CN1653760A - 改善网络路由选择的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种在网络中为信息选择路由的方法和设备。

Description

改善网络路由选择的方法和设备
发明背景
信息可通过网络使用网络地址发送。例如，路由器可接收将被路由到另一个网络设备的信息。路由器可使用网络地址，比如目的地地址来搜索适当的路由信息。但是随着网络规模的增长，路由器具有更加少的搜索时间来为信息选择路由。因此，有减少为信息选择路由的搜索时间的需求，这可导致更快的分组处理。
附图简述
在说明书的结论部分特别指出并且清楚地要求被认作本发明实施例的主题。但是，无论是关于组织还是操作方法，本发明的实施例及其目的、特征和优点，通过参考下面的详细描述，和阅读附图将变得很容易理解，在附图中：
图1是适于实施本发明一个实施例的系统；
图2是根据本发明一个实施例的路由系统的框图；
图3是根据本发明一个实施例的地址标识符生成器的框图；
图4说明了适用于本发明一个实施例的地址格式；
图5是根据本发明一个实施例由路由系统执行的操作的方框流程图；和
图6说明适用于本发明一个实施例的路由层次。
详细描述
本发明的实施例可包括改善网络中信息路由选择的方法和设备。当信息通过网络中从一个源传播到一个特定目的地时，许多网络设备需要搜索路由信息。这些搜索可使用网络地址。与搜索相关联的延时可直接与网络地址的大小相关。通常，越多比特被用来表示网络地址，路由信息的搜索就需要越多的存储器访问。结果，较小的网络地址可导致搜索过程期间较低的延时。
本发明的实施例试图生成一个比网络地址小的地址标识符，并且使用该地址标识符来搜索路由信息。在这里所使用的术语“地址标识符”可以指从网络地址导出的多个比特所表示的值。因为地址标识符通常比网络地址小，所以可减小与搜索时间关联的延时。由此，用户可实现更好的网络服务，因为信息在更短的时间期间内在各点之间传递。
值得注意的是，在发明书中对“一个实施例”或者“实施例”的任何引用意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性被包括到本发明的至少一个实施例中。在说明书中不同地方出现的短语“在一个实施例中”不必全都指同一个实施例。
可在这里叙述许多特定的细节以便提供对本发明实施例完整的理解。但是本领域的普通技术人员可以理解，可以实施本发明的实施例而不需要这些细节。在别的例子中，周知的方法、过程、部件和电路没有详细地描述，从而避免模糊本发明的实施例。可以理解，在这里公开的特定结构和功能性描述是代表性的并且不能限制本发明的范围。
现在详细参考附图，其中相同的部分通篇都通过相同的参考数字来指定，在图1中说明的是适于实施本发明一个实施例的系统。图1是系统100的框图，该系统包括多个通过一个或者多个通信媒质连接的网络节点。在上下文中的网络节点(“节点”)可包括任何能够传递信息的设备，比如计算机、服务器、交换机、路由器、网桥、网关、个人数字助理、移动设备等。通信介质可包括任何能够携带信息信号的介质，比如双绞线、同轴电缆、光纤、射频、以及电、声或者光信号等。
更特别地，系统100可包括源节点102、中间节点106和目的地节点110。源节点102、中间节点106和目的地节点110可通过如图所示的通信媒质104和108连接。虽然，图1只显示了一个源节点、一个中间节点和一个目的地节点，但可以理解，任何数量的网络节点可以在系统100中使用并仍然落在本发明的范围内。另外，术语“连接”和“互相连接”及其变型在上下文中可以指物理连接和/或逻辑连接。
在本发明的一个实施例中，系统100可包括分组交换网络。在上下文中分组交换是指在网络中根据一个或者多个通信协议以相对较短的分组的形式传递信息。在上下文中的分组是指限制了长度的一组信息，长度通常用比特或者字节表示。分组长度的一个例子可以是1000字节。一个协议可包括一组指令，通过这些指令信息信号可通过通信介质传递。例如，该协议可以是分组交换协议，比如由Internet工程任务组(IETF)标准7，请求注解(RFC)793中定义的，于1981年9月(“TCP规范”)采纳的传输控制协议(TCP)，和由IETF标准5，请求注解(RFC)791中定义的，于1981年9月(“IP规范”)采纳的网际协议(IP)，两者可以从“www.ietf.org”得到(统称为“TCP/IP规范”)。
在本发明的一个实施例中，源节点102包括发起一组信息，以便将其传递到目的地节点110的节点。目的地节点110可包括想要接收该信息的节点。中间节点106可包括在源节点102和目的地节点110之间传递该信息的节点。在某些情况下，可能存在多于一个源节点、目的地节点和/或中间节点。例如，在组播连接中就可能有多个目的地节点。在另一个例子中，经常有多个在源节点和目的地节点之间的中间节点。为了清晰起见显示了一个例子，尽管实施例不仅限于该上下文。信息可包括任何能够被表示成诸如电信号、光信号、声信号等之类信号的数据。在此上下文中，信息的例子可以包括来自声音对话、视频会议、流式视频、电子邮件(“email”)、语音邮件消息、文字数字符号、图形、图象、视频、文本等的数据。
在通常的操作中，源节点102可根据TCP/IP规范通过中间节点106发送信息到目的地节点110。源节点将一组消息分成一系列分组。每个分组可包含信息的一部分加一些控制信息。控制信息可帮助网络中的中间节点路由每个分组到目的地节点。源节点102可发送分组到中间节点106。中间节点106可接收分组，暂时存储它们，并将它们传送到下一个中间节点或者目的地节点110。目的地节点110最终可接收整个分组系列并使用它们来再生由源节点102发送的原始信息。
图2是根据本发明一个实施例的路由系统的框图。图2说明了包括有作为软件实现由处理器、硬件电路或结构，或者两者的结合执行的功能的路由系统200。处理器可以是通用或者专用处理器，比如由Intel公司、Motorola公司、Sun微系统公司以及其他公司制作的处理器系列中的处理器。软件可包括实现本发明实施例的特定功能的编程逻辑、指令或者数据。软件可存储在可由机器存取的介质或者计算机可读介质中，比如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘(例如软盘和硬盘)、光盘(例如CD-ROM)或者其他数据存储介质。在本发明的一个实施例，该介质可存储压缩和/或加密格式的编程指令，以及在处理器执行之前需要编译或由安装程序安装的指令。可替换地，本发明的实施例可实现为特定的硬件部件，该部件可包含用于执行所述功能的硬布线逻辑，或者任何已编程的通用计算机部件或者用户定制硬件部件的组合。
在本发明的一个实施例中，处理系统200可包括接收接口202、地址标识符生成器204、路由模块206和发射接口208。接收接口202可接收需要路由信息的信息分组。路由信息可包括任何标准路由信息，比如端口号、信道标识符、设备标识符、队列信息等。地址标识符生成器204可为该分组处理网络地址，以生成长度比网络地址更短的地址标识符。路由模块206可使用地址标识符为各个分组来搜索路由信息。任何类型的搜索算法可被用作搜索路由信息。本发明的一个实施例可使用根据IETF提出的标准的搜索算法，所述标准的标题为“An Internet Protocol Version Six(Ipv6)Aggregatable GlobalUnicast Address Format”RFC 2734，1998年7月(“RFC 2374”)，可以从“www.ietf.org”得到。发射接口208可使用路由信息发射分组到另一个网络节点。每个模块的结构和操作将在以下详细地讨论。
图3是根据本发明一个实施例的地址标识符生成器的框图。图3说明了地址标识符生成器300，其例如可由地址标识符204表示。在本发明的该实施例中，地址标识符生成器300可包括地址提取模块302、比较器模块304和决定模块306。
地址提取模块302可接收例如来自接收接口202的分组信息。在本发明的一个实施例中，分组信息可包括具有控制信息的分组头，所述控制信息为诸如源地址、目的地地址、分组标识符、分组长度等。地址提取模块302可从分组信息中提取需要的信息用以生成地址标识符。在本发明的一个实施例中，提取的信息可以是网络地址，比如目的地地址。地址提取模块302接着可发送提取的信息给比较器模块304。
一个实施例可使用网络地址RFC 2374。RFC 2374使用标识符界定路由层次中的层来聚集和保留初始的IPv6的地址空间。RFC 2374指定三个标识符来划定地址的比特边界。三个标识符包括顶级聚集标识符(TLA)、次级聚集标识符(NLA)和站点级聚集标识符(SLA)。对网络提供商(ISP)的初始分配可以从TLA或者子TLA开始进行。那么，那些组织将NLA分配给他们的客户ISP，这些客户ISP进而又为终端用户分配SLA，以创建他们自己的本地拓扑结构。接口标识符可表示IPv6的主机部分，正如该地址的最右64比特表示的。
图4说明适用于本发明一个实施例的地址格式。图4说明了根据RFC 2374的地址格式400。地址格式400可具有128比特的总长度。在本发明的一个实施例中，地址格式400可包括格式前缀(FP)402、TLA 404、保留字段(RES)406、NLA 408、SLA 410和接口标识符412。如前所述，TLA 404可表示路由层次中的顶级。Default-free路由器对于每个激活的TLA具有一个路由表条目，并且通常具有为它们所位于的TLA提供路由信息的附加条目。组织分配的TLA 404可使用NLA 408来创建寻址层次和识别站点。每个组织可使用SLA 410来创建它们自己的本地寻址层次并识别子网。接口标识符412可表示主机或者设备地址，比如媒体接入控制(MAC)层标识符。接口标识符412的长度可包括比如64比特。
系统100、200和300的操作以及地址格式400的使用将参考图5和所附的例子作进一步的描述。虽然在这里表示的图5可包括一个特定的处理逻辑，但是可以理解，处理逻辑仅提供如何实现在这里描述的通用功能的例子。另外，在给定处理逻辑中的每个操作不需要必须按照所指出的顺序执行，除非另有指示。
图5是根据本发明一个实施例由路由系统执行的编程逻辑的方框流程图。在本发明的一个实施例中，路由系统是指用作实现这里所描述的为信息选择路由的功能的软件和/或硬件。在本发明的这个实施例中，路由系统可以实现为中间节点106的一部分。但是可以理解，该功能可由位于通信网络中的任何地方的任何设备或者设备的组合实现，这仍然落在本发明的范围内。
图5说明用于搜索路由信息的编程逻辑500。在方框502可以存储基于聚集标识符的预定值。在方框504可以接收具有网络地址的分组。在方框506可以生成基于网络地址的地址标识符。在方框508可以使用地址标识符进行搜索分组的路由信息。在方框510可以使用路由信息发送该分组。
在本发明的一个实施例中，该预定值可以是网络地址的前缀。例如，该前缀可以基于聚集标识符。聚集标识符的一个例子是RFC 2374中描述的聚集标识符，例如TLA、NLA或者SLA。可基于网络内路由系统的位置来配置该预定值。例如，如果路由系统在分配有TLA标识符的位置实现，那么预定值可以是与该TLA标识符相关联的前缀。例如，这可能出现在大型ISP中。在另一个例子中，如果路由系统在分配有TLA标识符和NLA标识符的位置实现，那么预定值可以是与TLA标识符和NLA标识符相关联的前缀。在又一个例子中，如果路由系统在分配有TLA标识符、NLA标识符和SLA标识符的位置实现，那么预定值可以是与所有三个标识符相关联的前缀。
在本发明的一个实施例中，从网络地址中检索第一个值可生成基于网络地址的地址标识符。例如，第一个值的例子是TLA标识符、NLA标识符和SLA标识符的组合。与预定值一样，第一个值的精确组合可以基于如聚集标识符指示的路由系统的位置。第一个值可与预定值比较。如果与预定值匹配，那么可以从网络地址中检索第二个值。第二个值的例子可以是除了为第一个值检索的比特外，网络地址的剩余部分。可使用第二个值生成地址标识符。如果与预定值不匹配，可利用整个网络地址生成地址标识符，例如第一个值和第二个值的组合。
在本发明的一个实施例中，可根据Ipv6分配网络地址。在这个实施例中，网络地址可包括128比特，包括64比特的接口标识符。如果第二个值包括接口标识符，那么生成的地址标识符可以小于整个网络地址(即64比特对比128比特)。由此，搜索路由信息的时间量与使用整个网络地址相比减少了。
图6说明适用于本发明一个实施例的路由结构。图6说明了一个例如根据RFC 2374得到的层次路由结构600。路由结构600可包括标识为T1、T2和Tn的TLA。路由结构600还可以包括标识为N1、N2和Nn的NLA。路由结构600还可以包括标识为S1、S2和Sn的SLA。最后，路由结构600可包括标识为H1、H2和Hn的接口标识符。在一个层次路由结构中，每个节点可以存储基于它的聚集层的唯一的前缀。例如，S1可存储唯一的前缀T1N1S1。去往S1下面的节点的所有分组应当具有这个恒定的前缀作为它们网络地址的一部分。本发明的该实施例可利用这个恒定的前缀来减少与搜索路由信息相关联的延时。
图6可用来说明这个概念。假设S1是站点级边界路由器。在这种特定的情况下，TLA、NLA和SLA(T1N1S1)字段的值可从分组的目的地地址提取，并且与先前存储的值(例如预定值)比较。如果值匹配，那么可考虑该分组进入并且较低的64比特(H1)可用来搜索路由信息。否则，地址的所有128比特(T1N1S1)将用来执行常规的最长前缀匹配(LPM)查找。
可以理解，这些实施例可应用于路由层次中任何级的任何网络节点。可存储和使用前缀掩码和前缀值，用以检测到来的分组。如果一个分组的目的地地址开始的比特在该级与存储的前缀相匹配，可跳过那些比特并且只有地址中剩余的比特被用来搜索适当的路由信息。
虽然本发明实施例的某些特征已经在这里做了描述，但是对于本领域的普通技术人员，许多修改、替代和变化以及等同现在将会出现。因此，应当理解，所附的权利要求打算覆盖所有落在本发明实施例的真实思想的范围内的这样的修改和变化。

Claims (21)

1.一种用于搜索路由信息的方法，包括：
接收具有网络地址的分组；
基于所述网络地址生成一个地址标识符；和
使用所述地址标识符为所述分组搜索路由信息。
2.权利要求1的方法，其中，所述生成包括：
从所述网络地址检索第一个值；
将所述第一个值与预定值比较；
如果所述第一个值匹配所述预定值，从所述网络地址检索第二个值；和
使用所述第二个值生成所述地址标识符。
3.权利要求2的方法，其中，所述第二个值包括比所述网络地址更少的比特。
4.权利要求2的方法，还包括如果所述第一个值不匹配所述预定值，使用所述第一个值和所述第二个值生成所述地址标识符。
5.权利要求1的方法，其中，所述网络地址包括根据网际协议第六版分配的128比特地址。
6.权利要求2的方法，其中，所述第一个值包括基于聚集标识符的前缀。
7.权利要求6的方法，其中，所述聚集标识符包括顶级聚集标识符(TLA)、次级聚集标识符(NLA)和站点级聚集标识符(SLA)中的至少一个。
8.权利要求2的方法，其中，所述第二个值包括接口标识符。
9.权利要求8的方法，其中，所述接口标识符包括媒体接入控制(MAC)层标识符。
10.权利要求8的方法，其中，所述接口标识符包括64比特。
11.权利要求2的方法，其中，所述预定值包括基于聚集标识符的前缀。
12.权利要求11的方法，其中，所述聚集标识符包括顶级聚集标识符(TLA)、次级聚集标识符(NLA)和站点级聚集标识符(SLA)中的至少一个。
13.权利要求1的方法，还包括使用所述路由信息发送所述分组。
14.一种路由设备，包括：
接收接口，接收具有网络地址的分组；
地址标识符生成器，基于所述网络地址生成地址标识符；和
路由模块，使用所述地址标识符检索路由信息。
15.如权利要求14的设备，还包括发射接口，使用所述路由信息发送所述分组。
16.如权利要求14的设备，其中，所述地址标识符生成器包括：
地址提取模块，从所述网络地址提取一个前缀；
比较器模块，比较所述前缀和一个预定值；和
决定模块，如果所述前缀匹配所述预定值就使用部分所述网络地址生成所述地址标识符，否则，使用所述整个网络地址生成所述地址标识符。
17.一个在网络中执行路由选择的系统，包括：
源节点，使用网络地址发送分组；
对应于所述网络地址的目的地节点，接收所述分组；和
中间节点，在所述源节点和所述目的地节点中间为所述分组选择路由，所述中间节点具有一个路由设备，该路由设备使用从所述网络地址生成的地址标识符来为所述分组选择路由。
18.权利要求17的系统，其中，所述地址标识符包括比所述网络地址更少的比特。
19.一种产品，包括：
存储介质；
所述存储介质包括存储的指令，当该指令被处理器执行时，导致通过如下步骤来搜索路由信息：接收具有网络地址的分组、基于所述网络地址生成一个地址标识符、以及使用所述地址标识符为所述分组搜索路由信息。
20.权利要求19的产品，其中，当所述存储的指令被处理器执行时，进一步导致通过如下步骤来进行所述生成步骤：从所述网络地址检索第一个值、比较所述第一个值和一个预定值，如果所述第一个值匹配所述预定值就从所述网络地址检索第二个值，并且使用所述第二个值生成所述地址标识符。
21.权利要求19的产品，其中，当所述存储的指令被处理器执行时，进一步导致使用所述路由信息发送所述分组。
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