CN104038436A - 一种解决有线网络拥塞的路由选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种解决有线网络拥塞的路由选择方法，本方法在广域网中仍采用传统的主动路由组网，通过拥塞监测，对发生拥塞点的前一跳路由器驱动按需路由，在一定范围内寻找空闲链路，避开拥塞链路进行业务转发。本发明的有益技术效果是：避开拥塞链路，合理引导业务转发，缓解拥塞链路负载过重，直至恢复正常，从一定程度上解决了有线网络拥塞的问题；在具体实现上只需对路由器进行简单升级，不对传统路由协议进行修改，不影响网络基本路由组网功能和传统路由协议的互通，并且只在拥塞发生时在有限范围内产生路由查询报文，网络开销小。

Description

一种解决有线网络拥塞的路由选择方法

技术领域

本发明涉及通信领域的拥塞管理技术和路由技术，尤其涉及按需路由技术。

背景技术

随着网络技术和应用的发展，数据的高速实时传输成为信息时代的必然需求，其首要解决的问题就是拥塞。拥塞指在某段时间里，网络中某一资源的需求部分超过了该资源所能提供的可用部分，就会导致网络的特性变坏。拥塞管理是一个动态，复杂的问题，因为拥塞往往是由多方面原因引起的，传统的思路一般采用FIFO、PQ、CQ、WFQ、CBWFQ等队列管理技术，初期确实能解决设备转发能力不足引起部分链路的拥堵问题，但是随着网络规模的扩大，这些手段无法有效解决网络层面的拥塞问题。

为了解决网络的拥塞问题，只能从全局出发，合理规划调配网络资源。目前网络层面的主要调控方法是路由协议，路由协议的原理是通过在路由器之间共享路由信息，结合路由信息执行路由选择和创建路由表，引导数据包查询路由表进行转发。根据路由建立时机与数据发送的关系可以把路由协议分为两种：主动路由和按需路由。

主动路由是事先选择出所有路径，并不考虑实际中是否用到具体的路径，一般运用到有线广域网中，比如RIP，OSPF，EIGRP等协议，这些路由协议采用的都是最短路径优先算法，容易将网络流量汇聚到单一链路，引起网络拥塞。这些路由协议已广泛安装到广域网的路由设备，考虑到互通性等因素，目前无法对这些协议进行替换或者改进。

按需路由又称为反应式路由或被动路由，是一种当需要时才进行路由发现的路由选择方式，一般运用到无线移动网络中，比如DSR，AODV等协议。与主动式路由相比，按需路由中的节点平时并不实时地维护网络路由。只有在节点有数据要发送时才激活路由发现机制。由源节点在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由后，才开始发送分组。由于按需路由由源路由器按需查找,而不是事先存储，因此存在初始路由的延迟问题，并且按需路由依靠泛洪式的广播来获得路由信息，由于每个路由器都不停地广播接收到的路由查询报文，会导致"广播风暴"的出现。

发明内容

为了解决有线网络拥塞问题，本发明结合主动路由和按需路由，提出了一种避开拥塞链路的路由选择方法，主要思路是在有线网中仍采用传统的主动路由，只有在拥塞发生时，在拥塞路由器附近一定范围内驱动按需选路，建立新的路径，避开拥塞链路。

本发明的有益技术效果是：能避开拥塞链路，合理引导业务转发，缓解拥塞链路负载过重，直至恢复正常，从一定程度上解决了有线网络拥塞的问题；在具体实现上只需对路由器进行简单升级，不对传统路由协议进行修改，不影响网络基本路由组网功能和传统路由协议的互通，并且只在拥塞发生时在有限范围内产生路由查询报文，网络开销小。

附图说明

图1是拥塞通知示例图。

图2是按需路由查询过程示例图。

图3是按需路由应答过程示例图。

图4是快速转发表构造及业务转发流程示例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法作进一步详细说明，本发明包括以下步骤。

1 路由组网。

有线广域网内路由器采用传统主动路由进行组网， 路由器之间传递路由信息，结合路由信息执行路由选择和创建路由表，业务根据路由表进行转发。

2 拥塞监测。

首先定义链路负载率K=(链路已使用带宽/链路带宽总容量)，用其表示链路的拥塞程度，采用K值和拥塞指标参数进行比对，可判断链路是否发生拥塞。拥塞指标参数包括上限U，下限L及触发时间T。U、L分别表示拥塞发生，拥塞结束时，定义的链路负载率临界值，T表示从超过上限或者下限开始，到触发拥塞发生或者拥塞结束事件为止，定义的持续时间值。当K> U，并且持续时间超过T,则认为拥塞发生，当K<L，并且实际持续时间超过T，则认为拥塞结束。

路由器采用硬件模块对业务报文进行采样，实施拥塞监测， 通过配置硬件可编程单元，比对拥塞指标参数U、L、T，判断拥塞是否发生。

3 拥塞通知。

当路由器B发生拥塞后，如果有业务要转发，则执行以下步骤，可配合图1所示：

1) 路由器B向接收业务的前一跳路由器A发送按需路由请求报文，报文内容包括业务目的地址、业务源地址、B地址，路由器A收到报文之后针对该业务执行按需路由，路由器B继续执行步骤2；

2) 根据业务目的地址查询路由表，向下一跳路由器发送拥塞通知报文，报文内容包括业务目的地址、业务源地址及B地址；

3) 接收到拥塞通知报文的路由器，判断本路由器是否是目的地，如果是，则退出处理，否则提取报文内容进行记录，并继续执行2)。

4 按需路由。

路由器A执行按需路由方法：

路由器A向邻近范围S（该范围可以人工配置，一般设置为5跳路由器）内的所有路由器扩散查询报文并启动超时等待时间Te，如果超过Te没有收到应答报文，则按需路由失败。查询报文内容包括业务目的地址、业务源地址、A地址、B地址，扩散过程中需将经过路径上的路由器地址及链路负载率的最小值Km记录到报文内容里。扩散查询报文的方法，执行以下步骤，可配合图2所示：

1) 采用广播方式向本路由器相连的所有邻居路由器发送查询报文，但不向发送该查询报文的邻居路由器发送；

2) 收到该查询报文的路由器，判断是否满足以下条件，如果都不满足，则重复步骤1，如果满足以下条件之一时结束扩散查询报文：

条件1：到达业务源地址；

条件2：到达路由器A；

条件3：到达路由器B；

条件4：到达路由器已接收过该查询报文；

条件5：到达S最后一跳路由器；

条件6：到达接收到拥塞通知的路由器，查询报文与拥塞通知的内容（业务目的地址、业务源地址及B地址）相同。

配合图3所示，满足条件6的路由器沿原路径向路由器A返回应答报文，路由器A对返回的应答报文进行比较，选取Km最大的链路，如果存在多条Km相同的链路，则选择经过的路由器数量最少的一条路径，按需路由成功。如果选取不出符合以上条件的链路，则针对该业务的按需路由失败。

如果按需路由成功，路由器A将按需路由配置报文发送给选取路径上的所有路由器，报文内容包括路径结果（所有经过路径上路由器的地址）及业务目的地址，业务源地址。路由器A和路径上各路由器将配置报文内容记录到快速转发表。

5 业务转发。

对路由器软件协议栈进行改造，转发业务时首先查询快速转发表，根据业务目的地址和源地址查找匹配项进行转发，如果匹配不到则按路由表进行转发，快速转发表构造及业务转发流程可配合图4所示。

6 关闭按需路由。

如果监测到拥塞结束，则路由器B向路由器A发送按需路由撤销报文，报文内容包括业务目的地址、业务源地址、B地址，路由器A清除掉针对该业务的快速转发表记录项，同时路由器A向所选路径上的所有路由器转发该按需路由撤销报文，通知各路由器清除掉针对该业务的快速转发表记录项。

Claims (5)

1.一种解决有线网络拥塞的路由选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1 广域网内路由器采用传统主动路由进行组网；

步骤2路由器采用硬件模块对业务报文进行采样，实施拥塞监测；

步骤3当路由器B监测到发生拥塞后，如果有业务要转发，则触发前一跳路由器A执行按需路由，同时向转发业务的下游路由器进行拥塞通知；

步骤4前一跳路由器A执行按需路由选择，将选路结果记录到快速转发表；

步骤5对路由器软件协议栈进行改造，转发业务时首先查询快速转发表，根据业务目的地和源地址查找匹配项进行转发，如果匹配不到则按路由表进行转发；

步骤6如果监测到路由器B拥塞结束，则撤销路由器A的按需路由。

2.根据权利要求1所述的一种解决有线网络拥塞的路由选择方法，其特征在于，步骤3如果有业务要转发，则触发前一跳路由器A执行按需路由，由路由器B向接收业务的前一跳路由器A发送按需路由请求报文，报文内容包括业务目的地址、业务源地址、B地址，路由器A收到报文之后针对该业务执行按需路由。

3.根据权利要求1所述的一种解决有线网络拥塞的路由选择方法，其特征在于，步骤3同时向转发业务的下游路由器进行拥塞通知，由路由器B根据业务目的地址查询路由表，向下一跳路由器发送拥塞通知报文，报文内容包括业务目的地址、业务源地址及B地址；

接收到拥塞通知报文的路由器判断本路由器是否是目的地，如果是，则退出处理，否则提取报文内容进行记录，并根据业务目的地，继续向下一跳发送拥塞通知报文，直到到达业务目的地。

4.根据权利要求1所述的一种解决有线网络拥塞的路由选择方法，其特征在于，步骤4前一跳路由器A执行按需路由选择，将选路结果记录到快速转发表，路由器A执行按需路由方法：

路由器A向邻近范围S（该范围可以人工配置，一般设置为5跳路由器）内的所有路由器扩散查询报文并启动超时等待时间Te，如果超过Te没有收到应答报文，则按需路由失败；

查询报文内容包括业务目的地址、业务源地址、A地址、B地址，扩散过程中需将经过路径上的路由器地址及链路负载率的最小值Km记录到报文内容里；

接收到拥塞通知的路由器，如果接收到查询报文，查询报文与拥塞通知的内容（业务目的地址、业务源地址及B地址）相同，该路由器沿原路径向路由器A返回应答报文，路由器A对返回的应答报文进行比较，选取Km最大的链路，如果存在多条Km相同的链路，则选择经过的路由器数量最少的一条路径，按需路由成功；

如果选取不出符合以上条件的链路，则针对该业务的按需路由失败。

5.根据权利要求1所述的一种解决有线网络拥塞的路由选择方法，其特征在于，步骤6如果监测到路由器B拥塞结束，则撤销路由器A的按需路由，由路由器B向路由器A发送按需路由撤销报文，报文内容包括业务目的地址、业务源地址、B地址，路由器A清除掉针对该业务的快速转发表记录项，同时路由器A向所选路径上的所有路由器转发该按需路由撤销报文，通知各路由器清除掉针对该业务的快速转发表记录项。