CN109889449A - 低存储开销的分组转发方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低存储开销的分组转发方法与系统，其中，该方法包括：当路由器节点接收到携带压缩路径信息的分组时，检测分组的目的地址是否为本地地址；若检测分组的目的地址不是本地地址，则根据压缩路径信息计算路由器节点的每一个相邻节点的判定值和多个哈希比特值；若确定判定值不为0且多个哈希比特值都不为0，则被计算出判定值的相邻节点为分组的下一跳节点。该方法只需进行简单的运算就可以判断该分组应该被转发至哪个下一跳节点，而无需查询转发表。

Description

低存储开销的分组转发方法及系统

技术领域

本发明涉及数据传输技术领域，特别涉及一种低存储开销的分组转发方法及系统。

背景技术

在传统的基于IP的分组转发机制中，对每一个IP前缀都需要一条转发表项来指出下一跳节点；另一方面，在空间网络中，星上路由器为了满足可靠性、抗辐照、能耗、体积和重量等要求，计算和存贮资源都十分有限。为了在空间网络中实现基于IP的分组转发，需要解决转发表项数量随着网络规模扩大而增大的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种低存储开销的分组转发方法，该方法只需进行简单的运算就可以判断该分组应该被转发至哪个下一跳节点，而无需查询转发表。

本发明的另一个目的在于提出一种低存储开销的分组转发系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种低存储开销的分组转发方法，包括以下步骤：当路由器节点接收到携带压缩路径信息的分组时，检测所述分组的目的地址是否为本地地址；若检测所述分组的目的地址不是本地地址，则根据所述压缩路径信息计算所述路由器节点的每一个相邻节点的判定值和多个哈希比特值；若确定所述判定值不为0且所述多个哈希比特值都不为0，则被计算出所述判定值的相邻节点为所述分组的下一跳节点。

本发明实施例的低存储开销的分组转发方法，通过分组携带固定长度的压缩路径信息，路由器节点只需要存储相邻节点的信息，并进行简单的运算就可以判断该分组应该被转发至哪个下一跳节点，而无需查询转发表。每个路由器节点需要存储的数据大小仅仅取决于事先指定的质数个数乘以相邻节点的个数，而与IP前缀数量和路径数量无关，从而减小了存储开销。

另外，根据本发明上述实施例的低存储开销的分组转发方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，若检测所述分组的目的地址是本地地址，则将所述分组发送到本地协议栈进行处理。

进一步地，在本发明的一个实施例中，若确定所述判定值为0、或者所述判定值不为0且至少一个所述哈希比特值为0，则确定被计算出所述判定值的相邻节点不为所述分组的下一跳节点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述压缩路径信息包括：

指定m个互不相同的质数p₁、p₂、…、p_m，p_max为所述质数中的最大值；

将网络中每个节点的IP地址对所述质数进行取模运算得到余数值q₁、q₂、…、q_m；

根据余数值q₁、q₂、…、q_m计算得到m个长度为p_max比特的存储值k₁、k₂、…、k_m，其中，k_m为将k_m的第q_m个比特的值设置为1，其余比特的值设置为0，其中，k_m最低位比特为第0个比特；

在所述路由器节点存储每个相邻节点对应的存储值k₁、k₂、…、k_m，表示为k₁(j),k₂(j),…,k_m(j)，其中，j为路由器节点的相邻节点；

所述分组在网络中经过所述路由器节点依次为r₀、r₁、r₂、…、r_n，，计算m个所述分组的哈希值h₁、h₂、…、h_m，将所述哈希值添加到所述分组头部作为所述压缩路径信息，其中，h_m＝k_m(r₀)|k_m(r₁)|k_m(r₂)|…|k_m(r_n)，|为二进制的或运算。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述判定值的计算公式为：

A＝(h₁&k₁(j))|(h₂&k₂(j))|…|(h_m&k_m(j))

其中，A为判定值，h_m为分组携带的哈希值，k_m(j)为路由器节点存储j节点的存储值，&为二进制的与运算，h_m&k_m(j)为哈希比特值。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种低存储开销的分组转发系统，包括：检测模块，用于当路由器节点接收到携带压缩路径信息的分组时，检测所述分组的目的地址是否为本地地址；计算模块，用于检测所述分组的目的地址不是本地地址，则根据所述压缩路径信息计算所述路由器节点的每一个相邻节点的判定值和多个哈希比特值；转发模块，用于确定所述判定值不为0且所述多个哈希比特值都不为0，则被计算出所述判定值的相邻节点为所述分组的下一跳节点。

本发明实施例的低存储开销的分组转发系统，通过分组携带固定长度的压缩路径信息，路由器节点只需要存储相邻节点的信息，并进行简单的运算就可以判断该分组应该被转发至哪个下一跳节点，而无需查询转发表。每个路由器节点需要存储的数据大小仅仅取决于事先指定的质数个数乘以相邻节点的个数，而与IP前缀数量和路径数量无关，从而减小了存储开销。

另外，根据本发明上述实施例的低存储开销的分组转发系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，检测模块还用于，在检测所述分组的目的地址是本地地址，则将所述分组发送到本地协议栈进行处理。

进一步地，在本发明的一个实施例中，转发模块还用于，若确定所述判定值为0、或者所述判定值不为0且至少一个所述哈希比特值为0，则确定被计算出所述判定值的相邻节点不为所述分组的下一跳节点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述压缩路径信息包括：

指定m个互不相同的质数p₁、p₂、…、p_m，p_max为所述质数中的最大值；

将网络中每个节点的IP地址对所述质数进行取模运算得到余数值q₁、q₂、…、q_m；

根据余数值q₁、q₂、…、q_m计算得到m个长度为p_max比特的存储值k₁、k₂、…、k_m，其中，k_m为将k_m的第q_m个比特的值设置为1，其余比特的值设置为0，其中，k_m最低位比特为第0个比特；

在所述路由器节点存储每个相邻节点对应的存储值k₁、k₂、…、k_m，表示为k₁(j),k₂(j),…,k_m(j)，其中，j为路由器节点的相邻节点；

所述分组在网络中经过所述路由器节点依次为r₀、r₁、r₂、…、r_n，，计算m个所述分组的哈希值h₁、h₂、…、h_m，将所述哈希值添加到所述分组头部作为所述压缩路径信息，其中，h_m＝k_m(r₀)|k_m(r₁)|k_m(r₂)|…|k_m(r_n)，|为二进制的或运算。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述判定值的计算公式为：

A＝(h₁&k₁(j))|(h₂&k₂(j))|…|(h_m&k_m(j))

其中，A为判定值，h_m为分组携带的哈希值，k_m(j)为路由器节点存储j节点的存储值，&为二进制的与运算，h_m&k_m(j)为哈希比特值。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的低存储开销的分组转发方法的流程图；

图2为根据本发明一个具体实施例的网络拓扑和节点地址图；

图3为根据本发明一个具体实施例的各节点编号的余数与k值框图；

图4为根据本发明一个实施例的低存储开销的分组转发系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的低存储开销的分组转发方法及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的低存储开销的分组转发方法。

图1为根据本发明一个实施例的低存储开销的分组转发方法的流程图。

如图1所示，该低存储开销的分组转发方法包括以下步骤：

在步骤S101中，当路由器节点接收到携带压缩路径信息的分组时，检测分组的目的地址是否为本地地址。

进一步地，在本发明的一个实施例中，若检测分组的目的地址是本地地址，则将分组发送到本地协议栈进行处理。

需要说明的是，路由器节点接收到的分组携带固定长度的压缩路径信息，路由器节点只需要存储多个相邻节点(包括路由器节点、网络节点、主机节点等)的信息，并进行简单的运算就可以判断该分组应该被转发至哪个下一跳节点，而无需查询转发表。

具体地，计算压缩路径信息包括一下步骤：

(1)初始化

(1.1)指定m个互不相同的质数p₁、p₂、…、p_m，p_max为质数中的最大值；

(1.2)对于网络中每个节点，假设其编号为R，将R分别对p₁、p₂、…、p_m进行取模运算，得到余数值q₁、q₂、…、q_m，即

q₁＝R mod p₁

q₂＝R mod p₂

……

q_m＝R mod p_m；

(1.3)根据余数值q₁、q₂、…、q_m计算得到m个长度为p_max比特的存储值k₁、k₂、…、k_m，其中，k_m为将k_m的第q_m个比特的值设置为1，其余比特的值设置为0，其中，k_m最低位比特为第0个比特；

具体地，对每个i值(0<i<m+1)，将k_i的第qi个比特的值设置为1(最低位比特为第0个比特)，其余比特的值设置为0；

(1.4)网络中每个路由器节点在初始化时，为其每个相邻节点j存储对应的k₁,k₂,…,k_m值，用k₁(j),k₂(j),…,k_m(j)表示。可以看到，需要存储的总数据量仅与质数个数m乘以相邻节点个数有关。

(2)假设一个分组在网络中应当经过的路由器节点依次为r₀、r₁、r₂、…、r_n，分别计算m个哈希值h₁、h₂、…、h_m如下，式中“|”为二进制“或”运算：

h₁＝k₁(r₀)|k₁(r₁)|k₁(r₂)|…|k₁(r_n)

h₂＝k₂(r₀)|k₂(r₁)|k₂(r₂)|…|k₂(r_n)

……

h_m＝k_m(r₀)|k_m(r₁)|k_m(r₂)|…|k_m(r_n)

将(h1,h2,…,hm)添加至该分组头部中作为携带的压缩路径信息。由计算方法可知，该信息是固定长度的。

在步骤S102中，若检测分组的目的地址不是本地地址，则根据压缩路径信息计算路由器节点的每一个相邻节点的判定值和多个哈希比特值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，判定值的计算公式为：

A＝(h₁&k₁(j))|(h₂&k₂(j))|…|(h_m&k_m(j))

其中，A为判定值，h_m为分组携带的哈希值，k_m(j)为路由器节点存储j节点的存储值，&为二进制的与运算，h_m&k_m(j)为哈希比特值。

在步骤S103中，若确定判定值不为0且多个哈希比特值都不为0，则被计算出判定值的相邻节点为分组的下一跳节点，流程结束。

进一步地，在本发明的一个实施例中，若确定判定值为0、或者判定值不为0且至少一个哈希比特值为0，则确定被计算出判定值的相邻节点不为分组的下一跳节点，则继续判断下一个节点。

具体地，假设分组由节点u发送至路由器，对于除u以外的每个相邻节点j，计算判定值A如下，其中“&”为二进制“与”运算，“|”为二进制“或”运算。

A＝(h1&k1(j))|(h2&k2(j))|…|(hm&km(j))

如果判定值A不等于0，且(hi&ki(j))的值都不为0，则该相邻节点为该分组应该被转发到的下一跳节点。将分组转发至该下一跳节点，流程结束。

如果判定值A等于0，或判定值A不等于0但存在一个(hi&ki(j))的值为0，则该相邻节点不是该分组应该被转发到的下一跳节点，继续判断下一个相邻节点。

需要说明的是，如果对于所有的相邻节点j(j不等于u)计算出来的判定值都属于以下两种情况之一：a)A等于0；b)A不等于0但存在一个(h_i&k_i(j))的值为0。则丢弃该分组。

下面通过一个具体实施例来详细说明本实施例的低存储开销的分组转发方法。

网络的拓扑、各节点编号(IPv4地址)如图2所示。

指定的质数有两个，p1为7，p2为11。

各节点编号对应的余数和k值计算结果如图3所示。

分组从节点1发往节点4，路径依次经过节点1、节点3、节点4。该分组携带的压缩路径信息为：

h₁＝k₁(1)|k₁(3)|k₁(4)＝0x0002|0x0004|0x0040＝0x0046

h₂＝k₂(1)|k₂(3)|k₂(4)＝0x0020|0x0080|0x0100＝0x01A0

该分组被转发的过程如下：

(1)节点1收到该分组，对于相邻节点2，计算判定值A如下：

A＝(h₁&k₁(2))|(h₂&k₂(2))

＝(0x0046&0x0020)|(0x01A0&0x0040)

＝0x0000|0x0000

＝0x0000

因为A等于0，所以相邻节点2不是下一跳节点，检查下一个相邻节点。

对于相邻节点3，计算判定值A如下：

A＝(h₁&k₁(3))|(h₂&k₂(3))

＝(0x0046&0x0004)|(0x01A0&0x0080)

＝0x0004|0x0080

＝0x0084

因为A不等于0，且(h₁&k₁(3))和(h₂&k₂(3))的值都不为0，所以相邻节点3是下一跳节点，节点1将分组转发至节点3。

(2)节点3收到该分组，对于相邻节点2，计算判定值A如下：

A＝(h₁&k₁(2))|(h₂&k₂(2))

＝(0x0046&0x0020)|(0x01A0&0x0040)

＝0x0000|0x0000

＝0x0000

因为A等于0，所以相邻节点2不是下一跳节点，检查下一个相邻节点。

对于相邻节点4，计算判定值A如下：

A＝(h₁&k₁(4))|(h₂&k₂(4))

＝(0x0046&0x0040)|(0x01A0&0x0100)

＝0x0040|0x0100

＝0x0140

因为A不等于0，且(h₁&k₁(4))和(h₂&k₂(4))的值都不为0，所以相邻节点4是下一跳节点，节点1将分组转发至节点4。至此，转发过程结束。

根据本发明实施例提出的低存储开销的分组转发方法，通过分组携带固定长度的压缩路径信息，路由器节点只需要存储相邻节点的信息，并进行简单的运算就可以判断该分组应该被转发至哪个下一跳节点，而无需查询转发表。每个路由器节点需要存储的数据大小仅仅取决于事先指定的质数个数乘以相邻节点的个数，而与IP前缀数量和路径数量无关，从而减小了存储开销。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的低存储开销的分组转发系统。

图4为根据本发明一个实施例的低存储开销的分组转发系统结构示意图。

如图4所示，该低存储开销的分组转发系统10包括：检测模块100、计算模块200和转发模块300。

其中，检测模块100用于当路由器节点接收到携带压缩路径信息的分组时，检测分组的目的地址是否为本地地址。计算模块200用于检测分组的目的地址不是本地地址，则根据压缩路径信息计算路由器节点的每一个相邻节点的判定值和多个哈希比特值。转发模块300用于确定判定值不为0且多个哈希比特值都不为0，则被计算出判定值的相邻节点为分组的下一跳节点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，检测模块还用于，在检测分组的目的地址是本地地址，则将分组发送到本地协议栈进行处理。

进一步地，在本发明的一个实施例中，转发模块还用于，若确定判定值为0、或者判定值不为0且至少一个哈希比特值为0，则确定被计算出判定值的相邻节点不为分组的下一跳节点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，压缩路径信息包括：

指定m个互不相同的质数p₁、p₂、…、p_m，p_max为质数中的最大值；

将网络中每个节点的IP地址对质数进行取模运算得到余数值q₁、q₂、…、q_m，

根据余数值q₁、q₂、…、q_m计算得到m个长度为p_max比特的存储值k₁、k₂、…、k_m，其中，k_m为将k_m的第q_m个比特的值设置为1，其余比特的值设置为0，其中，k_m最低位比特为第0个比特；

在路由器节点存储每个相邻节点对应的存储值k₁、k₂、…、k_m，表示为k₁(j),k₂(j),…,k_m(j)，其中，j为路由器节点的相邻节点；

分组在网络中经过路由器节点依次为r₀、r₁、r₂、…、r_n，，计算m个分组的哈希值h₁、h₂、…、h_m，将哈希值添加到分组头部作为压缩路径信息，其中，h_m＝k_m(r₀)|k_m(r₁)|k_m(r₂)|…|k_m(r_n)，|为二进制的或运算。

进一步地，在本发明的一个实施例中，判定值的计算公式为：

A＝(h₁&k₁(j))|(h₂&k₂(j))|…|(h_m&k_m(j))

其中，A为判定值，h_m为分组携带的哈希值，k_m(j)为路由器节点存储j节点的存储值，&为二进制的与运算，h_m&k_m(j)为哈希比特值。

需要说明的是，前述对低存储开销的分组转发方法实施例的解释说明也适用于该实施例的系统，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的低存储开销的分组转发系统，通过分组携带固定长度的压缩路径信息，路由器节点只需要存储相邻节点的信息，并进行简单的运算就可以判断该分组应该被转发至哪个下一跳节点，而无需查询转发表。每个路由器节点需要存储的数据大小仅仅取决于事先指定的质数个数乘以相邻节点的个数，而与IP前缀数量和路径数量无关，从而减小了存储开销。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种低存储开销的分组转发方法，其特征在于，包括以下步骤：

当路由器节点接收到携带压缩路径信息的分组时，检测所述分组的目的地址是否为本地地址；

若检测所述分组的目的地址不是本地地址，则根据所述压缩路径信息计算所述路由器节点的每一个相邻节点的判定值和多个哈希比特值；

若确定所述判定值不为0且所述多个哈希比特值都不为0，则被计算出所述判定值的相邻节点为所述分组的下一跳节点。

2.根据权利要求1所述的低存储开销的分组转发方法，其特征在于，还包括：

若检测所述分组的目的地址是本地地址，则将所述分组发送到本地协议栈进行处理。

3.根据权利要求1所述的低存储开销的分组转发方法，其特征在于，还包括：

若确定所述判定值为0、或者所述判定值不为0且至少一个所述哈希比特值为0，则确定被计算出所述判定值的相邻节点不为所述分组的下一跳节点。

4.根据权利要求1所述的低存储开销的分组转发方法，其特征在于，所述压缩路径信息包括：

指定m个互不相同的质数p₁、p₂、…、p_m，p_max为所述质数中的最大值；

将网络中每个节点的IP地址对所述质数进行取模运算得到余数值q₁、q₂、…、q_m；

根据余数值q₁、q₂、…、q_m计算得到m个长度为p_max比特的存储值k₁、k₂、…、k_m，其中，k_m为将k_m的第q_m个比特的值设置为1，其余比特的值设置为0，其中，k_m最低位比特为第0个比特；

在所述路由器节点存储每个相邻节点对应的存储值k₁、k₂、…、k_m，表示为k₁(j),k₂(j),…,k_m(j)，其中，j为路由器节点的相邻节点；

所述分组在网络中经过所述路由器节点依次为r₀、r₁、r₂、…、r_n，，计算m个所述分组的哈希值h₁、h₂、…、h_m，将所述哈希值添加到所述分组头部作为所述压缩路径信息，其中，h_m＝k_m(r₀)|k_m(r₁)|k_m(r₂)|…|k_m(r_n)，|为二进制的或运算。

5.根据权利要求4所述的低存储开销的分组转发方法，其特征在于，所述判定值的计算公式为：

A＝(h₁&k₁(j))|(h₂&k₂(j))|…|(h_m&k_m(j))

其中，A为判定值，h_m为分组携带的哈希值，k_m(j)为路由器节点存储j节点的存储值，&为二进制的与运算，h_m&k_m(j)为哈希比特值。

6.一种低存储开销的分组转发系统，其特征在于，包括：

检测模块，用于当路由器节点接收到携带压缩路径信息的分组时，检测所述分组的目的地址是否为本地地址；

计算模块，用于检测所述分组的目的地址不是本地地址，则根据所述压缩路径信息计算所述路由器节点的每一个相邻节点的判定值和多个哈希比特值；

转发模块，用于确定所述判定值不为0且所述多个哈希比特值都不为0，则被计算出所述判定值的相邻节点为所述分组的下一跳节点。

7.根据权利要求6所述的低存储开销的分组转发系统，其特征在于，检测模块还用于，

在检测所述分组的目的地址是本地地址，则将所述分组发送到本地协议栈进行处理。

8.根据权利要求6所述的低存储开销的分组转发系统，其特征在于，转发模块还用于，

若确定所述判定值为0、或者所述判定值不为0且至少一个所述哈希比特值为0，则确定被计算出所述判定值的相邻节点不为所述分组的下一跳节点。

9.根据权利要求6所述的低存储开销的分组转发系统，其特征在于，所述压缩路径信息包括：

指定m个互不相同的质数p₁、p₂、…、p_m，p_max为所述质数中的最大值；

将网络中每个节点的IP地址对所述质数进行取模运算得到余数值q₁、q₂、…、q_m；

根据余数值q₁、q₂、…、q_m计算得到m个长度为p_max比特的存储值k₁、k₂、…、k_m，其中，k_m为将k_m的第q_m个比特的值设置为1，其余比特的值设置为0，其中，k_m最低位比特为第0个比特；

在所述路由器节点存储每个相邻节点对应的存储值k₁、k₂、…、k_m，表示为k₁(j),k₂(j),…,k_m(j)，其中，j为路由器节点的相邻节点；

所述分组在网络中经过所述路由器节点依次为r₀、r₁、r₂、…、r_n，，计算m个所述分组的哈希值h₁、h₂、…、h_m，将所述哈希值添加到所述分组头部作为所述压缩路径信息，其中，h_m＝k_m(r₀)|k_m(r₁)|k_m(r₂)|…|k_m(r_n)，|为二进制的或运算。

10.根据权利要求9所述的低存储开销的分组转发系统，其特征在于，所述判定值的计算公式为：

A＝(h₁&k₁(j))|(h₂&k₂(j))|…|(h_m&k_m(j))

其中，A为判定值，h_m为分组携带的哈希值，k_m(j)为路由器节点存储j节点的存储值，&为二进制的与运算，h_m&k_m(j)为哈希比特值。