CN110620723B - 基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方法 - Google Patents

Abstract

基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方法，包括如下步骤，步骤S1、在网络拓扑上进行平面分割，构造路径分面；步骤S2、定义中继节点；步骤S3、将基于中继节点的保护路径分为三类；步骤S4、构造基于中继节点的保护路径。步骤S5、对保护路径类型编码和保护路由条目格式编写。本发明的特点在于，1、中继节点不在工作路径上；2、源节点和目的节点到中继节点的超边至少有一个是以源节点或者目的节点为初始节点的主面路径；3当源节点到中继节点的超边和中继节点到目的节点的超边都是该面的最短路径的情况下，该保护路径在类中费用上是最优的。

Description

基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方法

技术领域

本发明属于路由网络单播技术领域，具体涉及基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方案方法。

背景技术

随着通信路由组网技术的快速发展，家用路由和企业路由的大量普及，用户的业务需求以及网络结构都发生了巨大的变化。复杂的组网和多样的用户需求给当前的路由保护技术带来了巨大的挑战。

当前，普及度最高的路由保护技术就是FRR技术(快速重路由技术)，即在工作路径失效或其中某个节点出现通信故障时直接启用另一条通向目的节点的路径(该路径称之为保护路径)以完成路由节点通信的需要，等到路由重收敛(工作路径重新恢复正常可工作状态)后，再将流量切换到工作路径。一般来说，工作路径就是整个网络拓扑中的最短路径。但是，当前通用的路由FRR技术对于单播来说是有状态的，这将大大加重了数据包和中间节点的负担，导致数据流量大大增加，使通信负载更加庞大；而且当前寻找FRR保护路径的算法复杂度过于庞大，不利于路由的快速寻找保护路径和快速路由重收敛。有状态是指，数据包在故障节点进行切换保护路径时，该节点必须读取当前数据包状态信息以计算保护路径，以故障节点为计算控制器。而与之相对的无状态则是指在故障节点进行切换保护路径时，直接转到保护路径而无需知道其他信息。即，无状态保护路由使得数据包在源节点处就规划好了所有的工作路径和保护路径，在遇到故障时直接切换路径即可，源节点就是转发的总计算控制器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方法，通过采用拓扑分面和中继节点使源节点可以在较短时间内与较小时间复杂度下找寻到路由的拓扑工作路径和保护路径，并能实现无状态情况下保护路径的切换。

本发明提供基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方法，包括如下步骤：

步骤S1、在网络拓扑上进行平面分割，构造路径分面，将网络拓扑分割成两个平面，两个平面中主面包含源节点到其他节点的最短路径；而另一面则为该面的补面，包含源节点到其他节点的最短路径外的所有路径；

步骤S2、定义中继节点，源节点到目的节点的最短路径为工作路径，若该拓扑中存在一条与工作路径没有共享边的保护路径，且保护路径上的点不在工作路径上，则定义该点为中继节点，保护路径上源节点到中继节点的路径与中继节点到目的节点的路径为保护路径的两条超边；

步骤S3、根据超边所在的面判定保护路径的种类，若两条超边均在主面，则为第一类保护路径；若源节点所在的超边在主面，目的节点所在的超边在补面，则为第二类保护路径；若源节点所在的超边在补面，目的节点所在的超边在主面，则为第三类保护路径；

步骤S4、构造基于中继节点的保护路径；遍历出所有在工作路径上的节点，并将不在工作路径上的节点设置列表，取出列表中一个节点设为中继节点，查询源节点到中继节点及中继节点到目的节点的超边路径，若两个超边路径均存在，则保护路径存在并将其归类到三类保护路径中；该保护路径构造结束后再对列表中其他节点依次执行本步骤；

步骤S5、对保护路径类型编码和保护路由条目格式编写。

作为本发明的进一步技术方案，步骤S1中，节点会根据主面和补面信息生成主面节点表和补面节点表，其中主面节点表为该节点到其它节点的最短路径，补面节点表为在补面上该节点到其它节点的最短路径。

进一步的，步骤S2中，超边内至少包括两个节点，可为多段路径组成。

进一步的，步骤S4中，源节点到中继节点的超边路径在源节点的主面节点表与补面节点表中查询；中继节点到目的节点的超边路径在目的节点的主面节点表与补面节点表中查询。

进一步的，步骤S5中，保护路径类型编码和保护路由条目格式放在数据包的包头以供转发使用，由于中继节点保护路径分为三类，采用两位bit编码，其中00为两个超边都在主面上，01为源节点超边在主面上，目的节点超边在补面上，10为源节点超边在补面上，目的节点超边在主面上，11为中继节点保护路径的补充，即为两个超边都在补面上；所述保护路由条目格式设为“中继节点、目的节点、费用、类型”，其中“费用”为依照该路径发送数据包所消耗的资源，由源节点计算并一并发出，数据包根据“类型”的第1bit位指示的表类型从源节点发送到中继节点，到达中继节点之后按照“类型”的第2bit位指示的表类型从中继节点发送到目的节点，从而完成了一次无状态的单播保护路径寻找与实现。

本发明采用拓扑分面和中继节点的方法使得源节点可以在相对较短的时间内和较小的时间复杂度情况下寻找到路由拓扑工作路径的保护路径，且可以无状态进行保护路径切换，解决了传统方案算法时间消耗过多和有状态导致的数据流量消耗过多的问题。相较于传统方案可节约大量算法运算时间和数据流量。

附图说明

图1为本发明的网络拓扑示意图。

图2为本发明的网络拓扑的主面的示意图。

图3为本发明的网络拓扑的补面的示意图。

图4为本发明的网络拓扑的主面节点表和补面节点表示意图。

图5为本发明的中继节点的示意图。

图6为本发明的实施例中的样例拓扑、拓扑的主面及拓扑的补面示意图。

图7为本发明的基于中继节点构建保护路径示意图。

图8为本发明的第一类保护路径示意图。

图9为本发明的第二类保护路径示意图。

图10为本发明的第三类保护路径示意图。

图11为本发明的保护路径类型编码和保护路由条目格式编写示意图。

图12为本发明的平面分割流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1-图5，本实施例提供一种基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方法，包括如下步骤：

步骤S1、在网络拓扑上进行平面分割，构造路径分面，将网络拓扑分割成两个平面，两个平面中主面包含源节点到其他节点的最短路径；而另一面则为该面的补面，包含源节点到其他节点的最短路径外的所有路径；

步骤S2、定义中继节点，源节点到目的节点的最短路径为工作路径，若该拓扑中存在一条与工作路径没有共享边的保护路径，且保护路径上的点不在工作路径上，则定义该点为中继节点，保护路径上源节点到中继节点的路径与中继节点到目的节点的路径为保护路径的两条超边；

步骤S3、根据超边所在的面判定保护路径的种类，若两条超边均在主面，则为第一类保护路径；若源节点所在的超边在主面，目的节点所在的超边在补面，则为第二类保护路径；若源节点所在的超边在补面，目的节点所在的超边在主面，则为第三类保护路径；

步骤S4、构造基于中继节点的保护路径；遍历出所有在工作路径上的节点，并将不在工作路径上的节点设置列表，取出列表中一个节点设为中继节点，查询源节点到中继节点及中继节点到目的节点的超边路径，若两个超边路径均存在，则保护路径存在并将其归类到三类保护路径中；该保护路径构造结束后再对列表中其他节点依次执行本步骤；

步骤S5、对保护路径类型编码和保护路由条目格式编写。

具体步骤中：

步骤S1中，节点会根据主面和补面信息生成主面节点表和补面节点表，其中主面节点表为该节点到其它节点的最短路径，补面节点表为在补面上该节点到其它节点的最短路径。

步骤S2中，超边内至少包括两个节点，可为多段路径组成。

步骤S4中，源节点到中继节点的超边路径在源节点的主面节点表与补面节点表中查询；中继节点到目的节点的超边路径在目的节点的主面节点表与补面节点表中查询。

步骤S5中，保护路径类型编码和保护路由条目格式放在数据包的包头以供转发使用，由于中继节点保护路径分为三类，采用两位bit编码，其中00为两个超边都在主面上，01为源节点超边在主面上，目的节点超边在补面上，10为源节点超边在补面上，目的节点超边在主面上，11为中继节点保护路径的补充，即为两个超边都在补面上；所述保护路由条目格式设为“中继节点、目的节点、费用、类型”，其中“费用”为依照该路径发送数据包所消耗的资源，由源节点计算并一并发出，数据包根据“类型”的第1bit位指示的表类型从源节点发送到中继节点，到达中继节点之后按照“类型”的第2bit位指示的表类型从中继节点发送到目的节点，从而完成了一次无状态的单播保护路径寻找与实现。

如图6所示，实施例的拓扑图见图6(a)，其构造的主面和补面见图6(b)(c)。接下来构造保护路径，如图7所示，箭头路径A→B→C→D是工作路径，粗线是主平面，细线是补平面。在图7中，不在工作路径上的节点有E、F、G、H和I节点，这些节点都是中继节点备选。

对于中继节点E，源节点A查找主面表，发现A→E的最短路径下一跳节点E不在工作路径上，该保护路径的超边为：主面：A→E。节点A通过查找目的节点D上报的主面节点表寻找D→E的最短路径，如图6(b)所示，其反向路径E→F→D就是另一条超边为：主面：E→F→D，因此该路径为第一类保护路径，路径费用为1+1+1＝3；然后节点A查找目的节点D上报的补面节点表，如图6(c)所示，发现D和E在补面不相连，舍弃。节点A查找自身的补面表发现AE在补面不相连，因此不存在保护路径。因此对于中继节点E，该保护路径为主面：A→E，主面：E→F→D，为第一类保护路径，如图8所示，其费用为3。

对于中继节点F，以此类推，在A→F寻找路径，只存在主面路径A→E→F；在F→D寻找路径，只存在主面路径F→D，因此对于中继节点F，该保护路径为：主面：A→E→F，主面：F→D，为第一类保护路径，其费用为1+1+1＝3。

对于中继节点G，以此类推，在A→G寻找路径，存在主面路径A→E→F→G；在G→D寻找路径，只存在补面路径G→D，因此对于中继节点G，该保护路径为主面：A→E→F→G，补面：G→D，为第二类保护路径，如图9所示，其费用为1+1+1+4＝7；A→G间还存在补面路径A→H→I→G，G→D间存在主面面路径G→F→D，因此另一条保护路径为补面：A→H→I→G，主面：G→F→D，为第三类保护路径，其费用为3+2+3+1+1＝10；路径全在补面上的不在中继节点讨论之列。

对于中继节点H，以此类推，对于中继节点H，该保护路径为主面：A→E→H，补面：H→I→G→D，为第二类保护路径，其费用为1+1+2+3+4＝11。

对于中继节点I，以此类推，对于中继节点E，一个保护路径为主面：A→E→F→I，补面：I→G→D，为第二类保护路径，其费用为1+1+1+3+4＝10；另一个保护路径为补面：A→H→I，主面：I→F→D，为第三类保护路径，如图10所示，其费用为3+2+1+1＝7。

接下来进行保护路径类型编码和保护路由条目格式编写，如图11(a)(b)所示。以图8中的第一类保护路径为例，在A→D(A：000000001，D：000001000，以此类推)间工作路径失效时切换保护路径，以节点E为中继节点发送保护路由条目格式为000010000：000001000：0011:00，如图11(c)所示。源节点根据类型00确定将数据包在主面发向中继节点E，在E处不切换面，在主面发向目的节点D，完成了一次无状态的单播保护路径寻找与实现。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、在网络拓扑上进行平面分割，构造路径分面，将网络拓扑分割成两个平面，两个平面中主面包含源节点到其他节点的最短路径；而另一面则为该面的补面，包含源节点到其他节点的最短路径外的所有路径；

步骤S2、定义中继节点，源节点到目的节点的最短路径为工作路径，若该拓扑中存在一条与工作路径没有共享边的保护路径，且保护路径上的点不在工作路径上，则定义该点为中继节点，保护路径上源节点到中继节点的路径与中继节点到目的节点的路径为保护路径的两条超边；

步骤S3、根据超边所在的面判定保护路径的种类，若两条超边均在主面，则为第一类保护路径；若源节点所在的超边在主面，目的节点所在的超边在补面，则为第二类保护路径；若源节点所在的超边在补面，目的节点所在的超边在主面，则为第三类保护路径；

步骤S4、构造基于中继节点的保护路径；遍历出所有在工作路径上的节点，并将不在工作路径上的节点设置列表，取出列表中一个节点设为中继节点，查询源节点到中继节点及中继节点到目的节点的超边路径，若两个超边路径均存在，则保护路径存在并将其归类到三类保护路径中；该保护路径构造结束后再对列表中其他节点依次执行本步骤；

步骤S5、对保护路径类型编码和保护路由条目格式编写；

步骤S5中，保护路径类型编码和保护路由条目格式放在数据包的包头以供转发使用，由于中继节点保护路径分为三类，采用两位bit编码，其中00为两个超边都在主面上，01为源节点超边在主面上，目的节点超边在补面上，10为源节点超边在补面上，目的节点超边在主面上，11为中继节点保护路径的补充，即为两个超边都在补面上；所述保护路由条目格式设为“中继节点、目的节点、费用、类型”，其中“费用”为依照该路径发送数据包所消耗的资源，由源节点计算并一并发出，数据包根据“类型”的第1bit位指示的表类型从源节点发送到中继节点，到达中继节点之后按照“类型”的第2bit位指示的表类型从中继节点发送到目的节点，从而完成了一次无状态的单播保护路径寻找与实现。

2.根据权利要求1所述的基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方法，其特征在于，所述步骤S1中，节点会根据主面和补面信息生成主面节点表和补面节点表，其中主面节点表为该节点到其它节点的最短路径，补面节点表为在补面上该节点到其它节点的最短路径。

3.根据权利要求1所述的基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述超边内至少包括两个节点，可为多段路径组成。

4.根据权利要求1所述的基于路由分面中继节点的一种无状态单播保护方法，其特征在于，所述步骤S4中，源节点到中继节点的超边路径在源节点的主面节点表与补面节点表中查询；中继节点到目的节点的超边路径在目的节点的主面节点表与补面节点表中查询。

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