CN1783843B - 网络架构系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及软路由器分离控制网络。一个示范性软路由器架构的实施例包括两个物理独立的网络，控制平面网络和数据平面网络。数据平面网络是用于数据流量的物理网络，而控制平面网络是用于控制流量的另一个物理网络。数据平面网络的拓扑结构由互连的转发元件(FE)506组成。控制平面网络的拓扑结构由互连的控制元件(CE)502组成。控制平面网络与数据平面的物理独立提供了在控制平面网络中CE 502之间通信的安全机制。此外，与控制平面消息与数据平面是同频带的传统路由器架构相比较，该物理独立提供了改善的可靠性和改善的伸缩性。

Description

网络架构系统
交叉参考 
本专利申请要求在2004年11月1日提交的、标题为“SoftRouter：Router Disaggregation”、代理人文档号No.Lakshman 35-2-23-62-31的临时专利申请号60/623,885的权益。另外，本专利申请涉及到共同待决的专利申请“SoftRouter”代理人文档号No.Lakshman35-2-23-62-31(LCNT/126770)，“SoftRouter Protocol Disaggregation”代理人文档号No.Ansari 2-2-41-3-24-34(LCNT/127305)，“SoftRouterProtocol Failover”代理人文档号No.Ansari3-42-4-25-35(LCNT/127306)，“SoftRouter Separate Control Network”代理人文档号No.Lakshman 43-64-36(LCNT/127307)，“SoftRouterFeature Server”代理人文档号No.Lakshman 44-65-37(LCNT/127308)，这些申请是与本申请相同的日期提交的。这些临时的和相关的专利申请整体地在此引用以供参考。 
发明领域
本发明主要涉及联网领域，具体而言本发明涉及分离的控制和数据网络。
背景技术
如今随着原来越多的特征加到互联网控制平面，传统路由器架构变得越来越复杂。诸如路由政策执行或流量工程这样的许多操作任务要求网络范围的控制，这在独立复杂的路由器网络中很难达到。不仅如此，目前路由器具有与转发引擎紧密连接的路由控制器，而该静态的绑定通常导致共同的故障。
尽管端到端结构设计原理目标在于简单的核心网，但是传统路由 器架构如今已经变得越来越复杂。随着新的特征正被定义在互联网工程任务组(IETF)请求说明书(RFC)中，越来越多的控制平面复杂性被加到路由器中。这些特征包括路由(例如，基于BGP的MPLS-VPN)，流量工程(例如OSPF-TE)，安全性等等。实际上，IP路由器的编码复杂性现在可与电话交换的复杂性相比。相反，随着大规模硬件集成电路(例如，ASIC)和现有芯片的现成可用性的快速发展，转发路径的实现已经逐渐地变得更加简单。
传统IP网络是使用相对独立运行操作的路由器来构建的。高复杂性呈现在整个网络的许多点上。这具有许多非期望结果。首先，多个控制点显著增加了操作复杂性(例如，误配置)。第二，在某些环境中，这些独立路由器的不协调操作至多会导致次最佳性能(例如，差的恢复时间)以及在最差情况下导致网络不稳定性。最后，新特征的引入需要升级到大量的路由器，这既复杂又容易出错。
传统的路由器架构具有集成的控制和转发。该实现控制平面功能的控制处理器与实现转发功能的线路卡放置在一起，并且通常共享相同的路由器背板。该控制处理器仅向放置在一起的线路卡提供控制功能，反之亦然，从而产生这样的情况，即当存放置在一起的控制器存在故障时就不能管理线路卡。
发明内容
现有技术的各种缺陷由具有分离的控制网络的示范性软路由器架构的本发明来解决，其具有许多实施例。
其中一个实施例是一种网络架构，包括数据平面、控制平面和接口。数据平面是用于承载数据流量的网络。所述数据平面包括互连的转发元件(FE)。所述控制平面是用于控制流量的另一个网络，其物理上与数据平面分离。所述控制平面包括互连的控制元件(CE)。每个CE控制至少两个FE。每个CE被动态地绑定到它的被控制的FE。在数据平面和控制平面之间的接口使用标准协议。所述CE之间的通信是专用的。
附图说明
本发明的教导通过考虑以下详细的描述并结合附图而变得容易理解，其中：
图1显示了添加更多功能到IP网络层的新兴应用的问题；
图2是显示传统路由器的框图；
图3是显示示范性软路由器架构的框图；
图4是显示具有传统路由器架构的网络的框图；
图5是显示具有示范性软路由器架构的网络的实施例的框图；
图6是显示了图示了网络元件的示范性软路由器的实施例的框图；
图7是显示了示范性软路由器架构的实施例的框图；和
图8是示出了计算机的高级框图。
为了便于理解，在可能的地方使用同样的参考数字表示对于附图共同的相同元件。
具体实施方式
本发明将主要在示范性软路由器架构的实施例的总体环境中描述，然而，本领域技术人员以及了解该教导的人员将理解分解概念可以被用来产生各种网络架构的其他实施例，并且本发明可用于局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)和其他网络，诸如那些使用开放系统互联(OSI)层的网络、桥接协议、许多其他协议、流量管理、光学、边界/核心路由、无线、有线、数据中心、故障管理、配置管理、计费管理、性能管理、安全性管理、其他网络管理、企业、政府、军队应用，和许多其他不同类型的网络特征和应用。
互联网协议(IP)为较高层协议和应用程序提供端到端数据报传送业务，并且能够使用任何传递分组的链路层。图1显示了添加更多功能到IP网络层的新兴应用的问题，扩展了沙漏的中间部分。这些新兴应用和协议包括email、网络电话、简单邮件传输协议(SMTP)、 超文本传输协议(HTTP)、实时协议(RTP)、传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)和其他协议，其涉及服务质量(QoS)、多播、移动性、虚拟个人网络(VPN)和其他特征。使用以太网、点到点协议(PPP)、载波监听多址(CSMA)、异步传输模式(ATM)、同步光网络(SONET)和其他在铜、光纤、无线和其他物理传输方式之上的较低层协议来传输IP数据报。传统路由器架构试图将所有新的IP功能结合到路由器中，结果导致网络的多个路由器中复杂功能的重复。这也增加了资金和操作花费。总之，需要减小操作路由器网络的复杂性和开支。
许多新的特征正被加到路由器，例如：用于VPN的边界网关协议(BGP)扩展、基于VPN的多协议标签交换(MPLS)和流量工程(TE)。传统路由器架构具有5到10个百万行代码，并且复杂性覆盖整个网络。实现操作者的网络范围的目标，诸如流量工程，需要全局目标的复杂转移以便在大量独立路由器中配置信息。误配置和不协调配置会导致低性能或网络不稳定。
互联网的巨大成功已经产生了持续的发展以及迫于压力已经日益在技术基础之上使用新特征和新业务。已经明确的概念是在IP网络中重新构建当前的功能分布将在网络稳定性、网络操作简单性以及新网络协议和业务的介绍灵活性方面产生显著的好处。
许多先进的网络管理任务，诸如路由政策执行和流量工程、从网络范围的可用性来看具有显著的优点。例如，几个公共BGP引入的网络稳定性和操作问题将通过将BGP从单独的路由器移动到具有独立系统(AS)范围的单个的实体来解决。相似地，许多管理功能需要网络范围的视图，否则网络会呈现振荡和低稳定性。然而，网络范围的控制在如今的独立和复杂路由器中是困难的并且不易于实现。
在传统的路由器架构中，基本的问题是在当前的路由器中控制和转发功能的深度交叉。有需要解构路由器，以便通过减小它们的功能以便只支持几个经典的分组转发功能和把所有的控制协议和非转发相关的状态和控制处理转移到几个具有网络范围控制的主要功能的基于 智能网的控制实体而使大多数网络实体尽可能沉默。也需要完美地和无接缝地操纵协议故障恢复。
通过使用用于网络互联的公开的、基于标准的协议从路由器软件拆解路由器硬件具有许多好处。拆解概念解除对于每个部件的供应商的联系，这降低硬件销售商进入的壁垒和鼓励独立的软件销售商(iSV)投资开发载体类路由软件以供应新的硬件市场会员。这种拆解概念允许每个部件集中到它本身的创新的曲线。硬件制造商可用集中在以最低的成本达到每个密度的最高的速度，以降低资金消耗，以及软件制造商可集中在新的应用和可管理性，以增加收益而同时减小操作花费。
一个示范性软路由器架构的实施例通过从分组转发功能分离控制平面功能的实现来解构路由器。实现该解构的其他网络架构的实施例也包含在本发明的范围中。本发明包含该架构的概念和其对于网络架构的暗示。在示范性软路由器架构中，所有控制平面功能是在独立控制实体上实现的，这些实体不需要与转发引擎放置在一起。通过将所有非转发相关的状态和控制程序移向新的基于网络的控制实体，网络范围的目的的更简单实现是可能的，因为仅仅在少数智能网络元件中需要协调的配置变化，而不是AS中的所有网络元件都需要。此外，控制器和转发引擎之间的关联是动态的，允许通过任何能够做到的控制实体来灵活的控制转发引擎。
示范性软路由器架构包括动态绑定协议，用来建立和保持网络中转发实体和控制实体之间的动态绑定。随着提高的性能，在具有改善的性能的示范性软路由器架构中调整域内和域间路由，所述改善的性能包括域内协议OSPF的改善的性能。
示范性软路由器架构的示范性实施例是一种新兴应用所需的分解复杂IP功能的方法。软路由器集中并允许共享复杂性。软路由器使得新功能的伸缩引入成为可能而不会不当的阻碍IP转发功能。
图2显示了具有集成的控制和传输平面的传统路由器200。传统路由器200具有通过专用接口206通信的软件202和硬件204。
与之相比，图3显示了示范性软路由器架构300，其将控制和传 输平面了解在使用标准协议通信的独立硬件中。软路由器架构300具有控制元件和特征服务器组件302和分组转发元件组件304，其使用基于标准的协议306来通信。
图4显示了具有传统路由器架构的网络，其具有许多互相连接的路由器400。
图5显示了具有示范性软路由器架构500的网络的实施例。在该示范性软路由器架构500实施例中，软件服务器包括控制元件(CE)502和特征服务器(FS)504。CE 502负责传统路由，例如用于内部网关协议(IGP)(例如，开放最短路径优先(OSPF))和外部网关协议(EGP)(例如，边界网关协议(BGP))。FS 504负责增值功能和基于网络的应用，例如QoS、VPN和移动IP。CE 502和FS 504都与转发元件(FE)506接口。CE 502和FS 504可以具有到对方的附加接口。示范性软路由器架构从基于硬件的传输和分组转发分离和集中基于软件的路由控制器(软路由器)。
解构示例性软路由器架构中的路由器，用来分离控制和转发功能。这种分离是不仅是逻辑上的(例如，使用具有模块应用编程接口(API)的明确地定义的接口)；事实上，通过由此执行转发的多跳，控制可被物理地分开(即，在不同的网络元件中执行的)。
FE 506是执行流量的实际的转发与交换的网络元件。在结构上，FE 506类似于传统的路由器：它可以具有多个线卡，每个线卡又终结多个端口，还具有交换光纤，用于把数据流量从一个线卡传送到另一个线卡。然而，FE 506不同于传统的路由器，因为不存在本地运行的任何复杂的控制逻辑(例如，路由处理，如OSPF或BGP)。相反，控制逻辑被远程操控。
CE 502是诸如服务器的通用计算元件。它连接到网络，除了它一般地经由多个FE 506多重归属(multi-homed)到网络以外，它类似终端主机，因此，当单个链路故障时，它不与网络断开连接。CE 502代表FE 506操纵控制逻辑，因此控制它们。在传统的路由器上典型地找到的任何控制逻辑可被合并到CE 502，包括像OSPF和BGP的路 由协议以及诸如资源保留协议(RSVP)、标签分布协议(LDP)、移动IP等等的协议。
FE 506起到在它的链路之间转发数据流量的作用。这个功能可以采取各种形式，诸如分组转发、标签交换、和光交换等等。分组转发包括第2层(基于媒体接入控制(MAC)的交换)和第3层(最长前缀匹配)转发。标签交换例如包括MPLS转发。数据路径转发功能可包括标签交换、推入和弹出。在光交换时，流量可以被时间交换、波长交换、或空间交换等等。在这些情形的每种情形下，交换功能被单个本地表驱动，该本地表由网络中的CE 502计算和安装。因此，FE 506仅仅根据本地数据结构完成它的工作的能力意味着，FE 506被设计成是沉默和快速的，而更复杂的逻辑被移交给远程的而智能的CE 502。
除了被看作物理网络元件以外，FE 506和CE 502还被看作逻辑实体。具体地，FE 506被逻辑地定义为一组端口，在其中流量可被互相交换。例如，FE 506可包括单个线卡上的所有的端口，在这种情形下，整个物理分组交换机由多个逻辑FE 506组成。FE 506也可跨越一个以上的物理交换机；然而，CE可控制多个FE。同样地，CE可被看作为为了代表FE提供控制而实例化的逻辑处理，并可以与实际上执行它的服务器机器区分开。具体地，物理的CE服务器机器(PCE)可以操纵多个CE 502处理，每个过程服务于不同的一系列的FE 506。反之亦然，也有可能多个CE 502处理(每个为诸如内部网关协议(IGP)和外部网关协议(EGP)的不同的控制目的而发起)服务于在不同的PCE上的同一个FE 506。FE 506和CE 502的物理的和逻辑的定义可被交换地使用。
图6显示说明网络元件600的示例性软路由器架构的实施例。虽然路由器的说法在示例性软路由器架构中不是严格需要的，但返回到某些等价的说法是有用的，以便了解网络的路由观点。为此，网络元件(NE)600的概念在高级别上被定义为FE 506和控制那些FE 506的各个CE 502的逻辑编组。具体的NE 600编组隐含地分类在作为内部(或内部的NE)或外部(或NE之间)的FE之间的每个链路。内部链路连 接属于同一个NE 600的两个端口，以及外部链路连接属于不同的NE600的两个端口。NE 600的概念在NE内和NE之间的路由遵循不同的方法时是有用的。
不用附加限制，NE 600的以上的定义允许灵活性。例如，这个定义允许在网络的分离的部分中的两个FE 506属于同一个NE 600。它也允许传统的路由器模型，其中FE 506正好包括网络元件中所有的端口以及控制CE 502共同位于同一个元件处。
在集群的路由中，组成NE 600的FE 506是相邻的云(cloud)的一部分。换句话说，NE 600的所有部分可由NE 600内部的链路互相达到。物理地，这代表相邻的物理的FE 506集群到单个NE 600。典型的情形是在中央办公室中背靠背连接的几个路由器的情形。从路由观点看来，NE 600的基于集群的定义可以提供很大的简化。从路由看来减小数目的NE 600减小NE内路由的复杂性，并且不同的、可能不太复杂的路由协议可被利用来进行NE内路由。
在FE 506与CE 502之间的控制关系被正式地称为绑定。更精确地，在FE 506与CE 502之间的绑定意味着，CE 502代表FE 506执行具体的控制功能。因为对于FE 508的操作可能需要多个协议(例如，IGP和EGP，或甚至一个协议的多个实例)，FE 506可以具有多个CE502绑定。
示例性软路由器架构包括各种协议。多个不同的协议被用于按照示例性软路由器架构设计的网络的操作，包括动态绑定协议和FE/CE传输协议。在FE 506与CE 502之间的绑定经由发现CE 502与FE 506的协议被建立，该协议在面临网络损坏时仍维持这些绑定在网络上。在动态绑定协议的最一般的情形下，FE 506可以绑定到任何可用的CE 502，以及CE 502可以对于任何FE 506执行控制功能。因此产生最大弹性和最小配置附加开销。这个动态绑定能力是具有分开的控制与转发功能的解构的路由器的概念的特征。FE/CE传输协议具有两个部分，即数据与控制。对于数据部分，FE/CE传输协议支持在FE 506与CE 502之间的路由协议分组的隧道，这样，由FE 506接收的路由 协议分组可被发送到CE 502用于处理。对于控制部分，一旦绑定被建立，FE 506与CE 502就使用FE/CE传输协议来传送状态信息并执行控制。在链路(FE 506到CE 502)方向，这个控制部分提供链路和转发状态信息(例如，链路向上/向下信号)到CE 502。在下行链路方向，FE/CE传输协议承载配置和控制信息(例如，使能/禁止链路，转发信息基础(FIB))。已知的协议，诸如转发与控制元件分离(ForCES)，可被用于FE/CE传输协议。
示范性软路由器架构包括2个特征：动态绑定和分布控制度。在示范性软路由器架构中，FE 506能够任何时间动态地绑定到任何网络上的CE 502，反之亦然。这提供提高的设计中的自由度和控制平面的使用，依次，使得在弹性、操作复杂性、可伸缩性、管理和安全上改善。相反，就在互联网控制平面的重新设计方面，在传统模型中的静态绑定使得其可靠性和灵活性变小。分布式控制提供诸如弹性的优点，但是也能够导致某种程度的网络不稳定性。例如，在BGP中的路由发射器的使用能够具有振荡问题，基于流(flooding)的链路状态协议，诸如OFPF能够由于多个故障引起更新风暴。该示范性软路由器架构允许不同程度的分布控制。特别地，通过改变FE 506如何成群以及如何控制被集合在CE 502，示范性软路由器架构的实施例实现不同的分布式控制度。较少的控制点意味更容易遭受故障条件，诸如网络分割(partitioning)，但意味着潜在的更好的网络稳定性。传统的完全分布式路由和完全集中路由仅仅是许多可能的示范性软路由器架构的实施例中的两个极端的实现。
示例性软路由器架构的动态绑定特征允许FE 506与CE 502分离开多跳。这种灵活性是以在转发元件的初始配置中增加的复杂性为代价而得到的。在软路由器模型，在启动后FE 506得到它的配置信息，包括来自位于服务器的远程CE 502的它的接口的IP地址。这造成潜在的似乎矛盾的说法：为了发现CE 502和发送分组给它，FE 506需要路由信息；然而，路由信息假设来自于CE 502。这个似乎矛盾的说法通过使用作为示例性软路由器架构的一部分的发现协议被解决。这 个发现协议使得FE 506和CE 502互相发现，和保持这些实体之间的可路由的路径。动态绑定处理也支持增强的特征，诸如CE 502负荷平衡、改进CE-FE绑定弹性和故障恢复的约束的集群算法，增加网络的可用性。这些特征也使能更好地进行网络规划和更好的网络范围的控制。
动态绑定协议的实施例为FE 506提供绑定服务和为FE-CE消息提供路由服务。动态绑定协议在网络的生命周期内连续地作用在所有的元件(FE 506和CE 502)作为独立于在网络中工作的其它协议的分开的协议。至少，每个FE 506和CE 502具有用作为唯一的识别号的预先配置的八位串(FEID/CEID)。在FE 506与CE 502桥接的网络中(例如，通过以太网连接的)，快速生成树协议为FECE通信提供连接性。因为这样的网络不是可能给出异构的FE 506可能性的唯一的一个网络，动态绑定协议包括用于支持在CE 502与FE 506之间的路由流量的分开的部件。然而，如果生成树协议是可用的，则动态绑定协议可用利用它来用于路由服务。动态绑定协议具有四个部件：发现、关联、具有修复的故障检测、和传输隧道。
动态绑定协议的发现部件使得FE 506能够发现可用管理它的CE502。这个CE 502被称为用于该FE 506的管理CE。为了发现部件对于配置处理提供快速收敛，CE 502信息被分布在所有的网络，使得FE 506能够通过使用由网络管理者预先配置的或使用分布的集群算法得到的绑定，而动态绑定到最好的CE 502。
源路由的路由层有助于发现处理。在启动时，每个FE 506使用随机选择的临时IP地址连同FEID一起来执行预发现路由。这个地址是从受控的地址空间，例如专用的子网络地址选择的。CE 502被预先配置，因此，具有有效的IP地址。所有的消息在FE 506与CE 502的所有的接口上被广播。
FE 502和CE 502通过周期地广播把它们的存在广告给它们的中间的邻居而互相发现。每个节点(FE/CE)因此把邻居列表保存在本地表中。FE 506也周期地征求来自所有的邻居的CE 502信息，以便收集 网络中关于CE 502的最新信息。作为响应，相邻的FE/CE用它们已知的CE 502列表作为应答。在这个列表中的每个CE 502也与来自相邻的FE/CE的到CE 502的已知的源路由相关联。通过把每个条目与存活期限参数相关联，可以保证CE 502信息通过达到该CE 502的最好的路径被周期地刷新。每个节点使用具有最短的跳数的源路由来联系CE 502。发现处理在所有的时间运行在按照示例性软路由器架构设计的网络。
每个FE 506由网络管理者在规划期间分配一个主CE和至少一个备份CE。这个信息被配置在CE 502以及可选地在FE 506。典型地，这个分配通过考虑诸如在CE 502上的负荷、在CE 502与FE 502之间的距离、和在它们之间的链路的可靠性的因素而被作出。因此，当CE 502被FE 506接触时，如果这个信息是可用的，CE 502让FE 506知道它的主CE和备份CE的识别号，或者，如果CE可以管理该FE的话，接受FE 506。如果不被接受，则FE 506继续联系它的主CE或备份CE。
示范性软路由器架构包括以下3个方面：去耦、服务器和标准接口。去耦是指包括处理功能(例如：路由协议处理)的复杂控制平面从分组转发平面的分离。服务器是指在专用外部控制平面服务器上的控制平面处理功能的实现。标准接口是指用于控制平面和分组转发平面之间的接口的标准协议的定义。
在NE 600中的控制平面涉及执行各种路由，信令和其他控制操作，诸如应用政策、滤波器等等以及处理配置设备的转发平面。因此，根据示范性软路由器架构而实现的网络的合适功能直接地与控制平面的适当功能相关。因此，为了适当的起作用，该网络需要控制平面安全性、控制平面可伸缩性和控制平面可用性。控制平面安全性包括保护免受攻击、监听和其他威胁。控制平面可伸缩性被需要来让网络运行随着网络尺寸增大的情况下正确地操作。高可用性控制平面暗指高可靠性网络，其是诸如互联网电话、视频和其他应用的实时业务所需的。
基于示范性软路由器架构的示范性网络满足了上述需要。虽然一些当前一代的路由器/交换器从转发平面功能中去耦控制平面处理功能，其仍然作为整体非常紧密地耦合到该设备。此外，从一个控制器到另一个控制器的所有控制平面流量继续穿过数据路径(公知的带内控制)。
示范性软路由器的一个优点是从数据平面，包括由控制平面流量穿过的路径，完全去耦控制平面的能力。换句话说，可以具有一个独立的控制平面网络(控制器网络)，其具有在物理独立网络(所知的频带外控制)上的互相通信(CE-CE通信)的控制器，而没有横穿数据路径的控制分组。
图7是显示了示范性软路由器架构的实施例的框图。由两个物理独立的网络，控制平面网络700和数据平面网络702。数据平面网络702是用于数据流量的物理网络，而控制平面网络700是另一个用于控制流量的物理网络。数据平面网络702的拓扑结构是由互相连接的FE 506组成。控制平面网络700的拓扑结构是由互相连接的CE 502组成。该控制平面网络700与数据平面网络702的物理独立性提供了为在控制平面网络700中的CE 502之间的通信提供安全机制。此外，与传统路由器架构相比较，该物理的独立性提供了提高的可靠性和提高的可伸缩性，在传统路由器架构中，控制平面消息是在数据平面带内的。
图7是服务器的虚拟表示。在控制平面网络700中在示范性拓扑结构中有CE 502，其标签为A’、B’、C’、D’和E’，但是其他拓扑结构也在本发明的范围内。控制平面网络700和数据平面网络702的的拓扑结构是独立的。在数据平面网络702中在不同的示范性拓扑结构中有FE 506，其标签为A，B，C，D和E，但是其他拓扑结构也在本发明的范围之内。图7所示的示范性数据平面网络702是互联网协议(IP)/多协议标签交换(MPLS)/光网络，但是许多其他类型的网络也在本发明的范围之内。在数据平面网络702中，E<->B，E<->C是相邻的。在控制平面网络700中，E’&B’，E’&C’不是相邻的。虽然 图7显示了CE 502和FE 506的数量是相同的，但是基于示范性软路由器架构的典型实现优选地是具有CE 502的数量少于FE 506。
在图7中，控制消息704在控制平面网络700上的E502之间传递，数据分组706是在数据平面网络702上的FE 506中传递。在CE502之间具有安全通信。在一些实施例中，控制平面网络700除了CE502之外包括一个或更多特征服务器(FS)(未示出)。控制消息704是基于与控制平面网络700相关联的拓扑结构数据库信息710之上被路由的。数据分组706是基于与数据平面网络702相关联的拓扑数据库信息712而被路由的。此外，在控制平面网络700和数据平面网络702之间具有标准接口708。
示范性软路由器架构的实施例还包括一些路由协议增强。因为有两个独立的网络，所以该路由协议需要跟踪两个独立网络的拓扑结构，一个用于数据平面网络702，另一个用于控制平面网络700。数据平面网络702和控制平面网络700的拓扑结构不必相同的。路由协议相邻是基于数据平面网络702的基础拓扑结构在任何两个适当的控制元件之间建立的，适当地捕捉数据平面网络700的拓扑结构视图。任何数据平面网络702的拓扑结构的改变或故障被适时地传递回CE 502，因为它们影响路由。
举例来说，内部网关协议(IGP)，诸如开放最短路径优先(OSPF)，使用打招呼消息来确定链路的状态，并且任何链路(即，接口)状态的变化使得更新被产生并通过整个网络的流到其他OSPF对等体。在示范性软路由器架构的该实施例中，OSPF可以继续在数据路径上发送打招呼消息以便确定它们的状态。然而，对于任何由FE 506传递到CE 502的链路状态的改变(链路状态更新分组)可以在分离的控制平面网络700上直接地流到其他OSPF对等体(即，其他CE 502)，而不需要穿过数据平面网络702。这甚至能够导致更快的链路状态数据库的聚合，因为流仅仅在分离的控制平面网络700上发生，其优选地小于基础数据平面网络702。该控制平面网络700的链路状态自身由相同的或不同的IGP协议的实例来监控，并且在链路中的任何故障将 导致通过替换路由进行的分组的重新路由。
示范性软路由器架构的实施例具有独立的拓扑结构分别用于控制平面网络700和数据平面网络702。控制平面网络700仅仅在一组CE之间。独立的控制平面网络700优选地小于数据平面网络702的基础拓扑结构。在控制平面网络700中的每个CE具有数据平面网络702的拓扑结构的全视图。需要控制器到控制器(即CE-CE)通信的控制平面网络700的所有协议(例如，OSPF、中间系统到中间系统(IS-IS)、路由信息协议(RIP)、边界网关协议(BGP)、MPLS)直接地使用独立控制平面网络700来发送控制分组。因为在数据链路/节点中的故障不影响CE 502之间的通信，所以具有由于带外控制通信的带来的提高的安全性以及提高的可靠性。因为协议的聚合可以更快，所以具有提高的可伸缩性。链路状态协议，诸如OSPF和IS-IS能够聚合得更快，因为在其上发生流的控制平面网络700小于基础的数据平面网络702。
在示范性软路由器架构的实施例中，CE到CE的通信是通过专用网络即所述控制平面网络700的。与之相比，在示范性软路由器架构的其他实施例中，控制消息704的CE到CE的通信可以使用数据平面网络702中的数据路径。例如，在其他实施例中，控制消息704可以使用从CE 502到FE 506到另一个CE 502的路径。与之相比，在该实施例中，所有在CE 502之间的控制消息704使用在控制平面网络700之内的路径。从一个CE 502到另一个CE 502具有专用链路，这样控制消息704不需要穿过任何FE 506。这相对于其他实施例改善了安全性和可靠性，因为控制流量是专用的，并且对于外部世界来说是不可用的。然而，CE 502能够与FE 506通过标准接口108通信。例如，CE 502能够通过标准接口708配置和提供路由信息到FE 506。该标准接口708可以是物理的或是虚拟的链路(即，不必是物理链路)。虚拟链路是通过物理链路的隧道。
该示范性实施例的应用的一些实例包括IP语音技术(VOIP)、军用、和其他使用专用网络控制消息具有优点的任何应用。
图8是显示了计算机的高级框图。计算机800可以用来执行本发明的实施例。计算机800包括处理器830和用于存储各种程序844和数据846的存储器840。存储器840还可以存储支持程序844的操作系统842。
处理器830与诸如电源、时钟电路、缓冲存储器等等以及坚持执行存储在存储器840中的软件程序的电路的传统支持电路协同工作。同样的，可以设想这里讨论的一些步骤如软件方法可以在硬件中执行，例如，与处理器830协同工作的电路来执行各种方法步骤。计算机800还包括输入/输出(I/O)电路，其在与计算机800通信的各种功能元件形成接口。
虽然计算机800被描述为通用计算机，其被编程来执行根据本发明的各种不同功能，但是本发明也可以在硬件中执行，例如在专用集成电路(ASIC)或者现场可编程门阵列(FPGA)。同样，这里描述的处理步骤将被广泛的理解为为由软件、硬件或其组合等价地执行。
本发明还可以由计算机程序产品实现，其中当由计算机处理时，计算机指令适用于计算机的操作，这样本发明的方法和/或技术被调用或者被提供。用于调用本发明方法的指令可以存储在固定和可移动媒介中，通过数据流在广播媒体或者其他信号支持媒介中传送，和/或存储在根据指令操作的计算设备的工作存储器中。
虽然前面所述指的是本发明的各种实施例，但是本发明的其他和更多实施例可以被建议而不违背其基本的范围。同样的，本发明的合适范围是根据随后的权利要求书而确定。

Claims (4)

1.一种网络架构系统，包括：
数据平面，其是用于承载数据流量的第一物理网络，所述数据平面包括多个转发元件FE，这些转发元件使用第一通信链路集合互联；
控制平面，其是用于控制流量的第二物理网络，与所述数据平面的第一物理网络在物理上分离，所述控制平面包括多个控制元件CE，这些控制元件使用第二通信链路集合互联，其中互联数据平面的FE的通信链路与互联控制平面的CE的通信链路在物理上分离，其中CE之间的通信是专用的，其中每个控制元件控制至少两个转发元件，其中每个控制元件被动态地绑定到它的被控制的转发元件，其中CE和FE之间的动态绑定使用一个动态绑定协议建立，该动态绑定协议适于使每个FE周期性地征求来自其邻居的关于对于每个邻居来说是已知的CE的可达性信息；
在所述数据平面和所述控制平面之间的使用协议的接口。
2.如权利要求1所述的网络架构系统，还包括：
在所述控制平面中的至少一个特征服务器。
3.如权利要求1所述的网络架构系统，其中路由协议跟踪所述数据平面和控制平面的拓扑结构，并且在所述数据平面的拓扑结构中的任何变化或故障被传递到所述控制元件。
4.如权利要求1所述的网络架构系统，其中任何控制元件通过标准接口配置并提供路由信息到其控制的转发元件中的一个，而在控制元件之间的控制消息通过专用控制平面发送。
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