CN1968205A - 一种半网状网的路由方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种半网状网的路由方法及其系统，涉及网络协议和网络结构。鉴于现有IP网络存在不提供端对端显式路由和快速故障恢复，不提供合理而简便的服务质量保证QoS和流量控制等问题，本方法采用至少3个交换机设备为网络节点，网络拓扑以半网状网结构互连，经网络链路发送和接收分组帧及采用链路层地址、分层地址，建立并根据网络拓扑结构数据库信息，拓扑驱动端对端显式链接计算和源、宿节点设备双地址链接表，实测网络拥塞调整计算及分层地址链接汇聚及全网备用端对端显式链接表库，同时启动对应备用链接表及快速链接收敛等，具有网络结构简单灵活，可扩展，无环路，无虚电路，面向连接的显式链接，QoS好和价格低及提供用户终端高质量服务等特点。

Description

一种半网状网的路由方法及其系统

技术领域：

本发明涉及网络结构，具体指一种在自治域内网络采用至少有3个网络交换设备为网络节点，其一节点为另两节点的中间节点，网络拓扑以半网状网形结构互连，经网络链路发送和接收分组帧的半网状网的路由方法及其系统。

背景技术：

IP技术中IP网络节点地址，具有网络层的功能，逐跳路由选择，构建路由灵活，路由优化，半网状网网络拓扑结构等的特点；路由计算采用拓扑驱动，逐跳路由方法，各路由器用网络拓扑结构数据库，以自己为根节点进行并行计算最优树，形成本地的路由表。

传统的IP数据转发是基于逐跳式的，每个转发数据的路由器都要根据IP包头的目的地址查找路由表来获得下一跳的出口，既繁琐效率又低，且不提供高带宽的交换。其主要原因：一是，有些路由的查询必须对路由表进行多次查找，即所谓的递归搜索；二是，因路由匹配遵循最长匹配原则，使几乎所有的路由器的交换引擎必须用软件来实现，其较之ATM交换机上用硬件来实现的交换引擎在效率上无法比较。

显式路由技术(ER)与IP协议中定义的源路由技术要求在网络中传输的每一个IP报文部要携带用于明确标识整条路径的IP地址，其传输开销太大，使得网络负载难以承受，因而难以得到实际应用。

ATM也提供端对端显式路由，虚电路方法，源端交换机计算用源宿端地址，计算端到端虚电路链接DTL，然后DTL沿路径发送到各交换机，交换机构造虚拟通道标识转换表，构造各网段虚拟通道。ATM分组进入端到端虚电路，ATM分组头只有一个虚拟通道标识，交换机根据进入ATM分组头虚拟通道标识和虚拟通道标识链接表，拆除分组头虚拟通道标识，加入下一虚拟通道标识的分组头虚拟通道标识，转发ATM分组，分组在各交换设备处改变，达不到无缝连接，达不到端对端管理。

MPLS显式路由，边界标签交换设备源路由方法计算显式标签交换路径，要求在标签分配信令中携带明确的标签交换路径信息，然后标签沿路径发送到各交换机，交换机构造标签转换表，构造各网段标签通道，控制交换设备的载荷和标签交换。分组进入标签交换网段，入口压入标签，出口拆除标签。交换设备根据进入载荷标签和标签路由表，拆除标签，加入出口的标签，转发载荷到对应交换设备出口。在标签交换网段，标签在各交换设备处改变，达不到无缝连接，达不到端对端管理。

IP由于路由计算采用拓扑驱动，逐跳路由方法，形成环路，导致网络拥塞。使用环路检测机制防止路由环的产生，或者保留一些网络资源可用于路由环所产生的消耗。对此，有两种方法处理路由环：即检测和防止。分组头中TTL值记录跳数，在通过每个路由器时改变。当分组通过的路由器跳数达到限定跳数，TTL值达到限定值，路由器将分组丢弃，防止分组环路传输。

IP设备状态信息周期性传递，当发现邻近节点故障后，设备重新计算路由，自动找到可迂回的路由，保证网络恢复正常工作。而网状网需要网络地址支持路由协议，网络拓扑，故障定位，(网络拓扑IP地址，IP路由协议)通常重新计算路由，路由收敛需数分钟，时间太长。

从IP网的维护及应用角度考虑，如何对IP网实行合理而简便的流量控制，实现基于IP业务的虚拟专网(VPN)，保证IP级的服务质量(IP-QoS)，也对目前基于传统网络拓扑及IP路由系统的ISP骨干网络提出了挑战。

鉴于目前的IP协议并不支持多优先级的服务质量，它对所有的信息流都提供统一的尽力传送服务。换一句话来说，IP在某种程度上屏蔽了下层网络可能提供的QoS功能，使得用户无法得到高质量的服务。即便用于大网的DiffServ区分服务，也只能使某些服务比其它服务享受到更好的待遇(如更快的处理，更多的平均带宽，更低的平均丢失率)。这是一种统计上的优先处理，并无硬性的保证。

众所周知，RSVP是一种用于互联网上质量整合服务的协议。RSVP允许主机在网络上请求特殊服务质量，用于特殊应用程序数据流的传输。路由器也使用RSVP发送服务质量(QoS)请求给所有节点(沿着流路径)并建立和维持这种状态以提供请求服务。通常RSVP请求将会引起每个节点数据路径上的资源预留。

但RSVP存在一定的局限性：

第一、它只是一个信令协议，用来帮助建立端主机和路由器的资源保留状态。资源和服务管理算法主要依赖于所支持的服务级别。RSVP将两个应用程序间的IP流当作网络层的“连接”来处理，它在IP层提供了与ATM UNI和信令在信元流层次上相似的功能。

第二、它只在单方向上进行资源请求，因此，尽管相同的应用程序，同时可能既担当发送者也担当接受者，但RSVP对发送者与接受者在逻辑上是有区别的。RSVP运行在IPV4或IPV6上层，占据协议栈中传输协议的空间。RSVP不传输应用数据，但支持因特网控制协议，如ICMP、IGMP或者路由选择协议。正如路由选择和管理类协议的实施一样，RSVP的运行也是在后台执行，而并非在数据转发路径上。

第三、它是一种基于接收端发起的资源预留协议。不同的接收端对QoS要求可能不同，由它向发送端指明所希望接收的数据流的QoS参数。在通信双方已经建立的路径上，通过源端发出的PATH消息和接收端发出的RESV消息进行动态的QoS协商，达到资源预留的目的。为了维持预留资源，RSVP协议使路由器或交换节点维持在一个“软状态”(soft state)，这个状态周期性地由PATH和RESV消息来更新，也可以由拆卸消息来取消。如果在一段时间内没有收到更新报文，预留的资源也将被取消。

第四、它本质上并不属于路由选择协议，RSVP的设计目标是与当前和未来的单播(unicast)和组播(multicast)路由选择协议同时运行。RSVP进程参照本地路由选择数据库以获得传送路径。以组播为例，主机发送IGMP信息以加入组播组，然后沿着组播组传送路径，发送RSVP信息以预留资源。路由选择协议决定数据包转发到哪。RSVP只考虑根据路由选择所转发的数据包的QoS。为了有效适应大型组、动态组成员以及不同机种的接收端需求，通过RSVP，接收端可以请求一个特定的QoS[RSVP93]。QoS请求从接收端主机应用程序被传送至本地RSVP进程，然后RSVP协议沿着相反的数据路径，将此请求传送到所有节点(路由器和主机)，但是只到达接收端数据路径加入到组播分配树中时的路由器。所以，RSVP预留开销是和接受端的数量成对数关系而非线性关系。

有关RSVP存在的问题及现有的一些解决方案：

第一、数据包沿途的每一个网络单元，都需要完全理解RSVP，并能用信令发出所需的QoS。

第二、RSVP需要在沿途的每一个网络元素上保留每个流的信息。路径的每一个单元都要维护每个预留的状态信息，访问控制，会增加路径沿途中每个网络单元的复杂度，当网络上存在成百上千流时，这就存在扩展性问题。

综上所述，现有的IP网络存在诸如：不提供端对端显式路由，QoS结构存在协议复杂，占用路由器等的网络资源多和信令复杂，以及建立RSVP路径时间长等的缺失和不提供合理而简便的服务质量保证QoS，不提供合理而简便的流量控制，不提供快速故障恢复等问题，而ATM/MPLS均存在达不到无缝连接，达不到端对端管理等问题。

涉及本发明内容的定义和缩略语如下：

网络：自治域，自治网，域内网，子网

全网：网络的集合

分层网：分层的网络构成全网

网络地址，节点地址，地址：域内网地址，局部地址

DTL：Designated Transit List指定转移表

ER：explicit route显式路由

TTL：time to live生存时间，跳数

QoS：服务质量

DiffSer：区分服务

InterSer：综合服务

RSVP：资源预留协议

ATM：异步传输模式

MPLS：多协议标签交换

发明内容：

本发明的目的在于解决上述现有IP路由中，不提供端对端显式路由和快速故障恢复，不提供合理而简便的服务质量保证QoS和流量控制等问题，而提出一种半网状网的路由方法，其基本思路：

建立网络节点端对端显式路由，预留网络资源给各端对端显式路由，并维护一个描述路由资源预留的数据库；用户端对端连接沿着显式路由，根据路由资源预留数据库的信息，预留用户端对端连接资源，并维护一个描述连接资源预留的数据库；网络节点双地址链接表转发分组；全网备用端对端显式路由表库。

路由包括：网络拓扑结构的数据库，拓扑驱动端对端显式路由计算，双地址路由表，用户流驱动路由调整计算，实测网络拥塞路由调整计算；本地路由表；双地址路由表；链路分层地址路由汇聚；无环路路由；采用端对端显式路由，预留网络资源给各端对端显式路由，并维护一个描述路由资源预留的数据库。

连接：用户端对端连接沿显式路由，根据路由资源预留的数据库，预留用户端对端连接资源；基于动态虚电路建立时间短的特点，符合实用要求。

传输：采用本地路由表，双地址路由表，分组包在全网不变和全双工传输模式，异步连接，分组帧帧头带前导码的分组帧结构以及通用以太网PMD方式传输。

保护：采用全网备用端对端显式路由表库，全网节点设备同时启动对应备用路由表；实现快速路由收敛。

QoS：基于资源约束最优化路由计算端对端显式路由，预留网络资源给各端对端显式路由，并维护一个描述路由资源预留的数据库；用户端对端连接沿显式路由，根据路由资源预留的数据库，预留用户端对端连接资源；服务器维持一个用户连接资源预留的数据库。

分配网络节点网络地址；

建立维护网络拓扑结构数据库显式路由计算；

建立维护选路表；

建立维护网络节点双地址链接表；

路由资源预留计算；

建立维护路由资源预留的数据库，选路表，网络节点双地址链接表；

用户连接资源预留计算；

双地址路由表的计算和分配；

建立维护用户连接资源预留的数据库；

处理备用端对端显式路由选路表，双地址链接表库。

基于上述思路，本发明所述的一种半网状网的路由系统，其网络结构采用至少有3个网络交换设备为网络节点，其中，至少一个节点为另两个节点的中间的节点，网络拓扑以半网状网形结构互连，经网络链路发送和接收分组帧；一网络节点设备与一服务器连接；各网络节点周期性传递网络链路和设备状态信息的；服务器设有一描述网络系统拓扑结构的数据库。

网络终端节点设备有连接的网络节点地址和网络终端设备标识组成全网唯一终端设备地址。

所述的网络节点其地址为全网唯一定位网络节点的网络交换设备；网络系统拓扑结构的数据库为多维矩阵。表1：描述各节点为源节点对应各节点为宿节点的直接网络链路及链路的开销，含带宽，距离，延时等。

服务器数据库分组包括由每一网络节点可用的接口资源信息、邻居资源信息构成的资源状态信息和与该网络节点相连的网络资源状态信息及该网络系统的外部资源信息组成。

所述的服务器根据拓扑结构数据库，以各网络节点地址为网络根节点计算至其他网络节点的链接最优树，建立端对端显式链接表，网络节点链接表。

网络节点链接表由服务器发送至网络节点设备。

其中，无环路路由。网络终端发出的分组帧帧头含有源端网络节点设备地址和宿端网络节点设备地址；网络节点设备按接收分组帧帧头中源端和宿端网络地址，查找一次网络节点保存的地址链接表中对应条项，将分组帧传输到对应端口。

无虚链路，面向非连接的显式链接传输。网络交换设备沿显式链接逐级传输分组帧，分组帧到达宿端设备；分组帧头在全网各网段不变；

采用全双工传输模式，异步连接，分组帧帧头带前导码的分组帧结构及通用以太网PMD。

所述的服务器中端对端显式链接表中，任一网络节点至少作为2个源节点，至少作为2个中间节点，至少作为2个宿节点；服务器根据拓扑结构数据库平衡计算各个网络节点中的多链接选路，建成一个网络节点链接表。

其中，服务器根据拓扑结构数据库计算当有节点或连接变化时，以各个节点为根节点来至其他节点最优树，形成备用端对端显式最优树链接表；服务器接收到节点或连接网络状态信息变化，其通知各个节点网络交换设备，启动对应备用链接表并将全部备用链接表发送到各个节点网络交换设备。

所述的一种半网状网的路由方法，其链路层内采用分层网络拓扑，可扩展和分层网络域内最优化链接计算以及支持变长分层地址和链路负载分担，快速备用链接收敛，节点网络交换设备地址学习。

综上所述，本发明一种半网状网的路由方法(MP网络结构)与现有IP分析比较如下表：

技术特点	IP	MP
			结构	灵活，分布计算	简单灵活，中心计算
地址	网络地址	网络地址
			网络构架	3层	2层
选路	逐跳	显式，双址链接表
			汇聚转发	无	分层地址汇聚
保护	差	好
			QoS	差	好
TE	差	好
			传输	地址交换报头不变	地址交换报头不变
信令复杂	由	低
			扩展	好	好
环路	有	无
			交换设备复杂程度	同	低

具有结构简单灵活及保护好、QoS好、网管好、传输变换简单及可扩展、无环路、价格低等特点。

附图说明：

图1为本发明的拓扑结构示意图；

图2为本发明的网络节点设备结构框图；

图3为本发明的连接服务请求流程框图一；

图4为本发明的连接服务请求流程框图二；

图5为本发明的连接服务请求流程框图三；

图6为本发明的一实施例的拓扑结构示意图；

图7为本发明的一实施例的故障拓扑结构示意图。

附表说明：

表1：拓扑结构数据库

表2：显式最优树，端对端显式链接表

表3：路由资源预留的数据库

表4：节点双址链接表

表5：拓扑结构资源数据库(单向节点端口带宽、距离，延时等)

表6：节点端口各路由资源预留总和数据库(单向节点端口预留带宽、距离，延时等)

表7：在节点端口各用户连接资源预留总和数据库(单向节点端口预留带宽、距离，延时等)

表8：实测资源使用的数据库(单向节点端口使用带宽、距离，延时等)

表11：备用拓扑结构数据库，(单向节点端口开销，带宽、距离，延时等)

表12：备用显式最优树

表14：备用节点双址链接表

表15：备用拓扑结构资源数据库，(单向节点端口带宽)

表16：节点端口各备用路由资源预留总和数据库(单向节点端口预留带宽、距离，延时等)，在节点端口各

表17：节点端口各备用用户连接资源预留总和数据库(单向节点端口预留带宽)

表18：备用实测资源使用的数据库(单向节点端口使用带宽、距离，延时等)

具体实施方式：

以下结合附图对本发明作进一步的描述

本发明采用链路分层地址(详细描述参看PCT：02821401.3和02821413.7及02821427.7)。

与本发明有关的地址层概述：

MP网络的数据交换完全依赖数据包的地址实现。其采用但不限于以太网的48bit地址编码和帧结构，用于以太网交换机实现MP数据包的交换；但与以太网的随机化地址分配不同，MP创立了网络地址的唯一性、可定位、可定性功能：

Bit	8	8全球网	8国家网	8城市网	16
						含义	Flag	WS			AS

MP网络地址中各个区段名称：

1.数据类型标识符(Flag)，用以标识某些特殊的信令帧和网管数据，并可对数据属性进行辨识，采用DCAF或SCAF技术，有效地将数据包导向至相应的设备或业务；

2.广域网区(WS-Wide area Section)，用以标识分层次的骨干网地址，按区域分为三个子段(三个局部地址)，分别表示全球网、国家网和城市网；

3.接入网区(AS-Access Section)，用以标识分层次的接入网地址，按不同的拓扑结构分为多个不定长的子段，分别表示社区、居民楼的地址。

MP网络地址具有以下特点：

1.物理端口绑定(AOPP)，终端地址由网络决定，具备防范假冒的用户认证功能；

2.有序化的分层结构(HANS)，具备可定位功能，定义了明确的层次结构，即：国际、城际、城域、区域分级编码体系，由于采用MP局部地址路由算法(PAR)，可将每一层交换机的寻址范围限定在局部空间之内，使MP交换机的结构得到极大简化；

3.“带色彩”的数据类型地址(D/SCAF)，具备可定性功能。MP交换机根据网络地址的“颜色”(Flag)，严格限定每个数据包的活动范围、行为规则及数据分流，有效地抵御黑客攻击，确保MP网络结构上的安全性和“三网合一”；

4.基于分层结构，能扩展至一个非常大的网络，使用地址归纳和拓扑聚类，与平面网络比较，其节点和链路可看到、可达到地址所需的地址宽度按指数降低。

MP骨干网节点可以是骨干交换机、骨干终端、骨干终端系统集，节点可用地址识别。每个子网自治域有网管服务器管理子网自治域节点和链路，服务器离线计算子网自治域的节点和链路路由。

每个子网有局部地址标识空间，局部地址空间长度决定子网的规模，可标识的网络节点数量。如，三层全球网局部地址，二层国家网局部地址，底层城域网局部地址。以下网络指广域网的子网。

网络节点有全网地址标识，网络节点全网地址中的局部地址标识的集合构成一个自治域(如一国家网地址)。域内节点只能与同一自治域的域内节点连通。每个子网自治域有一个或多个域间节点，该域间节点既可以与域内节点连通，又可以与自治域外的节点连通。域内节点与自治域外的节点连通，必须经过域间节点转接。

本发明一种半网状网的实施例，域内网络路由方法的描述：

一.网络结构

本发明一种半网状网的域内网络路由方法(网络拓扑结构如附图1、7所示)，其采用至少有3个网络交换设备为网络节点，网络拓扑以半网状网形结构互连，经网络链路发送和接收分组帧；域内网络节点有网络地址(如一国家网地址)，网络地址的集合构成一个半网状网。

所述的网络节点有全网唯一地址，不包括终端节点，网络节点地址只使用网络地址中的一部分；本层以及上层部分网络地址。而在本发明域内网络路由计算和交换中，只使用网络地址的本层部分。

全网地址包含域内网络节点网络地址。

用全网地址周期性传递网络链路和设备状态信息分组的一网络节点设备与一服务器连接。

所述的服务器设有一描述域内网络系统拓扑结构的数据库，由网络节点网络地址构成。

所述的网络终端节点设备有连接的网络节点地址和网络终端设备标识组成全网唯一终端设备地址，其地址自动配置完成。

所述的网络节点其地址为全网唯一定位网络节点的网络交换设备；服务器数据库分组包括由每一网络节点可用的接口资源信息、邻居资源信息构成的资源状态信息和与该网络节点相连的网络资源状态信息及该网络系统的外部资源信息组成。

二.网络建立(如附图2所示)

下述描述中地址为域内网络节点局部地址(如一国家网地址)。

一服务器与一交换机的端口连接，并向其发送端口查询指令，交换机端口工作，返回一指令，报告交换机及其端口状态；服务器向交换机和端口发送地址学习指令，交换机和端口学习得到的服务器地址和自己的地址，并向服务器报告自己的状态信息。

服务器向交换机各端口发送查询指令，交换机各端口工作，返回一指令，报告各端口状态；服务器向交换机各端口发送地址学习指令，端口学习得到的服务器地址和自己的地址，并向服务器报告自己的地址和状态信息。

服务器向与交换机工作各端口连接的交换机发送地址学习指令，相连的交换机学习得到的服务器地址和自己的地址，并向服务器报告自己的状态信息；服务器向相连的交换机各端口发送查询指令，相连的交换机端口工作，返回一指令，报告其端口状态；服务器向相连的交换机端口发送地址学习指令，端口学习得到的服务器地址和自己的地址，并向服务器报告自己的地址和状态信息。

通过逐个递推，服务器收到全部交换机和各端口的地址和状态信息，建立网络网络拓扑结构数据库。

三.网络节点选路表和链接表设定

所述的服务器设有网络拓扑结构数据库矩阵(参阅表1)，以各网络节点地址为网络源节点矩阵行，对应各网络节点地址为网络宿节点矩阵列，矩阵元素值为两节点间的直接链接开销；元素值为零，无直接链接。

                        表1：拓扑结构数据库

            (单向节点端口开销，含带宽、距离、延时等)

1		25				27
								2	18		22				25
3		30		27
								4			25		14
5				35		18	17
								6	23				26		25
7		21			18	28
								宿/源节点	1	2	3	4	5	6	7

以网络节点为网络根节点计算至其它各网络节点的链接最优树，拓扑驱动，形成端对端显式(最优树)链接选路表2(含7个表)；选路表描述最优树源节点，中间节点，宿节点，开销。中间节点为多个相邻下一跳节点。

        表2：显式最优树，端对端显式链接表(7个表)

                    节点2至其它节点树

源节点	下一跳节点	下一跳节点	下一跳节点	宿节点	开销
						2				1	7
2				3	6
						2	3			4	2
2	7			5	4
						2	1			6	6
2				7	4

                    节点3至其它节点树

源节点	下一跳节点	下一跳节点	下一跳节点	宿节点	开销
						3	2			1	7
3				2	5
						3				4	5
3	4			5	3
						3	2	7		6	7
3	2			7	9

所述的服务器根据选路表2，为每棵最优树预留资源，含带宽、距离、延时等，形成表3(含7个表)。

            表3：路由资源预留的数据库(7个表)

                        节点1树

源节点

下一跳节点

下一跳节点

下一跳节点

宿节点

资源

1				2	5
						1	2			3	8
1	2	3		4	6
						1	6			5	5
1				6	7
						1	6			7	3

                            节点2树

源节点	下一跳节点	下一跳节点	下一跳节点	宿节点	资源
						2				1	7
2				3	6
						2	3			4	2
2	7			5	4
						2	1			6	6
2				7	4

                                节点3树

源节点	下一跳节点	下一跳节点	下一跳节点	宿节点	资源
						3	2			1	7
3				2	5
						3				4	5
3	4			5	3

3	2	7		6	7
						3	2			7	9

                       节点4树

源节点	下一跳节点	下一跳节点	下一跳节点	宿节点	资源
						4	5	6		1	2
4	5	7		2	3
						4				3	4
4				5	2
						4	5	7		6	4
4	5			7	1

                        节点5树

源节点	下一跳节点	下一跳节点	下一跳节点	宿节点	资源
						5	6			1	5
5	7			2	3
						5	4			3	3
5				4	1
						5				6	4
5				7	6

                         节点6树

源节点	下一跳节点	下一跳节点	下一跳节点	宿节点	资源
						6				1	4
6	1			2	3
						6	7	2		3	5
6	5			4	9
						6				5	7
6				7	5

                            节点7树

源节点	下一跳节点	下一跳节点	下一跳节点	宿节点	资源
						7	6			1	6
7				2	6
						7	2			3	4
7	5			4	2
						7				5	2
7				6	5

在各最优树中一个节点可为源节点、中间节点或宿节点。

如一个节点为源节点，所述的服务器根据对应各宿节点，查表2可得到节点链接表条项源地址对应各宿地址的各端口号，建表4，(含7个表)。

如查表2，3，节点2，源地址2，宿地址1，端口1；源地址2，宿地址6，端口6，形成节点链接表4，节点2。

链接表条项含有端口和由源地址和宿地址构成的双地址链接表。

如一个节点为中间节点，所述的服务器根据对应各宿地址、源地址，查表2，可得到链接表条项的下一跳节点端口号，建表4，。

如查表2，3，节点1(节点3，6，7)，源地址1，宿地址3，端口3；源地址1，宿地址4，端口3，形成端对端显式地址链接表表4，节点2。

如一个节点为宿节点，无链接表4条项。

            表4：节点双址链接表

                节点2链接表

源节点双址	宿节点双址	端口(下一跳)	资源
				2	1	1	7
2	3	3	6
				2	4	3	2
2	5	7	4
				2	6	1	6
2	7	7	4
				1	3	3	8
1	4	3	6
				3	1	1	7
3	6	7	6
				3	7	7	6
6	3	3	5
				7	3	3	4

                节点3链接表

源节点双址	宿节点双址	端口(下一跳)	资源
				3	2	1	7
3	3	2	5
				3	4	4	5
3	5	4	3
				3	6	2	7
3	7	2	9
				1	4	4	6
2	4	4	2

网络系统拓扑资源数据库为多维矩阵，表5，描述各节点为源节点对应各节点为宿节点的直接网络链路及链路的资源，含带宽、距离、延时等。

            表5：拓扑结构资源数据库

        (单向节点端口带宽、距离、延时等)

1		25				27
								2	18		22				25
3		30		27
								4			25		14
5				35		18	17
								6	23				26		25

7		21			18	28
								宿/源节点	1	2	3	4	5	6	7

服务器根据表4，计算出表6，为各节点链接所需的链路的总资源。对比表5元素值和表6元素值，如果表5元素值小于表6元素值，服务器重新计算表2、3、4、6，直到表5各元素值小于表6元素值。

        表6：节点端口各路由资源预留总和数据库

        (单向节点端口预留带宽、距离、延时等)

1		20				21
								2	22		28				15
3		17		7
								4			16		13
5				15		21	8
								6	21				21		22
7		8			13	13
								宿/源节点	1	2	3	4	5	6	7

网络节点链接表4由服务器发送至网络节点设备。

四.连接服务请求处理

1)主叫和服务器信令处理(如附图3所示)

服务器端对端检查交换机链接资源成功后，分配各交换机链接资源，接收服务请求。

端对端检查交换机链接资源不成功，不分配各交换机链接资源，不接收服务请求。

结束，主叫/被叫结束信令，服务器释放资源。

连接服务请求含有源、宿节点地址资源，服务器查源节点链接表4查出端口号，表7源节点对应端口元素值与连接服务请求资源值相加，结果与表6对应元素比较，其值小于表6，检查交换机资源成功(如附图3所示)。

连接服务请求处理方法：服务器检查交换机链接资源成功，服务器查源宿节点表3的下一跳节点；如无下一跳节点，立刻分配交换机链接资源，表7源节点对应端口元素值与连接服务请求资源值相加，其结果写入表7，服务器接收服务请求。

        表7：在节点端口各用户连接资源预留总和数据库

        (单向节点端口预留，含带宽、距离、延时等)

1		2				12
								2	6		10				8
3		7		5
								4			6		3
5				5		17	7
								6	2				12		13
7		8			10	10
								端口/源节点	1	2	3	4	5	6	7

如有下一跳节点，服务器查下一跳节点的节点链接表4，查出服务请求源宿节点对应端口号，检查交换机链接资源成功，服务器查源宿节点表3的下一跳节点；如无下一跳节点，立刻分配交换机链接资源，表7源节点对应端口元素值与连接服务请求资源值加法结果写入表7；并将上一跳节点分配交换机链接资源，表7源节点对应端口元素值与连接服务请求资源值加法结果写入表7；服务器接收服务请求。

上述网络资源释放和分配：在服务器链接表上有记录，在交换机上链接表无记录，在服务器有资源分配释放记录，则资源释放分配速度快，其信令少而简单。

2)被叫和服务器信令处理(如附图4所示)

服务器检查本交换机链接资源成功后，分配各交换机链接资源，检查下一跳交换机链接资源；下一跳节点检查交换机链接资源不成功，释放各上一跳交换机链接资源，不接收服务请求。

连接服务请求处理方法：服务器检查交换机链接资源成功，立刻分配交换机链接资源，表7源节点对应端口元素值与连接服务请求资源值加法结果写入表7，服务器查源宿节点表3的下一跳节点。如无下一跳节点，服务器接收服务请求。

如有下一跳节点，服务器查下一跳节点的节点链接表4，查出服务请求源宿节点对应端口号，检查交换机链接资源成功，立刻分配交换机链接资源，表7源节点对应端口元素值与连接服务请求资源值加法结果写入表7，服务器查源宿节点表3的下一跳节点；如无下一跳节点，服务器接收服务请求。

上述网络资源释放和分配：在服务器链接表上有记录，在交换机上链接表无记录，如服务器有资源分配释放记录，则资源释放分配速度快，其信令少而简单。

3)用户终端P2P对等组发一导航分组处理(如附图5所示)

在交换机链接表上只有实测资源使用记录，无资源释放分配，则信令少而简单；主叫用户终端连接服务请求，发一导航分组，有用户终端和被叫地址，沿已设定的交换机链接传输，在路径上每个交换机上检查实测资源使用记录，如果资源满足主叫用户终端连接服务请求，该交换机接收请求，导航分组传输下一跳交换机，直到到达被叫用户终端；被叫用户终端回主叫用户终端确认信号，主叫用户终端和被叫用户终端，可互相发送信息；如果交换机上资源不满足，交换机回主叫用户终端确认信号，主叫用户终端做决定。

服务结束时，用户终端发一导航分组，有用户终端和被叫地址，沿已设定的交换机链接传输，直到到达被叫用户终端；被叫用户终端回主叫用户终端确认信号，主叫用户终端和被叫用户终端可互相停送信息。

上述网络资源释放和分配：如交换机上链接表实测资源使用记录记录，则信令少而简单。

4)服务请求权限处理：

服务请求权限有不同的优先级，如有主叫用户终端的重要性，付费级别，服务的类别，QoS，SLA，安全，音频，视频，实时数据，非实时数据等。当用户终端服务器收到服务请求，用户终端向服务器请求资源，服务器检查网络资源是否满足服务请求的资源(权限、带宽)；当网络资源不满足服务请求的资源时，保证高优先级权限的服务，而低优先级权限的服务释放资源给高优先级权限的服务。

在数据交换和传输中，无优先级区别。

5)资源预留维护与处理：

用户终端周期性发送连接服务更新报文给服务器，服务器周期性地更新表7；如在设定的时间内没有收到更新报文，由拆卸消息来取消该用户终端在资源预留数据库的资源，更新表7；表7元素相减。

通过服务器实测网络资源使用表，调整计算路由、节点路由资源预留和用户终端资源预留；实测精度可为按节点端口、端口上的路由、端口上的路由的用户使用资源。表8为按节点端口实测精度。

                 表8实测资源使用的数据库

            (单向节点端口使用带宽、距离、延时等)

1		2				12
								2	6		10				8
3		7		5
								4			6		3
5				5		17	7
								6	2				12		13
7		8			10	10
								端口/源节点	1	2	3	4	5	6	7

五.数据交换与传输

网络终端发出的分组帧帧头含有源端网络节点设备和宿端网络节点设备的网络节点全网地址，全网地址包含域内网络节点网络地址；分组帧帧头含有网络节点双网络地址。因此，在交换与传输中，交换机中的链接表4根据用户终端信息分组的源网络地址和宿网络地址，可引导信息分组通过交换机端口，到达被叫。

网络节点设备交换机，有经服务器计算的本节点链接表4。

所述的接收分组帧，其按接收分组帧帧头中源端网络地址和宿端网络地址，查找一次网络节点保存地址链接表4中对应条项，将分组帧传输到对应端口。

接收分组帧宿地址不为1，查表4节点1链接表，如表4节点1链接表，接收分组帧源地址和宿地址为1和2(3、4)，端口为2；接收分组帧源地址和宿地址为1和5(6、7)，端口为6；接收分组帧源地址和宿地址为2和6，端口为6；接收分组帧源地址和宿地址为6和2，端口为2；接收分组帧源地址为非1、2、6，链接表无对应条项，分组帧扔掉。

在表4其它节点链接表，对分组帧源地址和宿地址有同样的操作。

分组帧从源节点进入，源节点查分组帧源地址和宿地址在地址链接表4中对应条项，将分组帧发送到下一跳节点；下一跳节点查分组帧源地址和宿地址在链接表4中对应条项，有条项，将分组帧发送到端口，到下一跳节点。无条项，分组帧扔掉。

无虚链路，面向非连接的显式链接传输，网络交换设备沿显式链接逐级传输分组帧，分组帧到达宿端设备；分组帧头在全网各网段不变。

按异步方式连接，分组帧帧头带前导码的分组帧结构和通用以太网PMD方式传输。

其中，数据在交换和传输中，无优先级区别。

六.快速报告故障设计和快速故障恢复控制设计(如附图7所示)

服务器假设任一交换机端口或一链路故障变化时，剩余的交换机链接表的算法：以源端交换机地址和宿端交换机地址两点为定位。算法参数：包括两点距离、带宽、中间交换机跳数等。

服务器对所有任一交换机端口或一链路故障变化情况进行计算，然后备用链接表广播给自治域交换机。例如附图7所示，节点2至7断开，7至2正常，节点2无端口7；网络拓扑结构数据库矩阵(参阅表11)，2-7元素为0。以网络节点为网络根节点计算至其它各网络节点的链接最优树，形成端对端显式链接选路表，表12(节点2、3表)。

                  表11：备用拓扑结构数据库

            (单向节点端口开销，含带宽、距离、延时等)

1		25				27
								2	18		22				25
3		30		27
								4			25		14
5				35		18	17
								6	23				26		25
7					18	28
								宿/源节点	1	2	3	4	5	6	7

        表12：备用显式最优树，节点2至其它节点树

源节点	下一跳节点	下一跳节点	下一跳节点	宿节点	开销
						2				1	7
2				3	6
						2	3			4	2
2	1	6		5	4

2	1			6	6
						2	1	6		7	4

表12与表1比较，节点2的2-7的树增加了下一跳节点1和6；2-5的树下一跳节点7改为1，增加了下一跳节点6；节点3的3-7的树下一跳节点3改为4，再下一跳节点7改为5；3-6的树下一跳节点2改为4，再下一跳节点7改为5。

表14，(节点2、3表)。

       表14：备用节点双地址链接表

              点2链接表

源节点	宿节点	端口(下一跳)	资源
				2	1	1	7
2	3	3	6
				2	4	3	2
2	5	1	4
				2	6	1	6
2	7	1	4
				3	1	1	7
6	3	3	5
				7	3	3	4

            节点3链接表

源节点

宿节点

端口(下一跳)

资源

3	2	1	7
				3	3	2	5
3	4	4	5
				3	5	4	3
3	6	4	7
				3	7	4	9
1	4	4	6
				2	4	4	2

与表4比较，节点2，源地址2，宿地址5，端口7改为1；源地址2，宿地址7，端口7改为1，形成节点链接表14。节点3，源地址3，宿地址6，端口3改为4；源地址3，宿地址7，端口7改为4，形成节点链接表14。

链接表条项含有端口和由源地址和宿地址构成的双地址链接表。

        表15：备用拓扑结构资源数据库(单向节点端口带宽)

1		25				27
								2	18		22				25
3		30		27
								4			25		14
5				35		18	17
								6	23				26		25
7					18	28
								宿/源节点	1	2	3	4	5	6	7

        表16：节点端口各备用路由资源预留总和数据库

                    (单向节点端口预留带宽)

1		20				21
								2	22		28				15
3		17		7
								4			16		13
5				15		21	8
								6	21				21		22
7					13	13
								宿/源节点	1	2	3	4	5	6	7

    表17：节点端口各备用用户连接资源预留总和数据库

                (单向节点端口预留带宽)

1		2				12
								2	6		10				8
3		7		5
								4			6		3
5				5		17	7
								6	2				12		13
7					10	10
								端口/源节点	1	2	3	4	5	6	7

            表18：备用实测资源使用的数据库

                (单向节点端口使用带宽)

1		2				12
								2	6		10				8
3		7		5
								4			6		3
5				5		17	7
								6	2				12		13
7					10	10
								端口/源节点	1	2	3	4	5	6	7

将表15、16、17、18与表5、6、7、8比较，2-7元素为0。

交换机备用链接表如表14。

当故障变化发生后，服务器更新网络拓扑结构数据库和系统拓扑结构资源数据库，服务器指示交换机使用对应变化链接表如表14。

服务器再假设任一交换机端口或一链路故障变化时，剩余的交换机链接表的算法为两点定位，然后备用链接表广播给交换机；当故障变化恢复，服务器指示交换机使用原链接表。在使用表14时，交换机使用原链接表4。

当增加交换机，服务器更新网络拓扑结构数据库和系统拓扑结构资源数据库，计算新链接表，广播给交换机，指示交换机使用新链接表。

服务器计算备用链接表库，也可不广播给交换机。故障变化发生后，服务器更新网络拓扑结构数据库和系统拓扑结构资源数据库，将对应备用链接表广播给各交换机，指示交换机使用对应变化链接表。

Claims (10)

1.一种半网状网的路由方法，在自治域内网络采用至少有3个网络交换设备为网络节点，其一节点为另两节点的中间节点，网络拓扑以半网状网形结构互连，经网络链路发送和接收分组帧，其特征是：

网络节点地址采用分层地址，所述的网络节点为全网唯一定位网络节点的网络交换设备；所述的分层地址是指MP网络的任一节点地址，包括设备端口、终端节点的全部地址；

网络节点地址采用链路层地址；

所述的分组帧头有源端网络节点地址和宿端网络节点地址；

所述的网络节点设备按接收分组帧头的源地址和宿地址，查找网络节点保存的双地址链接表中对应条项，将分组帧传输到对应端口；

所述的分组帧传输无环路路由；

建立网络节点端对端显式路由；

建立全网节点备用端对端显式路由，控制全网节点同时启动对应备用路由；

根据显式路由，建立沿显式路由的用户端对端连接；

所述的分组帧端对端传输，分组帧不变。

2.如权利要求1所述的一种半网状的路由方法，其特征是，建立网络节点端对端显式路由，含网络节点网络地址：

a.分配网络节点地址；

b.建立网络拓扑结构数据库表；

c.建立网络节点端对端显式路由选路表；

d.建立网络节点双地址链接表；

e.建立预留网络资源给各端对端显式路由选路表，并维护描述路由资源预留的数据库；

f.根据显式路由选路表和路由资源预留数据库的信息，建立沿显式路由的用户端对端连接，预留用户端对端连接资源，并维护描述用户连接资源预留的数据库；

g.建立全网节点备用端对端显式路由选路表库，建立网络节点交换设备上备用双地址链接表，控制全网节点同时启动对应备用双地址链接表。

3.如权利要求1或2所述的一种半网状网的路由方法，其特征是，设置网络节点路由选路表，即拓扑驱动端到端显示路由计算，建立选路表：

a.以网络节点为网络根节点计算至其它各网络节点的链接最优树，拓扑驱动，由最优树源节点，中间节点，宿节点，开销构成端对端显式链接选路表2，其中，中间节点为多个相邻下一跳节点；

b.在各最优树选路表中，一个节点为源节点或中间节点或宿节点。

4.如权利要求1-3任一所述的一种半网状网的路由方法，其特征是，设置网络节点交换设备上双地址链接表，所述的网络节点双地址链接表各条项，其由网络节点交换设备上的一源端网络节点地址、一宿端网络节点地址和一下一跳端口号构成：

a.以一个节点为源节点，服务器根据对应各宿节点，查选路表表2得到节点链接表条项，含有源地址和宿地址的各下一跳端口号建双地址链接表4；

b.一个节点为中间节点，根据选路表对应各宿地址、源地址，查表2，可得到链接表条项的下一跳节点端口号，建双地址链接表表4；

c.下一跳节点为0，各宿地址对应端口号可得到链接表条项的下一跳节点端口号，建双地址链接表4；

d.一个节点为宿节点，则无双地址链接表4条项；

e.双地址链接表广播给交换机，网络节点设备存储双地址链接表。

5.如权利要求1-4任一所述的一种半网状的路由方法，其特征是，建立预留网络资源给各端对端显式路由，并维护描述路由资源预留的数据库：

a.建立网络拓扑结构资源数据库，含网络节点网络地址；所述的网络拓扑资源数据库为多维矩阵表5，其描述以各节点为源节点对应各节点为宿节点的直接网络链路及链路的资源，含带宽、距离、延时；

b.对比表5元素值和表6元素值，若表5元素值小于表6元素值，服务器重新计算表2、3、4、6，直至表5各元素值小于表6元素值；

c.拓扑驱动端到端显示路由计算，建立选路表；

d.建立网络节点双地址链接表；

e.维护网络拓扑结构资源数据库、选路表和双地址链接表；

f.设置网络节点设备双地址链接表。

6.如权利要求1-5任一所述的一种半网状网的路由方法，其特征是，建立用户端对端连接沿显式路由，根据路由资源预留数据库的信息，预留用户端对端连接资源，并维护一个描述用户连接资源预留的数据库：

a.用户终端周期性向连接服务器发送更新报文给服务器，服务器周期性地更新表7；

b.在设定的时间内服务器未收到更新报文，由拆卸消息来取消该用户终端在资源预留数据库的资源，更新表7，表7元素相减；

c.通过服务器实测网络资源使用表8，调整计算路由、节点路由资源预留和用户终端资源预留；

d.按节点端口、端口上的路由、端口上的路由的用户使用资源实测；

e.以网络节点为网络根节点计算至其它各网络节点的链接最优树，拓扑驱动，由最优树源节点，中间节点，宿节点，开销构成端对端显式链接选路表2，其中，中间节点为多个相邻下一跳节点；

f.在各最优树中，一个节点为源节点或中间节点或宿节点；

g.根据端对端显式链接选路表2，服务器为每一最优树预留资源，含带宽、距离、延时，形成路由资源预留表3；

h.依此类推，服务器根据表4，计算出表6，为各节点链接所需的链路的总资源。

7.采用如权利要求1所述的一种半网状网的路由方法的系统，其特征是，建立网络节点端对端显式路由，含网络节点网络地址：

a.分配网络节点网络地址；

b.建立网络拓扑结构数据库表；

c.建立网络节点端对端显式路由选路表；

d.建立网络节点双地址链接表；

e.建立预留网络资源给各端对端显式路由选路表，并维护描述路由资源预留的数据库；

f.根据显式路由选路表和路由资源预留数据库的信息，建立沿显式路由的用户端对端连接，预留用户端对端连接资源，并维护描述用户连接资源预留的数据库；

g.建立全网节点备用端对端显式路由选路表库，建立网络节点交换设备上备用双地址链接表，控制全网节点同时启动对应备用双地址链接表。

8.采用如权利要求1所述的一种半网状网的路由方法的系统，其特征是，预留网络资源给各端对端显式路由，并维护描述路由资源预留的数据库，含网络节点网络地址：

a.建立网络拓扑结构资源数据库；

b.拓扑驱动端到端显示路由计算，建立选路表；

c.建立网络节点双地址链接表；

d.维护网络拓扑结构数据库、选路表和双地址链接表；

e.设置网络节点设备链接表。

9.采用如权利要求1所述的一种半网状网的路由方法的系统，其特征是，服务器与一网络交换设备节点连接：

a.周期性传递网络链路和设备状态信息分组的一网络节点设备与一服务器连接，所述的网络节点全网地址为全网唯一定位网络节点的网络交换设备，全网地址含域内网络节点网络地址；

b.服务器数据库包括由每一网络节点可用的接口资源信息、邻居资源信息构成的资源状态信息和与该网络节点相连的网络资源状态信息及该网络系统的外部资源信息组成，其地址自动配置完成。

10.采用如权利要求1所述的一种半网状网的路由方法的系统，其特征是，无环路路由连接。

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