CN111386679A - 使用链路聚合的在客户驻地装备中的数据路由 - Google Patents

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Abstract

将从第一网络设备(CPE1)接收(51)的数据路由到第二网络设备(CPE2)中，第一网络设备(CPE1)和第二网络设备(CPE2)中的每一个具有链路聚合引擎，包括：基于数据中存在的标记，检测(52)数据是否已经在第一设备(CPE1)或上游经历了链路聚合操作，并且然后，如果数据还没有经历链路聚合，则从参与链路聚合的第二设备(CPE2)的所有输出链路中选择(53)输出链路(LOUT)，或者，如果数据已经经历了链路聚合，则从除了朝向第一设备(CPE1)的输出链路(Li)之外的、参与链路聚合的第二设备(CPE2)的所有输出链路中选择(54)输出链路(LOUT)，以及，在所选择的输出链路(LOUT)上传输(55)数据。

Description

使用链路聚合的在客户驻地装备中的数据路由
技术领域
本发明一般涉及在实现链路聚合的住宅网关中的数据路由，用于在两个计算设备或计算机网络装备之间建立单个多路径连接。
更具体地，本发明涉及用于通过实现链路聚合来在住宅网关中使用的用于对数据进行路由的方法、设备以及相关的计算机程序产品。
特别地，本发明在将家庭计算机网络连接到互联网的住宅网关中找到应用。
背景技术
链路聚合(也被称为“绑定”)是一种在诸如以太网网络之类的计算机网络中使用的技术，例如用于路由IPv4(“互联网协议版本4”)或IPv6(“互联网协议版本6”)分组。它可以被定义为将若干网络接口聚合为逻辑接口，以便为两个确定的装备之间的连接带来冗余并增加带宽。例如，它可以被用来增加广域网或WAN(与局域网或LAN相对的“广域网”)中的TCP(“传输控制协议”)连接的吞吐量。
在IP(“互联网协议”)网络中，通常是在互联网网络中的以太网交换机的端口之间、或在Linux、Unix或Windows计算机的以太网卡之间进行设立。在这种情境中，它使得能够聚集多个网络端口并将其用作单个端口。它解决了网络中的两个问题，一方面是两个装备之间的带宽限制，另一方面是链路冗余的缺乏。链路聚合实际上使得能够将吞吐量增加超出单个链路的限制，并且有可能确保在链路故障时其他端口进行接管。但是，聚合是可以在OSI(“开放系统互连”)模型的三个较低层中的每个层中实现的一般概念。
在本发明的情境中，不同链路的聚合使得能够通过同时使用多个DSL(“数字用户线”)链路的容量来增加“住宅网关”的吞吐量，该多个DSL链路分别与多个住宅网关相关联，并且每个住宅网关可以经由DSL链路来与互联网通信。聚合使用在住宅网关之间建立的其他链路。通常，到互联网的DSL链路是通过住宅网关的以太网接口而建立的，并且与另一住宅网关的链路例如是通过Wi-Fi接口(IEEE 802.11或ISO/CEI 8802-11标准)建立的，但是这些示例不是排他性的。
“住宅网关”或CPE(“客户驻地装备”)是指位于客户(个人或公司)驻地的终端硬件装备，它一方面连接到LAN本地环路，另一方面连接到入网点或POP中的互联网接入提供商(IAP)的基础设施。客户侧终端设备被用来连接到互联网网络。该装备通常也被称为“机顶盒”。
现有技术
不同链路的聚合本身是一种已知的技术，并且已经被部署。众多技术使之得以实现，诸如例如TCP规范中被称为“多路径TCP”或MPTCP的所有插件，或通用路由封装或GRE。诸如例如在IETF的RFC 6824中定义的MPTCP协议中实现的链路聚合下的基本思想是，在源主机和目的地主机之间建立链路，而不再像在标准传输控制协议(TCP)中的情况那样在两个接口之间建立链路。
MPTCP是IETF(“互联网工程任务组”)正在进行的工作，其目的是使得TCP能够使用若干访问路径，以便最大程度地使用资源并增加冗余，同时保持与当前互联网装备(防火墙、NAT、…)兼容。客户可以依靠此协议来经由不同网络适配器上的若干连接来连接到同一目的地主机，由此在与现有网络基础设施交互的源主机和目的地主机之间创建可靠的有效数据连接。因此，MPTCP使得能够通过若干网络接口建立和使用同一TCP连接。典型的使用情况包括：经由Wi-Fi卸载4G网络(或“长期演进”LTE，即第四代无线服务的全球标准)，这使得当终端在公共Wi-Fi接入点(或“热点”)的无线电范围内时可以使用该接入点，并且只要终端不再处于范围之内就可以独占地无缝切换回4G网络。另一应用是服务器的若干链路(例如，两条以太网电缆)的无缝共享。
对于应用而言，MPTCP的兴趣实际上是完全无缝的。与根据IEEE 802.3ad LACP(“链路聚合控制协议”)协议使用链路聚合对以太网信道进行连接不同，例如，多路径TCP可以通过多个接口平衡一个且单个TCP连接。客户侧和服务器侧上的实现都足以使其成为可能。在2013年1月，IETF在RFC 6824中发布了多路径TCP规范作为暂行标准。
GRE好像是一种隧道协议，它使得网络层的任何分组能够被封装。原始分组是最终分组的净荷。例如，对数据进行加密的隧道服务器可以通过互联网使用GRE来保护虚拟专用网络。GRE协议对应于IPv4分组的IP报头中的“协议”字段中的代码47或者IPv6分组的最后报头的“下一个报头”字段。
所有这些技术都需要在核心网络中部署聚合点，以便在网络中从每个聚合链路分别接收的子流中恢复数据流。
目前仍在研究中的链路聚合概念的一种新应用将包括：使用无线电范围内的同一接入提供商的另一CPE的公共Wi-Fi热点来将符合聚合条件的附加WAN链路添加到确定的CPE中。为了增加其吞吐量，该CPE可以由此将其Wi-Fi切换到站点模式，以连接到范围内的另一CPE的公共Wi-Fi，并且因此利用后者的带宽。而且这样，尽管它本身仍在为公共Wi-Fi广播其自己的接入点。
但是，如果两个CPE都实现此技术，则可能存在产生环路的问题。
例如，为了利用链路聚合，第一CPE经由公共Wi-Fi将分组发送到第二CPE。第二CPE应该将其路由到WAN。但是，如果它也实现链路聚合技术，并且通过在其执行的可用算法中应用了链路选择算法，则它可以选择去往第一CPE的公共Wi-Fi。在这种情况下，第一CPE接收到它自己的分组。这样就产生了环路，它有两个缺点。首先，取决于在每个CPE中执行的链路选择算法，该环路可以继续X次，这引入了延迟或者甚至分组丢失以及无用的Wi-Fi负载。其次，当今的技术MPTCP、GRE向每个分组添加报头以执行绑定，从而导致MTU(“最大传输单元”)减少并导致IP分段。添加无用的封装放大了这个问题。
存在防止在网络中形成环路的不同协议，诸如STP(“生成树协议”)和第2层LACP(“链路聚合控制协议”)或OSPF(“开放式最短路径优先”)、IS-IS(“中间系统到中间系统”)、BGP(“边界网关协议”)、EIGRP(“增强型内部网关路由协议”)、DSDV(“目的地序列距离矢量”)和第3层Babel。此外，还存在防止网络中的环路的技术。例如，网桥将永远不在它接收分组的接口上转发该分组。但是，这些协议和这些技术不能作为混合路由选择的一部分来处理环回问题。
发明内容
本发明使得可以解决由链路聚合或“绑定”造成的问题，该问题是在客户和目的地CPE都实现该技术的情况下产生环路。
本发明旨在消除或至少减轻现有技术的全部或部分上述缺陷。
为此，本发明的第一方面提供了一种用于将从第一网络装备接收的数据路由到第二网络装备中的方法，所述第一网络装备和所述第二网络装备中的每一个包括链路聚合引擎，该链路聚合引擎通过使用相同的聚合规则来实现链路聚合技术，以从所述网络装备中的链路聚合所涉及的至少第一输出链路和第二输出链路中选择一个，其中具有：
-到其他网络装备的输出链路；和
-能够到达所述网络中的聚合点的至少一个其他输出链路，
所述方法包括在所述第二网络装备中实现的以下步骤：
i.接收来自所述第一网络装备的数据；
ii.基于数据中存在的标记，检测数据是否已经在所述第一网络装备中或在所述第一网络装备上游经历了链路聚合操作；并且然后，
iii.如果数据还没有经过链路聚合，则从所述第二网络装备中的链路聚合所涉及的所述第二网络装备的所有输出链路中选择输出链路，或者如果数据已经经历了链路聚合，则从除了到所述第一网络装备的输出链路之外的所述第二网络装备中的链路聚合所涉及的所述第二网络装备的所有输出链路中选择输出链路；以及，
iv.通过所选择的输出链路传输数据。
有利地，根据本发明的方法使得能够克服现有技术的上述问题。
实施例包括：如果所述第二网络装备包括除了到所述第一网络装备的输出链路之外的一个以上输出链路，则使用所述第二网络装备的聚合引擎来选择所述第二网络装备的输出链路。
在一些实现中，还可以规定，如果所述第二网络装备除了到所述第一网络装备的输出链路之外仅包括单个输出链路，则传输数据的步骤包括直接通过除了到所述第一网络装备的输出链路之外的所述单个输出链路传输数据，而不使用所述第二网络装备的聚合引擎。
当所述第一网络装备和所述第二网络装备使用MPTCP协议进行链路聚合时，检测数据是否已经在所述第一网络装备中或在所述第一网络装备上游经历了链路聚合操作可以例如包括：测试“多路径TCP”TCP 30选项在所述第二网络装备中接收到的数据中的存在。
可替换地，当所述第一网络装备和所述第二网络装备使用GRE隧道进行链路聚合时，检测数据是否已经在所述第一网络装备中或在所述第一网络装备上游经历了链路聚合操作包括：测试从所述第一网络装备接收到的数据中包括的IPv4数据分组的IP报头中的“协议”字段或IPv6数据分组的最后报头中的“下一个报头”字段是否等于47。
在以上两个实施例的情况下，检测数据是否已经在所述第一网络装备中或在所述第一网络装备上游经历了链路聚合操作还可以包括：检查数据进入所述第二网络装备所通过的接口，以消除与以下事实有关的限制：在链路聚合之外的另一情境中，可以在所述第一网络装备中或在所述第一网络装备上游分别使用MPTCP或GRE。
在其他实施例中，检测数据是否已经在所述第一网络装备中或在所述第一网络装备上游经历了链路聚合操作可以包括：将从所述第一网络装备接收到的数据中包括的数据分组的目的IP地址与所述数据网络的多个聚合点的相应IP地址的列表中包含的IP地址进行比较。
仍在其他示例中，检测数据是否已经在所述第一网络装备中或在所述第一网络装备上游经历了链路聚合操作可以包括：还测试所述第二网络装备已知的所述第一网络装备和/或在所述第一网络装备上游的另一设备的标识符，数据在到达所述第二网络装备之前经过所述另一设备。
例如，所述第一网络装备的标识符包括所述网络中的物理地址，该物理地址对于所述第一网络装备是唯一的，并且对于所述第二网络装备而言是静态已知的或者因为通过所述网络的管理协议将其传送给所述第二网络装备而是已知的，并且测试标识符然后可以包括：与所述第二网络装备已知的物理地址的间隔进行比较。
在其他实施例中，其中经由所述第二网络装备的Wi-Fi IEEE 802.11接口从所述第一网络装备接收数据，检测数据是否已经在所述第一网络装备中或在所述第一网络装备上游经历了链路聚合操作可以包括：还测试探测请求类型帧的属性号26中的特定值。
最后，当所述第二网络装备充当对于所述第一网络装备的DHCP服务器并且由所述第二网络装备经由公共Wi-Fi网络接收数据时，检测数据是否已经在所述第一网络装备中经历了链路聚合操作可以包括：测试当数据在所述第一网络装备中受到链路聚合时由所述第一网络装备(CPE1)插入的、具有所述第一网络装备和所述第二网络装备已知的预定义值的DHCP选项。
在第二方面，本发明涉及一种用于将从第一网络装备接收的数据路由到第二网络装备中的设备，所述第一网络装备和所述第二网络装备中的每一个包括链路聚合引擎，该链路聚合引擎通过使用相同的聚合规则来实现链路聚合技术，以从所述网络装备中的链路聚合所涉及的至少第一输出链路和第二输出链路中选择一个，其中具有：
-到其他网络装备的输出链路；和
-能够到达网络中的聚合点的至少一个其他输出链路，
所述设备在所述第二网络装备中包括：
i.用于接收来自所述第一网络装备的数据的装置；
ii.用于基于数据中存在的标记来检测数据是否已经在所述第一网络装备中或在所述第一网络装备上游经历了链路聚合操作的装置；以及然后，
iii.用于如果数据还没有经历链路聚合，则从所述第二网络装备中的链路聚合所涉及的所述第二网络装备的所有输出链路中选择输出链路，或者如果数据已经经历了链路聚合，则从除了到所述第一网络装备的输出链路之外的所述第二网络装备中的链路聚合所涉及的所述第二网络装备的所有输出链路中选择输出链路的装置；以及，
iv.用于通过所选择的输出链路传输数据的装置。
在第三方面，本发明的另一目的还是一种住宅网关，其包括根据第二方面的设备。
在第四方面，本发明的又一目的是可直接加载到数字计算机的内部存储器中的“计算机程序”产品，其包括软件代码部分，当所述程序由计算机运行时，所述软件代码部分使所述计算机实现根据以上第一方面的方法的所有步骤。更特别地，计算机程序产品包括存储在包括处理器的机器可读存储介质上的一个或多个指令序列，当程序在存储介质中被读取并由处理器运行时所述指令序列适于执行根据本发明的第一方面的方法的所有步骤。
最后，本发明的第五方面涉及一种包括处理器(即计算机)的机器可读数据记录介质，其包括根据第四方面的程序。这样的记录介质可以是诸如CDrom或DVDrom之类的光学记录介质、诸如计算机硬盘之类的磁记录介质、诸如EPROM、EEPROM、DRAM存储器、闪存等等之类的电可读电子存储器。
附图说明
通过阅读以下描述，本发明的其他特征和优点将更清楚。以下描述纯粹是说明性的并且应该结合附图进行阅读，在附图中：
-图1是示出了示例性住宅网关的框图，该住宅网关例如实现了用于家庭网络和互联网之间的通信的两个链路的聚合；
-图2A-图2C图示出了当在链路聚合范围内的数据可以到达也实现了链路聚合的另一住宅网关时数据可以在图1的住宅网关和互联网之间遵循的不同路径；
-图3A-图3D是图示出了可能导致在诸如图1的住宅网关之类的两个或更多住宅网关之间形成环路的不同配置的示意图；
-图4是具有两个以上符合链路聚合条件的链路的另一示例性住宅网关的简化示意图；以及，
-图5是图示出了路由方法的实施例的步骤示图。
具体实施方式
在下面的实施例的描述中以及在附图中，相同或相似的元件具有相同的附图标记。
如引言中所阐述的，不同的技术在网络的装备(例如交换机或路由器)之间或装置(例如计算机)与网络之间使用链路聚合的概念，尤其是为了将吞吐量增加超过利用单个链路所达到的限制。这些现有技术可以在OSI模型的三个较低层中的每个层中实现。
例如，在网络的两个路由器之间经由“信道绑定”聚合物理以太网链路，OSI模型的网络层仅将其视为单个通信逻辑信道。通过共享若干链路(例如，两条以太网电缆)来无缝地连接计算机与服务器，给出了另一示例。根据另一示例，在无线网络上，装备可以将若干频率范围组合成单个更扩展的频率范围。因此，例如，在IEEE 802.11n中，定义了具有在40MHz上扩展的频率范围的操作模式。该单个信道使用两个相邻的20MHz频带(即两个载波)。然后术语载波聚合也被使用。另一示例是移动终端(例如，移动电话或平板电脑)内的4G链路和Wi-Fi链路的聚合。同样，在住宅网关(机顶盒)内，订户的移动终端到这两种服务的诸如以太网链路之类的DSL链路和诸如3G/4G链路之类的无线电链路的聚合是已知的。
当两个装备在彼此的无线电范围内时，经由在这两个装备之间建立的Wi-Fi连接，同一互联网接入提供商的两个订户的两个住宅网关的两个DSL链路的聚合可以被视为上述示例的新扩展。可预期的使用情况是，当两个这样的机顶盒分别被安装在两个相邻的建筑物(例如，两个房屋)中，并且每个机顶盒都具有连接到互联网网络服务器的以太网链路时，这两个机顶盒在彼此的无线电范围内，以使得它们可以经由Wi-Fi通信。然后，经由两个机顶盒之间的Wi-Fi连接，可以将订户之一的以太网链路与他/她的邻居之一进行聚合。
然而，如在本说明书的引言中所描述的，在可能被扩展到彼此范围内的两个以上住宅网关的这种情境中，如果不采取预防措施，则已经确定了产生环路的风险。本发明的实施例提供了一种用于消除或至少降低该风险的解决方案。
作为非限制性示例，下面将参考作为住宅网关(即机顶盒)的网络装备来给出本说明书。如今，住宅网关通过将家庭网络连接到互联网而充当重要的角色。这里所考虑的机顶盒各自都具有用于连接到对应用户的家庭网络即局域网(LAN)的接口。它们各自还具有一个或多个若干接口，其中至少一个接口用于与另一相似的机顶盒进行通信，并且至少一个其他接口用于与互联网或任何其他广域网(WAN)进行通信。
机顶盒的每个接口都是双向的：它具有输入链路和输出链路。从机顶盒的角度看，术语“输入”和“输出”此处是关于数据交换而使用。在数据上行链路(用于将数据从LAN传递到WAN)中，使用LAN接口的输入链路和WAN接口的输出链路。对于下行链路数据传递(从WAN到LAN)，则情况相反：使用WAN接口的输入链路和LAN接口的输出链路。
在非限制性示例中，至少一个接口具有第三方可自由访问的“开放”的至少一个链路(输入链路或输出链路，或两者)。机顶盒可以通过此接口的输入和输出链路来与类似的机顶盒进行通信。
特别地，它可以是到公共网络的链路，例如到无线网络的链路。
示例性无线网络特别是：
-公共或专业的移动电话网络，诸如GSM 3G/4G公共网络(LTE)；
-无线局域网(WLAN)，诸如Wi-Fi(802.11)或hiperLAN 2(“高性能无线电LAN2.0”)；或者甚至，
-称为WPAN的无线个人区域网，也被称为无线个人网或无线家庭网，具有几十米量级的短距离范围，诸如ZigBee(也被称为IEEE 802.15.4)或蓝牙(也被称为IEEE802.15.1)；
-等等。
但是，它也可以是可由第三方设备自由访问的物理链路(例如，有线链路)，诸如在房屋、建筑物或者甚至是街区的供电网络上的PLC(“电力线通信”)链路或其他(例如，参见IEEE 1901)。
而且，两个机顶盒之间的链路不一定在每种意义上都是向公共开放的链路。它可以是在决定共享其资源以访问诸如互联网之类的网络的两个订户之间建立的Wi-Fi链路，这些订户例如是居住在城镇或村庄同一街道或同一街区并为此目的而共享访问代码的两个邻居。而且，在由同一互联网接入提供商(IAP)提供的两个住宅网关之间在默认情况下可以定义两个网络装备之间通过Wi-Fi等的链路，可以将此视为无缝地扩展针对每个订户的服务质量(QoS)的可能性。
优选地，输入链路和输出链路至少是这样的“开放”链路。当然，应当理解，本发明不限于这些示例，而是可以被应用于具有数目大于或等于2的不同接口组合的任何类型的装备，其中有以太网、CPL、Wi-Fi、3G/4G接口等，只要它们提供可能经由两个设备之间的链路而聚合到互联网的相应链路，以增加每个设备(或这样的设备中的至少一个)例如在连接到互联网或另一广域网(WAN)时的吞吐量。
参考图1的示意图，这样的示例性住宅网关10(CPE)可以包括：用于与未表示出的局域网(LAN)通信的第一以太网接口11；用于与诸如互联网20之类的广域网(WAN)通信的第二以太网接口12；以及用于与其他类似设备进行无线通信的Wi-Fi接口13。在实现中，支持Wi-Fi的这些其他设备在它们处于无线电范围内时能够与网关10连接。
网关10实现链路聚合以经由网络20中某处的聚合点21来与所述网络20中的主机通信。更具体地，这里在两个相同或类似装备的相应以太网链路12之间使用这两个装备之间的Wi-Fi链路来实现链路聚合。更具体地，机顶盒10包括进行接收的聚合引擎15。应当注意，对于可能参与环路形成的所有装备部件，聚合点在系统上不是相同的。
在根据本发明实施例的用于路由数据的方法的实现的情境中，诸如图1中所示的网关10之类的网关可以因此直接经由以太网接口12来与网络10中的主机通信，但是也可以经由它通过Wi-Fi与之通信的另一相同或相似的网络装备的以太网接口来间接地与网络10中的主机通信。
实际上，诸如Wi-Fi之类的技术的出现为互联网用户提供了将其专用接入点转换为公共或至少共享热点的可能性。实际上，每个互联网用户都可以为其他互联网用户给出了使用其全部或部分带宽经由他/她的Wi-Fi网络来与互联网通信的可能性。个人的住宅网关因此可以成为向存在于无线电覆盖区域中的所有用户开放的Wi-Fi热点。某些互联网接入提供商(IAP)当前在其客户/订户的社区内促进这种可能性。他们将这视为用于通过汇集其中若干接入点来增加其每个订户的可用带宽的手段。住宅网关需要的容量必然随着多媒体数据业务的增加、云应用的增长以及访问吞吐量的增加(有时超过100Mbit/s)而增长。这种增加的复杂性导致技术问题的发生率更大，这导致服务提供商的成本增加，尤其是在现场干预的情况下。
在这种情境中，本发明提供了一种针对该问题的解决方案，该问题包括当被聚合的链路是两个网络装备(CPE)的链路时的环路形成风险，这两个网络装备利用至少两个链路实现了链路聚合：
-到其他网络装备的输出链路，诸如图1的装备10的接口13(Wi-Fi接口)的输出链路L1；和
-至少一个其他输出链路，诸如图1的装备10的接口12(WAN接口)的输出链路L2，其能够到达网络20中的聚合点，诸如图1的聚合点21。
图2A-图2C将数据在第一住宅网关CPE1和第二住宅网关CPE2之间可以遵循的不同路径图示为图1中的一个附图，当每个住宅网关都具有到互联网的直接输出链路、经由其他网关到达互联网的另一输出链路时，均实现了链路聚合。例如，这可以是位于附近的住宅网关的公共Wi-Fi客户的情况。
最后一条链路可能是导致环路的原因，现在将对此进行阐述。实际上，如果实现链路聚合的设备的输出链路的目的地是这样的设备：该设备也可以利用到互联网的直接链路以及仅通过源设备间接到达互联网的另一链路来执行链路聚合，则此输出链路可能是环路产生的原因。
在图2A-图2C中，用粗线表示数据到达互联网中的聚合点所采取的路径。
参考图2A的示意图，网关CPE1的聚合引擎可以决定仅使用输出链路L2，即WAN以太网接口的输出链路，以直接到达互联网20中的聚合点21。在这种情况下，不存在环路形成的风险。
在图2B的情况下，网关CPE1的聚合引擎决定不仅使用输出链路L2，即，WAN以太网接口的输出链路，而且使用输出链路L1，即，使其能够直接地到达互联网20中的聚合点21的链路，即经由另一网关CPE2的以太网链路。换句话说，网关CPE1的输出链路L1和L2被聚合。在这种情况下，存在形成环路的风险。事实上，这完全取决于网关CPE2的链路的聚合引擎这次做出的决策。在所表示出的示例中，仅网关CPE2的输出链路L2——即WAN以太网接口的输出链路，被用来从网关CPE2直接到达互联网20中的聚合点21。在这种情况下，不会形成环路。住宅网关CPE1和CPE2中的每一个的输出链路L2的聚合分别进行得很好。
但是，另一方面，在图2C中所表示出的情况下，形成了环路。实际上，在此示例中，由网关CPE1的聚合引擎做出的聚合决策与图2B中所阐述且如上所述的情况相同。但是，网关CPE2的聚合引擎转而做出决策这次不仅使用输出链路L2，即WAN以太网接口的输出链路，而且还要使用输出链路L1，即，使其间接到达互联网20中的聚合点21的链路，也就是经由网关CPE1的以太网链路。由于网关CPE1得到了它发送到网关CPE2的数据，因此形成了环路。无论随后由机顶盒CPE1和CPE2的聚合引擎做出的聚合决策如何，都存在与该环路相关联的缺点。在最坏的情况下，即使连续N次做出相同的决策，数据也会在机顶盒CPE1和机顶盒CPE2之间循环N次。这导致了延迟的增加以及传输IP数据的净荷的“开销”。由于TCP数据分组的报头的扩展(在MPTCP的情况下)，或者由于连续的封装(在GRE的情况下)，这种“开销”可能很显著。
所提供的实施例防止了这种情形发生，或者至少基本上限制了这种情形的风险。
根据这些实现，不同的网络装备(CPE)通过遵循相同的聚合规则来实现链路聚合。更具体地，它们相应的聚合引擎使用相同的聚合规则。如果网关CPE1和CPE2都是由给定互联网接入提供商(IAP)为其订户提供的同一产品，则通常是这种情况。
当装备(CPE)具有其可连接的若干其他相似设备时，CPE可以选择一个设备(或若干设备，如果可能的话)以与其连接。阐述用于这样做的标准将超出本说明书的范围。然而，本领域的技术人员将理解，选择使得能够将带宽最大化的(一个或多个)设备是优选的。实施例应用聚合引擎做出的任何选择。
图3A-图3D是图示出了可能导致诸如图1的住宅网关之类的两个或更多住宅网关之间形成环路的不同配置的示意图。
图3A的情况对应于以上参考图2A-图2C描述的情况。它实现了两个机顶盒CPE1和CPE2。
在图3B和图3C的情况下，涉及第三机顶盒CPE3。然后仅在两个机顶盒之间形成环路，即如图3B中所表示出的机顶盒CPE1和CPE2。但是也可以形成包括三个机顶盒CPE1、CPE2和CPE3的环路，如图3C中所表示出的。
最后，在图3D的情况下，形成包括四个机顶盒CPE1、CPE2、CPE3和CPE4的环路。不言而喻，取决于这四个机顶盒中的每一个的相应聚合引擎所做出的决策，还可以存在其他更复杂的环回配置。当涉及更多机顶盒时也是如此。
只要在每个涉及的机顶盒中实现本发明，本发明就解决了与所有上述配置相关联的技术问题。为此，“CPE1”和“CPE2”的角色轮流由不同的网络装备承担。
此外，本领域技术人员将理解，如果在到目前为止参考图2A-图2C和图3A-图3D所阐述的示例中，对于每个机顶盒CPE1和CPE2，存在两个符合聚合条件的输出链路，则这是最小值。实际上，可以存在更多的符合聚合条件的输出链路，对此没有限制。可以存在可能产生环路的其他链路(若干链路，诸如链路L1)和/或直接连接到互联网或连接到不执行链路聚合的设备的链路(诸如链路L2)。
因此，图4是具有两个以上符合链路聚合条件的输出链路的另一示例性住宅网关10的简化示意图。在所表示出的示例中，例如存在数目为n的输出链路Li，其中i是在1和n之间的索引。这些链路L1至Ln使得机顶盒10能够直接或经由其他机顶盒或其他装备间接地连接到互联网。在所表示出的示例中，链路L0是输入链路，机顶盒10通过该输入链路连接到订户的家庭网络(LAN)。
参考图5的步骤图，根据实施例的用于对信息进行路由的方法包括以下步骤，这些步骤在图2A-图2C的第二网络装备CPE2中被实现，并且例如，更具体地，在该设备的聚合引擎15中被实现。
在步骤51中，机顶盒CPE2从机顶盒CPE1接收数据。在示例性应用中，这些数据包括UDP数据分组。但是，在其他应用中，它们可以包括连接或数据流。在与图4中所表示出的通用机顶盒10的n个输出链路Li(i在1和n之间)相对应的所有n个接口中，经由确定等级i0的接口接收数据。
在步骤52中，基于数据中存在的标记，检测在步骤51中接收的数据是否已经在机顶盒CPE1中或其上游经历了链路聚合操作。
术语“上游”在本文中是指来自源主机的数据路径，该源主机首先发出数据，并且作为一个(或多个)先前路由操作的一部分，可以直接或间接地(即，经由其他网络装备)将其传输到机顶盒CPE1。实际上，机顶盒CPE1不一定是数据传输起源处的主机，而可能只是网络20中的源主机和目的主机之间的传输节点。
术语“标记”继而是指对事实进行标记的数据中存在的信息，即，其指示数据已在传输链中的机顶盒CPE2上游——在数据从此处直接到达的机顶盒CPE1中或在机顶盒CPE1的上游——经历了链路聚合。取决于所涉及的实现，标记的这种通用概念是指各种现实。
特别地，如果针对如图5中所表示出的示例中的链路聚合使用了MPTCP协议，那么互联网分配号码授权机构(IANA)为此目的所保留的TCP选项字段30将出现在由机顶盒CPE2接收的数据中。然后，步骤52包括测试该选项字段在所接收的数据中的存在。如果使用的是GRE协议，那么在接收到的数据中要搜索的标记对应于IPv4数据分组的IP报头的“协议”字段中或IPv6数据分组的最后报头的“下一个报头”字段中的代码47。其他示例将在后面给出。
在所有实现中，取决于步骤52的测试结果，则存在两种情况用于由机顶盒CPE2的聚合引擎15选择输出链路LOUT。
如果数据尚未经历链路聚合，那么在步骤53中，引擎15从该设备中的链路聚合所涉及的机顶盒CPE2的所有输出链路中选择输出链路LOUT。在图5中所表示出的示例中并且针对根据图4的机顶盒CPE2，它们都是输出链路Li的链路n，其中i取1和n之间的所有索引值。换句话说，从聚合所涉及的机顶盒CPE2的所有输出链路L1至Ln(包括机顶盒CPE2经由其接收数据的接口的链路Li0)中，选择输出链路LOUT。
否则，即如果数据已经经历了链路聚合，那么在步骤54中，从该网络装备中的链路聚合所涉及的机顶盒CPE2的所有输出链路(除了数据来源的机顶盒CPE1的输出链路Li0之外)中选择输出链路LOUT。由于在这两个机顶盒CPE1和CPE2中实现了链路聚合，所以因此显著降低了环路形成的风险。如果只有到机顶盒CPE1的链路Li0是作为公共Wi-Fi接口的链路的开放链路(例如，无线电链路)，而所有其他输出链路L1，…，Li0-1，Li0+1，…，Ln是直接实现直接到达网络20中的聚合点21的链路，则这特别有效。这是在这里主要考虑的实施例中的情况，诸如以上参考图1和图2A-图2C所描述的。实际上，在这些示例中，机顶盒CPE2到机顶盒CPE1的链路Li0-1是被标示为L1的Wi-Fi链路，并且在步骤52中检测到的先前链路聚合的情况下选择的输出链路是被标示为L2的WAN链路，其使得能够直接到达互联网20中的聚合点21。
在步骤55中，数据路由以在步骤53或步骤54中(如果适用的话)选择的输出链路LOUT上传输数据而结束。
在大多数实现中，尤其是如果机顶盒CPE2包括除了到机顶盒CPE1的输出链路Li0以外的一个以上输出链路L1，…，Li0-1，Li0+1，…，Ln(因此，n大于或等于3)，则机顶盒CPE2的聚合引擎15被用来选择该网络装备的输出链路。
然而，当n等于2时，使得机顶盒CPE2仅包括除了在步骤51中接收的数据所来自于的到机顶盒CPE1的输出链路L1(即，在该示例中，通过其接收数据的接口的链路Li0是链路L1)之外的单个输出链路L2，那么传输数据的步骤65包括通过除了到机顶盒CPE1的输出链路L1之外的所述单个输出链路L2直接传输数据，而不使用机顶盒CPE2的聚合引擎15。实际上，然后知道为了避免环路形成，可以只通过该其他单个链路L2传输数据。
如上面已经提及的，当机顶盒CPE1和机顶盒CPE2使用MPTCP协议进行链路聚合时，检测52数据是否已经在机顶盒CPE1中或在其上游经历了链路聚合操作包括：测试“多路径TCP”TCP 30选项在由机顶盒CPE2接收到的数据中的存在。
在也已经提到的替代方案中，当机顶盒CPE1和机顶盒CPE2使用GRE隧道进行链路聚合时，检测52数据是否已经在机顶盒CPE1中或在其上游经历了链路聚合操作包括：测试从机顶盒CPE1接收到的数据中包括的IPv4数据分组的报头中的“协议”字段(或者，如果需要，IPv6分组的最后报头的“下一个报头”字段)。更具体地，测试此字段是否等于47。
作为上述两种情况的替代或补充，测试步骤52可以包括测试数据中的其他标记，这些其他标记指示这些数据已经在机顶盒CPE2的上游经历了链路聚合。
例如，检测52数据是否已经在机顶盒CPE1中或在其上游经历了链路聚合操作还可以包括：检查数据通过其进入机顶盒CPE2的接口。这使得可以消除与以下事实有关的限制：在链路聚合之外的另一种情境中，可以分别在机顶盒CPE1中或在其上游分别使用MPTCP或GRE。
在另一示例中，检测52数据是否已经在机顶盒CPE1中或在其上游经历了链路聚合操作包括：将包括在从机顶盒CPE1接收的数据中的数据分组的目的地IP地址与包含在聚合点21的IP地址列表中的IP地址进行比较，当然假定这些地址是机顶盒CPE2已知的。
在另一示例中，检测52数据是否已经在机顶盒CPE1中或在其上游经历了链路聚合操作包括：还测试(即，除了针对MPTCP测试“多路径TCP”TCP 30的存在或者针对GRE测试从机顶盒CPE1接收到的数据中包括的IPv4数据分组的IP报头中的“协议”字段或IPv6分组的最后报头的“下一个报头”字段是否等于47之外)机顶盒CPE2、机顶盒CPE1和/或该机顶盒CPE1上游的另一设备(数据在到达机顶盒CPE2之前通过的设备)已知的标识符。
机顶盒CPE1的标识符可以包括机顶盒CPE2已知的并且在网络中对于所述第一网络装备是唯一的物理地址，例如其MAC(“媒体访问控制”)地址。它可以是静态已知的，或者因为通过网络的管理协议(诸如TR-069协议或SNMP(“简单网络管理协议”)协议)将其传送到机顶盒CPE2而是已知的，其中该管理协议是使得网络管理员能够远程地管理网络的装备、监督和排除网络和硬件问题的通信协议。
在一个示例中，然后，测试52可以基于已知的MAC地址的间隔，例如基于指定制造商的MAC地址的前三个字节，即由IEEE管理的OUI(“组织唯一标识符”)组织的标识符，来确保MAC地址号的唯一性。
本领域技术人员将理解，上述示例可以彼此组合，以便给出关于数据是否已经经受了先前链路聚合的更可靠检测。
现在将描述可以在CPE1和CPE2设备之间的链路中使用的检测步骤62的一个实施例，该链路是公共Wi-Fi链路。
802.11系列协议操作在OSI模型的第2层上，并提供三种类型的帧的无线传输：
-帮助递送数据帧的控制帧；
-被用于建立和维护Wi-Fi通信的管理帧；以及，
-确保净荷的实际传送的数据帧。
Wi-Fi客户发送探测请求子类型的管理帧，以确定可到达哪些接入点或AP。并且AP向客户回答有关其能力的信息，诸如网络名称(SSID)、支持的吞吐量、AP的名称和制造商等。
这就是为什么在装备CPE2经由公共Wi-Fi接口接收数据的实施例中，可以规定，设备CPE1在其使用链路聚合时将唯一标识符添加到数据中。例如，该唯一标识符可以是802.11探测请求中的“供应商特定”标签，其值对于设备CPE1和设备CPE2都是已知的。当设备CPE2从CPE1接收到带有议定值的“供应商特定”标签的探测请求时，它将从设备CPE1接收数据(例如，基于其MAC地址)关联到来自该设备的所有数据已被聚合的事实。
最后一个实施例应用于在公共Wi-Fi中装备CPE2充当对于装备CPE1的DHCP(“动态主机配置协议”)服务器的情况。请注意，DHCP(动态主机配置协议)是一种网络协议，其作用是确保站点或机器的IP参数的自动配置，特别是通过向其自动分配IP地址和子网掩码。
这就是为什么如果在公共Wi-Fi中装备CPE2充当相关于装备CPE1的DHCP服务器，那么装备CPE1可以经由DHCP选项(例如带有CPE1和CPE2已知的预定义值的“供应商类别标识符”选项60)指示：它已经执行了聚合。因此，设备CPE2可以将来自CPE1的所有数据关联到它们已被聚合的事实。
在可能的实施例中，已经在附图中以及在本详细描述中描述和说明了本发明。然而，本发明不限于所阐述的实施例。本领域技术人员在阅读本说明书和附图时可以推导和实现其他替代方案和实施例。
在权利要求中，术语“包括”或“包含”不排除其他元件或其他步骤。可以使用单个处理器或若干其他单元来实现本发明。可以有利地彼此组合所阐述和/或要求保护的不同特征。它们在说明书中或在不同的从属权利要求中的存在不排除这种可能性。附图标记不应被理解为限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于将从第一网络装备(CPE1)接收到的数据路由到数据网络(20)的第二网络装备(CPE2)中的方法，所述第一网络装备和所述第二网络装备中的每一个包括链路聚合引擎(15)，该链路聚合引擎(15)通过使用相同的聚合规则来实现链路聚合技术，以从所述网络装备中的链路聚合所涉及的至少第一输出链路和第二输出链路(L1，L2)中选择一个，其中具有：
-到其他网络装备的输出链路(L1)；和
-能够到达所述数据网络(20)中的确定聚合点(21)的至少一个其他输出链路(L2)，
所述方法包括在所述第二网络装备(CPE2)中实现的以下步骤：
i.接收(51)来自所述第一网络装备(CPE1)的数据；
ii.基于数据中存在的标记，检测(52)数据是否已经在所述第一网络装备(CPE1)中或在所述第一网络装备(CPE1)上游经历了链路聚合操作；并且然后，
iii.如果数据还没有经历链路聚合，则从所述第二网络装备中的链路聚合所涉及的所述第二网络装备(CPE2)的所有输出链路中选择(53)输出链路(LOUT)，或者，如果数据已经经历了链路聚合，则从除了到所述第一网络装备(CPE1)的输出链路(Li)之外的所述第二网络装备中的链路聚合所涉及的所述第二网络装备(CPE2)的所有输出链路中选择(54)输出链路(LOUT)；以及，
iv.通过所选择的输出链路(LOUT)传输(55)数据。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：如果所述第二网络装备包括除了到所述第一网络装备(CPE1)的输出链路(Li)之外的一个以上输出链路(L1，…，Li-1，Li+1，…，Ln)，则使用所述第二网络装备(CPE2)的聚合引擎(15)来选择所述第二网络装备的输出链路。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述第二网络装备(CPE2)除了到所述第一网络装备(CPE1)的输出链路(L1)之外仅包括单个输出链路(L2)，则传输数据的步骤(55)包括直接通过除了到所述第一网络装备的输出链路(L1)之外的所述单个输出链路(L2)传输数据，而不使用所述第二网络装备(CPE2)的聚合引擎(15)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一网络装备(CPE1)和所述第二网络装备(CPE2)使用MPTCP协议进行链路聚合，检测(52)数据是否已经在所述第一网络装备(CPE1)中或在所述第一网络装备(CPE1)上游经历了链路聚合操作包括：测试“多路径TCP”TCP 30选项在所述第二网络装备(CPE2)中接收到的数据中的存在。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一网络装备(CPE1)和所述第二网络装备(CPE2)使用GRE隧道进行链路聚合，检测数据是否已经在所述第一网络装备(CPE1)中或在所述第一网络装备(CPE1)上游经历了链路聚合操作包括：测试从所述第一网络装备接收到的数据中包括的IPv4数据分组的IP报头中的“协议”字段或IPv6数据分组的最后报头中的“下一个报头”字段是否等于47。
6.根据权利要求4至5中任一项所述的方法，其中，检测数据是否已经在所述第一网络装备(CPE1)中或在所述第一网络装备(CPE1)上游经历了链路聚合操作还包括：检查数据进入所述第二网络装备(CPE2)所通过的接口，以消除与以下事实有关的限制：在链路聚合之外的情境中，可以在所述第一网络装备(CPE1)中或在所述第一网络装备(CPE1)上游分别使用MPTCP或GRE。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，检测(52)数据是否已经在所述第一网络装备(CPE1)中或在所述第一网络装备(CPE1)上游经历了链路聚合操作包括：将从所述第一网络装备(CPE1)接收到的数据中包括的数据分组的目的地IP地址与所述数据网络(20)的多个聚合点的相应IP地址的列表中包含的IP地址进行比较。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，检测(52)数据是否已经在所述第一网络装备(CPE1)中或在所述第一网络装备(CPE1)上游经历了链路聚合操作包括：还测试所述第二网络装备(CPE2)已知的所述第一网络装备(CPE1)和/或在所述第一网络装备(CPE1)上游的另一设备的标识符，数据在到达所述第二网络装备(CPE2)之前经过所述另一设备。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一网络装备(CPE1)的标识符包括所述网络中的物理地址，该物理地址对于所述第一网络装备是唯一的，并且对于所述第二网络装备(CPE2)而言是静态已知的或者因为通过所述网络的管理协议将其传送给所述第二网络装备而是已知的，并且其中，测试标识符包括与所述第二网络装备已知的物理地址的间隔进行比较。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由于经由所述第二网络装备的Wi-Fi IEEE 802.11接口从所述第一网络装备接收数据，所以检测(52)数据是否已经在所述第一网络装备(CPE1)中或在所述第一网络装备(CPE1)上游经历了链路聚合操作包括：还测试探测请求类型帧的属性号26中的特定值。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由于所述第二网络装备(CPE2)充当对于所述第一网络装备(CPE1)的DHCP服务器，并且由所述第二网络装备经由公共Wi-Fi网络接收数据，所以检测(52)数据是否已经在所述第一网络装备(CPE1)中经历了链路聚合操作包括：测试当数据在所述第一网络装备中受到链路聚合时由所述第一网络装备(CPE1)插入的、具有所述第一网络装备和所述第二网络装备已知的预定义值的DHCP选项。
12.一种用于将从第一网络装备(CPE1)接收的数据路由到第二网络装备(CPE2)中的设备，所述第一网络装备和所述第二网络装备中的每一个包括链路聚合引擎(15)，该链路聚合引擎(15)通过使用相同的聚合规则来实现链路聚合技术，以从所述网络装备中的链路聚合所涉及的至少第一输出链路和第二输出链路(L1，L2)中选择一个，其中具有：
-到其他网络装备的输出链路(L1)；和
-能够到达网络(20)中的聚合点(21)的至少一个其他输出链路(L2)，
所述设备在所述第二网络装备(CPE2)中包括：
i.用于接收(51)来自所述第一网络装备(CPE1)的数据的装置；
ii.用于基于数据中存在的标记来检测(52)数据是否已经在所述第一网络装备(CPE1)中或在所述第一网络装备(CPE1)上游经历了链路聚合操作的装置；以及然后，
iii.用于如果数据还没有经历链路聚合，则从所述第二网络装备中的链路聚合所涉及的所述第二网络装备(CPE2)的所有输出链路中选择(53)输出链路(LOUT)，或者如果数据已经经历了链路聚合，则从除了到所述第一网络装备(CPE1)的输出链路(Li)之外的所述第二网络装备中的链路聚合所涉及的所述第二网络装备(CPE2)的所有输出链路中选择(54)输出链路(LOUT)的装置；以及，
iv.用于通过所选择的输出链路(LOUT)传输(55)数据的装置。
13.一种住宅网关(CPE2)，包括根据权利要求12所述的设备。
14.一种可直接加载到数字计算机的内部存储器中的“计算机程序”产品，其包括软件代码部分，当所述程序由计算机运行时，所述软件代码部分使所述计算机实现根据权利要求1至11中任一项所述的方法的所有步骤。
15.一种可由包括处理器的机器读取的数据记录介质，所述数据记录介质包括根据权利要求14所述的计算机程序。
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