CN112840604A - 网络计算环境中的环路冲突避免 - Google Patents

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Abstract

用于在网络计算环境中改进路由操作的系统、方法和装置。系统包括网络拓扑，该网络拓扑包括多个脊节点和多个叶节点，其中第一脊节点与第一叶节点之间的链路是非活动的。第一脊节点包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器可配置为执行非暂时性计算机可读存储介质中存储的指令。该指令包括接收待传输到第一叶节点的包。该指令包括识别网络拓扑中处于相同级别的替代脊节点。该指令包括将隧道标签附加到包上，其中该隧道标签指示应当将包传输到替代脊节点。

Description

网络计算环境中的环路冲突避免
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月23日提交的序列号为62/722,003、名称为“数据库系统、方法和装置(DATABASE SYSTEMS METHODS AND DEVICES)”的美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请通过引用整体并入本文，包括但不限于下文中具体出现的那些部分，除以下情况外通过引用并入：在上述所引用的申请的任何部分与本申请不一致的情况下，本申请替代上述所引用的申请。
技术领域
本公开涉及计算网络，并且更特别地，涉及计算机联网环境中的网络拓扑和路由协议。
背景技术
网络计算是使多个计算机或节点一起工作并通过网络彼此通信的一种方式。存在广域网(WAN)和局域网(LAN)。广域网和局域网两者都允许计算机之间的互连。局域网通常用于较小、更本地化的网络，这些网络可用于家庭、企业、学校等。广域网覆盖较大的区域，诸如城市，甚至可允许不同国家的计算机进行连接。局域网通常比广域网更快、更安全，但广域网能够实现广泛的连接。局域网通常由部署它们的组织在内部拥有、控制和管理，而广域网通常需要两个或多个局域网通过公用因特网或通过电信提供商所建立的专用连接进行连接来组成。
局域网和广域网使计算机能够彼此连接，并且传输数据和其他信息。对于局域网和广域网两者而言，必须存在一种方法来确定将数据从一个计算实例传递到另一个计算实例的路径。这被称为路由。路由是为一个网络中或多个网络之间或跨多个网络的流量选择路径的过程。路由过程通常根据路由表来指导转发，该路由表保持到不同网络目的地的路由记录。路由表可由管理员指定，可通过观察网络流量来学习，也可借助路由协议来构建。
小型网络可使用手动配置的路由表来确定信息应该如何从一台计算机传播到另一台计算机。路由表可包括“最佳路径”的列表，该列表指示起始计算机和最终目标计算机之间最有效或最理想的路径。较大的网络(包括连接到公用因特网的网络)可能依赖于复杂的拓扑，这些拓扑可能会快速变化，因此手动构建路由表是不可行的。动态路由试图通过基于路由协议承载的信息自动构建路由表来解决这个问题。动态路由使网络能够几乎自主地采取行动以避免网络故障和阻塞。存在提供用于确定联网装置之间的最佳路径的规则或指令的多种路由协议。动态路由协议和算法的示例包括路由信息协议(Routing InformationProtocol，RIP)、开放式最短路径优先(Open Shortest Path First，OSPF)、增强型内部网关路由协议(Enhanced Interior Gateway routing Protocol，EIGRP)和边界网关协议(Border Gateway Protocol，BGP)。
在某些情况下，路径选择涉及将路由度量(routing metric)应用于多个路由，以选择或预测最佳路由。大多数路由算法一次只使用一个网络路径。多路径路由技术允许使用多个可选路径。在计算机网络中，路由算法可用于预测两个计算实例之间的最佳路径。该路由算法可基于多个因素，例如带宽、网络延迟、中继段计数(hop count)、路径成本、负载、最大传输单位、可靠性和通信成本。路由表存储最佳路径的列表。拓扑数据库可存储最佳路径的列表，并且可进一步存储附加信息。
在一些网络中，没有单个实体负责选择最佳路径的事实，使路由变得复杂。相反，在选择最佳路径或单个路径的事件部分时涉及多个实体。在通过因特网进行的计算机联网环境中，因特网被划分为自主系统(AS)，诸如因特网服务提供商(ISP)。每个自主系统控制涉及其网络的路由。是基于边界网关协议(BGP)来选择自主系统级路径。每个自主系统级路径包括一系列自主系统，信息包通过这些自主系统从一个计算实例传播到另一个计算实例。每个自主系统可具有由相邻自主系统提供的多个路径以供选择。
存在对于不同的计算应用具有不同优势和不足的许多网络拓扑。一种网络拓扑是叶脊(leaf-spine)网络拓扑，其包括与多个叶节点进行通信的脊节点。用于叶脊网络拓扑的传统路由协议具有许多不足，并且当叶节点已经变为非活动时，会导致无效的数据环路。存在对于叶脊网络拓扑的改进的标签协议和路由协议的期望。
鉴于前述内容，本文公开了用于在网络计算环境中改进的路由操作的系统、方法和装置。
附图说明
参照以下附图描述本公开的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则相同的附图标记在各个视图中指代相同的部件。关于下面的描述和附图，将更好地理解本公开的优点，其中：
图1是通过因特网进行通信的联网装置的系统的示意图；
图2是叶脊网络拓扑以及用于将包从前缀P2传输到前缀P1的路径的示意图；
图3A和图3B是叶脊网络拓扑以及由脊节点S2和叶节点L1之间的链路故障所引起的可能瞬态环路的示意图；
图4是用于通过备份隧道将包路由到不同脊节点的叶脊网络拓扑以及环路避免协议的示意图；
图5是用于将包重新路由到不同脊节点的处理流程的示意图；
图6是由联网装置促进的通信的示意图；
图7是在网络环境中路由数据包的方法的示意性流程图；以及
图8是示出示例性计算装置的组件的示意图。
具体实施方式
本文公开了在网络计算环境中用于改进网络拓扑、路由标签和路由协议的系统、方法和装置。采用本公开的实施例以用于避免由叶脊网络拓扑中的脊节点与叶节点之间的非活动链路引起的瞬态环路。本公开的实施例采用备份隧道以将包路由到不同的脊，以避免无法将数据包传输到其最终目的地的微环路。
在实施例中，叶脊网络拓扑包括多个脊节点和多个叶节点。多个脊节点中的每一个都可作为诸如交换机或路由器的联网装置而操作。多个叶节点中的每一个都可作为诸如消费电子装置的联网“目的地”或“源”而操作。可将脊节点配置为将整个网络拓扑中的数据包路由到适当的叶节点。在实施例中，脊节点与叶节点之间的链路断开。因为链路断开，所以通过脊节点转发的数据包可能会陷入瞬态环路中而不会被传输到其目的地叶节点。本文公开了通过生成到不同脊节点的备份隧道来避免环路的系统、方法和装置。
在实施例中，叶脊拓扑内的脊节点通知其到特定叶节点的链路断开。如果该脊节点需要将数据包传输到该特定叶节点，则该脊节点将隧道标签附加到该数据包。该隧道标签与常规标签不同，该隧道标签指示数据包行进以最终到达该特定叶节点的可选路由。该隧道标签提供了可选路径，该可选路径经由叶脊拓扑的相同级别中的另一脊节点作为到达该特定叶节点的活动链路。该隧道标签可进一步包括该路由不是到达该特定叶节点的最佳路径的指示。该隧道标签是由叶节点为脊节点中的一个分配的标签，因此由叶节点读取，使得该叶节点将数据包传输到替代脊节点，而不是在指向该特定叶节点的前缀(prefix)上执行查找。
在计算机网络环境中，诸如交换机或路由器的联网装置可用于将信息从一个目的地传输到最终目的地。在实施例中，数据包和消息可在诸如个人家中的计算机的第一位置处生成。数据包和消息可根据该人与网络浏览器交互并且向可通过因特网访问的远程服务器请求信息或向该远程服务器提供信息来生成。在示例中，数据包和消息可以是该人输入到可在连接到因特网的网页上访问的表格中的信息。该数据包和消息可能需要被传输到远程服务器，该远程服务器可能在地理位置上远离该个人的计算机。该人家里的路由器与远程服务器之间可能没有直接通信。因此，该数据包和消息必须“跳”到不同的联网装置，直到到达远程服务器的最终目的地。在该人家里的路由器必须确定用于通过连接到因特网的多个不同装置传输数据包和消息直到该数据包和消息到达远程服务器的最终目的地的路由。
确定从第一位置到最终目的地的最佳路径以及将数据包和消息转发到下一目的地的过程是由诸如交换机或路由器的联网装置执行的重要功能。网络中的联网装置之间的连接称为网络拓扑。网络拓扑是通信网络中诸如链路和节点的元素的配置。网络拓扑可包括网络中节点之间的有线链路、无线链路或者有线链路和无线链路的组合。有线链路的一些示例包括同轴电缆、电话线、电源线、带状电缆、光纤等。无线链路的一些示例包括卫星、蜂窝信号、无线电信号、自由空间光通信等。网络拓扑包括对网络中所有节点(例如，计算机、路由器、交换机和其他装置)的指示以及对节点之间链路的指示。本文公开了用于改进网络拓扑和网络路由的系统、方法和装置。
为了进一步理解本公开，将为许多联网计算装置和协议提供一些解释。
BGP实例是在网络中用于路由信息的装置。BGP实例可采取路由反射器装置的形式。BGP实例可在交换机、路由器或交换机上的BGP扬声器上运行。在较高的级别上，该BGP实例将所学习的所有路径作为前缀发送到最佳路径控制器。最佳路径控制器利用这些路径之中的一组最佳路径来作出响应。允许该最佳路径控制器修改任何路径的下一跳和属性。一旦收到最佳路径，BGP实例就更新本地路由信息库(RIB)，并且将该最佳路径通知给邻居。
交换机(可选地，可称为交换集线器、桥接集线器或MAC网桥)创建网络。大多数内部网络使用交换机来连接建筑物或校园中的计算机、打印机、电话、摄像机、灯和服务器。交换机用作控制器，使联网装置能够高效地彼此通信。交换机通过使用包交换来接收、处理数据并且将数据转发到目标装置，从而连接计算机网络上的装置。网络交换机是一种多端口网桥，其使用硬件地址以在开放系统互连(OSI)模型的数据链路层(第2层)处理和转发数据。一些交换机还可通过另外并入路由功能来在网络层(第3层)处理数据。这种交换机通常称为第3层交换机或多层交换机。
路由器连接网络。交换机和路由器执行类似的功能，但每一个具有自己的独特功能以在网络上执行。路由器是在计算机网络之间转发数据包的联网装置。路由器在因特网上执行流量定向功能。通过因特网发送的数据(诸如网页、电子邮件或其他形式的信息)以数据包的形式发送。数据包通常通过构成内部连接网络(例如，因特网)的网络从一个路由器转发到另一个路由器，直到该数据包到达目标节点为止。路由器连接到来自不同网络的两条或多条数据线。当数据包进入数据线中的一条时，路由器读取数据包中的网络地址信息，以确定最终目的地。然后，路由器使用路由表或路由策略中的信息，将数据包定向到其行程中的下一个网络。BGP扬声器是启用了边界网关协议(BGP)的路由器。
客户边缘路由器(CE路由器)是位于客户房屋内的路由器，其在客户LAN与提供商的核心网络之间提供接口。CE路由器、提供商路由器以及提供商边缘路由器是多协议标签交换架构中的组件。提供商路由器位于提供商或运营商网络的核心。提供商边缘路由器位于网络的边缘。客户边缘路由器连接到提供商边缘路由器，并且提供商边缘路由器通过提供商路由器连接到其他提供商边缘路由器。
路由表或路由信息库(RIB)是存储在路由器或联网计算机中的数据表，列出了到达特定网络目的地的路由。在某些情况下，路由表包括对路由的度量，诸如距离、权重等。该路由表包括关于紧邻存储该路由表的路由器的网络拓扑的信息。路由表的构建是路由协议的主要目标。静态路由是通过非自动方式在路由表中创建的条目，并且条目是固定的，而不是某些网络拓扑发现过程的结果。路由表可包括至少三个信息字段，包括用于网络ID、度量和下一跳的字段。该网络ID是目标子网。该度量是数据包发送路径的路由度量。该路由将朝度量最低的网关的方向行进。下一跳是数据包在到达最终目的地的途中待发送到的下一站的地址。路由表可进一步包括与路由相关联的服务质量、到与路由相关联的过滤标准列表的链路、以太网卡的接口等。
为了说明路由表的概念，可将路由表类比为使用地图来递送包裹。路由表类似于使用地图来将包裹递送到最终目的地。当节点需要向网络上的另一节点发送数据时，该节点必须首先知道将数据发送到哪里。如果该节点无法直接连接到目标节点，则该节点必须沿着到达该目标节点的正确路由将数据发送到其他节点。大多数节点不会尝试找出哪些路由可能有用。相反，节点将IP包发送到LAN中的网关，然后由该网关决定如何将数据路由到正确的目的地。每个网关都需要跟踪传递各个数据包的路线，为此该网关使用路由表。路由表是数据库，该数据库像地图一样追踪路径，并且使用这些路径来确定转发流量的路线。网关还可以与请求信息的其他节点共享路由表的内容。
对于逐跳路由，每个路由表都会对所有可到达的目的地列出沿着到该目的地的路径的下一装置的地址，即下一跳。假设路由表是一致的，那么将数据包中继到目的地的下一跳的算法就足以在网络中的任何地方传递数据。逐跳是IP因特网络层和开放系统互连(OSI)模型的特征。
开放系统互连(OSI)模型是一种概念模型，其表征和标准化计算系统的通信功能，而无需考虑其底层内部结构和技术。OSI模型的目标是具有标准通信协议的各种通信系统的互操作性。OSI模型将通信系统划分为抽象层。该层服务于其上方的层，并且被其下方的层服务。例如，通过网络提供无错通信的层提供了其上方的应用所需的路径，同时调用下一较低层来发送和接收构成该路径内容的包。将相同层中的两个实例可视化为通过该层中的水平连接进行连接。通信协议使一台主机中的实体能够与相同层的另一台主机中的相应实体进行交互。像OSI模型一样，服务定义抽象地描述由(N-1)层向(N)层提供的功能，其中N是在本地主机中运行的协议层中的一个。
路由控制是一种网络管理，旨在改进因特网连接性，并且降低带宽成本和整体因特网络操作性。一些路由控制服务包括一套基于硬件和基于软件的产品和服务，这些产品和服务一起作用以提高整体因特网性能，并且以最低的成本微调对可用因特网带宽的使用。在网络或自主系统正在从多个提供商获取因特网带宽的情况下，路由控制可能会成功。路由控制可帮助选择最佳的数据传输路径。
一些网络通信系统是具有数千个处理节点的大型的企业级网络。数千个处理节点共享来自多个因特网服务提供商(ISP)的带宽，并且可处理大量的因特网流量。这种系统可能非常复杂，并且必须正确地配置才能获得可接受的因特网性能。如果未正确配置系统来进行最佳数据传输，因特网访问速度可能会降低，并且系统可能会消耗高带宽和高流量。为了解决这个问题，可实施一组服务来消除或减少这些问题。这组服务可称为路由控制。
路由控制机制的实施例由硬件和软件组成。路由控制机制通过其与因特网服务提供商ISP的连接来监控所有发出的流量。路由控制机制有助于选择最佳路径以进行有效的数据传输。路由控制机制可计算所有ISP的性能和效率，并且仅选择在适用区域中表现最佳的ISP。可根据与成本、性能和带宽相关的已定义参数来配置路由控制装置。
用于确定数据传输的最佳路径的已知算法称为边界网关协议(BGP)。BGP是一种路径矢量协议，其为因特网上的自主系统提供路由信息。当BGP配置不正确时，可能导致严重的可用性和安全性问题。此外，修改后的BGP路由信息可允许攻击者重定向大流量块，从而使流量在到达预期目的地之前先行进到达某些路由器。可实施BGP最佳路径算法来确定安装在因特网协议(IP)路由表中用于流量转发的最佳路径。BGP路由器可被配置为接收到相同目的地的多个路径。
BGP最佳路径算法将第一有效路径分配为当前最佳路径。BGP最佳路径算法将该最佳路径与列表中的下一路径进行比较，直到BGP到达有效路径列表的末尾。该列表提供了用于确定最佳路径的规则。例如，该列表可包括以下指示：首选具有最高权重的路径、首选没有本地偏好的路径、首选通过网络或聚合BGP在本地发起的路径、首选最短路径、首选具有最低多出口鉴别器的路径等。可定制BGP最佳路径选择过程。
在BGP路由的背景下，每个路由域(routing domain)称为自主系统(AS)。BGP协助选择通过因特网连接两个路由域的路径。BGP通常选择穿过最少自主系统的路由，称为最短AS路径。在实施例中，一旦启用了BGP，路由器将从可能是ISP的BGP邻居那获取因特网路由的列表。然后，BGP将仔细检查该列表，以找到具有最短AS路径的路由。这些路由可被输入到路由器的路由表中。通常，路由器会选择到AS的最短路径。BGP使用路径属性来确定如何将流量路由到特定网络。
等价多路径(ECMP)路由是一种路由策略，其中转发到单个目的地的下一跳包可通过多个“最佳路径”进行。基于路由度量计算，多个最佳路径是等效的。因为路由是一种仅限于单个路由器的逐跳决策，所以多路径路由可与许多路由协议结合使用。多路径路由可通过对多个路径上的流量进行负载平衡来显著增加带宽。然而，在实际部署该策略时，ECMP路由存在许多已知问题。本文公开了用于改进ECMP路由的系统、方法和装置。
可在电信中部署克洛斯(Clos)网络。Clos网络是一个多阶段电路交换网络，其代表了多阶段交换系统的理想化。Clos网络包括三个阶段，包括入口阶段、中间阶段和出口阶段。每个阶段都由许多纵横制交换机组成。每个信元(cell)进入一个入口纵横制交换机，该入口纵横制交换机可通过任何可用的中间阶段纵横制交换机路由到相关的出口纵横制交换机。如果将入口交换机连接到中间阶段交换机的链路以及将中间阶段交换机连接到出口交换机的链路都是空闲的，则中间阶段纵横制可用于特定的新呼叫。
可以部署叶脊网络拓扑以连接计算机网络中的节点。叶脊拓扑具有两个层，包括叶层和脊层。叶层由连接到服务器、防火墙、负载平衡器和边缘路由器等装置的接入交换机组成。脊层由执行路由的交换机组成，并且形成网络的骨干，其中每个叶交换机都与每个脊交换机互连。在叶脊拓扑中，所有装置彼此相距相同数量的链路，并且包括用于传输信息的可预测且一致的延迟量或延时量。
为了促进对根据本公开的原理的理解，现将参照附图中示出的实施例，并且将使用特定的语言来描述这些实施例。然而，将理解的是，这并不意味着对本公开范围的限制。对于处于相关领域并且拥有本公开的技术人员而言将正常想到的，对本文所示的发明特征的任何改变和进一步修改以及如本文所示的本公开的原理的任何附加应用都被认为处于所要求保护的公开的范围内。
在公开和描述用于跟踪网络计算环境中的对象的生命周期的结构、系统和方法之前，应当理解，本公开不限于本文所公开的特定结构、配置、处理步骤和材料，如这样的结构、配置、处理步骤和材料可能存在不同。还应当理解，因为本公开的范围将仅由所附权利要求及其等同方案限制，所以本文所采用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在进行限制。
在描述和要求保护本公开的主题时，将根据以下阐述的定义使用以下术语。
必须主意的是，除非上下文另有明确规定，否则如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数形式。
如本文所使用的，术语“包括”、“包含”、“含有”、“特征在于”及其语法等同物是包括性的或开放式的术语，并且不排除附加的、未引用的要素或方法步骤。
如本文所使用的，短语“由……组成”及其语法等同物排除了权利要求中未指定的任何要素或步骤。
如本文所使用的，短语“基本上由……组成”及其语法等同物将权利要求的范围限制为特定的材料或步骤，以及那些实质上不影响所要求保护的公开的基本和新颖的特征或特性的材料或步骤。
现在参照附图，图1示出了用于将装置连接到因特网的系统100的示意图。系统100包括由交换机106连接的多个局域网160。多个局域网160中的每一个都可经由路由器162通过公用因特网彼此连接。在图1所示的示例性系统100中，存在两个局域网160。然而，应当理解的是，可能存在通过公用因特网彼此连接的许多局域网160。每个局域网160包括经由交换机106彼此连接的多个计算装置108。例如，多个计算装置108可包括台式计算机、膝上型计算机、打印机、服务器等。局域网160可经由路由器162通过公用因特网与其他网络通信。路由器162将多个网络彼此连接。路由器162连接到因特网服务提供商102。因特网服务提供商102连接到一个或多个网络服务提供商104。如图1所示，网络服务提供商104与其他本地网络服务提供商104通信。
交换机106通过使用包交换来连接局域网160中的装置，以接收、处理数据并且将数据转发到目的地装置。例如，交换机106可被配置为从目的地为打印机的计算机接收数据。交换机106可接收数据，处理数据，并且将数据发送到打印机。交换机106可以是第1层交换机、第2层交换机、第3层交换机、第4层交换机、第7层交换机等。第1层联网装置传输数据，但不管理通过其的任何流量。第1层联网装置的一个示例是以太网集线器。第2层联网装置是使用硬件地址在数据链路层(第2层)处理和转发数据的多端口装置。第3层交换机可执行通常由路由器执行的部分或全部功能。但是，一些网络交换机仅限于支持单一类型的物理网络，通常是以太网，而路由器可能在不同的端口上支持不同类型的物理网络。
路由器162是在计算机网络之间转发数据包的联网装置。在图1所示的示例性系统100中，路由器162在局域网160之间转发数据包。然而，路由器162不一定必须用于在局域网160之间转发数据包，而是可用于在广域网之间转发数据包等。路由器162对因特网执行流量定向功能。路由器162可具有用于不同类型的物理层连接的接口，诸如铜缆、光纤或无线传输。路由器162可支持不同的网络层传输标准。每个网络接口用于将数据包从一个传输系统转发到另一个传输系统。路由器162也可用于连接两台或多台计算机装置的被称为子网的逻辑组，每个逻辑组具有不同的网络前缀。如图1所示，路由器162可提供企业内部、在企业和因特网之间或者在因特网服务提供商的网络之间的连接。一些路由器162被配置为互连各种因特网服务提供商，或者可在大型企业网络中使用。较小的路由器162通常为家庭和办公室网络提供到因特网的连接性。图1中所示的路由器162可表示诸如以下的用于网络传输的任何合适的路由器：边缘路由器、用户边缘路由器、提供商间边界路由器、核心路由器、因特网骨干网、端口转发、语音/数据/传真/视频处理路由器等。
因特网服务提供商(ISP)102是提供用于访问、使用或参与因特网的服务的组织。ISP 102可以各种形式组织，例如，商业性、社区所有性、非营利性或私有性。ISP 102通常提供的因特网服务包括因特网接入、因特网传输、域名注册、网站托管、Usenet服务和主机托管。图1所示的ISP 102可代表任何合适的ISP，例如，托管ISP、中转ISP、虚拟ISP、免费ISP、无线ISP等。
网络服务提供商(NSP)104是通过向因特网服务提供商提供直接的因特网骨干网接入来提供带宽或网络访问的组织。网络服务提供商可提供对网络接入点(NAP)的访问。网络服务提供商104有时称为骨干提供商或因特网提供商。网络服务提供商104可包括电信公司、数据运营商、无线通信提供商、因特网服务提供商和提供高速因特网接入的有线电视运营商。网络服务提供商104也可包括信息技术公司。
应当理解的是，图1所示的系统100仅是示例性的，并且可创建用于在网络和计算装置之间传输数据的许多不同的配置和系统。因为在网络形成中存在大量的可定制性，所以期望在确定用于在计算机之间或网络之间传输数据的最佳路径时创建更大的可定制性。鉴于前述内容，本文公开了用于将最佳路径计算卸除到外部装置以在确定非常适合于特定计算机组或特定企业的最佳路径算法时实现更大的可定制性的系统、方法和装置。
图2是示出从一个网络前缀到另一个网络前缀的稳态流的示例性拓扑200的示意图。拓扑200具有叶脊架构。拓扑200包括两个脊节点S1和S2，并且进一步包括三个叶节点L1、L2和L3。在叶脊拓扑中，所有装置S1、S2、L1、L2和L3相隔相同的段数。因为拓扑800仅具有两个层，包括脊层和叶层，所以这是可能的。叶层L2、L1、L3由连接到服务器、防火墙、负载平衡器和边缘路由器等装置的接入交换机组成。脊层S2、S1由执行路由的交换机构成，并且作为网络的骨干网，在该网络中，每一叶节点L1、L2、L3交换机与每个脊节点S1、S2交换机互连。
在拓扑200中，前缀P1被路由到叶节点L1，并且前缀p2被路由到叶节点L3。图2示出了从前缀P2到前缀P1的示例性稳态流。在拓扑200中，脊节点S1和S2中的每一个被配置为将具有前缀P1的数据包路由到叶节点L1。此外，叶节点L1、L2和L3中的每一个被配置为将具有前缀P1的数据包路由到脊节点S1或脊节点S2。在图2所示的示例中，数据包起源于叶节点L3，随后被路由到脊节点S2，然后到叶节点L1。
图3A和图3B示出了由于链路故障而可能引起的瞬态环路。在图3A和图3B所示的示例中，故障的链路是脊节点S2和叶节点L1之间的链路。在每个可能的瞬态环路中，脊节点S2对链路故障做出反应，并且通过叶节点L2和L3收敛到可选路径。叶节点L2和L3各自仍然具有穿过脊节点S2的一个旧路径，这可能会导致微环路。
在图3A所示的示例中，数据包从叶节点L3传输到脊节点S2，然后由于脊节点S2和叶节点L1之间的链路故障而被发送到叶节点L2。然后，该数据包被发送回脊节点S2，这导致了微环路。
在图3B所示的示例中，该数据包从叶L3传输到脊节点S2，然后由于脊节点S2和叶节点L1之间的链路故障而被发送回叶节点L3。然后，该数据包被发送回脊节点S2，这导致了微环路。
控制平面驱动的收敛(Control plan driven convergence)依赖于受影响的脊节点，以撤回从受影响的叶节点学习的前缀。流向受影响的叶节点后面的前缀的流量经由剩余的脊节点收敛。基于图2、图3A和图3B所示的控制平面收敛(control planeconvergence)，微环路是可能的。图4示出了在叶脊结构中避免环路的一种解决方案
图4示出了经由到不同脊节点的备份隧道来避免环路的示例。在此实施方案中，脊节点S2通过隧道传输到不同的脊(在此示例中为脊节点S1)来使用备份路径，以避免在叶节点上进行覆盖查找(overlay lookup)。备份路径命令具有前缀P1的数据包通过隧道到达具有隧道标签的脊节点S1。该隧道标签导致数据包将从叶节点L3发送到脊节点S1，而不是发送回脊节点S2。叶节点L3将隧道标签上的数据包转发到脊节点S1，而不是在前缀P1上执行查找。当数据包到达脊节点S1时，该数据包可被发送到其叶节点L1处的目的地。
在叶链路故障(例如，连接脊节点S2和叶节点L1的链路故障)时，脊节点可通过备份隧道重新路由到其冗余组内的其他脊节点中的一个。例如，诸如脊节点S2的脊节点可在每个脊级别(脊level)配置或发现冗余组。每个脊级别由叶脊Clos结构中处于相同级别的所有其他脊组成。脊节点通知以“级别/RG-ID”作为传递属性的本地环回路由(localloopback route)，以用信号通知该脊节点是给定冗余组或级别的一部分。该脊节点将它们的本地环回路由通知给每个叶节点，再通知给其每个叶节点。此外，叶节点将per-CE标签与每个接收到的脊环回路由相关联，并且将其进一步通知给其他脊节点。脊节点(在本例中为脊节点S2)填充由可用脊节点组成的冗余组。对于下一跳的每个叶节点，脊节点通过通向备份脊的隧道预先编程递归备份路径，以所接收的标签作为隧道标签。
图5是用于避免环路冲突的处理流程500的示意图。处理流程500可以两个级别的叶脊架构来实施，并且可具体地以Clos数据中心架构来实施。为了便于理解处理流程500，处理流程由与图4所示相同的脊节点S1、脊节点S2和叶节点L3来执行。
在处理流程500中，脊节点S2接收具有前缀P1的包。在图4所示的拓扑中，前缀P1在叶节点L1后面是可达的。在稳定状态下，脊节点S2通常将与前缀P1匹配的数据包直接传输到叶节点L1。
在504处，脊节点S2接收脊节点S1和叶节点L1之间的链路断开的指示。在506处，脊节点S2即经由叶脊网络拓扑中相同级别的不同脊立启动预编程备份路径作为下一个最佳可用路径。在508处，脊节点S2将隧道标签附加在该包上。贴上该隧道标签代替常规标签。在508处，脊节点S2将包发送到叶节点L3。在510处，叶节点L3接收具有隧道标签的包。在512处，叶节点L3基于该隧道标签来将该包传输到不同的脊。进一步到图4所示的实施方案，在514处，脊节点S1接收包。在516处，脊节点S1基于前缀将包传输到叶节点，并且在这种情况下，脊节点S1将包传输到叶节点L1。
在实施例中，对隧道标签的创建由通知其自身环回的脊节点来触发。可能有特殊的标识符用来通知脊节点查找。在实施例中，脊节点从叶节点学习前缀，并且可基于所通知的环回对脊节点进行重新编程。
当前缀不能经由最佳路径到达时，本文所公开的系统、方法和装置可利用其他脊节点。在图4所示的示例中，脊节点S2到达前缀P1的最佳路径是通过直接向叶节点L1传输包。然而，脊节点S2与叶节点L1之间的链路断开。因此，脊节点S2可利用相同级别的另一个脊(在本例中为脊节点S1)将数据包发送到叶节点L1后面的前缀P1。这一路径较长，不是最佳路径。然而，该路径提供了一种即使在脊节点S2与叶节点L1之间的链路断开时也以无环(loop-free)方式发送数据包的方法。
图6是由联网装置610促进的通信的示意图。在图2至图5所示的示例中，联网装置610可以是作为路由器或交换机操作的脊节点。在实施例中，存在联网装置本地的数据存储器(datastore)602，其存储系统的相关信息。数据存储器602可以是存储用于一个或多个路由器或交换机的最佳路径信息的数据库。数据存储器602可进一步存储诸如CPU利用率、温度、风扇速度的系统状态信息，以及诸如LED的外围设备或其他装置的状态信息。数据存储器602可存储对监测代理可能有用的各种信息。数据存储器602中的信息可被流出到可能需要这种信息的另一个控制器或装置。数据存储器602可包括数据库索引，并且可包括多个主机。多个主机中的每一个可包括处理器和高速缓存存储器。在图6所示的示例性实施例中，数据存储器602包括数据库主机1、数据库主机2、数据库主机3至数据库主机n。
图7是由于网络拓扑内的链路断开而在网络拓扑内重新路由包的方法700的示意性框图。方法700可在具有本文所讨论的Clos架构的叶脊网络中实施。方法700可由诸如交换机或路由器的脊节点或任何其他合适的计算装置来实施。
方法700开始，并且在702处，计算装置确定网络拓扑中的第一脊节点和第一叶节点之间的链路是非活动的。方法700继续，并且在704处，计算装置接收待传输到第一叶节点的包。方法700继续，并且在706处，计算装置识别网络拓扑中处于相同级别的替代脊节点。方法700继续，并且在708处，计算装置将隧道标签附加到该包，其中该隧道标签指示应将该包传输到替代脊节点。
现在参照图8，示出了示例性计算装置800的框图。计算装置800可用于执行各种过程，例如本文所讨论的那些过程。在实施例中，计算装置800可用于执行脊节点或叶节点的功能，并且可执行一个或多个应用。计算装置800可以是诸如以下的多种计算装置中的任意一种：台式计算机、仪表板内计算机、车辆控制系统、笔记本电脑、服务器计算机、手持电脑、平板电脑等。
计算装置800包括一个或多个处理器802、一个或多个存储器装置804、一个或多个接口806、一个或多个大容量存储装置808、一个或多个输入/输出(I/O)装置802和显示装置830，所有这些都联接到总线812。处理器802包括执行存储器装置804和/或大容量存储装置808中存储的指令的一个或多个处理器或控制器。处理器802还可包括各种类型的计算机可读介质，诸如，高速缓存存储器。
存储器装置804包括各种计算机可读介质，诸如易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)814)和/或非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)816)。存储器装置804还可包括可重写ROM，诸如，闪速存储器。
大容量存储装置808包括各种计算机可读介质，诸如磁带、磁盘、光盘、固态存储器(例如，闪速存储器)等。如图8所示，特定的大容量存储装置是硬盘驱动器824。各种驱动器也可包括在大容量存储装置808中，以实现从各种计算机可读介质读取和/或写入到各种计算机可读介质。大容量存储装置808包括可移动介质826和/或不可移动介质。
输入/输出(I/O)装置802包括允许数据和/或其他信息输入到计算装置800或从计算装置800检索出数据和/或其他信息的各种装置。示例性I/O装置802包括光标控制装置、键盘、小键盘、麦克风、监视器或其他显示装置、扬声器、打印机、网络接口卡、调制解调器等。
显示装置830包括能够向计算装置800的一个或多个用户显示信息的任何类型的装置。显示装置830的示例包括监视器、显示终端、视频投影装置等。
接口806包括允许计算装置800与其他系统、装置或计算环境交互的各种接口。示例性接口806可包括任意数量的不同网络接口820，诸如，到局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线网络和因特网的接口。其他接口包括用户接口818和外围装置接口822。接口806还可包括一个或多个用户接口元件818。接口806还可包括一个或多个外围接口，诸如用于打印机、定位装置(鼠标、跟踪板或本领域普通技术人员现在已知或以后将发现的任何合适的用户接口)、键盘等的接口。
总线812允许处理器802、存储器装置804、接口806、大容量存储装置808和I/O装置802以及联接到总线812的其他装置或组件彼此通信。总线812代表几种类型的总线结构中的一种或多种，诸如，系统总线、PCI总线、IEEE总线、USB总线等。
为了说明的目的，程序和其他可执行程序组件在本文中被示为离散的块，虽然可以理解，这样的程序和组件可在不同的时间驻留在计算装置800的不同存储组件中，并且由处理器802执行。可选地，本文所描述的系统和过程可以硬件或者硬件、软件和/或固件的组合来实施。例如，一个或多个专用集成电路(ASIC)可进行编程来执行本文所描述的一个或多个系统和过程。
出于说明与描述的目的已经给出了前面的描述。并不旨在穷举或将本公开限制到所公开的精确形式。根据上述教导，可以进行许多修改和变化。此外，应当注意，任何或所有前述可选实施方案可以任何所期望的组合来使用，以形成本公开的附加的混合实施方案。
此外，虽然已经描述和示出了本公开的具体实施方案，但是本公开不限于如此描述和示出的部件的具体形式或布置。本公开的范围将由所附权利要求、此处和不同申请中提交的任何将来的权利要求(如果存在)以及其等同方案来限定。
示例
下面的示例涉及进一步的实施例。
示例1是系统。该系统包括网络拓扑，该网络拓扑包括多个脊节点和多个叶节点，其中第一脊节点与第一叶节点之间的链路是非活动的。第一脊节点包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器可配置为执行非暂时性计算机可读存储介质中存储的指令。该指令包括：接收待传输到第一叶节点的包。该指令包括：识别网络拓扑中处于相同级别的替代脊节点。该指令包括：将隧道标签附加到包上，其中该隧道标签指示应当将该包传输到替代脊节点。
示例2是根据示例1所述的系统，其中指令进一步包括：识别第一脊节点与第一叶节点之间的链路是非活动的，并且其中识别处于相同级别的替代脊节点包括分析第一脊节点的冗余组。
示例3是根据示例1至2中的任一示例所述的系统，其中指令进一步包括：向网络拓扑中相同级别内的其他脊节点通知本地环回路由。
示例4是根据示例1至3中的任一示例所述的系统，其中指令进一步包括：填充冗余组，该冗余组包括网络拓扑中处于相同级别，并且具有到第一叶节点的活动链路的一个或多个替代脊节点。
示例5是根据示例1至4中的任一示例所述的系统，其中指令使得隧道标签包括指向该替代脊节点的路由。
示例6是根据示例1至5中的任一示例所述的系统，其中指令使得隧道标签进一步包括该路由不是到达第一叶节点的最佳路径的指示。
示例7是根据示例1至6中的任一示例所述的系统，其中指令进一步包括：识别第一脊节点与第一叶节点之间的链路不再是非活动的；以及响应于识别该链路不再非活动，将目的地为第一叶节点的新包直接传输到第一叶节点，而不是将隧道标签附加到该新包上。
示例8是根据示例1至7中的任一示例所述的系统，其中网络拓扑是具有叶脊架构的Clos网络。
示例9是根据示例1至8中的任一示例所述的系统，其中网络拓扑包括多个层，每个层包括脊节点和叶节点，并且其中指令使得识别替代脊节点包括将网络拓扑中处于相同级别的一个或多个其他脊节点识别为具有到第一叶节点的活动链路的第一脊节点。
示例10是根据示例1至9中的任一示例所述的系统，其中指令进一步包括：基于从相同级别中的其他脊节点接收到的通知，识别相同级别中的哪些其他脊节点具有到第一叶节点的活动链路。
示例11是可配置为执行非暂时性计算机可读存储介质中存储的指令的一个或多个处理器。指令包括确定网络拓扑中的第一脊节点与第一叶节点之间的链路是非活动的。该指令包括：接收待传输到第一叶节点的包。该指令包括：识别网络拓扑中处于相同级别的替代脊节点。该指令包括：将隧道标签附加到包上，其中该隧道标签指示应当该包传输到该替代脊节点。
示例12是根据示例11中的一个或多个处理器，其中指令使得识别处于相同级别的替代脊节点包括分析第一脊节点的冗余组。
示例13是根据示例11至12中的任一示例所述的一个或多个处理器，其中指令进一步包括：向网络拓扑中相同级别内的其他脊节点通知本地环回路由。
示例14是根据示例11至13中的任一示例所述的一个或多个处理器，其中指令进一步包括：填充冗余组，该冗余组包括网络拓扑中处于相同级别、并且具有到第一叶节点的活动链路的一个或多个替代脊节点。
示例15是根据示例11至14中的任一示例所述的一个或多个处理器，其中指令使得隧道标签包括指向该替代脊节点的路由以及该路由不是到达第一叶节点的最佳路径的指示。
示例16的是一种方法。该方法包括确定网络拓扑中的第一脊节点与第一叶节点之间的链路是非活动的。该方法包括接收待传输到第一叶节点的包。该方法包括识别网络拓扑中处于相同级别的替代脊节点。该方法包括将隧道标签附加到包上，其中该隧道标签指示应当将该包传输到该替代脊节点。
示例17是根据示例16所述的方法，该方法进一步包括：识别处于相同级别的替代脊节点包括分析第一脊节点的冗余组。
示例18是根据示例16至17中的任一示例所述的方法，该方法进一步包括：向网络拓扑中相同级别内的其他脊节点通知本地环回路由。
示例19是根据示例16至18中的任一示例所述的方法，该方法进一步包括：填充冗余组，该冗余组包括网络拓扑中处于相同级别处，并且具有到第一叶节点的活动链路的一个或多个替代脊节点。
示例20是根据示例16至19中的任一示例所述的方法，其中隧道标签包括指向该替代脊节点的路由以及该路由不是到达第一叶节点的最佳路径的指示。
示例21是执行示例1至20中的任一示例所述的指令或方法步骤的装置。
应当理解的是，上述布置、示例和实施例的任何特征可在单个实施例中进行组合，该单个实施例包括取自任何所公开的布置、示例和实施例的特征的组合。
将理解的是，本文所公开的各种特征在本领域中提供了显著的优点和进步。随附的权利要求是这些特征中的一些的示例。
在本公开的前述具体实施方式中，出于简化本公开的目的，将本公开的各种特征组合在单个实施例中。本公开的方法不应被解释为反映所要求保护的公开内容需要比每个权利要求中明确陈述的更多的特征的意图。相反，发明的方面少于单个前述公开的实施例的所有特征。
应当理解，上述布置仅是对本公开原理的应用说明。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以设计出许多修改方案和替代布置，并且所附权利要求旨在涵盖这些修改和布置。
因此，虽然已经在附图中示出了本公开，并且在上面详细描述了本公开，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本文所阐述的原理和概念的情况下，可以进行许多修改，包括但不限于大小、材料、形状、形式、功能和操作方式、组装和使用的变化。
此外，在适当的情况下，本文所描述的功能可以在硬件、软件、固件、数字组件或模拟组件中的一个或多个中执行。例如，可对一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)进行编程以执行本文所描述的一个或多个系统和过程。在下面的描述和权利要求中使用了某些术语来指代特定的系统组件。如本领域技术人员将理解的，可通过不同的名称来指代组件。本文件无意区分名称不同但功能相同的组件。
出于说明与描述的目的已经给出了前面的描述。并不旨在穷举或将本公开限制到所公开的精确形式。根据上述教导，可以进行许多修改和变化。此外，应当注意，任何或所有前述可选实施方案可以任何所期望的组合来使用，以形成本公开的附加的混合实施方案。
此外，虽然已经描述和示出了本公开的具体实施方案，但是本公开不限于如此描述和示出的部件的具体形式或布置。本公开的范围将由所附权利要求、此处和不同申请中提交的任何将来的权利要求以及其等同方案来限定。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
网络拓扑，包括多个脊节点和多个叶节点，其中第一脊节点与第一叶节点之间的链路是非活动的；
所述第一脊节点包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器可配置为执行非暂时性计算机可读存储介质中存储的指令，所述指令包括：
接收待传输到所述第一叶节点的包；
识别所述网络拓扑中处于相同级别的替代脊节点；以及
将隧道标签附加到所述包上，其中所述隧道标签指示将所述包传输到所述替代脊节点。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令进一步包括：识别所述第一脊节点与所述第一叶节点之间的所述链路是非活动的，并且其中识别处于所述相同级别的所述替代脊节点包括分析所述第一脊节点的冗余组。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令进一步包括：向所述网络拓扑中所述相同级别内的其他脊节点通知本地环回路由。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令进一步包括：填充冗余组，所述冗余组包括所述网络拓扑中处于所述相同级别，并且具有到所述第一叶节点的活动链路的一个或多个替代脊节点。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令使得所述隧道标签包括指向所述替代脊节点的路由。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述指令使得所述隧道标签进一步包括所述路由不是到达所述第一叶节点的最佳路径的指示。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令进一步包括：
识别所述第一脊节点与所述第一叶节点之间的所述链路不再是非活动的；以及
响应于识别所述链路不再非活动，将目的地为所述第一叶节点的新包直接传输到所述第一叶节点，而不是将所述隧道标签附加到所述新包上。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述网络拓扑是具有叶脊架构的Clos网络。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述网络拓扑包括多个层，每个层包括脊节点和叶节点，并且其中所述指令使得识别所述替代脊节点包括将所述网络拓扑中处于所述相同级别的一个或多个其他脊节点识别为具有到所述第一叶节点的活动链路的所述第一脊节点。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述指令进一步包括：基于从所述相同级别中的其他脊节点接收的通知，识别所述相同级别中的哪些其他脊节点具有到所述第一叶节点的活动链路。
11.一个或多个处理器，可配置为执行非暂时性计算机可读存储介质中存储的指令，所述指令包括：
确定网络拓扑中的第一脊节点与第一叶节点之间的链路是非活动的；
接收待传输到所述第一叶节点的包；
识别所述网络拓扑中处于相同级别处的替代脊节点；以及
将隧道标签附加到所述包，其中所述隧道标签指示将所述包传输到所述替代脊节点。
12.根据权利要求11所述的一个或多个处理器，其中所述指令使得识别处于所述相同级别的所述替代脊节点包括分析所述第一脊节点的冗余组。
13.根据权利要求11所述的一个或多个处理器，其中所述指令进一步包括：向所述网络拓扑中所述相同级别内的其他脊节点通知本地环回路由。
14.根据权利要求11所述的一个或多个处理器，其中所述指令进一步包括：填充冗余组，所述冗余组包括所述网络拓扑中处于所述相同级别、并且具有到所述第一叶节点的活动链路的一个或多个替代脊节点。
15.根据权利要求11所述的一个或多个处理器，其中所述指令使得所述隧道标签包括指向所述替代脊节点的路由以及所述路由不是到达所述第一叶节点的最佳路径的指示。
16.一种方法，包括：
确定网络拓扑中的第一脊节点与第一叶节点之间的链路是非活动的；
接收待传输到所述第一叶节点的包；
识别所述网络拓扑中处于相同级别的替代脊节点；以及
将隧道标签附加到所述包上，其中所述隧道标签指示将所述包传输到所述替代脊节点。
17.根据权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括：识别处于所述相同级别的所述替代脊节点包括分析所述第一脊节点的冗余组。
18.根据权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括：向所述网络拓扑中所述相同级别内的其他脊节点通知本地环回路由。
19.根据权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括：填充冗余组，所述冗余组包括所述网络拓扑中处于所述相同级别、并且具有到所述第一叶节点的活动链路的一个或多个替代脊节点。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述隧道标签包括指向所述替代脊节点的路由以及所述路由不是到达所述第一叶节点的最佳路径的指示。
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