CN112118178A - Ip网络中基于类别的流量工程 - Google Patents

Abstract

本公开涉及IP网络中基于类别的流量工程。描述了用于IP网络中基于类别的流量工程的技术。例如，IP网络的路由器可以使用链路状态协议(例如，IGP)建立一条或一条以上受限流量工程路径，而不使用信令协议，例如，RSVP或SPRING，也不通过MPLS封装分组。例如，该IP网络的出口路由器可以接收能力消息，能力消息指定路由器计算到该出口路由器的受限路径的能力，其中，能力消息包括路径计算信息，路径计算信息包括将由多个网络装置中的一个或一个以上网络装置使用以到达该出口网络装置的路径计算算法的标识符。出口路由器可以通告可达性消息，可达性消息包括目的地IP前缀和路径计算算法的标识符，以使得IP网络中的路由器计算到达出口路由器的受限路径。

Description

IP网络中基于类别的流量工程

本申请要求2019年6月21日提交的美国临时专利申请号62/864,851的权益，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开涉及计算机网络，并且更具体地，涉及计算机网络内的工程流量。

背景技术

计算机网络是交换数据和共享资源的互连计算装置的集合。在基于分组的网络(例如，互联网)中，计算装置通过将数据分成称为分组的小块来传送数据，这些小块通过网络从源装置单独路由到目的地装置。目的地装置从分组中提取数据，并将数据组装成原始形式。

网络中的某些装置(称为路由器)使用路由协议来交换和累积描述网络的拓扑信息。这允许路由器构建自己的网络路由拓扑图。一旦接收到输入数据分组，路由器检查分组中的信息，并根据累积的拓扑信息转发分组。

在一些示例中，路由器可以实现一个或一个以上流量工程协议，以建立用于通过选定路径转发分组的隧道。例如，多协议标签交换(MPLS)是一种用于根据网络中路由器维护的路由信息来设计互联网协议(IP)网络中流量模式的机制。通过利用MPLS协议，例如，具有流量工程扩展的资源预留协议(RSVP-TE)或具有流量扩展的网络中的源分组路由(SPRING)(SR-TE)，路由器可以分发与目的地相关联的标签，以使用预先添加到流量的标签，沿着特定路径通过网络将流量转发到目的地装置，即标签交换路径(LSP)。RSVP-TE或SR-TE可以使用带宽可用性等约束信息来计算路径，并沿网络中的路径建立LSP。RSVP-TE或SR-TE可以使用由内部网关协议(IGP)链路状态路由协议累积的带宽可用性信息，例如，中间系统-中间系统(IS-IS)协议或开放最短路径优先(OSPF)协议。在一些配置中，路由器也可以通过一个IP基础设施连接，在这种情况下，可以在路由器之间使用IP中的IP(IP-in-IP)或通用路由封装(GRE)隧道或其他IP隧道。然而，这种流量工程机制对于在IP网络中实现流量工程有硬件要求或硬件限制。

发明内容

通常，描述了用于IP网络中基于类别的流量工程的技术。例如，IP网络的网络装置(例如，路由器)可以使用链路状态协议(例如，IGP)建立一条或一条以上受限流量工程路径，而不使用信令协议(例如，RSVP或SPRING)，也不通过MPLS封装分组。

在一个示例实现中，在IP网络中的路由器利用某些路径计算算法(PCA)通告其计算一条或一条以上路径(本文称为“受限路径”)的能力(capability)。例如，路由器通告指示其计算受限路径的能力的能力消息(例如，IGP消息)(在本文称为“能力消息”或“能力IGP消息”)。能力消息包括路径计算算法信息(称为“路径计算信息”)，例如，指定与受限路径相关联的特定类别数据流的流量类别、度量类型(例如，流量工程、IGP、延迟等)、目标函数(例如，最小化累积路径权重)和/或拓扑上的一个或一个以上路径约束(例如，从受限路径中排除的链路或节点)，用于计算到目的地的受限路径。在一些示例中，路由器可以替代地或另外通告流规范过滤器(例如，作为类型长度值(TLV))，以识别算法适用的特定类型的流。IP网络的出口路由器通告可达性消息(例如，IGP消息)，该可达性消息包括目的地IP前缀，通过该目的地IP前缀，IP网络的其他路由器可以到达出口路由器，并且包括例如流量类别(或流规范过滤器)，以指定IP网络的其他路由器到达出口路由器的方式。出口路由器通告包括流量类别或流规范过滤器的可达性消息，以请求该IP网络的其他路由器计算朝向目的地IP前缀的受限路径。

除了使用例如受限最短路径优先(CSPF)来计算默认IGP路径之外，能够计算与流量类别或流规范过滤器相关联的受限路径的路由器可以将路由器配置为将受限路径上的流量转发到目的地IP前缀。以这种方式，不是通过默认最短IGP路径发送数据分组，而是根据出口路由器的请求，IP网络的路由器可以沿着受限路径逐跳引导数据分组。

本文描述的技术可以提供实现实际应用的一个或一个以上技术优势。例如，通过在使用IGP的IP网络中提供基于类别的流量工程，IP网络的路由器可以使用约束来执行流量工程，而不使用需要新硬件或数据平面支持来提供流量工程的MPLS协议，例如，RSVP-TE和SR-TE。此外，本文描述的技术本身支持针对IPv4和IPv6的IP转发，并且因此避免使用仅支持IPv4或仅支持IPv6的流量工程机制。通过执行本文描述的技术的一个或一个以上方面，IP网络的路由器也可以避免使用对封装数量有限制并且不提供带宽保证的IP-in-IP或GRE隧道机制。

在本公开中描述的技术的一个示例中，一种方法包括由互联网协议(IP)网络的多个网络装置的出口网络装置从多个网络装置中的一个或一个以上接收能力消息，能力消息指定计算受限路径的能力，其中，能力消息包括路径计算信息，包括将由多个网络装置中的一个或一个以上使用以到达该出口网络装置的路径计算算法的标识符。该方法还包括由出口网络装置生成可达性消息，可达性消息请求建立到出口网络装置的受限路径，其中，可达性消息包括出口网络装置的目的地IP前缀地址和来自从能力消息接收的路径计算信息的标识符。该方法还包括由出口网络装置向IP网络的多个网络装置发送路由消息，以请求所述多个网络装置计算到达出口网络装置的受限路径。

在本公开中描述的技术的另一示例中，一种方法包括由互联网协议(IP)网络的多个网络装置的网络装置从多个网络装置的出口网络装置向IP网络的出口装置发送能力消息，其中，能力消息指定计算受限路径的能力，其中，能力消息包括路径计算信息，路径计算信息包括网络装置用来识别要计算的受限路径的路径计算算法的标识符。该方法还包括由网络装置接收可达性消息，可达性消息请求建立到出口网络装置的受限路径，其中，可达性消息包括出口网络装置的目的地IP前缀地址和来自路径计算信息的标识符，路径计算信息包括将由网络装置使用以到达该出口网络装置的路径计算算法的标识符。该方法还包括由网络装置使用可达性消息中包括的路径计算算法的标识符来计算受限路径。该方法还包括由网络装置将网络装置配置为将受限路径上的流量转发到出口网络装置。

在本公开中描述的技术的另一示例中，网络装置包括存储器。该网络装置还包括耦接到存储器的一个或一个以上处理器，其中，一个或一个以上处理器被配置为：从互联网协议(IP)网络的多个网络装置中的一个或一个以上接收能力消息，能力消息指定计算到IP网络的出口网络装置的受限路径的能力，其中，能力消息包括路径计算信息，包括将由多个网络装置中的一个或一个以上使用以到达该出口网络装置的路径计算算法的标识符。一个或一个以上处理器还被配置为生成可达性消息，可达性消息请求建立到出口网络装置的受限路径，其中，可达性消息包括出口网络装置的目的地IP前缀地址和来自从能力消息接收的路径计算信息的标识符。一个或一个以上处理器还被配置为向IP网络的多个网络装置发送路由消息，以请求多个网络装置计算到达出口网络装置的受限路径。

在附图和以下描述中阐述一个或一个以上示例的细节。从说明书和附图以及权利要求书中，本公开的其他特征、目的和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是示出根据本公开中描述的技术的一个或一个以上方面的示例网络系统的框图，其中，网络装置在IP网络中提供基于类别的流量工程；

图2是示出路由器执行本公开中描述的技术的各个方面的框图；

图3是示出根据本文描述的技术的一个或一个以上方面的在IP网络中基于类别的流量工程的示例操作的流程图；

图4是示出根据本公开中描述的技术的一个或一个以上方面的另一示例网络系统的框图，其中，网络装置在IP网络中提供基于类别的流量工程。

在附图和以下描述中阐述一个或一个以上示例的细节。从说明书和附图以及权利要求书中，其他特征、目的和优点将变得显而易见。

具体实施方式

图1是示出根据本公开中描述的技术的一个或一个以上方面的示例网络系统2的框图，其中，网络装置在互联网协议(IP)网络中提供基于类别的流量工程。在图1的示例中，网络14可以包括网络装置，例如，路由器12A-12F(统称为“路由器12”)，以在一条或一条以上链路(例如，链路18A-18H(统称为“链路18”))上建立一条或一条以上受限路径。

在一些示例中，网络14可以是服务提供商网络。例如，网络14可以表示由服务提供商(通常是私有实体)拥有和运营的一个或一个以上网络，这些网络提供一个或一个以上服务，以供客户网络6A-6B(统称为“客户网络6”)的客户或用户消费。在这种情况下，网络14通常是层3(L3)分组交换网络，其在公共网络(例如，互联网)和一个或一个以上客户网络6之间提供L3连接。通常，销售由服务提供商网络14提供的该L3连接，作为数据服务或互联网服务，并且客户网络6中的用户可以订阅该数据服务。网络14可以表示L3分组交换网络，该网络提供数据、语音、电视和任何其他类型的服务，以供用户购买并随后供用户在客户网络6中消费。在图1所示的示例中，网络14可以包括支持互联网协议的网络基础设施，并且在本文可以称为IP网络14。

客户网络6可以是局域网(LAN)、广域网(WAN)或包括多个用户和/或客户装置(未示出)的其他专用网络。在一些示例中，客户网络6可以包括同一客户企业的分布式网络站点。在其他示例中，客户网络6可以属于不同的实体。客户网络6内的用户和/或客户装置(未示出)可以包括个人计算机、膝上型计算机、工作站、个人数字助理(PDA)、无线装置、网络就绪设备、文件服务器、打印服务器或能够经由网络14请求和接收数据的其他装置。虽然在图1的示例中没有示出，但是网络系统2可以包括额外的服务提供商网络、客户网络和其他类型的网络，例如，接入网络、专用网络或任何其他类型的网络。

路由器12表示通过执行基于IP的转发(例如，封装IP地址和解封装IP地址)来通过网络14路由或转发流量的任何网络装置。典型地，路由器12表示L3分组交换装置，该装置在L3操作，以使用路由协议(例如，内部网关协议(IGP)或边界网关协议(BGP))交换描述网络14的当前拓扑的路由信息。路由器12然后处理该路由信息，通过网络14的拓扑表示选择路径，以到达所有可用的目的地，从而生成转发信息。换言之，路由器12将这些路径减少到所谓的“下一跳”，其识别要将去往特定目的地的分组转发到的接口，其中，转发信息包括该下一跳列表。路由器12然后将该转发信息安装在路由器的转发组件中，于是转发组件根据转发信息转发接收的流量。通常，转发组件可以是用于在路由器的接口之间转发分组的任何组件，例如，用转发表编程的转发电路或处理器。

在图1所示的示例中，路由器12可以建立一个或一个以上受限路径，例如，路径16A-16C(统称为“路径16”)。路由器12A可以表示路径16的入口路由器，并且路由器12D可以表示路径16的出口路由器。路由器12B、12C、12E和12F是沿着一条或一条以上路径(例如，路径16)的中间路由器或中转路由器。每条路径16可以表示沿着从入口路由器12A到出口路由器12D的路径的流量流动。路径16上发送的所有网络流量必须遵循已建立的路径。在图1的示例中，路径16A建立在链路18A、18F和18H上。路径16B建立在链路18D、18G和18H上。路径16C建立在链路18E和18H上。网络系统2的配置仅仅是一个示例。例如，网络系统2可以包括任意数量的中转路由器和路径。然而，为了便于描述，在图1的示例中仅示出了路由器12A-12F和路径16A-16C。

在一些示例中，可以基于约束信息来建立路径16。约束信息可以包括拓扑相关的约束，例如，排除的链路/节点、特定服务质量(QoS)或服务级别协议(SLA)组的颜色编码排除或包含(例如，特定节点或链路仅用于具有较高QoS或特定SLA的流量)等。在一些情况下，网络装置可以使用例如内部网关协议(IGP)链路状态协议，例如，中间系统-中间系统(IS-IS)协议或开放最短路径优先(OSPF)协议来通告约束信息，以配置约束路径。基于通告的约束信息，路由器在某些情况下可以使用通用路由封装(GRE)或IP-in-IP隧道协议建立路径，以基于通告的约束建立流量工程隧道。然而，实现IP-in-IP或GRE封装的网络装置受限于入口路由器可以推送以实现端到端受限路径的IP/GRE报头的数量(例如，基于沿着路径的路由器的数量)。例如，IP/GRE报头均占据特定数量的字节(例如，IP报头可以占据20字节；GRE封装中的IP可以占用24字节)。因为入口路由器会为要穿过流量的每台路由器推送一个IP/GRE报头，所以对于受限路径，每台路由器都需要额外的处理。此外，IP-in-IP或GRE封装不提供带宽保证，路由松散(这可能导致不希望的/意外的数据流)，并且可能隐藏中转路由器可以用来执行等价多路径(ECMP)散列的流标识符。

可选地，网络装置可以使用约束将MPLS用于流量工程。在这些示例中，网络装置使用具有流量工程扩展的资源预留协议(RSVP-TE)和具有流量扩展的网络中的源分组路由(SPRING)(SR-TE)来基于约束信息引导流量。然而，这种特定于MPLS的流量工程机制需要硬件和数据平面支持。例如，为了在IPv6数据平面(SRv6)上实现网段路由，网络装置必须具有能够支持网段路由报头(SRH)中编码的网段标识符(SID)的数量的硬件。类似地，为了在IPv6+(SRv6+)上实现网段路由，网络装置必须具有能够支持控制平面和数据平面扩展的硬件(例如，短SID到128位SID/v6地址的映射)。上述MPLS流量工程机制仅局限于IPv6，支持严格和松散路由，需要扩展现有控制平面来通告拓扑和服务SID，可能需要运营商的陡峭学习曲线(例如，对于传输SID、服务SID等的变化)，并且可能限于用于实现基于约束的路径的集中式带宽管理。

根据本文所述的技术，路由器12可以使用例如IGP(例如，IS-IS或OSPF)在IP网络中提供基于类别的流量工程，而不使用信令协议(例如，RSVP或SPRING)，在IP网络14中提供基于类别的流量工程。在图1所示的示例中，非出口路由器(例如，路由器12A、12B、12C、12E和12F中的任何一个)可以利用特定路径计算算法(PCA)来通告其计算一条或一条以上路径(本文称为“受限路径”)的能力。例如，路由器在拓扑上通告包括路径计算算法信息(称为“路径计算信息”)的能力消息(例如，IGP消息)，例如，指定与受限路径相关联的特定类别数据流的流量类别、度量类型、目标函数(例如，最小化累积路径权重)和/或一个或一个以上路径约束(例如，要从受限路径中排除的链路或节点)，用于计算到目的地的受限路径。

例如，路由器可以通告指定与路径计算算法相关联的特定类别数据流的流量类别(例如，用数字表示)。例如，路由器12A、12B和12C可以均通告包括与路径计算算法(例如，PCA1)相关联的流量类别(TC1)的能力消息，以计算受限路径16A(例如，低延迟受限路径)。类似地，路由器12A、12F和12C可以均通告包括与路径计算算法(例如，PCA2)相关联的流量类别(TC2)的能力消息，以计算受限路径16B(例如，彩色编码的受限路径)。可选地或另外，路由器可以包括作为类型长度值(TLV)的流规范过滤器(流规范)，以识别路径计算算法关联的特定类型的数据流(例如，来自特定源前缀的数据)。在P.Marques等人于2009年8月的征求意见5575“Dissemination of Flow Specification Rules”中描述流规范的其他示例，其全部内容在本文中通过引用结合于此。

度量类型可以包括流量工程度量、延迟、IGP度量等。在F.Le Faucheur等人于2004年5月的征求意见3785“Use of Interior Gateway Protocol(IGP)Metric as a secondMPLS Traffic Engineering(TE)Metric”中描述了IGP度量的额外示例，其全部内容通过引用结合于此。在S.Previdid,Ed.等人于2016年5月的征求意见7810“IS-IS TrafficEngineering(TE)Metric Extensions”中描述其他度量标准的其他示例，其全部内容通过引用结合于此。

路径约束可以包括拓扑相关的约束，例如，排除的链路/节点、特定服务质量(QoS)或服务级别协议(SLA)组的颜色编码排除或包含(例如，特定节点或链路仅用于具有较高QoS或特定SLA的流量)等。在一些示例中，出口路由器12D可以使用IGP来指定排除路由对象(XRO)，该对象识别要从计算路径中排除的某些链路/节点。在CY.Lee等人于2007年4月的征求意见4874“Exclude Routes-Extensions to Resource Reservation Protocol-TrafficEngineering(RSVP-TE)”中描述XRO的额外示例，其全部内容通过引用结合于此。在一些示例中，出口路由器12D可以使用IGP经由一系列32位映射来指定计算路径的资源相似性。在D.Awduche等人于2001年12月的征求意见3209“RSVP-TE:Extensions to RSVP for LSPTunnels”中描述资源相似性的其他示例，其全部内容通过引用结合于此。

在图1的示例中，PE路由器12A、12B和12C可以均发送包括路径计算信息的能力消息，以指示其计算低延迟路径的能力。在该示例中，PE路由器12A、12B和12C可以均发送包括与路径计算算法相关联的流量类别的能力消息，以计算低延迟路径，例如，受限路径16A。能力消息还可以包括度量类型，例如，延迟和其他约束(如果适用)。

出口路由器12D可以使用IGP通告可达性信息。例如，出口路由器可以通告可达性消息(例如，IGP消息)，该可达性消息包括目的地IP前缀，通过该目的地IP前缀，IP网络14的其他路由器可以到达出口路由器12D。出口路由器12D还可以指定其他路由器到达出口路由器12D的一种或一种以上方式。为了在IP网络14中提供基于类别的流量工程，出口路由器12D还可以在可达性消息中包括流量类别或流规范过滤器，以指定IP网络14的路由器到达出口路由器12D的方式。

作为一个示例，出口路由器12D可以通告可达性消息，该可达性消息包括与路径计算算法相关联的流量类别，其他路由器已经指示了其计算能力。例如，出口路由器12D可以通告可达性消息，该可达性消息包括与路径计算算法相关联的流量类别，以计算受限路径16A。可选地或另外，出口路由器12D可以通告可达性消息，该可达性消息包括与路径计算算法相关联的流规范过滤器，以计算受限路径16A。如下文进一步描述的，在一些示例中，出口路由器12D可以请求额外的路径，以便为特定类型的流量类别优化服务。

在图1所示的示例中，出口路由器12D可以通告可达性消息22A，该可达性消息22A包括4.4.4.2/32的目的地IP前缀和与路径计算算法相关联的流量类别或流规范过滤器，通过该路径计算算法，IP网络14中的路由器将计算到4.4.4.2/32的目的地IP前缀的受限路径。例如，可达性消息22A可以包括与路径计算算法PCA1相关联的流量类别TC1，以计算低延迟路径，例如，受限路径16A。在该示例中，通过用流量类别TC1通告可达性消息22A，出口路由器12D可以请求IP网络14的其他路由器使用低延迟路径来到达4.4.4.2/32的目的地IP前缀。

除了使用例如CSPF来计算默认最短IGP路径16C(在本文称为“默认路径16C”)之外，能够计算由可达性消息22A中包括的流量类别TC1识别的低延迟受限路径的每个路由器12可以计算到出口路由器12D的受限路径16A。例如，入口路由器12A可以计算到4.4.4.2/32的目的地IP前缀的受限路径16A。在图1的示例中，入口路由器12A可以确定其输出链路(例如，链路18A、18D和18E)的延迟。例如，使用TCP ping消息，路由器12A可以确定链路18A、18D和18E的延迟，并且确定链路18A具有比到默认最短IGP路径16C(例如，链路18E)的链路更低的延迟。作为响应，路由器12A可以配置其路由信息，以识别要在受限路径16A上转发的该流量类别的流量。例如，路由器12A可以在其路由信息中配置流过滤器标准，用于识别要在受限路径16A上转发的流，例如，包括特定流标签的流量。在一些示例中，流过滤器可以包括区分服务码点(DSCP)值，例如，快速转发(EF)类别、保证转发(AF)类别等。在S.Amante等人于2011年11月的互联网工程任务组(IETF)征求意见(RFC)6437“IPv6 Flow LabelSpecification”以及T.Dreibholz于2019年3月6日的网络工作组draft-dreibholz-ipv4-flowlabel-29“An IPv4 Flowlabel Option”中描述流标签的进一步示例，这两个文件的全部内容通过引用结合于此。路由器12A还可以经由链路18A将其转发信息配置为到路由器12B的下一跳。

中转路由器12B可以确定其输出链路(例如，链路18B和18F)的延迟。路由器12B可以确定链路18F满足可达性消息22A所请求的低延迟路径的低延迟要求。作为响应，路由器12B可以配置其路由信息，以识别将在受限路径16A上转发的该流量类别的流量(例如，包括特定流标签的流量)。路由器12B还可以经由链路18F将其转发信息配置为到路由器12C的下一跳。能够计算低延迟路径的其他路由器(例如，路由器12C)可以确定其输出链路的延迟，并配置其路由信息，以识别将在受限路径16A上转发的该流量类别的流量(例如，包括特定流标签的流量)。路由器12C还可以经由链路18H将其转发信息配置为到出口路由器12D的下一跳。

当入口路由器12A接收到去往4.4.4.2/32的目的地IP前缀的分组时，入口路由器12A可以执行其路由信息的查找，并且确定该分组具有4.4.4.2/32的目的地IP前缀和与受限路径16A相关联的流标签。入口路由器12A执行其转发信息的查找，并在受限路径16A而不是默认最短IGP路径(例如，路径16C)上发送分组。约束路径16A上的每个中转路由器(例如，路由器12B和12C)可以均接收该分组，执行其路由信息的查找，并确定该分组具有4.4.4.2/32的目的地IP前缀和与约束路径16A相关联的流标签。路由器12B执行其转发信息的查找，并在下一跳沿着受限路径16A向出口路由器12D发送分组。当出口路由器12D接收到分组时，出口路由器12D将分组转发到最终目的地。

在另一示例实现中，出口路由器12D可以通告可达性消息22B，该可达性消息22B包括4.4.4.1/32的目的地IP前缀和与另一路径计算算法相关联的不同流量类别，该另一路径计算算法用于计算到4.4.4.1/32的目的地IP前缀的受限路径。例如，可达性消息22B可以包括与第二路径计算算法(PCA2)相关联的第二流量类别(TC2)，以使用颜色编码约束来计算受限路径16B。通过用第二流量类别TC2通告可达性消息22B，出口路由器12D可以请求IP网络14的其他路由器计算颜色编码的受限路径，以在颜色编码的受限路径上转发视频数据。

能够计算由可达性消息22B中包括的流量类别TC2识别的颜色编码约束路径的每个路由器12可以计算到出口路由器12D的约束路径16B。例如，除了计算默认最短IGP路径之外，入口路由器12A还可以配置其路由信息，以识别要在受限路径16B上转发的该流量类别的流量。例如，路由器12A可以在其路由信息中配置流过滤器标准，用于识别要在受限路径16B上转发的流，例如，包括特定流标签的流量。路由器12A还可以配置其转发信息，以沿着约束路径16B将流量转发到4.4.4.1/32的目的地IP前缀。在图1的示例中，入口路由器12A可以确定链路18A、18E和链路18D的相关颜色，并且确定链路18D可以用于可达性消息22B所请求的颜色编码的约束路径。作为响应，路由器12A可以配置其路由信息，以识别将在受限路径16B上转发的该流量类别的流量(例如，包括特定流标签的流量)。路由器12A还可以经由链路18D将其转发信息配置为到路由器12F的下一跳。

能够计算由可达性消息22B中包括的流量类别TC2识别的颜色编码约束路径的每个路由器12(例如，路由器12F和12C)可以计算到出口路由器12D的约束路径16B。例如，路由器12F和12C可以均配置其路由信息，以识别要在受限路径16B上转发的该流量类别的流量(例如，通过配置流过滤器标准，用于识别具有特定流量标签的流量)。每个路由器12F和12C还可以配置其转发信息，以将与第二流量类别匹配的流量沿着受限路径16B转发到4.4.4.1/32的目的地IP前缀。在该示例中，受限路径16B上的中转路由器12F、12C均可以分别经由链路18G和18H将转发信息配置为到路由器12C和12D的下一跳。

当入口路由器12A接收到去往4.4.4.1/32的目的地IP前缀的分组时，入口路由器12A可以确定该分组是否与流过滤器匹配。例如，入口路由器12A可以执行其路由信息的查找，以确定分组是否包括与流过滤器匹配的流标签，如果包括，则基于目的地IP前缀执行其转发信息的查找，并确定下一跳是到颜色编码的受限路径16B上的路由器12F。约束路径16B上的每个路由器(例如，路由器12F和12C)可以均接收分组，执行其路由信息的查找并确定分组包括与颜色编码的约束路径16B相关联的流标签，执行其转发信息的查找，以确定下一跳，并将分组发送到约束路径16B上朝向出口路由器12D的下一跳。当出口路由器12D接收到分组时，出口路由器12D将分组转发到最终目的地。

在一些示例中，一个或一个以上路由器12可能无法按照出口路由器12D的请求计算受限路径。在这些示例中，默认情况下，IP网络14的路由器可以使用最短路径计算，该最短路径计算使用IGP最短路径算法。例如，入口路由器12A可以配置入口路由器的转发信息，以将流量沿着默认路径16C转发到4.4.4.1/32的目的地IP前缀。入口路由器12A可以基于默认IGP最短路径，例如，OSPF，确定到4.4.4.1/32的目的地IP前缀的最短路由通过路由器12C。入口路由器12A可以经由链路18F计算到路由器12C的下一跳。路由器12C还可以配置路由器的转发状态(例如，下一跳)，以沿着最短路径转发流量，从而到达4.4.4.1/32的目的地IP前缀，例如，路径16C。

当入口路由器12A接收到去往4.4.4.1/32的IP前缀的分组时，入口路由器12A可以执行其路由信息的查找，以确定该分组是否与流过滤器(例如，包括流标签)匹配。如果分组与流过滤器不匹配，则入口路由器12A通过到路由器12C的下一跳沿默认路径16C发送分组。路由器12C可以接收分组，执行其路由信息的查找并确定分组与流过滤器不匹配，执行其转发信息的查找以确定下一跳是到出口路由器12D，并将分组发送到出口路由器12D，出口路由器12D又将分组转发到最终目的地。

本文描述的技术可以提供一个或一个以上提供实际应用的技术优势。例如，通过使用IGP在网络中提供基于类别的流量工程，IP网络的路由器可以使用约束来执行流量工程，而不使用需要新硬件或数据平面支持来提供流量工程的MPLS协议，例如，RSVP-TE和SR-TE。此外，本文描述的技术本身支持针对IPv4和IPv6的IP转发，并且因此避免使用仅支持IPv4或仅支持IPv6的流量工程机制。通过执行本文描述的技术的一个或一个以上方面，IP网络的路由器也可以避免使用对封装数量有限制并且不提供带宽保证的IP-in-IP或GRE隧道机制。

图2是示出执行本公开中描述的技术的各个方面的示例路由器40的框图。路由器40可以表示图1的任何路由器12。尽管针对路由器40进行了描述，但是这些技术可以由能够实现至少包括资源预留协议(例如，RSVP)的路由协议的任何其他类型的网络装置来实现。因此，尽管针对路由器40进行了描述，但是这些技术不应局限于针对图2的示例所描述的路由器40。

在图2的示例中，路由器40包括接口卡54A-54N(“IFC 54”)，IFC 54分别经由入站链路56A-56N和出站链路57A-57N接收和发送数据单元，例如，分组流。路由器40可以包括具有多个插槽的机箱(未示出)，用于接收一组卡，包括IFC 54。每个卡可以插入机箱的相应插槽中，用于经由高速交换机(未示出)将卡电耦接到路由组件44，高速交换机可以包括例如交换机结构、交换机设备、可配置的网络交换机或集线器或其他高速交换机机构。IFC 54可以经由多个物理接口端口(未示出)耦接到网络链路56A-56N和57A-57N。通常，IFC 54可以均表示一个或一个以上网络接口，路由器40可以通过这些接口与网络的链路(例如，图1的示例中所示的链路18)接合。

通常，路由器40可以包括控制单元42，该控制单元42确定接收到的分组的路由，并相应地经由IFC 54转发分组。在图2的示例中，控制单元42包括路由组件44(控制平面)，其配置和控制由分组转发组件46(数据平面)应用的分组转发操作。

路由组件44可以包括路由信息70。路由信息70可以描述路由器40所驻留的网络拓扑，并且还可以描述网络中的各种路由以及每条路由的适当的下一跳，即，沿着每条路由的相邻路由装置。路由组件44分析存储在路由信息70中的信息，以生成转发信息，例如，转发信息48。路由组件44然后将转发数据结构安装到转发组件46内的转发信息48中。转发信息48将网络目的地与转发平面内的特定下一跳和相应接口端口相关联。路由组件44选择通过IP网络的特定路径，并在转发组件46内的转发信息48中沿着这些特定路径安装下一跳。

路由组件44为在网络堆栈的不同层执行的各种路由协议60提供操作环境。路由组件44负责维护路由信息70，以反映路由器40所连接的网络和其他网络实体的当前拓扑。特别地，路由协议周期性地更新路由信息70，以基于路由器40接收的路由协议消息准确地反映网络和其他实体的拓扑。在图2的示例中，协议60可以包括IGP 64，以实现IGP协议来与网络(例如，IP网络14)中的其他路由装置交换路由信息，以便发现网络拓扑并更新路由信息70。在本公开中描述的示例中，IGP 64可以是链路状态路由协议，例如，根据以下文件中的一个或一个以上的开放最短路径优先(OSPF)：j.Moy于1998年4月的评论请求2328“OSPFVersion 2”；R.Coltun等人于2008年7月的评论请求6845“OSPF for IPv6”；N.Sheth等人于2013年1月的评论请求6845“OSPF Hybrid Broadcast and Point-to MultipointInterface Type”；以及A.Lindem等人于2013年7月的网络工作组的互联网草案draft-acee-ospfv4-lsa-extend-01.txt“OSPFv4 LSA Extendibility”，每个文件的全部内容通过引用结合于此。在一些示例中，IGP 64可以包括IS-IS路由协议，该协议根据D.Oran于1990年2月的征求意见1142“OSI IS-IS Intra-domain Routing protocol”，实现用于在路由域内交换路由和可达性信息的IGP，该文件的全部内容通过引用结合于此。这些协议可以实现为在一个或一个以上处理器上执行的可执行软件指令。

根据本公开中描述的技术，路由器40可以扩展IGP 64，以在IP网络中提供基于类别的流量工程。在路由器40是非出口路由器的示例中，路由器40的基于类别的路径组件68可以扩展IGP 64，以生成包括路径计算信息的能力消息，从而指定其计算受限路径的能力。例如，基于类别的路径组件68可以扩展IGP 64，以生成能力消息，该能力消息包括与路径计算算法相关联的流量类别、度量类型、目标函数(例如，最小化累积路径权重)和/或拓扑上的一个或一个以上路径约束(例如，要从受限路径中排除的链路或节点)，用于计算到目的地的受限路径。

响应于从包括流量类别(例如，TC1)的出口路由器(例如，图1的出口路由器12D)接收到可达性消息，路由器40的基于类别的路径组件68可以使用由流量类别识别的路径计算算法来计算到出口路由器的受限路径(例如，低延迟受限路径)。基于类别的路径组件68可以为转发组件46生成转发信息，以沿着受限路径将分组转发到下一跳。例如，路由组件44分析从出口路由器接收的可达性消息中包括的目的地IP前缀和流量类别，以在转发组件46内生成转发信息48。转发信息48将路径的网络目的地(例如，目的地IP前缀)与转发平面内的特定下一跳和相应接口端口相关联。例如，路由组件44可以使用例如TCP ping消息来确定出站链路57的延迟。基于类别的路径组件68可以指示路由组件44使用路径计算算法在转发信息48中配置一个或一个以上下一跳82，这使得路由器40通过经由满足延迟要求的出站链路连接到低延迟受限路径的下一跳的一个IFC54来转发去往出口路由器(例如，图1的路由器12D)的目的地IP前缀的流量。

在一些示例中，基于类别的路径组件68可以在路由信息70中配置流过滤器84。如本文所述，路由器40可以使用流过滤器84来识别要转发到特定受限路径的分组流。例如，当路由器40接收到去往出口路由器的目的地IP前缀的分组时，路由器40可以确定该分组是否包括例如与路由信息70中的流过滤器84(例如，特定流量类别)匹配的流标签或DSCP值。如果分组与流过滤器84匹配，则路由器40可以执行转发信息48的查找，以确定下一跳82，并且通过连接到与流过滤器相关联的受限路径的下一跳82的一个IFC 54转发流量。如果分组与流过滤器84不匹配，则路由器40可以通过连接到基于默认IGP最短路径计算的路径的下一跳的一个IFC54转发流量。

对于路由器40作为IP网络的出口路由器(例如，图1的路由器12D)操作的示例，路由器40的基于类别的路径组件68可以扩展IGP 64，以生成可达性消息，该可达性消息包括到达路由器40的目的地IP前缀和指示IP网络的路由器通过目的地IP前缀到达路由器40的一种或一种以上方式的信息。例如，基于类别的路径组件68可以扩展IGP 64，以生成可达性消息，该可达性消息包括由IP网络的其他路由器通告的流量类别或流规范过滤器。在一些示例中，基于类别的路径组件68可以扩展IGP 64，以生成可达性消息，该可达性消息包括指定与路径计算算法相关联的特定类别的数据流的流量类别。路由器40可以向IP网络中的其他路由器通告可达性消息，以请求路由器基于流量类别或流规范过滤器来计算受限路径。

尽管出于举例的目的针对路由器进行了描述，但是路由器40可以更一般地是具有路由功能的网络装置，并且不必是专用路由装置。图2中示出的路由器40的架构仅出于示例目的而示出。本公开的技术不限于这种架构。在其他示例中，路由器40可以以多种方式配置。在一个示例中，控制单元42的一些功能可以分布在IFC 54内。在另一示例中，控制单元42可以包括作为从属路由器操作的多个分组转发引擎。

控制单元42可以仅以软件或硬件实现，或者可以作为软件、硬件或固件的组合来实现。例如，控制单元42可以包括执行软件指令形式的程序代码的一个或一个以上处理器。在这种情况下，控制单元42的各种软件组件/模块可以包括存储在计算机可读存储介质(例如，计算机存储器或硬盘)上的可执行指令。

图3是示出根据本公开中描述的技术的一个或一个以上方面的在IP网络中基于类别的流量工程的示例操作的流程图。为了举例的目的，针对图1的计算机网络2，描述了图3。

非出口路由器(例如，路由器12A、12B、12C、12E和12F)可以发送包括路径计算信息的能力消息(例如，IGP消息)(302)。例如，能力消息包括路径计算信息，例如，指定与受限路径相关联的特定类别数据流的流量类别、度量类型(例如，流量工程、IGP、延迟等)、目标函数(例如，最小化累积路径权重)和/或拓扑上的一个或一个以上路径约束(例如，从受限路径中排除的链路或节点)，用于计算到目的地的受限路径。在一些示例中，路由器可以可选地或另外通告流规范过滤器(例如，作为类型长度值(TLV))，以识别算法适用的特定类型的流。在该示例中，路径计算信息可以包括与用于计算低延迟受限路径的路径计算算法(PCA1)相关联的第一流量类别TC1、延迟的度量类型以及在一些示例中的一个或一个以上路径约束(例如，排除的链路/节点)。

出口路由器12D从非出口路由器接收能力消息(304)。作为响应，出口路由器12D可以生成可达性消息(例如，IGP消息)，该可达性消息包括目的地IP前缀和流量类别或流规范过滤器，以指定IP网络的路由器将流量转发到出口路由器的方式(306)。例如，出口路由器12D可以生成可达性消息，该可达性消息包括与路径计算算法PCA1相关联的目的地IP前缀(例如，4.4.4.2/32)和流量类别，以计算到出口路由器12D的低延迟受限路径。

出口路由器12D可以将可达性消息发送到IP网络14中的其他路由器，以请求其他路由器基于指示该IP网络的多个网络装置到达出口路由器的方式的信息(例如，流量类别)来计算受限路径(308)。其他路由器(例如，路由器12A、12B、12C、12E和12F)接收可达性消息(310)。能够计算可达性消息中指定的受限路径的路由器可以配置路由信息，以识别要在受限路径上转发的流量以及转发受限路径上的流量的转发信息。例如，IP网络14中的路由器(例如，路由器12A-12C)可以均根据可达性消息中的流量类别指定的路径计算算法来计算受限路径(312)。每个路由器12A-12C可以将路由器配置为在受限路径上转发去往目的地IP前缀的分组(314)。在该示例中，入口路由器12A可以配置其路由信息，以识别要在受限路径(例如，受限路径16A)上转发的特定流量类别(例如，TC1)的流量。例如，入口路由器12A可以用流过滤器标准配置其路由信息，用于识别要在受限路径16A上转发的流，例如，包括特定流标签的流量。路由器12A还可以将转发信息配置为下一跳，以沿着受限路径16A引导流量。路由器12B和12C可以均用流过滤器标准配置其路由，以分别经由满足低延迟要求的链路18F和18H识别要在受限路径16A上转发的流以及具有下一跳的转发信息。

当路由器12A-12C接收到去往目的地IP前缀的分组时(316)，每个路由器执行其路由信息的查找，以确定输入分组是否与流过滤器匹配(例如，包括与受限路径16A相关联的流标签)，并且如果匹配，则执行其转发信息的查找，以确定受限路径16A的下一跳，并且在受限路径16A上发送分组(318)。例如，入口路由器12A可以接收去往4.4.4.2/32的目的地IP前缀的分组，其中，流标签与受限路径16A相关联，入口路由器12A可以基于流过滤器来识别该分组将在低延迟受限路径16A上转发到出口路由器12D。入口路由器12A执行转发信息的查找，以确定受限路径16A上的下一跳，并在受限路径16A上发送分组。当出口路由器12D从受限路径接收分组时(320)，出口路由器12D可以将分组发送到最终目的地(322)。

图4是示出根据本公开中描述的技术的一个或一个以上方面的另一示例网络系统402的框图，其中，网络装置在IP网络中提供基于类别的流量工程。图4示出了路由器412A-412J的示例网络414，其可以在两个不同的平面上提供连接，例如，平面422A-422B(统称为“平面422”)。平面422A包括路由器412B-412E，其中，连接路由器412B-412E的链路与特定组相关联(例如，用第一颜色(例如，绿色)进行颜色编码)。在该示例中，路由器412B–412E利用流量算法的第一流量类别(TC1)通告其计算路径的能力。TC1路径计算信息可以包括度量类型(例如，包括亲和绿色)和约束(例如，最小化IGP度量)。

平面422B包括路由器412F-412I，其中，连接路由器412F-412I的链路与特定组相关联(例如，用第二种颜色(例如，红色)进行颜色编码)。在这个示例中，路由器412F-412I使用第二流量类别(TC2)的流量算法来通告其计算路径的能力。TC2路径计算信息可以包括度量类型(例如，包括亲和红色)和约束(例如，最小化IGP度量)。

在该示例中，路由器412A和412J可以仅支持不受约束的IGP最短路径算法。假设路由器412A用相应的区分服务码点(DSCP)，例如，AF1(绿色)和AF2(红色)，将需要在不相交平面422上路由的两个流(例如，426和428)中的每一个标记为分别对应于TC1和TC2。

路由器412J通告路由器412J的目的地IP前缀，向网络414指示计算通向路由器412J的TC1和TC2类别中的每一个的额外路径(除了默认的IGP最短路径之外)。在该示例中，每个路由器412B-412E计算TC1到达路由器412J的路径426，并且将其下一跳以及识别TC1的流过滤器标准安装到例如路由信息或转发信息中(例如，TC1的DSCP＝AF1，以及TC2的DSCP＝AF2)。

从路由器412B到达路由器412J的与TC1分类匹配的流量将使用例如ECMP路由到路由器412C和路由器412E。进而，到达路由器412C或412E的与TC1匹配的分组将转发到路由器412D。最后，路由器412D通过路由器412D和412J之间的链路转发去往路由器412J的分组。

类似地，从路由器412F到达路由器412J的与TC2分类匹配的流量将使用例如ECMP路由到路由器412G或路由器412I。进而，到达路由器412G或412I的与TC2匹配的分组将转发到路由器412H。最后，路由器412H通过路由器412H和412J之间的链路转发去往路由器412J的分组。

本文描述的技术可以用硬件、软件、固件或其任意组合来实现。被描述为模块、单元或组件的各种特征可以一起在集成逻辑装置中实现，或者单独作为分立但可互操作的逻辑装置或其他硬件装置实现。在一些情况下，电子电路的各种特征可以实现为一个或一个以上集成电路装置，例如，集成电路芯片或芯片组。

如果以硬件中实现，则本公开可以涉及诸如处理器或集成电路装置(例如，集成电路芯片或芯片组)等设备。可选地或另外，如果以软件或固件实现，则这些技术可以至少部分地由包括指令的计算机可读数据存储介质来实现，该指令在被执行时使得处理器执行一种或多种上述方法。例如，计算机可读数据存储介质可以存储由处理器执行的这些指令。

计算机可读介质可以形成计算机程序产品的一部分，该计算机程序产品可以包括包装材料。计算机可读介质可以包括计算机数据存储介质，例如，RAM、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、EEPROM、闪存、磁或光数据存储介质等。在一些示例中，制品可以包括一个或一个以上计算机可读存储介质。

在一些示例中，计算机可读存储介质可以包括非暂时性介质。术语“非暂时性”可以表示存储介质没有包含在载波或传播信号中。在某些示例中，非暂时性存储介质可以存储随时间变化的数据(例如，在RAM或高速缓存中)。

代码或指令可以是由处理电路执行的软件和/或固件，该处理电路包括一个或一个以上处理器，例如，一个或一个以上数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他等效的集成或分立逻辑电路。因此，本文使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或任何其他适合于实现本文描述的技术的结构。此外，在一些方面，可以在软件模块或硬件模块内提供本公开中描述的功能。

已经描述了各种示例。这些和其他示例在所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种方法，包括：

由互联网协议IP网络的多个网络装置的出口网络装置从多个网络装置中的一个或一个以上网络装置接收能力消息，所述能力消息指定计算受限路径的能力，其中，所述能力消息包括路径计算信息，所述路径计算信息包括将由所述多个网络装置中的一个或一个以上网络装置使用以到达所述出口网络装置的路径计算算法的标识符；

由所述出口网络装置生成可达性消息，所述可达性消息请求建立到所述出口网络装置的所述受限路径，其中，所述可达性消息包括所述出口网络装置的目的地IP前缀地址和来自从所述能力消息接收的所述路径计算信息的所述标识符；并且

由所述出口网络装置向所述IP网络的所述多个网络装置发送路由消息，以请求所述多个网络装置计算到达所述出口网络装置的所述受限路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能力消息和所述可达性消息均包括内部网关协议IGP消息。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述标识符包括流量类别，如果一个或一个以上数据流与所述流量类别匹配，则所述流量类别指定将在所述受限路径上发送的所述一个或一个以上数据流的特定类别，并且

其中，所述路径计算信息包括到所述出口网络装置的所述受限路径的一个或一个以上度量类型和一个或一个以上约束。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述一个或一个以上度量类型包括流量工程度量、延迟和内部网关协议IGP度量中的至少一个。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述一个或一个以上约束指定要从所述受限路径中排除的一个或一个以上链路或节点。

6.一种方法，包括：

由互联网协议IP网络的多个网络装置中的一网络装置从所述多个网络装置中的一出口网络装置向所述IP网络的出口装置发送能力消息，其中，所述能力消息指定计算受限路径的能力，其中，所述能力消息包括路径计算信息，所述路径计算信息包括所述网络装置用来识别要计算的所述受限路径的路径计算算法的标识符；

由所述网络装置接收可达性消息，所述可达性消息请求建立到所述出口网络装置的受限路径，其中，所述可达性消息包括所述出口网络装置的目的地IP前缀地址和来自所述路径计算信息的所述标识符，所述路径计算信息包括将由所述网络装置使用以到达所述出口网络装置的所述路径计算算法的标识符；

由所述网络装置使用所述可达性消息中包括的所述路径计算算法的标识符来计算所述受限路径；并且

由所述网络装置将所述网络装置配置为将所述受限路径上的流量转发到所述出口网络装置。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述能力消息和所述可达性消息均包括内部网关协议IGP消息。

8.根据权利要求6所述的方法，

其中，所述标识符包括流量类别，如果一个或一个以上数据流与所述流量类别匹配，则所述流量类别指定将在所述受限路径上发送的一个或一个以上数据流的特定类别，并且

其中，所述路径计算信息包括到出口网络装置的受限路径的一个或一个以上度量类型和一个或一个以上约束。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述一个或一个以上度量类型包括流量工程度量、延迟和内部网关协议IGP度量中的至少一个。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述一个或一个以上约束指定要从所述受限路径中排除的一个或一个以上链路或节点。

11.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述网络装置配置为将在所述受限路径上的流量转发到所述出口网络装置，包括：

将所述网络装置的路由信息配置为包括流过滤器标准，以识别将在所述受限路径上发送的流量。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述流过滤器标准包括去往所述出口网络装置的目的地IP前缀的输入分组是否包括与所述受限路径相关联的流标签。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

由所述网络装置接收去往所述出口网络装置的目的地IP前缀的分组；

确定接收的分组是否包括与所述受限路径相关联的流标签；并且

响应于确定接收的分组包括与所述受限路径相关联的流标签，在所述受限路径上发送所述分组。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括，

由所述网络装置接收去往所述出口网络装置的目的地IP前缀的分组；

确定接收的分组是否包括与所述受限路径相关联的流标签；并且

响应于确定接收的分组不包括与所述受限路径相关联的流标签，在使用内部网关协议IGP最短路径算法计算的最短路径上发送所述分组。

15.一种网络装置，包括：

存储器；

一个或一个以上处理器，所述一个或一个以上处理器耦接到所述存储器，其中，所述一个或一个以上处理器被配置为：

从互联网协议IP网络的多个网络装置中的一个或一个以上网络装置接收能力消息，所述能力消息指定计算到所述IP网络的出口网络装置的受限路径的能力，其中，所述能力消息包括路径计算信息，所述路径计算信息包括将由所述多个网络装置中的一个或一个以上网络装置使用以到达所述出口网络装置的路径计算算法的标识符；

生成可达性消息，所述可达性消息请求建立到所述出口网络装置的受限路径，其中，所述可达性消息包括所述出口网络装置的目的地IP前缀地址和来自从所述能力消息接收的所述路径计算信息的标识符；并且

向所述IP网络的所述多个网络装置发送路由消息，以请求所述多个网络装置计算到达所述出口网络装置的受限路径。

16.根据权利要求15所述的网络装置，其中，所述能力消息和所述可达性消息均包括内部网关协议IGP消息。

17.根据权利要求15所述的网络装置，

其中，所述标识符包括流量类别，如果所述一个或一个以上数据流与所述流量类别匹配，则所述流量类别指定将在所述受限路径上发送的一个或一个以上数据流的特定类别，并且

其中，所述路径计算信息包括到所述出口网络装置的所述受限路径的一个或一个以上度量类型和一个或一个以上约束。

18.根据权利要求17所述的网络装置，其中，所述一个或一个以上度量类型包括流量工程度量、延迟和内部网关协议IGP度量中的至少一个。

19.根据权利要求17所述的网络装置，其中，所述一个或一个以上约束指定要从所述受限路径中排除的一个或一个以上链路或节点。

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