CN1520110A - 对转发信息进行动态管理的分布式路由器及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对转发信息动态管理的分布式路由器和处理，每个路由节点与其他路由节点实时地共享所收集到的路由信息，并依据该路由信息，动态地管理转发信息，从而避免了为了路由节点之间共享路由信息而进行分组转发的需要。在转发表中有选择地更新路由信息；从而有效地管理每个路由节点的转发表。此外，由于以聚合二叉树的形式来管理每个路由节点的转发信息，并且可以可变地设置用于聚合与聚合树中的路由信息相对应的节点信息的代表节点的聚合等级，因此，可以减少每个路由节点中的转发表的大小。

Description

对转发信息进行动态管理的分布式路由器及其方法

本申请要求于2003年1月30日在韩国知识产权局较早提出的、序列号为No.2003-6435的题为《DISTRIBUTED ROUTER FOR DYNAMICALLYMANAGING FORWARDING INFORMATION AND METHOD THEREOF》的申请的符合35 U.S.C§119的优先权，该申请的内容这里一并作为参考。

技术领域

本发明通常涉及一种用于管理分布式路由器中(即，按照分布式结构构造的路由器中)的转发信息的方法，更具体地，涉及一种用于实时共享在分布式路由器内的所有路由器节点中的每个路由器节点收集的路由信息，并依据该路由信息，通过聚合(aggregation)对转发信息进行动态管理的方法。

背景技术

随着超高速、大容量网络的发展，路由器已经从现有的集中式结构进化为新的分布式结构。

在集中式路由器中，中央处理器实现路由协议并通过路由协议管理所收集到的路由信息。例如，中央处理器计算路由表，并将其计算得到的路由表分配给线路卡。因此，线路卡依据中央处理器计算得到的路由表执行分组转发。

另一方面，分布式路由器将中央处理器的任务分配到多个处理器中，结果，与集中式路由器相比，处理了大量的数据。分布式路由器具有不同的处理器：例如，管理路由协议的第一处理器，计算路由表的第二处理器，和管理分组转发的第三处理器。每个路由器都专用于所分配的功能，从而尽力改善路由性能。

路由节点具有它们自己的路由表，以支持它们的子网络和它们自己的处理器对路由路径进行处理。从用户的观点来看，路由节点被看作一个路由器，即使这些路由节点的每一个都对处于分布式路由器结构内的其他路由节点的路由表进行全局管理。

每一个路由节点的输入/输出处理器被分为具有路由协议、管理处理器和路由表的系统处理器区域、以及具有转发表的网络处理器区域。每一个路由节点的系统处理器执行以下一组操作：收集路由信息，管理通过计算路由路径而获得的转发表，并与其他输入/输出处理器共享路由表，而网络处理器依据转发表，在连接于本地区域中的网络设备之间转发数据。因此，分布式路由器可以快速地处理大量数据。

每一个路由节点必须与其他路由节点共享其转发表，以便在分布式路由器中快速地处理大量数据。作为实例，通常，每一个路由节点与其他路由节点交换转发表，从而使任何一个路由节点都可以对所有路由节点的转发表全局管理。结果，分布式结构路由器的每一个路由节点都必须配备有大容量的存储器，以便存储这些转发表；这造成了对路由器的主要操作用途即分组转发的不必要的开销。

发明内容

本发明的目的是实质上至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供以下优点。因此，本发明的一个目的是提出一种分布式路由器和处理，用于防止由于为了使每一个路由节点与分布式结构的路由器内的其他路由节点共享路由信息而形成的分组转发所造成的节点间通信流量的增加。

本发明的另一目的是提出一种分布式结构路由器和处理，其中，每一个路由节点与分布式结构路由器内的其他路由节点实时地共享其收集的路由信息。

本发明的另一目的是提出了一种路由器和分布式结构路由器内的处理，用于按照减小在分布式结构路由器中的每一个路由节点处所需要的转发表的大小的方式管理转发信息。

此外，本发明的另一目的是提出了一种处理器和处理，用于管理分布式路由器中每一个路由节点的转发信息，其中，路由节点与其他路由节点实时地共享所收集到的路由信息。

本发明的另一目的是提出了一种路由器和处理，用于通过利用每个路由节点中的聚合二叉树，对转发信息进行管理，其中，利用分布式路由器中对应于路由信息的节点和用于聚合路由信息的代表节点(delegation node)，构造所述聚合树。

本发明的另一目的是提出一种路由器和处理，通过可变地设置代表节点的聚合等级，对转发信息进行有效的管理。

依据本发明的一个实施例，在用于管理分布式路由器中的转发信息的分布式结构路由器和处理中，所有路由节点共享包括了由这些路由节点中的每一个所收集的路由信息的路由表以及根据路由表创建的聚合树。在将新路由信息插入到路由表中时，检测要将与新路由信息相对应的插入节点插入到聚合树中的位置。搜索聚合树，以定位在预定最大聚合等级处或者以下的插入节点的先辈节点。假定存在先辈节点，当与先辈节点对应的转发信息存在于具有先辈节点的转发表中，并且插入节点和先辈节点从相同的源区域中产生时，则不使用与插入节点有关的信息对转发表进行更新。在不存在先辈节点的情况下，将聚合等级重置为小于等于最大聚合等级的等级，并将代表了插入节点的代表节点插入在重置的聚合等级处。确定已插入路由信息的源区域。如果路由信息的源区域是虚拟区域，则将对应于代表节点的转发信息插入到转发表中。如果路由信息的源区域是本地区域，则将与插入节点相对应的转发信息插入到转发表中。

依据本发明的另一实施例，用于管理分布式路由器中的转发信息的分布式结构路由器和处理中，所有路由节点共享包括了由每个路由节点收集的路由信息的路由表以及根据路由表所创建的聚合树。当从路由表中删除路由信息时，在聚合树中定位与删除的路由信息相对应的删除节点。如果对应于删除节点的转发信息存在于转发表中，则搜索聚合树以定位位于预定最大聚合等级处或者以下的删除节点的后代节点。当针对删除节点存在后代节点时，将该后代节点设置为代表节点的新源节点。当针对删除节点不存在后代节点时，则从转发表中删除对应于删除节点的转发信息。

附图说明

结合其中相同的参考符号表示相同或者相似的元件的附图，通过参考以下详细描述，本发明的完整意图、许多附加优点将变得更加明显，并能够得到更好的理解，其中：

图1是示出了典型分布式路由器的配置的示意方框图；

图2是示出了并入在分布式路由器中的典型处理结构的示意方框图；

图3是示出了按照本发明的实施例构造的分布式路由器中的处理结构的示意方框图；

图4A示出了本发明的实施例中、关于为了管理转发信息的条目而创建的聚合树中的每一个节点的管理数据的格式；

图4B示出了本发明的实施例中为了管理转发信息的条目而创建的聚合树；

图4C是示出了作为前缀长度的函数的前缀分布的双坐标曲线图；

图5是示出了依据本发明的原理，对添加路由信息进行管理的方法的流程图；

图6A、6B和6C是示出了依据本发明的原理，对转发信息的添加条目进行管理的方法的流程图；

图7是示出了依据本发明的原理，对删除路由信息进行管理的方法的流程图；

图8A到8G共同示出了依据本发明的原理，对转发信息的条目进行动态管理的算法；

图9A和9B是示出了本发明的实施例中对转发信息的添加条目进行管理的方法的图；

图10A和10B是示出了在本发明的实施例中，对转发信息的删除进行管理的方法的图；以及

图11A是表格，而图11B到11D是示出了验证依据本发明的原理、对动态转发信息进行管理的效果的测试结果的双坐标曲线图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明目前所实施的实例和优选实施例。在下面的描述中，由于可能以不必要的细节使本发明含糊不清，因此不再对已知功能或结构进行详细描述。

图1是具有分布式结构的典型路由器100的示意方框图。图1所示的分布式路由器可以是星系(Galaxy)因特网协议(即，IP路由器)。

参考图1，路由器100的分布式结构提供了通过交换模块(SWM)150相互连接的多个路由节点110、120、130和140。路由节点110、120、130和140中的每一个均具有输入/输出处理器(IOP)111。每个输入/输出处理器111设计用于分别从两个物理介质设备(PMD：PMD-1和PMD-2)112和113接收分组。

这些路由节点RN 110、120、130和140中的每一个都具有它自己的路由表来支持它们的子网络，并且还都具有它自己的处理器来处理路由路径。路由节点RN 110、120、130和140的每一个都运行路由协议并独立地执行转发。从用户的观点来看，路由节点RN 110-140被看作一个路由器。因此，路由节点RN 110、120、130和140的每一个都全局地管理其他路由节点RN 110、120、130和140的路由表。与路由节点RN110、120、130和140中的任何一个连接的物理子网络被称为本地区域B，由路由节点RN 110、120、130和140之间通过交换模块SWM 150的连接形成的网络被称为虚拟区域A。

图2是示出了分布式路由器100的典型处理结构的示意方框图，特别示出了在该分布式路由器100配备有四个路由节点RN的情况下，由每一个路由节点RN中的输入/输出处理器IOP 10、20、30和40以及交换模块SWM 50与IOP 10、20、30和40(IOP#1、IOP#2、IOP#3、IOP#4)之间的连接所执行的处理。

继续参考图2，IOP#1包括如ripd 11、ospfd 12、bgpd 13和isisd14等多个路由协议、IOP管理处理器、用作输入和输出管理处理器的Galaxy松散统一环境端口监控程序(即GLUED)15、路由表16、以及转发表17。

路由协议11、12、13和14依据它们惟一的收集标准，收集路由信息。路由表16存储收集到的路由信息，并由转发表17存储通过计算所存储的路由信息而获得的转发信息。

IOP#1的管理处理器15负责将收集到的路由信息存储在路由表16中以及将转发信息存储在转发表17中，并对路由表16和转发表17进行管理。管理处理器15还通过交换模块SWM 50，将路由表16存储的所收集到的路由信息通告给其他输入/输出处理器IOP 20、30和40。

IOP#1被分为具有路由协议11、12、13和14、IOP管理处理器15和路由表16的系统处理器区域60，以及具有转发表17的网络处理器区域70。系统处理器区域60执行以下一组操作：收集路由信息，对计算路由路径而集合的转发表进行管理，并且与其他输入/输出处理器IOP20、30和40共享路由表，而网络处理器区域70依据存储在转发表17中的信息，执行连接在本地区域中的网络设备之间的转发工作。因此，分布式路由器，即按照分布式结构构造的路由器理论上能够更快地处理大量数据。

如图1和2所示，每个路由节点RN 10、20、30和40必须与其他路由节点RN 10、20、30和40共享其转发表，以便快速地处理分布式路由器100中的大量数据。出于这个目的，通常，每一个路由节点RN 10、20、30和40通过交换模块SWM 50与其他路由节点RN交换转发表，从而使每一个路由节点能够对所有路由节点10、20、30和40的转发表进行全局管理。假定分布式路由器100包括十个路由节点，并且每个路由节点具有1万个转发条目，则每个路由节点必须管理十万个转发条目。附带地，这需要大容量的存储器：

存储器容量＝每个路由节点1万个转发条目×10个路由节点…(1)为了存储包含超过十万个转发条目的转发表，已经发现对存储器容量的需要造成了分组转发传输的不必要的大开销。

图3示出了按照本发明的实施例构造的分布式路由器的处理结构。通常，分布式处理器典型地具有多个输入和输出处理器，被称为如IOP#1等的IOP。这些IOP通过单个的交换模块SWM 250相互交换信息。为了简明，该结构简化为只示出由图3提供的表示中所示的一个IOP210(IOP #1)和SWM 250，尽管可以设想到其他路由节点220(IOP #2)、230(IOP #3)和240(IOP #4)。

再次参考图3，系统处理器区域260是虚拟专用网络(即，“VPN”)。按照本发明的几个可能实施例之一构造的所述路由器的处理结构可以包括：在IOP#1的系统处理器区域260中的聚合树218。利用与分布式路由器中的每一个输入和输出处理器IOP管理的转发信息和路由信息相对应的节点以及聚合转发和路由信息的代表节点，构造聚合树218，如题为《DYNAMIC MANAGEMENT METHOD FOR FORWARDING INFORMATION INROUTER HAVING DISTRIBUTED ARCHITECTURE》的韩国专利申请No.2002-0075701，该申请由本申请的申请人递交，并于2003年12月1日在美国专利&商标局递交，分配了序列号No.10/724,085，该申请一并于此。

美国序列号No.10/724,085描述了一种用于缩减由按照分布式结构构造的路由器的每个路由节点所管理的转发表的大小的方法；一种通过减少为了更新按照分布式结构所构造的路由器中的转发表而传送的控制分组的传输，来减少内部通信量的技术；以及一种响应具有分布式结构的路由器中的路由信息的添加或者删除，通过聚合或者分解转发信息，对转发信息进行动态管理的处理。

如由美国序列号No.10/724,085的描述，通过形成对应于每个路由节点的聚合树，在包括多个路由节点的、按照分布式结构构造的路由器中可以对转发信息进行管理，其中，聚合树包括与针对每个路由节点的转发信息相对应的节点以及用于聚合针对每个路由节点的转发信息的虚拟节点；在将转发信息添加到每个路由节点时，对聚合树进行改变；识别添加到每个路由节点的转发信息的创建区域；对聚合树进行分析，依据该分析，向其他路由节点通告转发信息，并当转发信息创建在对应路由节点的本地区域内时，将转发信息存储在对应路由节点的本地转发表中；以及，对聚合树进行分析，当转发信息未创建在对应路由节点的本地区域中，依据分析，将转发信息存储在对应路由节点的本地转发表中。

美国序列号No.10/724,085教授了还可以通过形成对应于每个路由节点的聚合树，在按照包括多个路由节点的分布式结构构造的路由器中对转发信息进行管理，其中聚合树包括与针对每个路由节点的转发信息相对应的节点以及用于聚合每个路由节点的转发信息的虚拟节点；响应每个路由节点中转发信息的删除，对每个路由节点的聚合树进行分析，并识别已删除转发信息的创建区域；当已删除转发信息创建在对应路由节点的本地区域内时，通过分析聚合树，只有当已删除转发信息已经被通告给其他路由节点时，才将转发信息的删除通告给其他路由节点，从聚合树中删除与已删除转发信息相对应的节点，并从对应路由节点的本地转发表中删除转发信息；以及当已删除转发信息未创建在对应路由表的本地区域中时，从聚合树中删除与转发信息相对应的节点。

交换模块SWM 250设置有路由协议ripd 251、ospfd 252、bgpd 253和Dglued 254。这些路由协议251到254与位于输入/输出处理器IOP #1中的它们的对应部分ripd 211、ospfg 212、bgpd 213和glued 214之间进行内部对等连接。

因此，交换模块SWM 250与IOP #1实时共享由每个输入/输出处理器IOP的各个路由协议所收集到的路由信息，并通过内部对等连接将该路由信息提供给其他路由节点的IOP。结果，在依据本发明原理构造的分布式路由器中，路由协议之间的内部对等连接能够在所有输入和输出处理器IOP中共享相同的路由信息。

在图3所示的实施例中，分别包括在IOP #1和交换模块SWM 250中的路由表管理器模块RTM 215和255对从路由协议211、212、213和214以及路由协议251、252、253和254中获得的路由信息进行全局地管理，并对路由信息的优先级进行管理。

图4A示出了依据本发明实施例，与为了管理转发信息而创建的聚合树中的每个节点相关的管理数据的格式。参考图4A，每个节点的管理数据包括：前缀，表示转发信息要转发到的地址；长度，表示前缀的长度；聚合等级，表示节点的聚合等级；标志(index)，表示节点是代表节点或者是代表节点所属于的源节点(例如，已经创建了代表节点的节点)；类型，表示转发信息的类型；源IOP，表示产生转发信息的路由节点RN；FT标记，表示转发信息是否已经被存储在本地转发表中；以及二叉树中的一般链路信息，如：父节点，表示用于识别父节点的指示符；L_SUBSTREE，作为表示左子树的数据字段；以及R_SUBTREE，作为表示右子树的数据字段。

由操作人员将聚合等级初始设置为默认等级(即，最大等级)。依据路由器的实现，聚合等级可以变化到默认等级或以下。即，依据网络状态，可以动态地重置聚合等级，从而能够在动态等级或以下创建用于聚合路由信息的代表节点。

在代表节点的情况下，标志表示创建了代表节点的源节点。标志提供通过其能够从代表节点搜索源节点的信息。例如，从代表节点的左子节点下的右子节点得到代表节点，则代表节点的标志是“01”，由于通常地，左子节点是“0”而右子节点是“1”。

类型表示通过其在输入和输出处理器IOP 210中产生了转发信息的路由协议(例如BGP、SDPF、RIP等)的类型。对于代表节点，对类型进行设置以使其表示代表，从而将代表节点的转发信息与实际转发信息相互区别。代表类型具有比任何其他类型(即BGF、SDPF、RIP等)更低的优先级。由于代表节点提供虚拟转发信息，由路由协议产生的实际转发信息具有更高优先级。

为了设置转发信息的类型，路由节点确定产生了转发信息的源区域。如果转发信息从本地区域中产生，则路由器节点RN依据创建了该转发信息的处理器类型来设置转发信息的类型。另一方面，如果转发信息从虚拟区域中产生，则路由节点RN按照表示该转发信息是虚拟的方式对该转发信息的类型进行设置。为了实现这一目的，路由节点RN对转发信息的前缀进行分析。如果前缀是专用因特网协议(即IP)地址，则路由节点RN认为该转发信息来自虚拟区域。否则，该路由节点RN认为该转发信息来自本地区域。

专用IP地址是指在本地网络中可用的地址，用于识别局域网络内的节点。因此，从本地网络外部的源节点，专用IP地址是不可用的。分布式路由器通常将专用IP地址分配给每个路由节点，以便识别这些路由节点。因此，在实施本发明时，利用针对每个路由节点的专用IP地址，对转发信息的源区域进行识别。

图4B示出了在实施本发明的一个实施例时，为了管理转发信息而创建的聚合树的实例。该聚合树是二叉树。稍后将参考图9A到10B对由于路由信息的插入和删除造成的聚合树的更新进行详细描述。

现在转到图4C，如图4C所示，用于验证本发明性能的实际边界网关协议(即“BGP”)核心路由表中的路由条目集中于15到24个单位之间的前缀长度。对该前缀长度分布的分析表明通过将代表节点的聚合等级限制为默认等级，可以减少在动态聚合和转发信息恢复中所涉及的算法开销。

依据本发明，在将图1所示的GalaxyIP路由器扩展为多机架结构时，在每个机架中的交换模块SWM 250中的路由表管理器(即RTM)255对其管理下的所有输入/输出处理器(即IOP)中的路由表进行管理；这使得IOP之间的转发信息聚合能够容易地扩展到所述机架之间的转发信息聚合等级。

图5是示出了在本发明实施例中，用于对添加路由信息进行管理的方法的流程图。

参考图5，如果在步骤1100期间，产生了新的路由信息，并将其添加到如图3所示配置的分布式路由器中的路由节点RN的路由表中，则在步骤1200期间，路由节点RN检测与添加路由信息相对应的插入节点的位置(以后，与添加路由信息相对应的节点被称为插入节点)。具体地，重复从根节点开始的聚合树的对分搜索，直到检测到具有与添加路由信息相同长度的前缀的节点。当检测到插入节点的位置时，则在步骤1300期间，路由节点RN确定代表节点是否存在于插入节点的位置上。如果步骤1300确定没有代表节点存在于插入节点的位置上，即如果步骤1300发现该位置是空的，则在步骤2000期间，将对应于添加路由信息的插入节点插入到该位置。

如果在步骤1300期间，在插入节点的位置上检测到代表节点的存在，在步骤1600中删除对应于代表节点的转发信息，而在步骤2000，允许插入节点的插入。

为此，在步骤1400期间，路由节点RN确定是否存在针对代表节点的左/右子树。如果代表节点没有左/右子树，则在步骤1700，路由节点RN从其转发表中删除与代表节点相对应的转发信息。如果在步骤1400期间，发现代表节点具有左/右子树，则由于代表节点是在左/右子树处的节点的代表，在步骤1600中删除与代表节点相对应的转发信息之前，在步骤1500中必须重新插入在左/右子树处的节点。在步骤1500中插入在左/右子树处的节点之后，再次执行图5中的整个插入过程。这典型地被称为递归功能。即，在存在左/右子树时，在步骤1500执行左/右子树的重新插入，然后在步骤1600，从转发表中删除与代表节点相对应的转发信息。

如上所述，当代表节点存在于插入节点的位置时，在步骤1400到1700中，与代表节点相对应的转发信息由插入节点代替。

图6A、6B和6C更详细地示出了插入步骤2000。

参考图6A，在路由节点RN插入与插入节点相对应的转发信息之前，在步骤2001期间，路由节点搜索在插入节点默认等级或以下的插入节点的先辈节点，以便检测插入代表了插入节点的代表节点的位置。

如果步骤2003未能检测到先辈节点，则通过在图8C描述的算法所示的等式(2)，在步骤2005对默认搜索等级进行设置：

搜索等级(搜索等级)＝(默认等级2)-1…………(2)在步骤2007，路由节点RN确定插入节点的先辈节点是否存在于在步骤2007所建立的搜索等级处或者以下，以便在插入针对插入节点的代表节点时减少错误的发生。

如果步骤2007确定在步骤2005中建立的搜索等级处或者以下不存在插入节点的先辈节点，则在步骤2170，在默认等级处插入代表了针对正在插入路由表的新路由信息的插入节点的代表节点。如果在步骤2007期间，在搜索等级处或以下检测到插入节点的先辈节点，则在步骤2009，对默认等级内，即在步骤2005所建立的默认搜索等级处或者以下的先辈节点的后代节点进行搜索，以便确定针对其代表节点作为代表的后代节点是否存在。

在默认搜索等级处或以下不存在任何后代节点的情况下，在步骤2170，将插入节点的代表节点插入在默认搜索等级处。然而，在存在后代节点的情况下，在步骤2130将聚合等级重置为动态等级，并且在步骤2150，将代表节点插入在步骤2130所建立的聚合等级的动态等级处。聚合等级与树等级相关；作为示例，参照图4B，节点#9与节点#2之间的聚合等级是二。优选的是，如图8C所示，由如下等式(3)来设置动态等级：

动态等级＝GetNodePrefixLength(插入节点)

        -GetDistPrefixLength(插入节点，后代节点)……(3)其中，

GetNodePrefixLength是计算插入节点的前缀长度的函数；以及

GetDistPrefixLength是当插入节点和后代节点的前缀长度不同时用于计算位置的函数。

例如，如果插入节点的前缀长度是18而后代节点的前缀长度与其不同，等于19，则根据等式(3)，动态等级是1，(即，1＝19-18)。因此，代表节点产生在比插入节点高一个等级的等级。

在步骤2005到2170中插入代表节点之后，在步骤2190，路由节点RN确定正在插入的路由信息的源区域，以便确定是否将添加路由信息存储在转发表中。如果步骤2190确定该路由信息来自虚拟区域，则在步骤2210，将与路由信息的代表节点相对应的转发信息插入到转发表中。然而，如果步骤2190确定路由信息来自本地区域，则在步骤2230，将与路由信息的插入节点相对应的转发信息插入到转发表中。

图6B示出了在步骤2001、2003确定存在插入节点的插入节点先辈节点之后所执行的操作。

共同参考图6A、6B和6C，在步骤2003期间检测到插入节点的先辈节点时，在步骤2300中通过图6C所示的SelectDelegationLevel算法进行确定，以建立在其上插入代表节点的动态等级。如果转发表已经由插入节点的先辈节点更新，而且插入节点和先辈节点从相同的源IOP中产生，SelectDelegationLevel算法通过步骤2350、2360和2370将代表等级设置为-1，对动态等级进行重置，以便省略转发表更新。

在步骤2410，将动态等级与零进行比较。等于零的动态等级表示代表插入节点的代表节点可以插入到聚合树中，并且在步骤2510中，将与插入节点相对应的转发信息直接插入转发表中。

如果在步骤2410确定的动态等级小于零，则在步骤2530再次确定路由信息的源区域，并且只要在步骤2530中所确定的路由信息的源区域是本地区域，则在步骤2550，利用与插入节点相对应的转发信息对转发表进行更新。如果步骤2530确定该路由信息来自虚拟区域，则路由节点RN跳到下一步骤，而省略转发表更新。在这种情况下，聚合处理的效果在于有助于减少由转发表造成的另外的存储器开销。

如果在步骤2410中确定动态等级大于零，则在步骤2430，路由节点RN将代表节点插入在动态等级处。然后，在步骤2450，路由节点RN确定路由信息的源区域。如果在步骤2450发现源区域是本地区域，则在步骤2470，该路由节点RN将与代表节点相对应的转发信息插入到转发表中。然而，如果发现源区域在本地区域中，则在步骤2490，该路由节点RN将与插入节点相对应的转发信息插入到转发表中。

图6C更详细地示出了步骤2300的算法。为了选择插入代表节点的动态等级，根据步骤2310所检测到的插入节点的后代节点的存在与否，对聚合等级进行重置。在步骤2320，对插入节点的后代节点进行搜索。如果步骤2320确定在步骤2310中检测到插入节点的后代节点，则由利用插入节点的前缀长度以及其中插入节点和后代节点在前缀长度上不同的位置的等式(3)，在步骤2330重置动态等级，即聚合等级。另一方面，在步骤2320中未检测到后代节点的情况下，在步骤2340，将插入节点的先辈节点的代表等级设置于代表节点的聚合等级。

同时，如果在步骤2350期间，确定插入节点的先辈节点存在于聚合树中，并且如果在步骤2360，还确定插入节点和先辈节点从相同的源IOP产生，则在步骤2370，将动态等级设置为-1，以便省略转发表更新步骤。

图7是示出了依据本发明实施例的用于对删除路由信息进行管理的方法的流程图。

参考图7，在步骤5100中，当从路由节点RN的路由表中删除路由信息时，在步骤5200，路由表管理器RNB定位与删除路由信息相对应的节点(以后称为删除节点)。该步骤与当插入路由信息时执行的插入节点位置的搜索相似。即，在步骤5200，重复从根节点开始的聚合树中的对分搜索，直到定位了具有与删除的路由信息相等的前缀长度的节点。

在检测到删除节点时，在步骤5300，路由节点RN确定删除节点是否是代表节点的源节点。如果删除节点是源节点，则在步骤5400，将对应于代表节点的转发信息改变为删除节点的转发信息，以便通过删除代表节点，实现删除节点的删除。

在步骤5500，路由节点RN确定对应于删除节点的转发信息是否存在于转发表中。如果不存在于转发表中，则删除过程结束。另一方面，如果对应于删除节点的转发信息存在于转发表中，则在步骤5600，在默认等级或以下，搜索删除节点的后代节点。如果在步骤5600期间检测到后代节点，则在步骤5800，将该后代节点设置为代表节点的新源节点，否则当代表节点代表多个后代节点，而且删除了作为代表节点的源节点的后代节点之一时，会导致其他后代节点的代表节点的丢失。

在步骤5600、5700期间未检测到默认等级或以下的删除节点的后代节点时，在步骤5900，路由节点RN从转发表中删除对应于删除节点的转发信息。

图8A到8G示出了依据本发明实施例的用于对转发信息进行动态管理的算法。

图8A示出了图5所示的步骤1100、1200、1300、1400、1500、1600和1700的伪代码表示。图8B示出了图5所示的步骤1200以及图7所示的步骤5200的伪代码表示。图8C示出了图6A所示的步骤2001到22 10和2230的伪代码表示。图8D示出了图6A所示的步骤2150和2170的伪代码表示。图8E示出了图6B所示的步骤2300、2410、2430、2450、2470、2490、2510、2530和2550的伪代码表示。图8F示出了图6C所示的步骤2300到2370的伪代码表示。图8G示出了图7所示的步骤5100到5900的伪代码表示。由于上面已经详细描述了图8A到8G中的这些步骤，因此不再重复对它们的描述。由图8A到8G所示的伪代码表示的算法仅仅是示例性的应用程序。因此，在实施本发明的原理时，可以对算法进行许多修改。

图9A到10B是示意性地示出依据本发明的原理，转发信息管理技术的图，特别示出了在默认等级为2的情况下对添加和删除转发信息进行管理的方法。具体地，图9A和9B示意性地示出了对添加转发信息的管理，而图10A和10B示意性地示出了对删除转发信息的管理。

在图9A到10B所示的聚合树中，前缀通过识别目的地节点，提供了要将与节点对应的转发信息转发到的地址。源IOP表示创建了插入节点的路由节点的源IOP，而FE表示转发信息是否已经被存储在转发表中。如果已被标记，则FE表示在转发表中存在转发信息。标志表示要转发的节点是代表节点的情况下的要转发的节点的源节点。等级是要转发的节点的聚合等级。

参考图9A，当在具有存储在转发表217中的转发信息的IOP 210(IOP #1)中产生具有转发前缀为3的新路由信息，则IOP #1的控制器将路由信息(即节点3)插入到IOP #1的聚合二叉树218中。由于插入节点的聚合等级是2，因此，将具有前缀为零的代表节点增加比具有前缀为3的插入节点高的两个等级。由于具有前缀为零的代表节点的源节点是插入节点3(即，具有前缀“3”的插入节点)，则代表节点的标志是“00”。由于插入节点3和具有前缀为零的代表节点具有相同的源，即路由节点210 IOP #1，因此将与插入节点3有关的信息存储在转发表中。

同时，按照本发明分布式路由器的特性，其他路由节点共享IOP #1的路由信息(例如，也就是说，其他路由节点IOP #2、IOP#3和IOP #4共享路由节点IOP #1的聚合树218)，从而每个节点与其他节点共享存储在其路由表中的路由信息。在图9A示出的情况中，IOP 220(IOP #2)共享存储在IOP #1的路由表216中的路由信息。相同的状况适合于以下所述的情况。

再次参考图9A，虽然IOP #2具有与IOP #1相同的聚合树，但是IOP#2具有不同的转发表内容。即，由于插入节点3是在由IOP #1服务的本地区域中所产生的新路由信息，因此，IOP #1依据步骤2230，将与插入节点3有关的信息存储在其转发表217中，而由于代表节点0是在由路由节点210的IOP #1和路由节点220的IOP #2所共享的虚拟区域中产生的新路由信息，因此，IOP #2依据步骤2210存储与代表节点0有关的信息。

图9B示出了在本地区域IOP #2中所产生的对应于具有前缀为7的路由信息的情况，其中，代表节点0已经被存储在转发表中。

IOP #2的控制器检测插入节点7的位置，并按照步骤2007，依据由步骤2005建立的默认聚合等级“2”，搜索插入节点7的先辈节点。然后，IOP #2的控制器检测节点1，作为插入节点7的先辈节点。节点1是通过其检测IOP#1的插入节点3的先辈节点。因此，按照步骤2170，将节点7的代表节点插入到充当插入节点7的代表节点的节点4处，而不是先辈节点1。如上所述，聚合等级是可变的，并且在步骤2130进行重置时，该聚合等级在本发明中被称为动态等级。

如图9B所示，将插入节点7和先辈节点4都添加到IOP #1的聚合树上，并且由于节点4和节点7的源区域由路由节点210、220(即IOP #1、IOP #2)共享的虚拟区域创建，因此，利用节点7的代表节点4对IOP #1的转发表进行更新。

同时，由于节点7来自路由节点220即IOP #2所服务的本地区域，因此，IOP #2的控制器利用与插入节点7有关的信息对其转发表进行更新。

下面将参考图10A和10B对依据本发明的路由信息的删除进行描述。

参考图10A，代表节点0表示在IOP #1的本地区域中所产生的节点3、4、5和6的代表。如果节点0的源节点是节点3，则将与节点3、4、5和6有关的信息存储在路由节点210即IOP #1的转发表中，而只将与节点0有关的信息存储在路由节点220即IOP #2的转发表中。

图10B示出了从图10A所示的路由树210、220的聚合树中删除节点3，其中，节点3是代表节点0的源节点。

在删除代表节点的源节点的情况下，从转发表中删除与删除源节点相对应的转发信息，即与删除节点相对应的转发信息，并改变代表节点的源节点，而在本发明的虚拟区域中不进行任何改变。

如图10B所示，如果节点3是代表节点0的源节点，并且删除节点3，则IOP #1的控制器将代表节点0的源节点改变为节点4。同时，路由器节点220即IOP #2的控制器不需要对路由节点220的转发表执行任何特定操作，因为只有与代表节点0有关的信息被存储在路由节点220的转发表中。

图11A到11D示出了对依据本发明的实施例的动态转发信息管理效果进行验证的测试结果。

该测试结果根据以下测试得到，在该测试中，在由一个交换模块SWM和两个路由节点IOP以及核心BGP路由器中的路由表条目构造的Galaxy系统的情况下，插入了53,000个路由条目，并且对预定比例的路由条目进行变动，所述核心边界网关协议路由器(即，“BGP”路由器)中的路由表条目可以从网址http：//www.telstra.net/ops/bgptable.html或者http：//bgp.potaro.net/得到。

图11A示出了为了确定插入转发条目的顺序是否会影响本发明的效果而执行的测试的结果。插入按照升序排列的抽样条目，同时在六个默认等级下随机地改变抽样条目顺序十次。参考图13A，转发条目的数量在60到110之间变化。因此，从上述测试结果中注意到，本发明的聚合效果几乎不受转发条目的插入顺序的影响。

图11B是示出了在六个默认等级下的开销测试的曲线图。从图11A和11B中，可以得出结论，考虑到路由器性能和开销，本发明在默认等级为3或以下最为有效。

图11C是示出了当撤消53,000条核心BGP路由条目中0％到70％之间的条目时，转发表中剩余转发条目数量的曲线图。参考图11C，当以0％删除来简单插入核心BGP条目时，减少了大约26％到77％的转发条目。

图11D是示出了利用Agilent路由器测试机测量的实际因特网环境性能的曲线图。通常，Agilent路由器测试机在网络拓扑或者网络可达性不断改变的动态路由环境下对路由器性能进行测量。该图示出了作为变动条目数量的函数的收敛时间。该收敛时间是指路由器反映转发表中的路由信息改变所需的时间。该“BGP4变动收敛时间”测试测量了当由于网络拓扑或者网络可达性的变化而使主路由器被弃用时，作为新路由器代替主路由器所需时间而定义的流量重新定向收敛时间。使用三个路由节点RN来进行该测试。三个路由节点RN中的两个通告路由节点RN后相同的网络可达性，而另一路由节点RN在已被通告的网络中产生数据流量。从图11D所示的收敛时间测量中可以看到，当只改变与代表节点的源节点有关的信息以在删除代表节点的实际源节点时使得对转发表的修改最少时，收敛时间下降。

依据上述本发明，每个路由节点RN与其他路由节点RN实时地共享所收集到的路由信息，并依据分布式路由器中的路由信息对转发信息进行动态管理，从而避免了分组转发对路由节点RN之间共享路由信息的需要。在转发表中有选择地更新路由信息。因此，对每个路由节点RN的转发表进行有效的管理。此外，由于以聚合二叉树的形式对每个路由节点RN的转发信息进行管理，并可变地设置用于聚合与聚合树中的路由信息相对应的节点信息的代表节点的聚合等级，因此，可以缩减每个路由节点RN中的转发表的大小。

虽然已经参考特定的优选实施例示出并描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (10)

1.一种分布式路由器，包括：

多个路由节点，每个路由节点均具有多个路由协议；以及

交换模块，具有与每个路由节点的路由协议相对应的多个路由协议，并设置用于与其他路由节点实时地共享由每个路由节点所收集到的路由信息。

2.一种管理转发信息的方法，包括以下步骤：

(1)在将新路由信息插入到分布式路由器的路由表中时，检测要将与新路由信息相对应的插入节点插入到聚合树中的位置，在所述分布式路由器中，所有路由节点共享根据基于路由表的聚合树而产生的转发信息；

(2)确定在预定最大聚合等级处或以下是否存在插入节点的先辈节点；

(3)在存在先辈节点的情况下，当转发信息处于转发表中并且已经从公用源区域中产生了插入节点和先辈节点时，不使用插入节点的信息对转发表进行更新；

(4)在不存在先辈节点的情况下，将聚合等级重新设置为不大于最大聚合等级的重置聚合等级，并将表示插入节点的代表节点插入在重置聚合等级；以及

(5)通过确定插入路由信息的源区域，进行转发信息的插入，当路由信息的源区域是虚拟区域时，将与代表节点相对应的转发信息插入到转发表中，以及当路由信息的源区域是本地区域时，将与插入节点相对应的转发信息插入到转发表中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：当发现代表节点存在于插入节点的位置处同时检测到要将与新路由信息相对应的插入节点插入到聚合树中的位置时，进行了转发信息的所述插入之后，从转发表中删除与代表节点相对应的转发信息。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：

当发现代表节点存在于插入节点的位置同时检测到要将与新路由信息相对应的插入节点插入到聚合树中的所述位置时，以及当代表节点的左/右子树存在时，进行了转发信息的所述插入之后，

重新插入左/右子树的节点，以及

从转发表中删除与代表节点相对应的转发信息。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述步骤包括以下子步骤：

当发现插入节点的先辈节点存在于最大聚合等级处或以下同时确定先辈节点的存在和不存在时，搜索插入节点的后代节点；

当发现存在插入节点的后代节点时，根据与插入节点和后代节点相对应的转发信息的前缀之间的差来重新设置聚合等级，以及当发现不存在插入节点的后代节点时，根据插入节点的先辈节点的聚合等级来重新设置聚合等级；

当重置聚合等级为零时，将与插入节点相对应的转发信息插入到转发表中；

当重置聚合等级大于零时，将表示插入节点的代表节点插入到转发表中；以及

确定插入路由信息的源区域，当源区域是虚拟区域时，将与代表节点相对应的转发信息插入到转发表中，以及当源区域是本地区域时，将与插入节点相对应的转发信息插入到转发表中。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括通过以下方式执行在不存在先辈节点的情况下，将聚合等级重新设置为不大于最大聚合等级的重置聚合等级，并将表示插入节点的代表节点插入在重置聚合等级处的所述步骤：

设置搜索等级范围，插入节点的先辈节点是否存在于该搜索等级范围内；

当插入节点的先辈节点存在于搜索等级范围内时，确定表示插入节点的删除节点的后代节点是否存在于最大聚合等级处；

当代表节点的后代节点存在于最大聚合等级处时，根据代表节点的插入和后代节点的前缀之间的差来重新设置聚合等级；以及

将插入节点的代表节点插入到重置聚合等级处。

7.一种管理转发信息的方法，包括以下步骤：

从路由表中删除路由信息，删除节点与聚合树中的删除路由信息相对应；

与删除节点相对应的转发信息存在于转发表中，搜索在预定最大聚合等级处的删除节点的后代节点；以及

在不大于预定最大聚合等级的聚合等级处存在针对删除节点的后代节点，将所述后代节点作为代表节点的新源节点，以及在不大于预定最大聚合等级的聚合等级处不存在针对删除节点的后代节点时，从转发表中转发与删除节点相对应的转发信息。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：当删除节点是创建代表节点的源节点时，与代表节点相对应的转发信息，与删除节点相对应的转发信息。

9.一种分布式结构路由器，包括：

交换模块，容纳多个路由协议，同时对分布式结构路由器内的转发信息进行管理；以及

多个路由节点，每个路由节点均设置于由本地区域构成的对应源区域内的服务网络，所述多个路由节点通过所述交换模块连接，以形成包括虚拟区域的源区域，并实时共享通过路由表汇集的所收集到的路由信息和从所述路由表中得到的聚合树。

10.根据权利要求9所述的分布式结构路由器，其特征在于还包括所述路由节点通过以下方式对将新路由信息插入到所述路由表中作出响应：

在所述聚合树中识别用于添加与所述新路由信息相对应的插入节点的位置；

在最大聚合等级内对所述聚合树进行搜索，以识别所述插入节点的先辈节点；

当所述插入节点和所述先辈节点从相同源区域中产生并且所述搜索识别了所述先辈节点时，放弃利用与所述插入节点相对应的转发信息来更新所述转发表；

当所述搜索未能识别所述先辈节点时，将所述最大聚合等级重新设置为不小于所述最大聚合等级的重置聚合等级，并将表示所述插入节点的代表节点插入在所述重置聚合等级处；

对所述新路由信息的所述源区域进行识别；

当所述识别确定所述新路由信息的所述源区域是虚拟区域时，插入与所述代表节点相对应的所述转发信息；以及

当所述识别确定所述新路由信息的所述源区域是本地区域时，插入与所述代表节点相对应的所述转发信息。

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