CN1263257C - 使用资源预留的数据通信方法 - Google Patents

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Abstract

一种数据通信方法，它能够使用在资源预留协议的通信网中来防止因为链路状态改变导致的资源预留过程的无止境重复。该方法包括以下步骤：当在通信网中从发送端到接收端的数据传输的链路资源被预留时，启动设定为预定时间的计时器；在资源预留后当通信网的链路状态发生变化时，判定计时器是否在运行；当计时器判定为在运行时，忽略链路状态的变化并继续数据的传输；以及当计时器被判定为不在运行时，为数据传输再一次预留资源。

Description

使用资源预留的数据通信方法
技术领域
本发明涉及一种数据通信的方法，特别涉及一种在通信网中使用资源预留协议的数据通信方法。
背景技术
在通信网中，例如因特网中，文本、音乐、图象等信息可以在互联的通信设备间传输。依据如网际协议(IP)等协议可以把这样的信息分为小的数据包，然后通过网络传输。各个数据包通过在网络中被称为路由器的多个网络传输设备传送到目的地。
上述数据包在传输中可能被延迟或丢失，这依赖于路由器是否有资源(如，带宽、时延等)支持相应的数据包。当前，用户需要和服务应用多样性的爆炸性增长要求数据传输具有可靠性和确保服务质量(QoS)，因而已经相应地提出了许多满足这种要求的方案。资源预留协议(RSVP)是被提出来支持这样的服务质量的网络控制协议，并且它的功能已经被不断地提高。
RSVP是预留选定路径上的数据所需要资源的协议，但它不支持路由处理。路由处理是使用基于网络的物理特征(如，带宽、时延等)、使用的路由协议的特征、网络应用策略等收集到的数据搜索去向指定目的地的最优化路径的处理过程。换句话说，根据RSVP进行资源预留在介于发送端和接收端之间的路由器的路由处理已经选好的路径上执行。
例如，在使用路由协议和RSVP的典型网络中执行的数据流中，发送端请求去向接收端的10Mbps的资源预留。通过从发送端到接收端的所有可能的路径执行这一资源预留的要求。例如，通过A路径和B路径。数字显示在路由器间，在A路径上为20M、15M、13M、25M和19M，在B路径上为20M、10M、9M、10M和19M，表示相应路由器间链路的可用资源信息(即，带宽和Mbps)。
接收端参照所有路径上路由器的可用资源信息选择A路径，并通知发送端通过A路径可以有10M的资源预留。这样，在A路径上的路由器R1、R2、R3和R4可以把资源预留设定为10Mbps。发送端决定用户的要求是否可行，然后通过A路径开始传输数据包。
在以上所示的数据流之间，如果在A路径上的路由器R1、R2、R3和R4设定了资源预留，则把链路状态(即，带宽)变为10M、5M、3M、15M和9M，大家都知道，在典型的通信网中路由器支持开放式最短路径优先协议(OSPF)。根据开放式最短路径优先协议，检测路由表变化和网络变化的路由器立即将该事实通知给在同一区域的所有路由器，以使所有路由器具有相同的路由表信息。
然后，依照开放式最短路径优先协议(OSPF)，路由器R1、R2、R3和R4向包括发送端和接收端其它路由器通知链路状态的变化。由于链路状态的这一变化，B路径(而不是A路径)会被选为发送端和接收端间的最优路径。这样，为了重新执行资源预留过程，发送端收到链路状态的变化，并再一次要求到接收端10Mbps的资源预留。
接收端响应资源预留的二次请求而选择B路径，并使用资源预留响应(RESV)消息在B路径的反方向上报告资源预留。然后，在B路径上的路由器R1、R6、R7和R4设定10Mbps的资源预留，发送端决定是否可能使用要求的资源和是否通过B路径传输数据。在这一过程中，在A路径上预留的资源被退回。
然后，在B路径上的路由器R1、R6、R7和R4设定资源预留，再接下来依据开放式最短路径优先协议(OSPF)报告链路状态的变化，而A路径上的路由器R1、R2、R3和R4也报告链路状态的变化。结果，资源预留过程不必要的重复(即，乒乓现象)可能是无止境的。
发明内容
相应地，本发明已被用来解决已有技术中出现的上述问题，本发明的目的是提出一种可以使用资源预留协议(RSVP)来避免在通信网中选择路径时所产生的乒乓现象的数据通信的方法和设备。
当前发明的另一个目的是提出一种在支持开放式最短路径优先(OSPF)协议的通信网中使用资源预留协议时防止资源预留的无止境重复的数据通信方法和设备。
为了完成上述目的，提出了一种在通信网中使用资源预留进行数据通信的方法，该方法包括：第一步骤，向通信网发射用于请求从发送端到接收端数据传输的资源预留的消息；第二步骤，在发出请求资源预留的消息后，启动设为预定时间周期的计时器；第三步骤，当从接收端收到资源预留请求消息的响应消息时，启动数据传输；第四步骤，当在通信网中从发送端到接收端的数据通信的链路资源被预留时，启动设定为预定时间的计时器；第五步骤，在资源预留后如果通信网的链路状态发生变化，判定计时器是否在运行；和第六步骤，当在第五步骤判定出计时器是在运行时，忽略链路状态的变化并继续数据的传输。该方法还包括第七步骤，如果发现计时器的检查结果为不在运行时，再一次为数据传输预留资源。
附图说明
随着联系附图参考下面的详细说明对本发明的深入理解，将很容易弄清本发明的整个意图及其附带的有利之处，在附图中，以相似的引用数字表示同样或相似的部分。
图1是显示在发送端和接收端间请求资源预留的消息流的例图。
图2是响应图1中资源预留请求的消息流的例图。
图3是响应图1中资源预留请求，依据开放式最短路径优先协议(OSPF)反映链路状态变化的信息流的例图。
图4是例示支持资源预留协议的通信网的路由器的内部结构的方框图。
图5是例示根据本发明使用资源预留协议执行数据通信的过程的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图，依照本发明的优选实施例描述在通信网中使用资源预留协议进行数据通信方法和设备。在本发明以下的描述中，当此间引入的已知功能和配置可能导致本发明的主题不清楚时，略去它的详细描述。考虑到在本发明中的功能而定义了后面描述的术语，并且这些术语可根据用户或客户的意图而改变。它们将根据整个说明书的内容来定义。
本发明使用了支持服务质量(QoS)资源预留协议(RSVP)，并可被应用到把开放式最短路径优先协议作为路由协议的通信网中。
路由协议能够使各个路由器确定将路径消息转移到哪个路由器，以致将包转移到目的地，并且该路由协议按照路径信息来转移包。特别的是，开放式最短路径优先协议是链路状态路由协议，它把与链路状态相关的信息传输到同一区域所有其它路由器。换句话说，路由器能识别链路状态通过开放式最短路径优先协议是否被改变了。链路状态的改变应该应用于开放式最短路径优先协议中(RSVP)。在本发明中，在根据资源预留协议的资源保留期间考虑了由开放式最短路径优先协议(RSVP)导致的链路状态的变化。
图1是显示在发送端和接收端间请求资源预留的消息流的例图；图2是响应图1中资源预留请求的消息流的例图；图3是响应图1中资源预留请求，依据开放式最短路径优先协议(OSPF)反映链路状态变化的信息流的例图。
首先，参照图1，例如，发送端请求到接收端的10Mbps的资源预留。通过从发送端到接收端的所有路径执行这个资源预留的请求，例如，如图1所示通过A路径和B路径。在图1中，为路由器指定的数字(即A路径上的20M、15M、13M、25M和19M以及B路径上为20M、10M、9M、10M和19M)表示相应路由器的链路中可用的资源信息(即，带宽和Mbps)。
如图2所示，接收端参考所有路径上路由器的可用资源信息而选择A路径，并通知发送端通过A路径的10Mbps的资源预留是可能的。然后，在A路径上的路由器R1、R2、R3和R4把资源预留设定为10Mbps。发送端决定请求的资源使用是否是可能的，从而开始通过A路径传输数据包。
如图2所示，在以上描述的数据流中，如果在路径A上的路由器R1、R2、R3和R4设定了资源预留，则链路状态(即，带宽)变成为10M、5M、3M、15M和9M。大家都知道，在典型的通信网中，路由器支持开放式最短路径优先协议(OSPF)。根据开放式最短路径优先协议，检测路由表变化和网络变化的路由器立即将此事通知在同一区域的所有路由器，以使所有路由器具有相同的路由表信息。
然后，依照开放式最短路径优先协议，路由器R1、R2、R3和R4向包括发送端和接收端的其它路由器通知链路状态的变化。由于链路状态的这一变化，B路径(而不是A路径)会被选为发送端和接收端间的最优路径。这样，为了重新执行资源预留过程，发送端收到链路状态的变化，再一次要求到接收端10Mbps的资源预留。
如图3所示，接收端响应资源预留的第二次请求而选择B路径，并可以用资源预留响应(RESV)消息在B路径的反方向上报告资源预留。然后，在B路径上的路由器R1、R6、R7和R4设定10Mbps的资源预留，发送端决定要求用的资源是否可能和是否通过B路径传输数据包。在这一过程中，退回在A路径上预留的资源。
然后，在B路径上的路由器R1、R6、R7和R4设定资源预留，再接下来依据开放式最短路径优先协议报告链路状态的变化，而A路径上的路由器R1、R2、R3和R4也报告链路状态的变化。结果，图2中示例的资源预留过程不必要的重复(即，乒乓现象)可能是无止境的。
图4是例示支持资源预留协议的通信网的路由器的内部结构的方框图。这个结构也可用于发送主机和接收主机。
图4中的结构包括中央处理器(CPU)10、随机存取存储器(RAM)12、只读存储器(ROM)14、不同的输入/输出(I/O)装置16、网络接口18和把它们连接在一起的总线20。在发送/接收主机的情况中，网络接口18用来连到用于网络连接的路由器，在路由器的情况下，网络接口18用来连接到发送/接收主机或者其它路由器。图4显示了路由器结构的例子，但应该注意到本发明并不局限于此种结构。
下文将解释资源预留协议(RSVP)。根据资源预留协议进行的资源预留被分为以下三种类型：
通配符滤波器型(wildcard-filter WF)，它对于从发送端来的所有数据流只共享单一的预留信息；
固定滤波器型(fixed-filter FF)，它对于从发送端来的数据使用单一的预留信息；以及
共享清晰型(shared-explicit SE)，它对于从发送端来的、由接收端决定的数据流使用共享的信号预留信息。
在资源预留协议(RSVP)中用到的消息主要被分为两种类型，路径消息和RESV消息，定义如下。
路径消息：在描述中，路径消息被称为资源预留请求消息。发送这种消息是为了使发送端向接收端通知数据流和服务质量(QoS)所要求的资源的特征。此消息包括以下信息：
*发送端模板，用来确定例如发送主机网际协议地址、端口号和协议标识符等信息；
*发送端tspec，用来表示数据流的流量特征(即，请求的带宽)；和
*adspec，用来表示单路径发布(OPWA)信息。
RESV消息：在描述中，RESV消息被称为资源预留响应消息。这一消息响应路径消息请求的资源信息，并可被用来使路径上的接收端和路由器能指示和发送预留的资源信息。
根据资源预留协议(RSVP)的资源预留过程如下。
接下来解释的通信网包括发送端、至少一个接收端、和至少一个位于发送端和接收端之间的路由器。这里，发送端是发射主机，它是发射路由器或者具有直接连到发射主机上的路由功能，而接收端是接收主机，它是接收路由器或者具有直接连到接收主机上的路由功能。发送端、接收端和路由器与资源预留协议(RSVP)管理器一起提供。
发送端参考准备的路由表沿着可能的路径发送请求资源预留的路径消息。
位于从发送端到接收端的路径上的路由器收到路径消息，然后记录可用的资源信息，以把资源信息转移到接收端。
收到路径消息的接收端确定可以参照记录在路径消息中的资源信息而保留的资源信息，并在路径消息接收的反方向发送包括确定结果的资源预留响应(RESV)消息。
位于从接收端到发送端的路径上并接收资源预留响应(RESV)消息的路由器依据由资源预留响应(RESV)消息指示的信息设定资源预留，然后把资源预留响应(RESV)消息转移到发送端。
收到资源预留响应(RESV)消息的发送端确定资源的使用是否能达到资源预留响应(RESV)消息所指示的程度，并启动到接收端的数据流。
根据本发明，在以上描述的数据流中，临时考虑到了由于资源预留而产生的链路状态的变化。对于此，发送端在请求资源预留时，驱动设定有预定时间的计时器，并忽略在设定时间过去前产生的状态变化。如果数据流结束并且退回了预留资源，则恢复归于资源预留的链路资源，并且计时器停止。如果在时间过去后检测到链路状态的变化，这被看作不是由资源预留引起的状态变化，并尝试重新预留资源。
图5是例示根据本发明使用资源预留协议执行数据通信的过程的流程图。这里，要注意到以上过程由打算通过通信网传输数据发送端执行。下文中，假定发送端是连接发射主机和通信网的发射路由器，而接收端是连接接收主机和通信网的接收路由器。每个路由器被提供了路由表，它包含到其它路由器的可用传输路径上的信息，并且路由表由路由协议更新。
参照图5，如果产生了从发射主机到接收主机的传输数据，发射主机请求发送端(即，发射路由器)所需带宽的资源预留。发送端在收到资源预留请求后(步骤S105)参照路由表决定是否至少存在一条到接收端(即，接收路由器)的可用路径(步骤S110)。如果判定可用的路径不存在，发送端得出数据传输失败的结论，并把失败报告给发射主机，并终止数据流。
如果判定在步骤S110可用路径确实存在，发送端通过路由表中搜索到的所有路径多路广播请求资源预留的路径消息(步骤S115)。如上所述，路径消息包括发送端的IP地址、端口号、协议标识符(特别是资源预留协议的标识符)、请求的带宽等。在路径消息发射后，启动设定了预定时间的计时器(步骤S120)。
这里，计时器用来防止资源预留过程的无止境重复现象。在优选实施例中，计时器接收关于路径消息的资源预留响应(RESV)消息(即，完成资源预留)，并且计时器被设定足够完成请求数据传输的时间周期。作为另一个例子，计时器可能被设定比发射主机请求更长的时间周期，在这种情况下，发射主机能在期望的时期内确保数据传输的安全。因而，计时器可被设为从几分钟到几天不同的时期。
如上所述，具有从发送端到接收端的多条可用路径的路由器接收路径消息，然后记录有用的带宽并将其传输到接收端。接收端参照记录在通过多条路径收到的路径消息上的带宽信息选取最优路径，并响应路径消息，通过选择的路径把资源预留响应(RESV)消息发送到发送端。资源预留响应(RESV)消息包括选择的路径可能的资源预留信息，而在选择路径上转移资源预留响应(RESV)消息的路由器根据资源预留信息设定资源预留。
如果响应路径消息收到资源预留响应(RESV)消息(步骤S125)，则发送端判定是否成功地进行了足够发射主机请求的数据传输的资源预留(步骤S130)。如果判定资源预留不完全满足发射主机的数据传输请求，发送端给出资源预留失败的结论，并把此事报告给发射主机并退回预留的资源(步骤S135)。如果判定资源预留成功，发送端通过资源预留响应(RESV)消息指示的路径启动数据传输(步骤S140)。如果计时器正常终止(即，数据传输开始后时间用完一步骤S145)，发送端退回预留的资源(步骤S135)，并终止数据传输。
同时，如果在数据传输开始后通过开放式最短路径优先协议(OSPF)收到链路状态变化的信息(步骤S150)，则发送端判断在步骤S120开始的计时器是否仍在运行(步骤S155)。如果计时器在运行，发送端忽略链路状态变化的信息，并且继续数据传输(返回步骤S145)。
相反，如果计时器的时间已经用完，发送端参照链路状态变化的信息判定是否需要资源的重新预留(步骤S160)。如果判定路径的资源不足以满足连续的数据传输，或者，根据在步骤S125收到的资源预留响应(RESV)消息另外路径的资源更为适合数据传输，则发送端得出资源需要重新预留的结论，并返回步骤S115。相反，如果不需要资源的重新预留，发送端继续数据传输(返回步骤S145)。
参照图1和图2，将解释依据本发明的资源预留过程的例子。
如图1所示，发送端向接收端多路广播请求10M的资源预留的路径消息，然后启动设定为预定时间的计时器。这里，“多路广播”意味着通过所有可能的路径向多个接收端同时发出路径消息(例如A和B路径)。
如图2所示，收到路径消息的接收端选择A路径，然后在A路径的反方向发送能预留10M资源的信息的资源预留响应(RESV)消息。
收到资源预留响应(RESV)消息的A路径上的路由器R1、R2、R3和R4把资源预留设为和资源预留响应(RESV)消息中指示的一样的值，并把资源预留响应(RESV)消息转移到发送端。
收到资源预留响应(RESV)消息的发送端判定是否可能使用请求的通过A路径的资源，并通过A路径启动数据流。
在A路径上的路由器R1、R2、R3和R4检测到由于资源预留设置导致的链路状态的变化，并向邻近的路由器广播状态变化消息。
发送端忽略接收的状态变化信息，不到上述设定的计时器时间用完，它不会进行资源的重新预留。
如上所述，根据本发明，获得了以下效果。本发明通过在资源预留期间不在网络上转移不需要的链路状态信息而降低了路由器和网络的负荷，并消除了在资源预留过程中的不必要重复的现象(即，乒乓现象)，这样，使网络的运行稳定。此外，本发明只通过在具有典型结构的通信网中改变发射路由器的结构就可以轻易实现。
尽管示出了本发明并且参照一定的实施例对其进行了描述，但是本领域的技术人员可以理解对本发明进行的各种形式上和细节上的修改，而不偏离由所附权利要求限定的本发明的实质和范围。

Claims (9)

1.一种在通信网中使用资源预留进行数据通信的方法，该方法包括以下步骤：
第一步骤，向通信网发射用于请求从发送端到接收端数据传输的资源预留的消息；
第二步骤，在发出请求资源预留的消息后，启动设为预定时间周期的计时器；
第三步骤，当从接收端收到资源预留请求消息的响应消息时，启动数据传输；
第四步骤，当在通信网中从发送端到接收端的数据通信的链路资源被预留时，启动设定为预定时间的计时器；
第五步骤，在资源预留后如果通信网的链路状态发生变化，判定计时器是否在运行；和
第六步骤，当在第五步骤判定出计时器是在运行时，忽略链路状态的变化并继续数据的传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：第七步骤，当第五步骤中判定出计时器的设定时间用完时，再一次为数据传输预留资源。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在第一步骤之前还包括以下步骤：
判定路径是否存在于通信网中；和当判定路径存在时，多路广播路径消息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在第二步骤和第三步骤之间还包括以下步骤：
接收资源预留响应(RESV)消息；判定资源预留是否成功；和在判定资源预留成功时，启动数据传输。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于在数据传输启动以后还包括以下步骤：
判定计时器是否在运行；和
在判定计时器在运行时，退回链路资源。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：在判定计时器没有运行时，接收状态变化信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当在第五步骤中判定计时器没有运行时还包括以下步骤：
判定是否需要资源重新预留；和
在判定不需要资源预留时，继续数据传输。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：当判定计时器没有运行时，向通信网重新发出用于请求资源预留的消息，以便为数据传输重新预留链路资源。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在启动计时器的步骤和在启动数据传输的步骤间还包括以下步骤：
判定资源预留是否成功；和
在判定资源预留不成功时退回资源。
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