CN104285412B

CN104285412B - 对数据单元进行路由的方法

Info

Publication number: CN104285412B
Application number: CN201380025028.4A
Authority: CN
Inventors: Z·李; E·博格斯; K·霍赫; B·科奇茨基
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-05-13
Also published as: WO2013171145A1; JP2015520574A; EP2665231A1; US9338081B2; US20150124819A1; CN104285412A; KR20150016328A; JP5913741B2; EP2665231B1

Abstract

为通过节点链(101、102、103、104、105、106，10i，…，10N)对数据单元进行路由，所述节点被分配地址(1、2、3、5、6，i，N)，所述地址在链中节点出现的一个方向上是渐增的。为了路由数据单元，接收节点(103)首先验证数据单元的目的地址是否与其第一跳邻居(102，104)或第二跳邻居(101，105)的地址(2，4，1，5)一致，并且如果就是这样，该节点(103)直接路由该数据单元至其第一跳邻居(102，104)或其第二跳邻居(101，105)。否则，该节点(103)确定该数据单元的目的地址与其自身的地址(3)之间的差或者该数据单元的源地址与目的地址之间的差，根据该差的符号选择路由方向，并且在差的大小在阈值之下时选择第一跳链路(132，134)或在差在阈值之上时选择第二跳链路(131，135)。

Description

对数据单元进行路由的方法

技术领域

本发明一般地涉及通常被称为数据单元的数据帧、数据信元、数据包…通过节点网络的路由。本发明更特别地涉及一种有效率的路由机制，其可在一维拓扑结构的网络中应用，诸如如多跳骨干平面(backplane)。

背景技术

在具有一维拓扑结构的网络中，节点连接形成链条。典型地，每个节点应通过所谓的第一跳连接被连接至其在链条中的两个直接的邻居。此外，每个节点可通过所谓的第二跳连接被连接至其直接邻居的邻居。每个节点均应具有唯一的地址或身份。给定特定的源地址和目的地址，对于数据单元来说存在多条路径，通过所述路径数据单元可被从原地址路由到目的地址。从源到目的地的可能的路径的数量是网络中节点数量的指数规模。因此，在源至目的地之间建立最优路径成为了技术上的挑战。

现有的将数据单元从具有源地址的源节点路由到具有目的地址的目的节点的机制包括距离向量路由协议和链路状态路由协议。

根据距离向量路由协议，每个节点维护到所有其他节点的最小距离向量表。在这种情况下距离必须被广义的解释并且通常代表到达目的节点的代价，例如跳的数量、延迟、有效带宽等。周期性地，每个节点向其邻居分发其全部或部分的路由表。当收到数据单元后，接收的节点确定至目的具有最小距离的路径并且作为所述确定的结果，将使用该方向(或离开接口)转发数据单元到下一结点。有关距离向量路由协议的更多细节可通过URL：http://en.wikipedia.org/wiki/Distance-vector_routing_protocol由维基百科获取。

根据链路状态路由协议，每个节点以图的形式维护映射至网络中其他节点的连通性(connectivity)。节点之间共享的唯一信息是相关的连通性，即每个节点将其邻居通知给网络，使得每个节点能够独立地确定哪些节点被连接至另外的哪些节点。根据数据单元的接收，接收的节点可确定对于该数据单元的目的最佳的逻辑路径并由此得出用于转发数据单元的离开接口。关于链路状态路由协议的更多细节可以通过URL：http://en.wikipedia.org/wiki/Link-state_routing_protocol由维基百科获取。

距离向量路由协议和链路状态路由协议两者都需要大量的信息交换来构建和维护路由表。用于存储这些路由表的存储器需求，由于维护这些路由表而导致的开销，以及对确定下一跳进行确定时查找这些路由表所需的时间，该时间随网络的大小成比例的增长。特别是在该网络拓扑具有限制条件时，例如像对于一维的网络拓扑，现有的路由机制的复杂度是过高的。

本发明的目的在于公开一种用于对数据单元进行路由的方法和计算机程序产品，其能够克服上面界定的现有路由协议的缺点。更具体地说，本发明的目标为教导一种用于在一维网络中进行路由的方法和计算机程序产品，其能够避免在不同节点间构建和维护路由表，并显著地减少路由数据单元所需的时间。进一步的目标是降低具有一维拓扑的网络中的节点上的存储器需求并使得这些存储器的需求不受网络大小的影响。进一步的目标为降低在具有一维拓扑的网络中用于将数据单元从源路由到目的的整体复杂度。

发明内容

根据本发明，通过本发明的实施例中所述的方法实现在上文中定义的目标，所述方法用于对节点中的数据处理系统进行操作以通过节点链路由数据单元，其中每个节点均通过第一跳链路与其第一跳邻居相连接并且每个节点均通过第二跳链路与其第二跳邻居相连接，并且其中节点被分配有唯一的地址，所述地址在链条中节点出现的一个方向上递增，所述方法包括：

A:在节点验证数据单元的目的地址是否与该节点第一跳邻居的地址或第二跳邻居的地址一致；

B:如果目标地址分别与第一跳邻居的地址或第二跳邻居的地址一致，则通过该节点直接路由数据单元到第一跳邻居或第二跳邻居；

如果目标地址与第一跳邻居的地址或第二跳邻居的地址不一致，则执行C1-C4，

C1:在该节点确定目的地址和该节点地址之间的或所述目的地址和所述数据单元的起始地址之间的差；

C2:根据差的符号通过该节点选择路由的方向；

C3:通过该节点在差的大小低于阈值时选择第一跳链路，或在差的大小高于阈值时选择第二跳链路；并且

C4：通过选择出的第一跳链路或第二跳链路在路由方向上对数据单元进行路由。

这样，根据本发明的方法通过利用所述节点的编址方案(addressing scheme)上的一维网络的拓扑信息，解决了路由的复杂度。事实上，在这样的一维网络中，节点形成链条，并且可以以升序从左向右(或从右向左)对节点编址。作为这种编址方案的结果，对节点接收到的数据单元的路由决策可由该节点基于所述数据单元的源地址及目标地址或者基于所述数据单元的目标地址及接收所述数据单元的节点地址来单独做出。构建和维护路由列表不再是必要的，并且节点不再如现有路由协议中所要求的那样必须共享连接性或距离信息。这显著地降低了开销。根据本发明，通过计算数据单元的目的与源地址之间的差或通过计算目标地址与做出路由决策的节点的地址之间的差，能够快速地做出路由决策。该差的符号将确定在链中转发数据单元的方向，而大小将确定使用第一跳连接还是第二跳连接来转发数据包。不需要查表来确定路由决策，因此降低了复杂度、存储器和处理需求。

在本发明的实施例中，根据本发明该方法进一步包括步骤：

-验证目的地址与该节点地址是否一致；并且

-当目的地址与该节点地址一致时，从链条中取出数据单元由该节点进行处理。

因此，如果接收数据单元的当前节点为目的节点，该节点将从网络中取出数据单元来进行处理。

在本发明的实施例中，依据链路长度或系统需求确定阈值。

事实上，用作标准来确定将使用第一跳连接还是第二条连接的阈值，优选地取决于网络的大小，并且还可基于系统的需求，例如最小延迟，最大吞吐量等。可在系统启动时或在拓扑更新之后——例如插入或删除节点之后——将该阈值应用至网络中的每个节点。阈值可被动态地改变，例如基于通信流量的改变。

在本发明的实施例中，节点链可形成骨干平面(backplane)系统的一部分。

事实上，在特定的应用中如高速骨干平面系统中，具有高的存储与开销需求及时间消耗的复杂路由协议，对于对密集的路由算法进行处理是不可接受的。在这样的应用中，具有最小复杂度、受益于根据本发明的网络拓扑的路由，是有利的。

在本发明的实施例中，计算目的地址与数据单元的起始地址之间的差，所述方法可进一步包括：

-对数据单元添加第一比特，所述第一比特指示选择的路由方向；并且

-对数据单元添加第二比特，所述第二比特指示对第一跳链路或者第二跳链路的选择。

事实上，如果用于路由的标准是基于数据单元的目的及源地址之间的差，路由决策可在源节点立即做出并且可通过添加至数据单元例如至其头数据头的两个比特被传达到其他的节点。一个比特代表方向的选择而第二比特代表长/短路径的选择。源节点检查所述差的符号和大小、做出决策并在所述数据头添加或改变相应的两个比特。这样一来，中间节点仅需检查数据头中相应的比特来确定向哪里转发数据单元，这可以进一步的简化路由流程。

除本发明的实施例所定义的计算机实施的方法之外，本发明涉及相应的数据处理系统，其包含实施如此的方法的装置。这样的数据处理系统由本发明的实施例所定义。

此外，本发明还涉及包含适于执行所述方法的软件代码的相应的计算机程序以及包含这样的计算机程序的计算机可读存储介质。

附图说明

图1示出了具有一维拓扑的网络，其中的节点实施了依照本发明的路由方法的实施例；以及

图2为示出了图1中节点所应用的依据本发明的路由方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1展示了以链式拓扑排列的网络。每个节点，即101、102、103、104、105、106、…10i…10N，被连接至其直接的邻居以及其邻居的邻居。每个节点均被分配唯一的地址。在图1详细的实施例中，地址的分配是从左向右按升序排列：分配地址1给节点101、分配地址2给节点102、分配地址3给节点103、分配地址4给节点104、分配地址5给节点105、分配地址6给节点106、…分配地址i给节点10i、分配地址N给节点10N。这样，在节点编址上利用了拓扑信息。例如，地址为6的节点位于在地址为1的节点的右侧。另外，该编址方式提供了与源节点和目的节点彼此间距离有关的信息。通过对目标地址与源地址进行减法，获取反映了源地址与目的地址之间的距离的信息。每个节点在编址方案的向上和向下方向均被连接至其直接的邻居。此外，第一跳连接是预知的。在图1中，这些第一跳链路被标记为上行方向的112、123、134、145、156、…16i、…1iN以及下行方向的121、132、143、145、165、…1i6、…1Ni。每个节点还通过第二跳链路被连接至其邻居的邻居。在图1中，这些第二跳链路被标记为所述编址方案中上行方向的113、124、135、146、…15i、…16N以及下行方向的131、142、153、164、…1i5、…1N6。

当数据包到达其从源到目的的路径上的节点时，进行接收的节点需应用通过图2中的流程图示出的方法来做出路由决策。首先，在步骤201中从数据包中提取出目的地址。在步骤202中，将该数据包的目的地址与当前节点的地址进行比较。如果地址相同，在步骤203中将数据包从链中取出并且发送到本地卡进行处理。否则，在步骤204中将数据包的目的地址与当前节点的第一跳邻居以及第二跳邻居的地址进行比较。如果数据包的目的节点与当前节点直接相连，在步骤205中使用到那里的直接链路将数据包发送到其目的地。否则，当前节点在步骤206中从目的地址中减去其地址。该差的符号使得当前节点能够在步骤207中确定路由方向。如果在步骤206中计算出的差为负值，则数据包在图1的链路中排序向左侧传送，否则则向右侧。之后，基于当前和目的地址之间的差，将选择至邻居的邻居的第二跳链路或至直接的邻居的第一跳链路。这在步骤208中通过对当前节点与目的节点之间差与阈值进行比较实现的。如果当前节点与目的节点彼此间距离远(差>步骤210中的阈值)则选择第二跳链路以减少总跳数。如果当前节点到目的节点比较近(差<步骤209中的阈值)则优选第一跳链路。

注意到在步骤208中使用的阈值优选地取决于网络的大小。该阈值可在系统启动时施加至网络中的每个节点和/或在每次拓扑更新之后——例如由在链中插入或删除节点而导致——被传达至每个节点。所述阈值还可被动态地设定，例如基于为了优化链路上的流量对业务流进行的改变等。

进一步地注意到步骤206可使用源节点地址与目的节点地址之间的差作为当前节点的地址与目的地址之间的差的备选。源节点地址能典型地可从数据包中提取出来并且因此对接收所述数据包的每个中间节点是可用的。

根据本发明的方法通过在对每个节点的编址上利用了拓扑信息解决了路由复杂性。因此，可在每个独立的节点基于当前节点的地址、包/帧源地址以及包/帧目的地址分散地做出路由决策。这样，消除了在每个节点对大的路由表的维护以及最新的(up-to-data)链路状态信息的传播。

在一些应用中，如例如高速骨干平面系统，根据路由表的存储器需求、查询这些路由表需要的时间，以及维护/更新这些路由表的需要的开销，复杂的路由在硬件复杂度、功率耗费及吞吐量开销方面呈现出高的成本。因此，通过本发明实现的具有最小复杂度的路由是有必要的。

依照本发明的方法典型地为通过在节点中数据处理器上运行软件的计算机实施(computerimplemented)，例如路由器或交换机。通常，依照本发明运行的数据处理系统或计算设备可包括微处理器、处理器、工作站、服务器、笔记本电脑、台式机或其他计算设备，这些是本领域技术人员已知的。

所述数据处理系统或计算设备可包括用于在多个部件之间直接或非直接地连通的总线或网络：一个或多个存储器设备、一个或多个处理器、输入/输出端口、电源等。本领域技术人员可认识到所述总线或网络可包括一条或多条总线，诸如地址总线，数据总线，或其任意组合或者可包括一个或多个网络链路。此外本领域技术人员还可认识到，根据预期的应用以及特定实施例的使用，多个这些部件能通过单一设备实现。同样地，在一些实例中，单个部件可由多个设备实现。

所述数据处理系统或计算设备可包括多种计算机可读媒介或与其相互作用。例如，计算机可读媒介可包括随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他存储器技术，CDROM、数字化多功能光盘或其他光学或全息媒体，磁盒(magnetic cassettes)、磁带、磁盘贮存器或其他数据处理系统或计算设备可访问并且可用于编码信息的磁贮存设备。

存储器可包括易失和/或非易失存储器形式的计算机贮存媒介。所述存储器可为可删除、不可删除、或其任意组合。典型的硬件设备为诸如硬件驱动器、固态存储器、光盘驱动器或此类的设备。数据处理系统或计算设备可包括一个或多个处理器，所述处理器可从组件如存储器、多种I/O组件等处读取数据。

虽然本发明参考特定的实施例进行了阐述，对于本领域技术人员来说显而易见的是本发明不仅限于上述示出的实施例的细节，并且本发明可具现化出多种的变化或修改，同时不离开本发明的范围。因此本实施例被认为在各个方面是说明性的而非限制性的，本发明的范围通过所附的权利要求而不是通过上述描述指出，并且因此落入与所有权利要求的等同物的意思或范围之内的所有改变都被认为被包含在其中。也就是说，已考虑覆盖落入本专利申请中所要求的基础的基本原则及其本质属性的任意和所有的修改、变动或等同物。此外，本专利申请的读者应理解词语“包括”或“包含”不排除其他元素或步骤，词语“个”或“某个”不排除多个，并且单独的元素，例如一个计算机系统、一台处理器，或其他完整的单位可实现权利要求列举的多个装置的功能。权利要求中的任何参考符号不应被解释为对各自有关的权利要求进行限制。除非被明确地表述，术语“第一”、“第二”、“第三”、“a”、“b”、“c”及类似物在说明书或权利要求书中使用时被用来区分相似的元素或步骤而不是对顺序或时间顺序进行描述。相似地，术语“顶部”、“底部”、“之上”、“之下”，及其类似物被引入用来描述性的目的而不是指示相对的位置。应理解这样使用的术语在是适当的环境下是可交换的，并且在不同于上述描述或阐释的其他序列或方向上，依照本发明的本发明的实施例具有运行的能力。

Claims

1.一种在节点(103)操作数据处理系统的方法，所述数据处理系统用于通过节点链(101、102、103、104、105、106、…,10i，…，10N)对数据单元进行路由，其中每个节点(103)通过第一跳链路(132，134)被连接至其第一跳邻居(102，104)并且每个节点(103)通过第二跳链路(131，135)被连接至其第二跳邻居(101，105)，并且其中节点(101、102、103、104、105、106、…,10i，…，10N)被分配了唯一的地址(1、2、3、5、6，…，i，…，N)，所述地址在所述链路中所述节点(101、102、103、104、105、106、…,10i，…，10N)出现的一个方向上增加，所述方法包括：

A.在所述节点(103)验证所述数据单元的目的地址是否与所述节点的第一跳邻居(102，104)的地址(2，4)或第二跳邻居(101，105)的地址(1，5)一致；

B.如果所述目的地址分别与所述第一跳邻居或所述第二跳邻居的地址(2，4，1，5)一致，由所述节点(103)直接路由所述数据单元至所述第一跳邻居(102，104)或所述第二跳邻居(101，105)；

如果所述目的地址与所述第一跳邻居或所述第二跳邻居的地址(2，4，1，5)不一致，则执行C1-C4，

C1.在所述节点(103)确定所述目的地址与所述节点(103)的地址(3)之间或者所述目的地址与所述数据单元的起始地址之间的差；

C2.由所述节点(103)根据所述差的符号选择路由的方向；

C3.由所述节点(103)在所述差的量值小于阈值时选择第一跳链路(132，134)，或在所述差的量值大于阈值时选择第二跳链路(131，135)；并且

C4.在所述路由方向上通过选择出的第一跳链路(132，134)或第二跳链路(131，135)路由所述数据单元。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：

-验证所述目的地址(3)是否与所述节点(103)的地址一致；并且

-当所述目的地址与所述节点(103)的所述地址(3)一致时，所述节点(103)从所述链中取出所述数据单元用于处理。

3.如权利要求1所述的方法，其中依据所述链的长度或系统需求确定所述阈值。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述节点链形成骨干平面系统的一部分。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述差由所述目的地址与所述数据单元的所述起始地址之间确定，所述方法进一步包括：

-添加第一比特至所述数据单元，所述第一比特被用于指示选择的路由方向；以及

-添加第二比特到所述数据单元，所述第二比特被用于指示对所述第一跳链路或者第二跳链路的选择。

6.一种数据处理系统，包括执行如权利要求1所述的方法的装置。