胖树内的层级)，例如根节点的Rank＝0，与根节点直连的节点Rank＝1。胖树拓扑结构不仅为数据中心提供了非阻塞传输，而且具有易扩展，可靠性高的优点。网络中的多个设备以胖树的结构构成通信网络，那么每一个网络设备即为一个胖树节点。

胖树的节点在初始配置时具有了自己的节点标识符和互联接口信息，其中节点标识符是区分各节点的标识，可以是设备标识符或设备名等；互联接口则是胖树拓扑内该节点的接口。

胖树的拓扑收集过程通常采用静态配置方式，需要在胖树的每个节点上进行配置，这些配置工作目前采用手工方式且各节点配置的信息不同，当网络规模很大时，节点异地分布时，手工配置速度慢、容易出错。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种胖树拓扑的路由计算方法、节点设备和通信系统，减少配置错误并提高配置速度。

一种胖树拓扑路由计算方法，包括：

主节点接收第一节点发送的所述第一节点的标识符和互联接口信息；所述第一节点为胖树中所述主节点以外的其它节点；所述主节点和所述第一节点属于同一个胖树，所述主节点在所述胖树的阶为0；

根据接收到的所述第一节点的标识符和互联接口信息计算所述胖树拓扑的路由，并将计算结果发送给所述第一节点。

一种节点设备，包括：

接收单元，用于接收第一节点发送的所述第一节点的标识符和互联接口信息；所述第一节点为胖树中所述节点设备以外的其它节点；所述节点设备和所述第一节点属于同一个胖树，所述节点设备在所述胖树的阶为0；

计算单元，用于根据所述第一节点的标识符和互联接口信息计算所述胖树拓扑的路由；

发送单元，用于将计算结果发送给所述第一节点。

一种通信系统，包括：N个节点，所述N个节点构成胖树网络拓扑结构；N为自然数，所述N个节点中，有一个为本发明实施例提供的任意一项的节点设备，其他节点为第一节点。

上述技术方案具有如下有益效果：通过第一节点根据主节点的标识符和互联接口信息发送的第一节点的标识符和互联接口信息，使主节点获知胖树的拓扑，然后根据拓扑计算路由再发送给第一节点，削减了大量手工配置过程，减少配置错误并提高配置速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例方法流程示意图；

图2为本发明实施例胖树结构示意图；

图3为本发明实施例节点设备结构示意图；

图4为本发明实施例节点设备结构示意图；

图5为本发明实施例节点设备结构示意图；

图6为本发明实施例节点设备结构示意图；

图7为本发明实施例节点设备结构示意图；

图8为本发明实施例通信系统结构示意图。

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。

一种胖树拓扑的路由计算方法，如图1所示，包括：

101：主节点接收第一节点发送的第一节点的标识符和互联接口信息；上述第一节点为胖树中主节点以外的其它节点；上述主节点和第一节点属于同一个胖树，上述主节点在上述胖树的阶为0；

需要说明的是上述“第一”仅用于区分胖树的节点中的主节点和其他的节点，并不代表其它限定意义。

上述101属于拓扑维护操作，举例来说，拓扑维护可以包括：拓扑收集、拓扑更新。在开始路由计算前，主节点需要获取网络的拓扑，即有哪些节点将会参与胖树拓扑的路由计算。

举例来说：主节点可以向第一节点发送拓扑收集请求，这里的发送方式可以是以广播方式发送；也可以是按照预先配置的第一节点的标识符和互联接口信息来发送，举例来说，预先配置第一节点的标识符和互联接口信息时可以通过集中配置来提高效率，是否参与拓扑计算可以由第一节点来决定。该拓扑收集请求中携带主节点信息，例如主节点的标识符和主节点的互联接口信息。当主节点采用广播方式向第一节点发送拓扑收集请求时，接收到广播消息的节点如果确定参与胖树集中路由计算，则向主节点发送拓扑请求回应，拓扑请求回应中带有该节点标识符和互联接口信息；举例来说，如果该节点不参与路由计算，则可以直接丢弃收到的拓扑收集请求。主节点从收到的拓扑请求回应中可以获取到参与胖树集中路由计算的节点的拓扑信息，从而校验参与胖树集中路由的节点是否构成标准的fat-tree。

又举例来说，或者上述主节点接收第一节点发送的第一节点的标识符和互联接口信息包括：在第一节点中预先配置主节点的标识符和互联接口信息；然后主节点接收第一节点发送的第一节点的标识符和互联接口信息。需要说明的是：由于在各第一节点配置的信息是相同的，预先配置的执行步骤可以由人工执行也可以由其他设备对第一节点执行，对此本发明实施例不予限定；另外，由于在各第一节点配置的信息相同，相比于在节点上配置不同的信息而言，即使采用人工配置也可以减少配置出错几率，和提高配置的效率。

再举例来说，本发明实施例还提供拓扑信息更新的实现方式：当网络容量增大，需要对胖树网络进行扩展时，通常在非Rank0层新增节点。例如可以在新增节点上配置主节点信息，然后由新增的节点主动向主节点发送其自身的拓扑信息，这种方式可以用于胖树新增节点不太多的情况下。或者由主节点重新发起一次拓扑收集，这种方式可以用于新增节点很多的情形。

又举例来说，当胖树中有非Rank0层节点退出时，也需要更新网络拓扑。例如，由主节点向需要退出的节点发送消息通知该节点成为独立节点，然后从胖树的拓扑中删除该节点。或者，由需要退出胖树拓扑的节点主动向主节点发送请求离开的请求，主节点收到该请求消息后将该节点从胖树拓扑中删除。

拓扑收集的发起方式可以由人来控制，手工输入拓扑收集指令，主节点若接收到拓扑收集指令，则向第一节点发送拓扑收集请求，该拓扑收集请求中携带主节点的标识符和互联接口信息；主节点接收第一节点发送的拓扑请求回应，拓扑请求回应携带了第一节点的标识符和互联接口信息。当然，上述拓扑收集指令可以是手工输入的命令，也可以是主节点接收到的外部其他设备的控制命令，对此本发明实施例不予限定。

102：主节点根据收到的上述第一节点的标识符和互联接口信息计算胖树拓扑的路由，并将计算结果发送给第一节点。

举例来说，在上述102之后，第一节点接收到计算结果以后，可以保存自己的胖树路由用于流量转发。

上述实施例，通过第一节点根据预先配置的主节点的标识符和互联接口信息，或者根据从拓扑收集请求中获得的主节点的标识符和互联接口信息，发送本节点的标识符和互联接口信息给主节点，使主节点获知第一节点的标识符和互联接口信息；然后主节点集中计算胖树路由后再发送给第一节点，可以提高配置速度，并减少出错。

举例来说，本发明实施例在上述102中，还可以进一步引入交换节点优先级，提供胖树内部故障时的快速路由切换方法，可以提高胖树的路由可靠性。例如，在102之后包括：获取第一节点的交换节点的优先级；则上述根据接收到的上述第一节点的标识符和互联接口信息计算胖树拓扑的路由包括：根据接收到的上述第一节点的标识符、互联接口信息和上述第一节点的交换节点的优先级计算胖树拓扑路由。进一步地，还可以：依据上述第一节点的交换节点的优先级对计算的路由划分优先级。那么，上述将计算结果发送给第一节点则可以是：将计算的路由中优先级最高的路由发送给第一节点。又举例来说，进一步地，还可以：将计算的路由中次优先级的路由发送给第一节点；或者，若上述计算的路由中优先级最高的路由经过的节点故障，则将次优的路由发送给第一节点。

在胖树中，以节点A为基准，节点A的交换节点是指：与节点A直接相连的且比节点A的阶小1的节点。

又举例来说，上述第一节点的交换节点的优先级为预先配置的或者根据负载均衡原则计算得到的；一个位于N+1阶的节点最多有M个最优交换节点，且上述M个最优交换节点均位于N阶，计算N+1阶的节点数与N阶的节点数的商，若有余数，那么M为上述商与1的和，否则，M为上述商。

对于上述102中可以使用优先级的处理方式本发明实施例还给出了举例说明，如图2所示为一个包含0阶和1阶的胖树，其中圆圈表示节点，圆圈内的数字表示节点的编号，圆圈间的线条表示可选的连接，其中虚线连接的节点表示交换节点中优先级最高的交换节点。需要说明的是，对于一个胖树而言其深度是可以不限制的，并不仅仅只有图2所示的深度为2的胖树。

主节点收集所有参与胖树集中路由计算的节点的拓扑后，进行路由计算。假设节点1是主节点，由于胖树拓扑相对固定，并且根节点间无流量交换的要求，主节点可以计算出Rank1-Rank0以及Rank1-Rank0-Rank1的每对节点间的路径。其中Rank0的节点均为根节点，Rank0的节点包括一个主节点和若干个处于Rank0的第一节点。

举例来说，为保证胖树中流量均衡，需要考虑如何分配路径权值。由于Rank1层节点访问Rank0层有k＝Number(Rank0)条路径可选，本发明实施例为Rank1层节点设置了交换节点(Rank0层)优先级的概念即：交换节点的优先级别，即某个Rank1层节点访问根节点将根据优先级进行。例如节点4设置的交换节点优先级为：prior(node4，node 1)＞prior(node4，node2)＞prior(node4，node3)；那么节点4优先选择节点1作为流量交换节点，其次选择node2作为流量交换节点，而node3是优先级最低的。

举例来说，为了保证根节点的流量负载均衡，以图2为例，每个Rank1层节点的交换节点优先级将根据如下规则进行：

prior(node4，node1)＞prior(node4，node2)＞prior(node4，node3)

prior(node5，node2)＞prior(node5，node3)＞prior(node4，node1)

prior(node6，node3)＞prior(node6，node1)＞prior(node6，node2)

prior(node7，node1)＞prior(node7，node2)＞prior(node7，node3)

prior(node8，node2)＞prior(node8，node3)＞prior(node8，node1)

prior(node9，node3)＞prior(node9，node1)＞prior(node9，node2)

如表1所示，为优先级的配置表：

表1

根据负载均衡计算优先级的公式如下：

$\mathrm{prior}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}k-j+\mathrm{Mod}(i,k)& \mathrm{if}(j\&GreaterEqual;\mathrm{Mod}(i,k))\\ k-j-\mathrm{Mod}(i,k)+1& \mathrm{if}(j<\mathrm{Mod}(i,k))\end{array}\right.$

其中k＝Num(Rank0)，i为rank1层节点，j为Rank0层节点

Prior(i，j)为负载均衡计算函数名，Mod为取模运算，if表述如果，Num(Rank0)获取0层节点的编号。

主节点根据Rank1层节点的交换节点优先级来分配Rank1-Rank0路径以及Rank1-Rank0-Rank1路径权值(weight)。举例来说，分配原则：不为每段链路独立分配weight，只分配整条路径的weight值；每条路径的weight分配由源节点的prior(i，j)决定，优先级越高，weight越小。图2中显示为虚线的表示Rank1层各节点到Rank0层weight最小的路径。

为Rank1-Rank0路径分配如下权值：

weight[i.j]＝k+1-prior(i，j)

为Rank1-Rank0-Rank1路径分配如下权值：

weight[i.j]＝k+1-prior(i，j)+const const为一固定常量

与一般路由计算不同的是，由于设置了交换优先级，本发明实施例中主节点为每个节点计算的路由条目是冗余的，即有最优路由，次优路由，次次优路由...的区分。当网络发生故障，例如某个Rank1层节点的最优交换节点故障，那么次优路由将自动切换为成最优路由，即次优交换节点成为最优交换节点，从而保证了网络可靠性。并且当节点加入/退出胖树时，也不影响其它节点的优先级(priority)以及路径的weight。

另外，为了保持负载均衡，在有节点更新时，本发明实施例给出了计算路由的方法；该方法还可以应用于初次计算路由时没有配置参与路由计算的第一节点的交换节点的优先级的场景之下，具体举例仍然请参考图2：

主节点通过判断每层节点数量的比例，来防止设置的最优先交换节点过于集中。一个位于N+1阶的节点最多有M个最优交换节点，且上述M个最优交换节点均位于N阶，计算N+1阶的节点数与N阶的节点数的商，若有余数，那么M为上述商与1的和，否则，M为上述商。例如图2：Rank0层有3个第一节点，Rank1层6个第一节点，那么每个Rank0层第一节点最多被2个Rank1层节点设定为最优先节点。可以在主节点上预先为一些Rank1层节点配置最优交换节点，剩下那些没有配置最优交换节点的Rank1层节点将由主节点根据负载均衡来计算交换节点优先级。计算方式可以参考上文中的负载均衡计算的公式。

假设图2中已配置node4的最优交换节点为node2，node6的最优交换节点为node3，主节点自动分配交换优先级如下表(其中，粗体字部分是预先配置好的)，此时图2中虚线和实线均仅表示连接关系而不再体现连接优先级：

如表2所示，为优先级的配置表：

表2

本发明一个实施例提供一种节点设备，如图3所示，包括：

接收单元301，用于接收第一节点发送的第一节点的标识符和互联接口信息；上述第一节点为胖树中节点设备以外的其它节点；上述节点设备和第一节点属于同一个胖树，上述节点设备在上述胖树的阶为0；

计算单元302，用于根据上述第一节点的标识符和互联接口信息计算胖树拓扑的路由；

发送单元303，用于将计算结果发送给上述第一节点。

可选地，如图4所示，

上述发送单元303，还用于向上述第一节点发送拓扑收集请求，该拓扑收集请求携带上述节点设备的标识符和互联接口信息；

上述接收单元301包括：接收子单元401，用于接收上述第一节点发送的拓扑请求回应，该拓扑请求回应携带了第一节点的标识符和互联接口信息。

进一步地，如图5所示，上述节点设备还包括：

获取单元501，用于获取第一节点的交换节点的优先级；

上述计算单元302包括：计算子单元502，用于根据上述第一节点的标识符、互联接口信息以及上述第一节点的交换节点的优先级计算路由。

进一地，如图6所示，上述节点设备还包括：

划分单元601，用于依据上述第一节点的交换节点的优先级对计算的路由划分优先级；

上述发送单元303包括：发送子单元602，用于将计算的路由中优先级最高的路由发送给第一节点。

进一步地，上述发送子单元602，还用于将计算的路由中次优先级的路由发送给第一节点，或者，若上述计算的路由中优先级最高的路由经过的节点故障，则将次优的路由发送给第一节点。

可选地，上述计算单元302，还用于根据负载均衡原则计算得到上述第一节点的交换节点的优先级；一个位于N+1阶的节点最多有M个最优交换节点，且上述M个最优交换节点均位于N阶，计算N+1阶的节点数与N阶的节点数的商，若有余数，那么M为上述商与1的和，否则，M为上述商。

可选地，如图7所示，图3实施例所示的节点设备还包括：

指令接收单元701，用于接收拓扑收集指令；

上述发送单元303，还用于若接收到拓扑收集指令，则向上述第一节点发送拓扑收集请求，该拓扑收集请求携带上述节点设备的标识符和互联接口信息，该拓扑收集请求用于指示上述第一节点发送上述第一节点的标识符和互联接口信息。

一种通信系统，如图8所示，包括：N个节点601，上述N个节点801构成胖树网络拓扑结构；N为自然数；上述N个节点801中，有一个为本发明实施例提供的节点设备，其他节点为第一节点。图8中，圆圈表示节点，圆圈间的线条表示可选的连接，需要说明的是图8仅为示意性说明，m、N的取值，阶的数量以及如何构成胖树均属于本领域技术人员公知的。

上述实施例中，通过第一节点根据节点设备的标识符和互联接口信息发送的第一节点的标识符和互联接口信息，使节点设备获知胖树的拓扑，然后根据拓扑计算路由再发送给第一节点，可以消除人工配置的麻烦，提高路由配置的速度。

举例来说，可以设置交换优先级，本发明中节点设备为每个节点计算的路由条目是冗余的，当网络发生故障，例如某个Rank1层节点的最优交换节点故障，那么次优路由将自动切换为成最优路由，即次优交换节点成为最优交换节点，从而可以保证网络可靠性。并且当节点加入/退出胖树时，也不影响其它节点的交换节点的优先级以及路径的weight。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，上述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种胖树拓扑的路由计算方法、节点设备和通信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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种胖树拓扑路由计算方法，其特征在于，包括： 

主节点接收第一节点发送的所述第一节点的标识符和互联接口信息；所述第一节点为胖树中所述主节点以外的其它节点；所述主节点和所述第一节点属于同一个胖树，所述主节点在所述胖树的阶为0； 

根据接收到的所述第一节点的标识符和互联接口信息计算所述胖树拓扑的路由，并将计算结果发送给所述第一节点； 

其中，所述主节点接收第一节点发送的所述第一节点的标识符和互联接口信息包括： 

所述主节点向所述第一节点发送拓扑收集请求，所述拓扑收集请求携带所述主节点的标识符和互联接口信息； 

所述主节点接收所述第一节点发送的拓扑请求回应，所述拓扑请求回应携带所述第一节点的标识符和互联接口信息； 

或者，所述主节点接收所述第一节点根据预先配置的主节点的标识符和互联接口信息发送的所述第一节点的标识符和互联接口信息。 

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括： 

获取所述第一节点的交换节点的优先级； 

所述根据接收到的所述第一节点的标识符和互联接口信息计算所述胖树拓扑的路由包括： 

根据接收到的所述第一节点的标识符、互联接口信息和所述第一节点的交换节点的优先级计算所述胖树拓扑路由。 

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述方法还包括： 

依据所述第一节点的交换节点的优先级对计算的路由划分优先级； 

所述将计算结果发送给所述第一节点包括： 

将所述计算的路由中优先级最高的路由发送给所述第一节点。 

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述将计算结果发送给所述第一节点还包括： 

将所述计算的路由中次优先级的路由发送给所述第一节点；或者， 

若所述计算的路由中优先级最高的路由经过的节点故障，则将次优的路由发送给所述第一节点。 

5.根据权利要求2至4任意一项所述方法，其特征在于，所述交换节点的优先级为预先配置的或者根据负载均衡原则计算得到的；一个位于N+1阶的节点最多有M个最优交换节点，且所述M个最优交换节点均位于N阶，计算N+1阶的节点数与N阶的节点数的商，若有余数，那么M为所述商与1的和，否则，M为所述商。 

6.根据权利要求1、2、3或4所述方法，其特征在于，所述方法还包括：所述主节点若接收到拓扑收集指令，则向所述第一节点发送拓扑收集请求，该拓扑收集请求携带所述主节点的标识符和互联接口信息；所述拓扑收集请求用于指示所述第一节点发送所述第一节点的标识符和互联接口信息； 

所述主节点接收第一节点发送的所述第一节点的标识符和互联接口信息，包括： 

所述主节点接收所述第一节点发送的拓扑请求回应，所述拓扑请求回应携带所述第一节点的标识符和互联接口信息。 

7.一种节点设备，其特征在于，包括： 

接收单元，用于接收第一节点发送的所述第一节点的标识符和互联接口信息；所述第一节点为胖树中所述节点设备以外的其它节点；所述节点设备和所述第一节点属于同一个胖树，所述节点设备在所述胖树的阶为0； 

计算单元，用于根据所述第一节点的标识符和互联接口信息计算所述胖树拓扑的路由； 

发送单元，用于将计算结果发送给所述第一节点； 

其中，所述发送单元，还用于向所述第一节点发送拓扑收集请求，所述拓扑收集请求携带所述节点设备的标识符和互联接口信息； 

所述接收单元包括：接收子单元，用于接收所述第一节点发送的拓扑请求回应，该拓扑请求回应携带所述第一节点的标识符和互联接口信息； 

或者，所述接收单元还用于接收所述第一节点根据预先配置的主节点的标识符和互联接口信息发送的所述第一节点的标识符和互联接口信息。 

8.根据权利要求7所述的节点设备，其特征在于，还包括： 

获取单元，用于获取所述第一节点的交换节点的优先级； 

所述计算单元包括：计算子单元，用于根据所述第一节点的标识符、互 联接口信息和所述第一节点的交换节点的优先级计算所述胖树拓扑路由。 

9.根据权利要求8所述的节点设备，其特征在于，还包括： 

划分单元，用于依据所述第一节点的交换节点的优先级对计算的路由划分优先级； 

所述发送单元包括：发送子单元，用于将所述计算的路由中优先级最高的路由发送给所述第一节点。 

10.根据权利要求9所述的节点设备，其特征在于， 

所述发送子单元，还用于将所述计算的路由中次优先级的路由发送给所述第一节点，或者，若所述计算的路由中优先级最高的路由经过的节点故障，则将次优的路由发送给所述第一节点。 

11.根据权利要求8至10任意一项所述的节点设备，其特征在于： 

所述计算单元，还用于根据负载均衡原则计算得到交换节点的优先级；一个位于N+1阶的节点最多有M个最优交换节点，且所述M个最优交换节点均位于N阶，计算N+1阶的节点数与N阶的节点数的商，若有余数，那么M为所述商与1的和，否则，M为所述商。 

12.根据权利要求7、8、9或10所述的节点设备，其特征在于，还包括： 

指令接收单元，用于接收拓扑收集指令； 

所述发送单元，还用于若接收到拓扑收集指令，则向第一节点发送拓扑收集请求，该拓扑收集请求携带所述节点设备的标识符和互联接口信息；所述拓扑收集请求用于指示所述第一节点发送所述第一节点的标识符和互联接口信息。 

13.一种通信系统，包括：N个节点，所述N个节点构成胖树网络拓扑结构；N为自然数，其特征在于，所述N个节点中，有一个为权利要求7至12任意一项所述的节点设备，其他节点为第一节点。