CN102804712A - 用于在多个相等成本路径之间进行选择的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

对每个相等成本路径分配通过将形成通过网络的路径的链路ID的有序组级联而创建的路径ID。从任一组链路上的节点ID创建链路ID。在创建路径ID时链路ID被从最低至最高分类(sort)以促进路径的排列（ranking）。从这个排列的列表中选择低和高排列的路径作为通过网络的第一组的不同路径。然后对每个路径上的每个链路ID重命名，例如通过使所有高节点ID或低节点ID倒置（invert）。在对链路重命名之后，通过将重命名的链路ID的有序组级联来创建新的路径ID。然后将路径重新排列并从这个重新排列的列表中选择低和高重新排列的路径作为通过网络的第二组多样化路径。可以利用节点ID的选择性命名和不同倒置函数的使用来进一步使网络上的业务分布最优化。

Description

用于在多个相等成本路径之间进行选择的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年10月7日提交的美国专利申请号12/574,872、题为“Enhanced Symmetric Tie Breaking Algorithms”的2009年9月8日提交的美国临时专利申请号61/240,420和题为“Enhanced Symmetric Tie Breaking Algorithms”的2009年9月26日提交的美国临时专利申请号61/246,110的优先权，其中的每一个的内容在此通过引用被结合到本文中。
技术领域
本发明涉及通信网络，并且更特别地涉及用于在多个相等成本路径之间进行选择的方法和设备。
背景技术
数据通信网络可以包括被耦合在一起并被配置为相互传递数据的各种计算机、服务器、节点、路由器、交换机、桥接器、集线器、代理及其它网络设备。这些设备在本文中将称为“网络元件”。通过利用一个或多个通信链路在网络元件之间传递诸如数据帧、分组、单元或段的协议数据单元，通过数据通信网络来传送数据。特定的协议数据单元可以被多个网络元件处理并随着其通过网络在其源与其目的地之间行进而穿过多个通信链路。
通信网络上的各种网络元件使用在本文中称为协议的预定义规则集来相互通信。不同的协议被用来管理通信的不同方面，诸如应如何形成用于网络元件之间的传输的信号、协议数据单元应看起来像什么、应如何由网络元件通过网络来处理（handle）或路由分组以及应如何在网络元件之间交换与路由信息相关联的信息的各种方面。使用不同协议的网络不同地操作且被视为是不同类型的通信网络。给定通信网络可以在不同的网络层处使用多个协议以使得网络元件能够跨过网络相互通信。
在分组转送通信网络中，节点能够了解网络的拓扑结构并能够基于其获取的拓扑结构的知识来判定其将如何将业务路由到其它网络节点的每个。经常地，用于选择路径的主要基础是路径成本，其可以按照节点之间的跳的数目或由诸如连接节点的链路的带宽的某个其它度量或两者来指定。开放式最短路径优先（OSPF）和中间系统至中间系统（IS-IS）是广泛使用的链路状态协议，其基于每个节点的路径成本的广告来建立最短路径。
可以使用各种最短路径算法来确定给定节点是否在给定的一对桥接器之间的最短路径上。可以由节点来实现诸如Floyd算法或Dijkstra的单源最短路径算法的所有对最短路径算法以计算各对节点之间的最短路径。应理解的是还可以利用任何其它适当的最短路径算法。最短路径算法所使用的链路度量可以是静态的或被动态地修改以考虑业务工程信息。例如，链路度量可以包括诸如容量、速度、使用和可用性的成本的量度。
存在其中在给定的一对节点之间存在通过网络的多个相等成本路径的情况。ISIS和OSPF使用简单化的单向平局决胜（tie-breaking）过程来在这些多个相等成本路径之间进行选择或仅仅跨过相等成本路径传播业务。传播算法未被指定且对于不同的路由器可以不同。替换地，每个路由器可以进行单个路径的本地选择，但不考虑与由其它路由器进行的选择的一致性。因此，在任一种情况下，相反的流方向不被保证以使用向前方向所使用的路径。这对于单向转送而言是足够的，其中，每个设备将具有用于所有目的地的完全转送表格并在所有接口上杂乱地接受到所有目的地的分组。然而，这在诸如多播路由、当必须进行一致的判定时以及当要求双向对称性以使得稳定网络中的实际转送路径能够显示出面对连接的性质时的其它情况下不良好的工作。
诸如多播开放式最短路径优先（MOSPF）的多播路由协议取决于构成同一最短路径树的网络中的每个路由器。为此原因，MOSPF基于链路类型、LAN对比点到点和路由器标识符来实现平局决胜方案以保证产生相同的树。然而，使平局决胜判定基于具有最大标识符的父体意味着反向流所使用的路径可能与前向流所使用的路径不同。
在某些新出现的协议（诸如正在被电气和电子工程师协会（IEEE）定义为提议标准802. laq的提供商链路状态桥接（PLSB））中存在要求，以保持用于单播和多播业务两者的跨过网络的转送双向一致性（congruency），使得业务将在正反流方向两者中使用共同的路径。因此，重要的是在相等成本路径之间进行平局决胜时，节点一致地到达相同的判定，并且平局决胜过程独立于哪个节点是用于给定计算的根。此外，期望的是节点能够以最小量的处理努力来执行平局决胜。
一般地，任何平局决胜算法应是完整的，这意味着其必须始终能够在两个路径之间选择。另外，平局决胜算法应是可交换关联（commutative associative）、对称且本地的。下面在表I中阐述了这些性质：
表I
要求 描述
完整 平局决胜算法必须始终能够在两个路径之间选择
可交换 tiebreak(a, b) = tiebreak(b, a)
关联 tiebreak(a, tiebreak(b, c)) = tiebreak(tiebreak(a, b), c)
对称 tiebreak(reverse(a), reverse(b)) = reverse(tiebreak(a, b))
本地 tiebreak(concat(a, c), concat(b, c)) = concat(tiebreak(a, b), c)
平局决胜算法的实质是始终‘工作’。无论向算法呈现了什么路径组，算法应始终能够选择一个且唯一一个路径。首先，平局决胜算法因此应是完整的。对于一致的平局决胜而言，算法必须产生相同的结果，无论其中执行平局决胜和发现相等成本路径的顺序如何。也就是说，平局决胜算法应是可交换和关联的。在三个路径之间进行平局决胜无论其中考虑成对路径的顺序如何都必须产生相同结果的要求不是明显的，然而，对于一致的结果而言是绝对必要的，因为根据通过网络的计算方向，按照不同的顺序发现相等成本路径。平局决胜算法还必须是对称的，即平局决胜算法必须产生相同的结果，无论路径的方向如何：两个节点A和B之间的最短路径必须是B和A之间的最短路径的反向。
最后，本地性是被路由系统利用的最短路径的非常重要的性质。本地性质简单地说是：最短路径的子路径也是最短路径。最短路径的此看起来不重要的性质在使用基于目的地的转送的分组网络中具有重要应用。在这些网络中，沿着路径的中间节点处的转送判定仅仅基于分组的目的地地址而不是其源地址。因此，为了生成其转送信息，节点仅需要计算从其本身到所有其它节点的最短路径且产生的转送信息的量随着网络中的节点的数目线性地而不是二次地（quadratically）增长。为了使得能够实现基于目的地的转送，平局决胜算法因此必须保持最短路径的本地性质：由平局决胜算法选择的最短路径的子路径必须是由平局决胜算法选择的最短路径。
计算效率的考虑对平局决胜算法施加另一看起来不同的要求：算法应能够在一发现相等成本路径时就进行平局决胜判定。例如，如果中间节点I被两个相等成本路径p和q连接至节点A且被另一对相等成本路径r和s连接至节点B，则因此在节点A和B之间存在四个相等成本路径，全部通过节点I：p+r、p+s、q+r、q+s。
当计算节点A和B之间的路径时，将首先发现A和I之间的相等成本路径（p和q）。为了避免必须承载转送这两个路径的知识，平局决胜算法应能够在一发现第二相等成本最短子路径的存在时就在其之间做出选择。在中间节点处进行的平局决胜判定最终将影响计算的结果。通过消除节点A和I之间的两个子路径p和q中的一个，算法在进一步考虑中去除节点A和B之间的四个最短路径中的两个。同样地，在相反方向，平局决胜算法将在进行关于A和I之间的路径的最终确定之前在子路径r和s之间（路径B和I之间）选择。这些本地判定必须相互一致，并且特别地，如果路径延伸至网络中的后续节点，则两个相等成本路径之间的选择应保持相同。
已经证明对称性和本地性条件两者都是必须的，并且足以保证平局决胜算法将进行一致的本地判定，能够用来在存在多个相等成本最短路径的情况下产生单源最短路径算法的非常高效的实施的事实。
在表1中阐述的要求的列表并不意图是排他性的，并且存在可以包括在表1中的最短路径的其它性质。例如，如果不是最短路径的一部分的链路被从图表去除，则不应影响最短路径选择。同样地，如果不是所选路径的一部分的链路被从表示网络的图表去除，平局决胜算法的多个相等成本路径之间的选择不应受到影响，即使此链路是被算法拒绝的某些相等成本路径的一部分。
许多联网技术能够采用多个路径，使得其不限制于网络中的任何两个点之间的单个最短路径。这可以采取无连接网络的形式，由此，在每跳处，到多个路径的下一跳的选择可以是任意的，并且不具有对称性要求，或者可以是严格地面向连接的，其中，到端至端路径的分配限制于到网络的进入点。以太网和特别地新出现的802. laq标准是其中存在对对称性和面向连接性质两者的要求的示例，并且数据面能够支持网络中的任何两个点之间的多个路径。以太网通过能够用VLAN在逻辑上分割过滤数据库、使得每个VLAN可以存在唯一路径来实现这一点。挑战是通过在每个VLAN中例示连接性变化并使路径组的分集最大化、使得最小数目的路径变化完全利用网络来有效地利用可用连接性。利用网络所需的路径变化与实际上存在的可能唯一路径的数目的比称为扩张比（dilation ratio），期望的目标是使此比最小化，因为其使与完全利用网络相关联的计算和状态量最小化。
在明确地设法保持以上表1中概述的性质的同时，许多技术已经尝试增加路径分集，其中，在一对节点之间存在多个相等成本路径。美国专利申请公开号2009/0168768提供了一种技术，并且也已经尝试对此的扩展。例如，已经发现节点ID的算法操作起作用，但显著地增加路径分集的量。例如，使用节点ID操作，用于8×4完全网状节点阵列的链路利用率在63%至67%范围内。另外，在存在少于四个路径的情况下，在一组节点ID上排列（rank）四个唯一路径的尝试失败（break down），使得第二最高路径以等于最低或第二最低结束，而不是探索重叠置换。此外，节点标识符的尺寸和节点ID空间是稀疏还是密集几乎没有影响。
已经尝试的另一技术是基于使负荷分集最大化来分布路径。已经发现这种技术不起作用，因为其不产生非循环平面图，由此，意味着在单个最短路径树中它要求到给定节点的不止一个路径。另外，这种技术要求对未来计算结果的提前知识，因为距计算节点更远地横穿网络。实质上，当从网络的末端向中间工作时，没什么东西加入该间隙。
已经尝试的又另一技术是选择特定的众所周知的排列（ranking）（最低、最高、次最低、次最高...）。这对于两个路径（高/低）都起作用，但当其扩展至更大数目的路径的选择时失败。此技术失败，因为中间节点不能预期其产生的排列路径组在下一跳处与其它节点的排列的组进行组合时如何进展，并且因此失去本地性性质。结果，由父体排列的最短路径的碎片将与子体所预期的路径不连续。此外，不保证除子体节点处的低和高之外的路径排列将产生非循环树。另外，选择第二最高、第二最低等产生依赖性，因为最高路径或最低路径的故障将影响远离该路径排列的所有路径。并且最后，甚至可以使这样算法的假定起作用，其将失去能够将最短路径的各部分分辨为已识别的性质，随着Dijkstra计算进行，所有状态都需要被承载转送，显著地影响了算法的性能。结果，低和高排列是可以从一组排列路径中选择的唯一可靠排列。因此，简单地选择附加排列不能用来在选择多于两个路径时增加路径分集。
美国专利申请公开号2009/0168768公开了一个平局决胜过程，其内容在此通过引用被结合到本文中。虽然在本申请中描述的过程很好地工作，但提供另一方式以在存在多个路径的情况下获得良好的路径分布、以使得能够跨过可用路径传播业务仍将是有利的。另外，该分布优选地应该是正常操作的特征，并且不要求复杂的网络设计，并且使网络管理员的任何明确配置最小化。
发明内容
在本文中提供以下发明内容和在本申请的结尾处阐述的摘要以介绍在以下具体实施方式中讨论的某些概念。发明内容和摘要部分部不是全面的，并且并不意图描述（delineate）由以下给出的权利要求阐述的可保护主题的范围。
用于在多个相等成本路径之间进行选择的方法和设备使得能够使用分布式算法、以显著程度的路径分集并在保留重要关键性质的同时从多个相等成本路径中选择多个（多于两个）路径。即，扩展算法实现对称性—结果是相同的，无论跨过图表的计算方向如何。提出的算法还提供了下游一致性，使得用于给定排列的最短路径的任何部分也是最短路径。最终，此算法产生非循环最短路径树。
根据本发明的实施例，连接到网络中的每个链路的节点ID被用来创建链路ID。例如，链路的任一末端处的节点ID可以用来创建链路ID。通过将形成通过网络的路径的链路ID的有序集合级联，对通过网络的每个路径给定路径ID。在创建路径ID时链路ID被从最低至最高分类以促进路径的排列。从此排列的列表中选择低和高排列的路径作为通过网络的第一组的多样化路径。观察到其变体将具有类似性质应是不重要的，诸如将链路ID中的节点ID排序为高低而不是低高，或者在排列之间将路径ID分类为高至低将是算法的同样有效的实例化，假如网络中的所有计算节点被配置为使用共同的变体。
为了选择附加路径，改变用来对链路命名的方式，以使得路径能够被分配新的路径ID并促进将具有来自最初选择的低和高路径的有利分集性质的排列。例如，可以将与每个链路相关联的高节点ID倒置，使得使用原始低节点ID和倒置高节点ID，可以创建新的链路ID。例如，节点ID可以通过针对在1至（2∧16— 1）范围内分配节点ID的情况下将其从2∧16减去或使节点ID与Oxffff或某个类似值异或被倒置。这些新链路ID被用来创建新的路径ID（级联链路ID的有序列表），其随后被排列并将来自重新排列的路径组的低和高排列路径取作第二对路径。再次地，可以假定诸如向同样地有效的链路ID中的低节点ID施加变换的变体。
用以构造链路ID的节点ID的分类级联是唯一的，因此，通过网络的每个路径ID是唯一的，并且无论什么变换被应用于链路ID中的节点ID的任一个都需要保留此唯一性，因此不能是“有损耗的”，并且必须是均匀应用的，简单位倒置是满足此要求的示例。因此，例如，低节点ID和倒置较高节点ID的分类级联（例如与逆（节点B）级联的节点A，其中，节点A<节点B）也是唯一的，并且简单地导致路径的重新排列。因此，能够获得第一低/高路径排列和第二低/高路径排列（与第一个具有显著分集）以增加网络中的链路利用的程度。此外，路径故障的后果不会串联，因为不存在相对排列—被一个或多个先前选择的路径共享的链路的故障将使那些路径不再被考虑，但是将不会影响其余部分的排列和因此利用该技术选择的其余可行路径的路由。
附图说明
在随附权利要求中特别地指出本发明的方面。在以下附图中以示例的方式举例说明本发明，在附图中，相同的附图标记指示类似的元件。以下附图仅仅出于例示的目的公开了本发明的各种实施例，并且并不意图限制本发明的范围。出于明了的目的，并不是在每个图中都标记了每个组件。在所述附图中：
图1是其中可以实现本发明的实施例的示例性通信网络的功能方框图；
图2是图1的通信网络的示例性节点的功能方框图；
图3A－3E示出参考网络中的一对节点之间的示例性相等成本路径；
图4示出根据本发明的实施例的在多个相等成本路径之间进行选择的过程和在末端节点处该过程到图3A－3E所示的相等成本路径的应用的示例性流程图；
图5A－5B示出中间节点处图4的过程在图3A－3E中所示的路径上的应用；
图6举例说明在末端点（图4所示）处和在中间点（如图5A－5B所示）处在多个相等成本路径之间进行选择时的过程的一致性；
图7－8示出根据本发明的实施例的如何可以使用与节点ID的管理分配组合的倒置函数（inversion function）的操作来调整网络上的路径选择；以及
图9－10示出根据本发明的实施例的如何可以使用节点ID的操作来通过促使边缘节点是网络上的平局决胜点而迫使链路多样化路径的选择。
具体实施方式
图1示出其中能够实现本发明的链路状态协议控制以太网络10的示例，并且图2示出可以用来实现本发明的实施例的节点中的一个的功能方框图。形成图1的网状网络的节点（也称为桥接器或桥接节点）11－18相互交换链路状态广告（消息）26。这是经由被很好地理解的链路状态路由系统的机制实现的。路由系统模块21使用链路状态路由协议与网络中的对等节点交换关于网络拓扑结构的信息26。此信息的交换允许节点产生网络拓扑结构的同步视图。在每个节点处，最短路径确定模块22计算最短路径树，其确定到每个其它节点的最短路径。由模块22确定的最短路径被用来以用于指引业务通过网络的条目来填充转送信息库24。
如上所述，当存在通过网络的多个相等成本路径时发生状况。在这种情况下，平局决胜模块23以一致的方式选择相等成本路径中的一个（或多个）。在正常操作中，在节点处接收分组且目的地查找模块25使用FIB 24来确定端口（或者在多播分布的情况下，多个端口），应通过该端口来转送接收到的分组。如果在FIB 24中不存在有效条目，则可以丢弃该分组。应认识到的是图2所示的模块仅仅是用于说明性目的，并且可以通过在节点的模块之间组合或分布各功能来实现，如本领域的技术人员将理解的。
存在其中完整节点分集不可能或有限、但路径之间的链路分集有可能的情况。同样地，在其中常常部署胖树（fat-tree）网络架构的数据中心应用中，常常多于两个相等成本路径是可用的。为了避免使特定链路超负荷，期望的是跨过所有可用路径传播业务以“摇动（shake-up）”链路布置并增加路径之间的链路分集的程度。因此，在这些及其它情况下，期望的是选择将被用来在一对节点之间转送业务的通过网络的多个（多于两个）相等成本路径。
根据本发明的实施例，链路ID由节点ID的有序级联构成，并且路径ID由链路ID的有序级联构成，使得能够对链路ID进行排列。此排列被用来通过选择这些排列路径中的最低和最高来在平局决胜算法中实现最初路径选择。
在一个实施例中，连接到网络中的每个链路的节点ID被用来创建链路ID。在本上下文中，该链路ID是通过在链路的任一末端处将节点ID级联而产生的。节点ID的级联被实现为使得节点ID在链路ID内被排列，因此，在一个示例中，最低节点ID是第一个，较高节点ID是第二个。因此，如果链路从节点48延伸至节点23，则链路ID将是（23，48）而不是（48，23）。在排列之前将节点ID分类（sort）使得能够计算共同的结果，无论计算顺序如何。然后产生通过网络的一组端至端路径，并且那些链路上的链路的链路ID被级联以形成路径ID。路径ID中的链路ID被同样地分类，然后路径ID被排列且高/低路径ID被选作第一对多样化路径。
然后，为了获得第二路径选择，被用来创建路径ID的链路ID被重命名，例如通过普遍地向被用来创建链路ID的两个节点ID中的一个应用变换。该变换始终被应用于形成链路ID的级联节点ID中的第二（即最低有效）节点ID。修订的链路ID被用来创建用于每个相等成本路径的新路径ID。该新路径ID被排列并通过取变换路径ID的最低和最高排列以产生第二低高排列的路径对来选择第二组路径。此第二低高排列的路径对具有与原始所选路径对的相当程度的链路分集，但是将不保证是完全链路多样化的，因为仍存在对节点ID的布置的依赖性。还可以使用链路ID的其它变换来在密集网状网络中产生其它多样化路径置换。然而，应注意的是链路ID中的低和高节点ID两者的共同变换是过于高度相关的而不能产生显著分集。
对比具有节点ID的简单重复随机分配的方法举例说明该方法的益处。如果重复地分配随机节点ID，并且取低路径ID，则能够用生日问题等式1-(1 -1/n)**k（n＝链路，k＝实际使用的路径的数目）来直接地预测所获得的结果。因此（例如）在具有双上行链路的胖树中，在分级结构的任何水平处通常存在4个链路。因此，平均起来，如果使用具有4个树的相等成本多树（ECMT），则此过程将使用链路的约68%。将其改善以完全利用网络要求探索的相等成本树变体的数目的显著扩张，并且链路利用的标准偏差大大地改变。
优选算法具有期望的性质，因为链路ID中的高节点ID的简单倒置（inversion），变换仅考虑节点ID的相对排列，并且对如何分配节点ID（相邻、随机、范围等）不敏感。因此，性能将不受管理实践的影响并将容易地促进用于其中期望管理网络行为的情况的设计规则。
优选算法具有另一期望性质，即所实现的路径分集的程度与该组相等成本路径所穿过的跳数无关。因此，分集的量不随着网络直径增加而降级。
应用于高度对称分级网络的小程度的管理能够进一步增强此算法所实现的分集的程度。如果枚举切换分级结构的水平，使得其能够被识别为奇数或偶数，并且奇数或偶数行的ID被大量地提升，则消除了导致算法不能选择链路多样化路径的许多情况。例如，如果最大节点ID值是2∧16 - 1，向分级结构的奇数水平处的所有节点的节点ID添加2∧16导致路径中的节点的顺序在局部最小值与局部最大值之间交替。如果存在经过局部最小值的多于一个路径可能性，则保证局部最小值在下一个切换水平处被连接到的所有节点一般地是局部最大值，并且使节点ID倒置将使排列倒置，保证不同的链路被用于所选择的下一个路径。
图3A－3E示出通过示例性参考网络的一组五个相等成本路径，并且图4和5A－B和6示出在示例性参考网络上的一对节点之间的一组路径之间进行选择的过程。在图3A－3E中，示出了同一参考网络，每个图示出节点1和8之间的五个不同相等成本路径中的一个。例如，图3A示出在节点1和8之间通过示例性参考网络30的第一路径，并且包括节点1、4、2和8。通过将链路的任一末端上的节点ID级联来对此路径上的链路进行命名。因此，从节点1至节点4的第一链路将是链路1-4，下一个链路是链路2-4，并且最终链路是链路2-8。请注意，按照惯例，在构造级联的节点ID时，较低节点ID始终是第一个。也可以采用另一惯例（例如始终使较高节点ID为第一个），只要网络上的所有节点使用相同惯例即可。
图3B－3E示出在节点1和8之间的四个其它替换相等成本路径。具体地，图3B示出通过节点1、4、3和8的路径。使用链路ID 1-4、3-4和3-8对此路径进行命名。图3C示出通过节点1、5、2和8的路径。使用链路ID 1-5、2-5和2-8对此路径进行命名。图3D示出通过节点1、5、3和8的路径。使用路径ID 1-5、3-5和3-8对此路径进行命名。图3E示出通过节点1、5、7和8的路径。使用链路ID 1-5、5-7和7-8对此路径进行命名。
图4示出在网络中的一对节点之间选择两组多样化路径的过程。在右手侧示出了该过程，并且在此图中的左手列示出了该过程到图3A－3E的网络的示例性应用。形成左手列的框中所示的示例中的数字是从图3A－3E所示的参考网络和示例性路径取的。
最初，最短路径路由系统将找到一对节点之间的一组相等成本路径（100）。路径标识符（ID）被构造为链路ID 102的分类列表。如图4所示，分类的路径ID对应于图3A－3E所示的路径。可能的相等成本路径被排列且排列的路径ID被用来选择第一组的两个多样化路径。具体地，从这个排列的列表中选择低和高排列的路径（104）。在所示示例中，低路径是路径1248（图3A）且高路径是1578（图3E）。这些所选路径已被圈在方框102中。
此排列过程使得能够选择两个多样化路径。为了选择附加路径，根据本发明的实施例，改变用来创建路径的链路ID（在本文中称为对链路重命名）以使得能够将新路径ID分配给同一路径。例如，在一个实施例中，每个链路ID中的最高节点ID被倒置（106）。这使得能够在保证每个链路ID在网络中保持唯一的同时对链路ID进行重命名。在本示例中用方框108示出可以将此应用于示例性网络的方式。例如，在路径1中，链路1-4具有高节点，具有节点ID 4。此节点ID被倒置，使得链路ID变成1-12。在图4所示的示例中，通过逐位倒置或通过将其从节点ID仍然唯一的足够大的值减去来执行节点倒置。对于本示例而言，可以通过从16减去来将节点ID倒置。也可以使用将节点ID倒置的其它方式。例如，可以节点ID与特定值异或；如果在范围0至2∧N - 1内分配节点ID，则适当的特定值也是2∧N - 1。也可以使用使节点ID倒置以对链路进行重命名的其它方式。例如，虽然示出了其中高节点ID被倒置的实施例，但其它实施例可以找到对链路进行重命名的其它方式，诸如通过使低节点ID倒置。
一旦链路已被重命名（例如高节点已被倒置），则每个路径内的链路被分类，使得路径ID再一次地包含级联链路的有序列表。在此过程中对级联链路进行排序，使得最低链路是第一个且较高链路随后被级联到最低链路上。因此，例如，在方框108中，在倒置之后，路径1包含链路1-12、2-12和2-8。由于2-8低于2-12，所以此路径被如方框112所示地重新排序以使得路径1能够被表示为链路1-12、2-8和2-12的级联。每个路径将被单独地重新排序以使得新的路径标识符能够具有级联的一组链路，其被从最低链路标识符向最高链路标识符排序。对链路重新排序促进路径的排列，但是在排列过程能够使用无序的各组链路ID对路径进行排列的情况下可以可选地省略。
当首先形成链路ID时（100、102），设置单独链路ID，使得每个链路ID首先具有最低节点ID，后面是最高节点ID。当链路被重命名（106、108）且最高节点ID被倒置时，这可以导致某些单独链路ID首先具有较高节点ID且其次是较低节点ID。在这方面，请注意，通过始终首先具有较低节点ID、与较高节点ID级联来创建初始链路ID。使较高节点ID倒置可以导致此正常顺序被切换。然而，在倒置过程之后，不应改变与特定链路相关联的节点ID的顺序，即使这发生了，因为这样做可以导致链路在网络内不再是全局唯一的。
一旦已经通过对与路径相关联的链路ID重命名（106）并重新布置链路ID（110）来针对路径产生新的路径ID，则路径被重新分类以对新命名的路径重新排列（114）。在方框116中示出了用于本示例的此重新排序步骤的结果。如本示例中所示，在最初排列过程期间已经是第二最低路径ID的路径在对链路重命名之后变成最低链路ID以创建新的路径ID。同样地，在最初排列期间已经是第三最低路径ID的路径现在已变成最高排列路径。通过在修订路径列表中取低和高路径，可以获得第二对多样化路径（118）。
节点ID的原始分类级联是唯一的，因此，使用针对通过网络的特定路径创建的每个路径ID是唯一的。同样地，与逆（节点B）级联的节点A也是唯一的，并且简单地导致唯一路径的重新排列。因此，能够获得第一低/高对和第二低/高对以增加网络上的链路使用的量。如果期望的话，可以实现链路ID的第二重命名，例如通过使低节点ID而不是高节点ID倒置，并且可以重复该过程以找到通过网络的第三组多样化路径。同样地，可以在改变路径ID时通过更改对链路重命名所使用的倒置函数来创建不同的排列。
如可以看到的，选择随后的各组多样化路径的过程并不取决于原始排列。因此，路径故障并不级联，因为不存在相对排列—没有路径被唯一地选择，因为其在给定排列过程期间被相对于另一路径排列。因此，被一个或多个先前选择的路径共享的链路的故障将使包括该链路的那些路径不被考虑，但是将不影响幸存路径的排列顺序，因为在其它独立排列操作期间选择其它路径。换言之，由于每个其它路径被独立地选择，所以所选路径中的一个上的链路的故障将不影响其它路径的选择，并且因此，故障将不会级联来影响其它路径选择。
除在末端点处找到多样化路径之外，重要的是中间节点所找到的任何路径与末端点所选的多样化路径一致。提供图5A－5B和6以示出中间节点所选的路径段与末端点所选的多样化路径一致。
如上文所解释的，在所示的实施例中，最初路径排列使得能够在节点1和8之间选择第一对路径1248和1578。对链路重命名并对具有重命名链路的路径重新排序导致在节点1和8之间选择第二组路径1258和1348。在图6中列出了这些所选路径。
根据实施例，每个中间节点执行由末端点1和8执行的相同过程。然而，节点将使其本身代替为路径的末端点，使得中间点将使用计算来在其本身与预定末端点之间选择多个路径。因此，每个节点4和5将确定到目的地的一组相等成本路径，对路径排列，选择高和低，对链路重命名，对路径重新排列，并再一次地选择高和低排列的路径。
图5A和5B示出用于中间节点5和中间节点4的此过程的结果。如图5A所示，中间节点5将找到到节点8的相等成本路径258、358和578。使用级联末端点节点ID对沿着这些路径的链路进行命名导致方框120所示的一组链路。即，路径258具有包括链路2-5和5-8的路径ID；路径358具有包括链路3-5和5-8的路径ID；并且路径578具有包括链路5-7和7-8的路径ID。这些路径将被如所示地排列且最高的和最低的将被选择。然后将通过如方框122所示地使高节点ID倒置来对链路重命名。然后将重新调整链路的顺序对按照递增顺序（首先是最低链路ID）对链路ID进行排序，并且新的路径ID将被重新排列。再一次地，将选择列表中的最高和最低路径ID，在这种情况下，其与最初的所述组路径相同。因此，中间节点5将使用此过程来选择路径578和258，其与通过节点5的从1至8的所选路径组一致。具体地，如图6所示，当针对从节点1至节点8的路径选择来实现时，该过程选择路径1248、1578、1258和1348。这些路径中的两个通过节点5-1578和1258。当在节点5处实现该过程时，节点5同样地选择578和258，使得中间节点选择与末端至末端路径选择一致的路径。
图5B示出用于中间节点4的相同过程。如方框126、128和130中所示，并且如图6的方框132中所示，节点4将选择与在末端至末端选择过程期间所选的两个路径一致的路径248和348。因此，使用上文所述过程的中间结果与末端至末端结果一致。可以执行类似计算以显示相反的路径选择过程—从节点8至节点1—也导致相同的所述组所选路径。同样地，可以显示其它各组节点之间（诸如节点9与节点8之间）的路径是非周期性/与节点1和8之间的路径是平面的。
在先前示例中，在对路径排列并选择低和高路径之后，通过使高节点ID倒置来对链路重命名。可选地，这可以例如通过也使低节点ID倒置来第二次完成。在本实施例中，在对链路ID重命名（106）、由重命名链路构造路径ID（110）、对路径重新排序（114）并取低和高路径（118）之后，该过程可以进行迭代以再次使用不同的重命名惯例对原始链路ID重命名。作为示例，在此迭代期间可以使低节点ID倒置。在第二重命名过程之后，将实现由重命名链路重构路径ID（110）、对路径（114）重新排序并取低和高路径（118）的其它步骤以选择附加的一组路径。
如果可能的话，一般地期望避免网络管理。然而，网络中的随机分配的节点ID有时可能无法充分地利用网络上的全量的可用分集，尤其是如果网络中的分级结构的给定水平处的路径置换的数目大于四个。根据本发明的实施例，选择性地调整网络中的特定节点ID当与上述路径选择过程相组合地使用时可以增强在相等成本路径之间进行选择时实现的分集的量。
在上述过程中，当通过在第一个是最低节点且第二个是最高节点的情况下将节点ID级联来创建链路ID时，最低节点ID将被包括在链路ID的最高有效位中，最高节点ID被包括在链路ID的最低有效位中。因此，使最高节点ID倒置将对链路ID值具有较少的影响，因为其将影响链路ID的最低有效位。因此，在最低节点ID被选作一对节点之间的路径的一部分的情况下，很可能上述重命名过程还将选择也通过同一节点的第二路径。
可以利用此性质，使得如果网络的结构是已知的，则节点ID值的选择性调整能够导致算法选择经过网络上的期望节点的路径。因此，通过在管理上设置节点ID中的至少某些，管理员能够选择路径在网络上将经过的关键路径点（waypoint）。同样地，通过选择特定节点ID倒置函数，管理员能够迫使路径经历特定节点，使得使用不同的倒置函数能够导致不同的路径选择过程通过不同的节点并在网络上的那些节点处变成链路多样化。此倒置函数被均匀地应用于网络中的所有节点Id以选择路径点。然后又对由每个节点ID倒置函数创建的路径应用先前所述的链路命名和重命名程序，效果是将选择经过由当前节点ID倒置函数选择的路径点的不同末端至末端路径。
图7和8示出使用不同节点ID倒置函数来导致路径选择选择性地穿过核心节点中的所选一个的路径选择过程的应用。具体地，在图7中，对核心节点分配节点ID 0x00、0x08、0x10和0x18。然后在形成链路名之前使用均匀地应用于所有节点Id的不同倒置函数来实现上述不同路径选择过程。例如，用来对链路重命名的倒置函数可以导致节点ID与依次0x00、0x08、0x10和0x18或其它值异或。使用第一倒置函数将导致如图7所示通过顶部核心节点的路径被选择，因为其节点Id具有零值，其使得与之附着的所有链路具有零的低节点Id，并因此保证在对路径Id排列时被选择。调整倒置函数以导致节点ID与不同的值异或将导致所选路径经历不同的核心节点，例如，如图8所示，其是节点ID与0x10异或的结果。因此，网络结构的知识和在初始链路命名过程期间的倒置函数到所有节点的选择性应用使得管理员能够选择路径将经过的核心节点。因此，可以循环通过核心节点并迫使路径选择过程利用核心节点中的每一个来更好地在网络内传播业务，使得所有核心节点被使用。在使用此初始节点ID倒置过程来选择初始核心节点之后，可以如上所述通过向每个链路的节点ID中的一个均匀地应用第二函数以使得第二路径选择过程能够发生来对链路重命名。此节点ID倒置过程因此被与作为“内环路”运行的前述链路重命名过程一起应用，以便依次选择通过除公共核心节点之外的不同边缘节点可用的多个路径，如图7和8所示。
在管理上调整在网络上如何实现路径选择的另一方式是从不同的范围分配节点ID。图9示出其中从同一范围对所有节点分配号码的示例。在图9中，假设正在从节点A至节点Z计算相等成本路径。在本示例中，中间节点D和F具有低节点ID值，并因此将形成其中路径在网络上分叉的位置。这是因为D和F中的一个或另一个将具有最低链路Id（基于其低节点Id分量）。如果所选的第一路径通过顶部核心节点，因为其节点Id低于底部核心节点，则在链路重命名倒置过程之后，通过底部核心节点的链路将具有最低节点Id。
图10示出其中从与网络上的节点不同的范围对连接到网络的外部节点（图10中的节点A和Z）分配节点ID值的另一示例。具体地，在图10中，已经使用1和1023之间的号码对节点A和Z分配节点ID值。边缘、聚合（aggregation）、核心节点等已被从诸如1025和2047之间的不同的较高范围分配号码。当然，也可以使用其它范围，并且这些范围仅仅意图提供示例。
通过向连接到网络的节点分配低节点ID值并向网络上的其它节点分配高节点ID值，可以将连接到网络的节点选择作为其中所选相等成本路径分叉的支点（pivot point）。因此，例如，如图10所示，使得链路多样化路径在连接到网络的节点处被选择，并且因此，连接到网络的节点可以跨过多个接入链路传播业务，如果双重归属至网络的话。另外，由于A和Z两者已被分配低节点ID值，所以此路径分叉将在A和Z两者处发生，使得保证A和Z两者都具有连接到网络的链路多样化替换相等成本路径。另外，虽然路径可以在网络内会聚，但存在路径将遍及网络保持链路多样化的良机，诸如图10中所示的示例。
因此，在管理上调整节点ID值能够导致使用上述过程选择的路径在网络上的特定位置处发生。这使得管理员能够通过导致多样化路径选择在网络内的特定位置处发生来故意地在网络周围传播业务并因此导致路径选择以从业务分配观点看更加最佳的方式发生。此外，由于在使用这种技术时从单独范围分配节点ID，不是单独地，所以管理负担是相对最小的，因为范围内的节点ID的精确选择对于导致业务模式（诸如图10所示的业务模式）的发展而言不是关键的，并且通过许多众所周知的技术能够自动分配范围内的唯一节点ID。只要从与分配给其余网络节点的节点ID不同（较低）的范围选择连接到网络的节点，来自节点A和Z的初始路径分叉就将如图10所示地发生。
可以有益地将用以使用节点ID的特定范围的节点的此管理性分配与向关键路径点节点分配节点ID和使用先前所述的节点ID倒置函数的技术相组合。路径点选择过程允许控制通过核心的路线的高水平选择，并且可以使用范围到其它节点的管理性分配来使经过所选路径点的链路多样化末端至末端路径的开口最大化。
可以将上述功能实现为被存储在计算机可读存储器中并在计算机平台上的一个或多个处理器上执行的一组程序指令。然而，对于技术人员来说将显而易见的是可以使用分立元件、诸如专用集成电路（ASIC）的集成电路、与诸如现场可编程门阵列（FPGA）或微处理器的可编程逻辑器件相结合地使用的可编程逻辑、状态机或包括其任何组合的任何其它器件来体现本文所述的所有逻辑。可以将可编程逻辑暂时或永久性地固定在诸如只读存储器芯片、计算机存储器、磁盘或其它存储介质的有形介质中。还可以将可编程逻辑固定在以载波体现的计算机数据信号中，允许通过诸如计算机总线或通信网络的接口来传送可编程逻辑。所有此类实施例意图在本发明的范围内。
应理解的是在本发明的精神和范围内可以进行图中所示和本说明书中所述的实施例的各种变更和修改。因此，意图在于以说明性而非限制性意义来解释包含在以上说明中且在附图中示出的所有内容。

Claims (23)

1.一种用于在通信网络中的多个相等成本路径之间进行选择的设备，该设备包括一个或多个处理器和一个或多个存储器，所述一个或多个存储器包含数据和指令，其在被加载到所述一个或多个处理器中时将该设备配置为执行在多个相等成本路径之间进行选择的方法，该方法包括步骤：
确定通信网络上的一对节点之间的一组相等成本路径，每个路径包括多个链路；
针对每个相等成本路径上的每个链路构造第一链路ID，通过将连接到网络上的链路的节点的有序节点ID级联来创建每个第一链路ID；
针对每个相等成本路径构造第一路径ID，每个第一路径ID是通过将通过通信网络形成该路径的多个链路的第一链路ID级联来创建的；
以路径独立方式对第一路径ID排列以选择通过通信网络的第一组多样化路径；
针对相等成本路径上的每个链路构造第二链路ID，每个第二链路ID是通过将连接到网络上的链路的节点中的一个的节点ID与连接到网络上的该链路的节点中的另一个的倒置节点ID级联来创建的，节点ID被级联以与构造第一链路ID时确定的顺序相同的顺序形成第二链路ID；
针对每个相等成本路径构造第二路径ID，通过将通过通信网络形成该路径的多个链路的第二链路ID级联来创建每个第二路径ID；以及
以路径独立方式对第二路径ID排列以选择通过通信网络的第二组多样化路径。
2.权利要求1的设备，其中，用来形成第一链路ID的级联有序节点ID被排序，使得低节点ID形成链路ID的最高有效位且高节点ID形成链路ID的最低有效位。
3.权利要求1的设备，其中，构造第一路径ID的步骤包括将第一链路ID分类，使得其中第一链路ID出现在第一路径ID内的顺序是路径独立的。
4.权利要求1的设备，其中，针对每个相等成本路径构造第一路径ID的步骤包括从最低至最高对链路ID分类。
5.权利要求1的设备，其中，对第一路径ID排列的步骤包括从最低至最高对第一路径ID排序。
6.权利要求5的设备，其中，通过通信网络的第一组多样化路径是具有最低排列的第一路径ID的路径和具有最高排列的第一路径ID的路径。
7.权利要求1的设备，其中，构造第二链路ID的步骤包括向每个链路的节点ID中的一个应用相同倒置函数以创建倒置的节点ID的步骤。
8.权利要求7的设备，其中，所述倒置函数是异或函数。
9.权利要求7的设备，其中，用来形成第二链路ID的级联有序节点ID被排序，使得低节点ID形成链路ID的最高有效位且高节点ID形成链路ID的最低有效位，并且其中，所述倒置函数被应用于高节点ID。
10.权利要求1的设备，其中，构造第二路径ID的步骤包括将第二链路ID分类，使得其中第二链路ID出现在第二路径ID内的顺序是路径独立的。
11.权利要求1的设备，其中，在形成第二路径ID时，在级联之前，从最低至最高地对第二链路ID排序。
12.权利要求1的设备，其中，对第二路径ID排列的步骤包括从最低至最高对第二路径ID排序。
13.权利要求12的设备，其中，通过通信网络的第二组多样化路径是具有最低排列第二路径ID的路径和具有最高排列第二路径ID的路径。
14.权利要求1的设备，还包括在创建第一和第二链路ID之前向所有节点ID应用第一倒置函数以优先地选择第一组路径将通过的网络上的经过节点的步骤。
15.权利要求14的设备，其中，构造第二链路ID的步骤包括向每个链路的节点ID中的一个应用第二倒置函数以创建倒置节点ID以使得能够选择通过经过节点并远离该经过节点分叉的第二组路径的步骤。
16.一种通信网络，包括：
被链路互连的多个节点，每个节点具有节点ID且包括至少一个处理器和关联存储器，每个节点的存储器还包含数据和指令，其在被加载到处理器中时导致节点实现链路状态路由协议过程以使得节点能够与网络上的其它节点交换网络配置信息并计算通过网络的路径，每个节点的存储器还包含数据和指令，其在被加载到处理器中时导致节点执行一种方法，包括步骤：
确定通信网络上的一对节点之间的一组相等成本路径，每个路径包括多个链路；
针对每个相等成本路径上的每个链路构造第一链路ID，通过将连接到网络上的链路的节点的有序节点ID级联来创建每个第一链路ID；
针对每个相等成本路径构造第一路径ID，每个第一路径ID是通过将通过通信网络形成该路径的多个链路的第一链路ID级联来创建的；
以路径独立方式对第一路径ID排列以选择通过通信网络的第一组多样化路径；
针对相等成本路径上的每个链路构造第二链路ID，每个第二链路ID是通过将连接到网络上的链路的节点中的一个的节点ID与连接到网络上的该链路的节点中的另一个的倒置节点ID级联来创建的，节点ID以与构造第一链路ID时确定的顺序相同的顺序被级联；
针对每个相等成本路径构造第二路径ID，通过将通过通信网络形成该路径的多个链路的第二链路ID级联来创建每个第二路径ID；以及
以路径独立方式对第二路径ID排列以选择通过通信网络的第二组多样化路径。
17.权利要求16的网络，其中，根据节点分类从节点ID的单独范围在管理上分配每个节点ID以使得第一和第二组多样化路径能够在网络的所选位置处分叉。
18.权利要求17的网络，其中，从低范围对网络边缘上的节点分配节点ID并从高范围对网络的内部上的节点分配节点ID，以导致第一和第二组多样化路径在网络的边缘处是链路多样化的。
19.权利要求16的网络，其中，构造第二链路ID的步骤包括向每个链路的节点ID中的一个应用相同倒置函数以创建倒置节点ID的步骤。
20.权利要求19的设备，其中，用来形成第二链路ID的级联有序节点ID被排序，使得低节点ID形成链路ID的最高有效位且高节点ID形成链路ID的最低有效位，并且其中，所述倒置函数被应用于高节点ID。
21.权利要求16的网络，其中，在管理上分配经过节点的节点ID，使得经过节点在第一和第二链路ID的构造的连续重复期间又变成经过点。
22.权利要求21的设备，其中，被选择使经过节点的在管理上分配的节点ID匹配的选择性倒置函数在创建第一和第二链路ID、创建第一和第二路径ID，对第一和第二路径ID排列的步骤的迭代期间被逐次地应用于所有节点ID，以导致又在迭代期间选择通过网络上的每个已分配经过节点的不同路径。
23.权利要求22的设备，其中，所述倒置函数是异或函数。
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