CN103716242A

CN103716242A - 一种路由方法与系统

Info

Publication number: CN103716242A
Application number: CN201310728487.0A
Authority: CN
Inventors: 李莉; 陈建亚; 刘韵洁
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: CN103716242B

Abstract

本发明公开了一种路由方法与系统。该路由方法包括：接收需要转发的数据包；确定所述数据包是否属于持续性数据流业务；在所述数据包属于持续性数据流业务的情况下，为所述持续性数据流业务分配资源，并使用该分配的资源转发所述数据包；在所述数据包不属于持续性数据流业务的情况下，按照链路状态路由协议转发所述数据包。本发明将业务对于网络拓扑的影响包含在路由选择依据中，基于预测对数据流业务进行路由资源的预分配，可以提高路由效率，降低转发时延，并且能够更为准确、实时地反映网络拓扑变化情况。本发明在进行路径选择时考虑了业务的QoS质量要求，对于突发业务的服务质量也能有更好的保证。

Description

一种路由方法与系统

技术领域

本发明涉及网络通信，具体地，涉及一种路由方法与系统。

背景技术

路由是指将数据包从一个网络（源端网络）运送到另一个网络（目的端网络），并将数据包转发给目的主机的过程。对于路由器来说，路由就是从一个接口上收到数据包，根据数据包的目的地址进行定向并转发到另一个接口的过程。路由选择过程由路由协议和路由算法完成。按照路由选择算法能否随网络的拓扑结构或者网络中通信量的变化自适应地进行调整进行分类，路由机制可以分为静态路由和动态路由。

静态路由是非自适应路由选择算法，是一种不测量、不利用网络状态信息，仅仅按照某种固定规律进行决策的简单的路由选择算法。它的特点是简单和开销小，但是不能适应网络状态的变化。静态路由在网络变化频繁出现的环境中并不能很好地工作。而且在大型的和经常变动的互联网中，配置静态路由是不现实的。

动态路由就是自适应路由选择算法，是依靠当前网络的状态信息进行决策，从而使路由选择结果在一定程度上适应网络拓扑结构和通信量的变化。动态路由能较好地适应网络状态的变化。

实际应用中两种动态路由协议最常见，即基于链路状态的路由协议和基于距离矢量的路由协议。距离矢量协议直接在相邻路由器之间传送各自的路由表信息。网络中的路由器从自己的邻居路由器得到路由信息，并将这些路由信息连同自己的本地路由信息发送给其他邻居，这样一级级地传递下去以达到全网同步。每个路由器都不了解整个网络拓扑，它们只知道与自己直接相连的网络情况，并根据从邻居得到的路由信息更新自己的路由。距离矢量协议无论是实现还是管理都比较简单，但是它的收敛速度慢，报文量大，占用较多网络开销，并且为避免路由环路得做各种特殊处理。具有代表性的距离矢量路由协议包括RIP、IGRP、EIGRP。链路状态路由协议则是层次式的，网络中的路由器并不向邻居传递“路由项”，而是通告给邻居一些链路状态。与距离矢量路由协议相比，链路状态协议对路由的计算方法有本质的差别。距离矢量协议是平面式的，所有的路由学习完全依靠邻居，交换的是路由项。链路状态协议只是通告给邻居一些链路状态。运行该路由协议的路由器不是简单地从相邻的路由器学习路由，而是收集区域内所有的路由器的链路状态信息，根据状态信息生成网络拓扑结构，每一个路由器再根据拓扑结构计算出路由。它比距离矢量路由协议复杂得多，性能也要优越很多。链路状态路由协议的代表是OSPF协议，它是目前应用最为广泛的域内路由协议。

在现有的链路状态路由选择协议中，路由器从对等路由器获得链路状态信息，并将这些信息通过链路状态通告（LSA）在网络上泛洪，使所有的路由器接收到网络中其他路由器的链路状态信息。最终每台路由器都有一个相同的整个区域的网络拓扑结构，根据最终收敛的网络拓扑结构，每台路由器可以独立地利用最短路径优先（SPF）算法计算出到达每个网络的最短路径。

现有链路状态路由选择协议的基本步骤如下：

步骤1：每台路由器发送HELLO数据包，如果两台路由器共享一条公共数据链路，并且能够相互成功协商它们各自HELLO报文中所指定的某些参数，那么它们就会建立邻接关系；

步骤2：在建立邻居关系后，每台路由器向其邻居发送链路状态通告（LSA）。每条路由器链路都会生成一个LSA，用来标识这条链路、链路状态、路由器接口到链路的代价度量值以及链路所连接的所有邻居；

步骤3：每一个从邻居路由器收到链路状态通告（LSA）的路由器会把链路状态记录到它的链路状态数据库当中，并且发送一份链路状态通告的拷贝给该路由器的其他邻居。通过这样的泛洪过程，使所有路由器形成同样的链路状态数据库；

步骤4：当所有路由器的数据库完全相同时，每一台路由器以本身为根节点，使用SPF算法计算到达每个目的节点的最短路径。其中，SPF算法的流程如图1所示，具体包括：

1）、路由器根据链路状态数据库初始化树数据库，将自己作为根节点；

2）、在链路状态数据库中，所有描述通向根节点路由器的邻居链路的三元组（路由器ID、邻居ID、代价）被添加到候选对象数据库中；

3）、计算从根节点到对象数据库中节点之间的代价，其中代价最小的节点被保存到树数据库中；

4）、检查添加到树数据库节点的邻居ID，把除了邻居ID已经在树数据库中的节点的三元组添加到候选数据对象数据库；

5）、如果候选对象数据库中还有剩余的表项，回到步骤3；如果候选数据库为空，终止算法。

步骤5：路由器从SPF算法树中构建出自己的路由选择表，按照它来转发数据。

现有的链路状态路由协议是把连通性作为核心目标，不重视网络资源分配问题，导致网络上的流量分布不平衡，即网络上有些地方产生拥塞现象，而另一些地方的资源却处于闲置状态。另外，在进行路由时，不考虑业务量的变化情况和变化趋势，不能提前做出相应的优化措施。还有，SPF算法约束条件单一，不能支持QoS。

发明内容

本发明的目的是提供一种路由方法与系统，用于为持续性数据流业务提供资源分配。

为了实现上述目的，本发明提供一种路由方法，该路由方法包括：接收需要转发的数据包；确定所述数据包是否属于持续性数据流业务；在所述数据包属于持续性数据流业务的情况下，为所述持续性数据流业务分配资源，并使用该分配的资源转发所述数据包；在所述数据包不属于持续性数据流业务的情况下，按照链路状态路由协议转发所述数据包。

优选地，所述数据包中包含业务剩余时间或后续的数据包数量；确定所述数据包是否属于持续性数据流业务包括：所述业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值，则确定所述数据包属于持续性数据流业务。

优选地，在所述数据包属于持续性数据流业务的情况下，为所述持续性数据流业务分配资源包括：在网路拓扑中删除小于按照链路状态路由协议转发所述数据包所需路径代价对应的路径；在更改后的网络拓扑中找到将所述数据包转发到目标节点的最小代价对应的当前节点的下一跳节点，并将当前节点与下一跳节点所在链路上与所述持续性数据流业务对应的资源分配给所述持续性数据流业务；在网络中公告更新后的所述当前节点与所述下一跳节点之间的代价。

优选地，该路由方法还包括：在接收到的后续数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值且所述业务剩余时间或后续的数据包数量大于0的情况下，将所述后续数据包直接转发至所述下一跳节点。

优选地，该路由方法还包括：在接收到的后续数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值但所述业务剩余时间或后续的数据包数量等于0的情况下，在转发该收到的后续数据包后收回为所述持续性数据流业务分配的资源，并在网络中将当前节点与下一跳节点之间的代价公告为收回所述分配的资源后当前节点与下一跳节点之间的代价。

优选地，该方法还包括：在接收到的数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量小于或等于预设值的情况下，在网路拓扑中删除小于按照链路状态路由协议转发该接收到的数据包所需路径代价对应的路径，并在更改后的网络拓扑中按照链路状态路由协议转发所述数据包。

本发明提供了一种路由系统，该路由系统包括：接收单元，用于接收需要转发的数据包；业务类型确定单元，用于确定所述数据包是否属于持续性数据流业务；路由单元，用于在所述数据包属于持续性数据流业务的情况下，为所述持续性数据流业务分配资源，并使用该分配的资源转发所述数据包；在所述数据包不属于持续性数据流业务的情况下，按照链路状态路由协议转发所述数据包。

优选地，所述数据包中包含业务剩余时间或后续的数据包数量；业务类型确定单元，用于在业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值的情况下，确定所述数据包属于持续性数据流业务。

优选地，所述路由单元，用于在网路拓扑中删除小于按照链路状态路由协议转发所述数据包所需路径代价对应的路径；在更改后的网络拓扑中找到将所述数据包转发到目标节点的最小代价对应的当前节点的下一跳节点，并将当前节点与下一跳节点所在链路上与所述持续性数据流业务对应的资源分配给所述持续性数据流业务；在网络中公告更新后的所述当前节点与所述下一跳节点之间的代价。

优选地，所述路由单元，用于在接收到的后续数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值且所述业务剩余时间或后续的数据包数量大于0的情况下，将所述后续数据包直接转发至所述下一跳节点。

本发明将业务对于网络拓扑的影响包含在路由选择依据中，基于预测对数据流业务进行路由资源的预分配，可以提高路由效率，降低转发时延，并且能够更为准确、实时地反映网络拓扑变化情况。本发明在进行路径选择时考虑了业务的QoS质量要求，对于突发业务的服务质量也能有更好的保证。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中SPF算法流程图；

图2是本发明提供的路由方法流程图；

图3是本发明提供的示意网络拓扑结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明针对传统链路状态路由协议的缺点，提出了一种基于流量预测，支持流量均衡的新型路由机制。该路由机制对用户业务进行分类，将持续性较长的业务与突发性业务相区分，针对持续性数据流业务可预测的特点，预先对其进行资源分配，可以更好地进行流量均衡，节约路由时间；对于突发业务选路，使用基于预测的剩余网络拓扑，能够更好地保证选路效率；在选路时采用条件约束的QoS路由机制，支持流量均衡。该路由机制在流量预测、资源分配及选路的过程中能够及时更新链路状态信息，具有较高的实时性。

图2示出了本发明提供的路由方法，具体包括接收需要转发的数据包；确定所述数据包是否属于持续性数据流业务；为持续性数据流业务分配资源并转发，将非持续性数据流业务按照OSPF协议转发。具体而言，在所述数据包属于持续性数据流业务的情况下，为所述持续性数据流业务分配资源，并使用该分配的资源转发所述数据包；在所述数据包不属于持续性数据流业务的情况下，按照链路状态路由协议转发所述数据包。

为了将持续性数据流业务和突发性数据流业务区分开来，可以通过业务标识对其进行标记，并可以通过业务剩余时间来对该业务能够持续的时间进行估计，从而可以及时地收回资源。因此，所述数据包中可以包含业务剩余时间。在确定是否属于持续性数据流业务时，如果业务剩余时间大于预设值（例如1s），则可以确定所述数据包属于持续性数据流业务。需要说明的是，也可以通过在数据包中包含后续的数据包数量来判定数据包是否属于持续性数据流业务，例如后续的数据包数量大于预设值（例如10），则确定该数据包属于持续性数据流业务。一旦根据某个业务的数据包确定该业务为持续性数据流业务，则属于该业务的数据包，都可以按照本发明提供的技术方案进行转发，即使用分配的资源进行转发。

在分配资源时需要考虑业务还需要持续的时间。在所述数据包属于持续性数据流业务的情况下，为所述持续性数据流业务分配资源包括：在网路拓扑中删除小于按照链路状态路由协议转发所述数据包所需路径代价对应的路径；在更改后的网络拓扑中找到将所述数据包转发到目标节点的最小代价对应的当前节点的下一跳节点，并将当前节点与下一跳节点所在链路上与所述持续性数据流业务对应的资源分配给所述持续性数据流业务；在网络中公告更新后的所述当前节点与所述下一跳节点之间的代价。对于不同的数据流业务类型可以按照相同的方法进行处理，区分数据业务流类型可以通过现有技术实现。持续性数据流业务对应的资源可以根据业务流的类型来确定，例如根据VoIP、视频流等等不同类的业务来确定持续性数据流业务对应的资源，资源可以为带宽。

一旦确定为持续性数据流业务分配了资源，在接收到的后续数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值且所述业务剩余时间或后续的数据包数量大于0的情况下，将所述后续数据包直接转发至所述下一跳节点，而无需重新进行路由选择。

在持续性数据流业务结束时，可以将资源收回。具体而言，在接收到的后续数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值但所述业务剩余时间或后续的数据包数量等于0的情况下，在转发该收到的后续数据包后收回为所述持续性数据流业务分配的资源，并在网络中将当前节点与下一跳节点之间的代价公告为收回所述分配的资源后当前节点与下一跳节点之间的代价。

对于突发性业务，可以不为其分配资源而是通过OSPF协议来进行路由选择。具体而言，在接收到的数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量小于或等于预设值的情况下，在网路拓扑中删除小于按照链路状态路由协议转发该接收到的数据包所需路径代价对应的路径，并在更改后的网络拓扑中按照链路状态路由协议转发所述数据包。

图3示出了本发明提供的一种网络拓扑结构，下面基于该网络拓扑结构对本发明进行说明，其中以在数据包中包含业务剩余时间为例对本发明进行说明。

本发明要求业务源发的数据包中需要包含业务剩余时间，或其它能代替业务剩余时间，预判业务何时结束的信息。当路由器收到需要转发的数据包时，查看其中的业务剩余时间等信息。如果业务剩余时间超过一定门限值，则将其归类为持续性数据流业务，将该业务信息记录在数据流业务表中，如下表所示。该数据流业务表仅仅是用于记载一些需要的信息，也可以通过其他的形式来实现对信息的记载。

源地址

目的地址

入端口

出端口

剩余时间

所需路径代价Cost

标志位

表中给出数据流业务的源地址、目的地址、入端口、出端口等信息，并记录该数据流预计剩余时间。同时记录该数据流所需的路径代价，如所需带宽等。其中标志位表示是否已给该数据流分配路径资源。“1”代表已分配，“0”代表还未分配，初始值均设为“0”。业务表保存的内容可根据需要做相应的调整。

按顺序遍历数据流业务表，如表项对应的剩余时间不为0，则按其所对应的路径代价（即Cost值）修改链路状态信息，通过查找由原始链路状态路由协议生成的网络拓扑，为每个数据流分配资源。

在图3中，假设节点A上有一个数据流业务表项，剩余时间不为0，则为其预分配资源。假设该业务所对应的Cost值为4（Cost值可根据业务种类进行分配，设为几个等级，每个等级对应一定的业务种类。），目的节点是节点E。下面描述为该持续性数据流业务流分配资源以及转发数据包的过程。

首先判断下一跳节点。具体而言，在网络拓扑图上删去度量（Metric）值小于该Cost值的链路DE；然后根据剩下的网络拓扑选择下一跳节点。如按最短路径，则下一跳节点为节点C。也可采用其它约束条件的QoS路由。图3中，各节点之间连线上的数字即表示Metric值。

然后，将AC这段链路上的部分资源预分配给该数据流，例如可以令AC的Metric=Metric-Cost。将C对应的端口填入该表项的出端口。将该表项标志位置“1”。在分配资源后，将更新的链路状态（即新的链路Metric值）在网路中公告出去。

通过以上的步骤可以完成对持续性数据流业务资源的分配。在为持续性数据流业务分配资源以后，如果后续的持续性数据业务数据包到达，则可以将该数据包直接用分配的资源进行转发。例如路由器接收到属于该持续性数据业务的数据包的业务剩余时间大于0，则查找数据流业务表，找到该数据包对应的表项，不再查找路由表，直接按照数据流业务表该项对应的出端口号进行转发。

在持续性数据流业务传输完毕以后需要进行资源释放。例如数据流业务表中某一持续性数据业务流表项的剩余时间为0，则可以在转发剩余时间为0的数据包后释放为其分配的资源，例如可以通过更改对应的出端口号的链路Metric，例如改对应的出端口号链路Metric值为：Metric=Metric+该表项对应的Cost，从数据流业务表中删除该表项，并在网络公告新的链路状态。

对于突发业务而言，无需为其分配资源，并可以用OSPF协议对其进行路由。如收到属于新的数据流业务（例如该数据流业务没有记载在数据流业务表中）的数据包的持续时间小于门限，则说明该业务为突发性业务，则不需为其预留资源，按照当时考虑了资源预留之后的实时网络拓扑情况，进行选路。选路时仍考虑路径成本要求，例如从网络拓扑中去掉Metric值小于该业务所要求的Cost值的链路，然后在剩余网络拓扑图中选择最短（Metric值最优）的一条。需要说明的是，也可采用其它约束条件的QoS路由。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种路由方法，其特征在于，该路由方法包括：

接收需要转发的数据包；

确定所述数据包是否属于持续性数据流业务；

在所述数据包属于持续性数据流业务的情况下，为所述持续性数据流业务分配资源，并使用该分配的资源转发所述数据包；在所述数据包不属于持续性数据流业务的情况下，按照链路状态路由协议转发所述数据包。

2.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，所述数据包中包含业务剩余时间或后续的数据包数量；

确定所述数据包是否属于持续性数据流业务包括：

所述业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值，则确定所述数据包属于持续性数据流业务。

3.根据权利要求2所述的路由方法，其特征在于，在所述数据包属于持续性数据流业务的情况下，为所述持续性数据流业务分配资源包括：

在网路拓扑中删除小于按照链路状态路由协议转发所述数据包所需路径代价对应的路径；

在更改后的网络拓扑中找到将所述数据包转发到目标节点的最小代价对应的当前节点的下一跳节点，并将当前节点与下一跳节点所在链路上与所述持续性数据流业务对应的资源分配给所述持续性数据流业务；

在网络中公告更新后的所述当前节点与所述下一跳节点之间的代价。

4.根据权利要求3所述的路由方法，其特征在于，该路由方法还包括：

在接收到的后续数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值且所述业务剩余时间或后续的数据包数量大于0的情况下，将所述后续数据包直接转发至所述下一跳节点。

5.根据权利要求3所述的路由方法，其特征在于，该路由方法还包括：

在接收到的后续数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值但所述业务剩余时间或后续的数据包数量等于0的情况下，在转发该收到的后续数据包后收回为所述持续性数据流业务分配的资源，并在网络中将当前节点与下一跳节点之间的代价公告为收回所述分配的资源后当前节点与下一跳节点之间的代价。

6.根据权利要求3所述的路由方法，其特征在于，该方法还包括：

在接收到的数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量小于或等于预设值的情况下，在网路拓扑中删除小于按照链路状态路由协议转发该接收到的数据包所需路径代价对应的路径，并在更改后的网络拓扑中按照链路状态路由协议转发所述数据包。

7.一种路由系统，其特征在于，该路由系统包括：

接收单元，用于接收需要转发的数据包；

业务类型确定单元，用于确定所述数据包是否属于持续性数据流业务；

路由单元，用于在所述数据包属于持续性数据流业务的情况下，为所述持续性数据流业务分配资源，并使用该分配的资源转发所述数据包；在所述数据包不属于持续性数据流业务的情况下，按照链路状态路由协议转发所述数据包。

8.根据权利要求7所述的路由系统，其特征在于，所述数据包中包含业务剩余时间或后续的数据包数量；

业务类型确定单元，用于在业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值的情况下，确定所述数据包属于持续性数据流业务。

9.根据权利要求8所述的路由系统，其特征在于，

所述路由单元，用于在网路拓扑中删除小于按照链路状态路由协议转发所述数据包所需路径代价对应的路径；在更改后的网络拓扑中找到将所述数据包转发到目标节点的最小代价对应的当前节点的下一跳节点，并将当前节点与下一跳节点所在链路上与所述持续性数据流业务对应的资源分配给所述持续性数据流业务；在网络中公告更新后的所述当前节点与所述下一跳节点之间的代价。

10.根据权利要求8所述的路由系统，其特征在于，

所述路由单元，用于在接收到的后续数据包的业务剩余时间或后续的数据包数量大于预设值且所述业务剩余时间或后续的数据包数量大于0的情况下，将所述后续数据包直接转发至所述下一跳节点。