TWI351852B - System and method for communicating on a virtual r - Google Patents
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Description
1351852 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 際網ίΓίΙΪΓ數位網路上的通訊’尤其是關於在網 _g咖)群播的系虛统擬與=郎點間進行資料包 【先前技術】 技術「?路」,是指一種以網際網路協定(丨p) 魄。棚路可叹-局部區域網i <r八Γ疋(私有的)企業内部網路(丨ntranet)或 (公開的)網際網路。「節_ 1 ; ^ 資訊的電齡統,如工作tt)/·網路中交換 資訊在^路Γ Ϊ二須能與同—群組的其他節點交換 稱為「群播(咖ticasting)」。如圖1^位置,個即點, 點進行通訊 ,,這是心 輸,並顧及到流量控制。另-種稱為 (L/DP)的傳輸協定則不是如此,農二 貝枓匕協疋 咖巾為基礎,且沒有提供任何對話機^王力傳送(_ 理慈 4旧_4138TW,FR9-2002-0038(JL) 7 1351852 在一有N個節點的群組中,如 〜 — 所有其他節點進行資訊通訊,則需與群組内
N^ll/2P 這些TCP縣的放 在不使用翻層關步化之下 一時間,在所有的TCP對話内同&點可以在同 路層面而言是-種頻寬的消耗内口^。這對網 所使用的路由協定而定。另—個ft的,則視網岔内 庫中,進行多個飼服器之間的同步化:—分散式貧料 圖:數。如 P〇_」,或稱中麥點,έ士 s#曰σ (2〇〇)負責將資齡配給‘上的1他=節點插此中央點 「星狀網卿一)」相⑽= 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(儿) 8 1351852 話),但缺點是中央點會是這個網路上最脆弱的點。一般 而言’可複製另-備援中央點(201)以紐中央點。這種結 構稱之為「雙重星狀網路(Dua丨sta「Netw〇rk)」,需 (N-1)+(N-2)個連線。 註:此中央點(200)是連接到所有其他節點,也包含備援中 央點(201)。這需要建立N-彳個TCp對話。當加上備援 央點(201)後而形成雙重星狀網路結構時,則需要另 個對話。但由於在中央點_)與備援中央點_) :Μ存在-個TCP對話’因此不需要另外再建立一個 子話。所以結論是,在雙重星狀網路的結 數為(1^-1)+(问-2)=2*〜3。 固 【發明内容】 -目的為’在含有互通節闕 低頻寬的使用率。 降丫降 本發明的另-目的為,減少现節 本發明的又-目的為,定義幾個力|p ^原祕里 6^4。 巧&義成個在IP網路hit節點 種系統、方 本發明係關於如同申請專利範圍所定義的 法、或電腦程式,使用於網路中一節點内 上進行資料包群播。此網路包含—傳輸 ^虛擬^ ^端點對端點_ t。end)資料傳輸, 個點依據該倾層通賴定麵輯上上的母一 連線(virtua丨connection)連接至-日喊 ,並經由虛擬 一且▼二的鄰節點,該二 理慈 4旧M/04138TW , FR9-2002-0038(JL) 9 鄰節點為一上游鄰節點和一下游鄰節點。此方法的步驟如 下述: 傳送一虛擬環資料包至該虛擬環上的該下游鄰節點;該虛 擬環資料包包含: 一虛擬環識別符; 一辨識該虛擬環資料包之發源節點(node originator) 的手段; 一資料; 當收到一資料包時: 辨識該收到的資料包; 如果該收到的資料包是一訊標(token): 辨識該虛擬環; 檢查該訊標是否有效; 如果該訊標是有效的,轉送該訊標至該虚擬環上的下 游鄰節點; 如果該收到的資料包是一虛擬環資料包: 辨識該虛擬環; 檢查該虛擬環資料包的發源節點; 如果收到的虛擬環資料包並不是本地端發源的: 處理在該虛擬環資料包内的資料; 轉送該虛擬環資料包至該虛擬環上的下游鄰節點; 如果收到的虛擬環資料包是本地端發源的: 將該虛擬環資料包自該虛擬環上移除。 本發明進一步的實施例將配合附屬請求項。 本發明的特性、優點以及目的,可依據以下的詳述、專利 申請範圍和圖式而更清楚地瞭解之。 10 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038〇JL) 【實施方式】 釐贺的較佳實施例 本發明揭路一種以虛擬環為基礎的網路拓撲(network :丨^。在此網路上’需要互通的N個節點依據虛擬環 、达輯上/虛擬上相連接。每一節點與二且唯二的鄰節點 通訊.一上游鄰節點和一下游鄰節點。 儘管本發明可_任意_的_,本發卿別適用 於,虽好幾個節點彼此之間需要交換同一份資料的情況。 發明詳細說明 在同一個實體網路上可具有好幾個虛擬環,每一個虛 擬壤允許—子集合的節點彼此互通。同—節點可以同時參 加好幾個不同的虛擬環。每一個虛擬環可由一個獨一益二 的識別符(稱為「虛擬環識別符」)加以識別。此虛^ ^別符是固定地設定於所有參與此虛擬環的節點内。虛擬 %啟動與管理的方式,將描述於後。 TCP/IP通訊協定 在一實施例中,本發明可實施於TCP/IP協定的TCP 層之上。tcp/ip協定為目前世界上最通用的通訊協定。然 而:本發明僅使用TCP的傳輸功能。本發明亦可實作於任 何,供傳輸功能的其他協定堆疊之上,例如IPX (交互封 包父換)。本說明採用IP協定的原因為,此協定是網路上 理慈 4_/04138TW,FR9-2002福8⑷ 11 Ϊ 财的傳輸功能可提供一些可靠 彳是糊際網路協定⑻和傳輸 傳送沒有遺失的風險。K;P協定續封f 擬環延伸至任咅=f 疋和ίρ協定,可讓虛 世界上位於不同地方的節點,都可因這—虛擬J而忒。 特定!定⑽)也可_本_,例如在-特疋即站與虛擬環管理員間,
Insertion), „ rim#^(Ring Rem〇val;^^^ ^些訊息只有在插人或移除的過財 乂 使用TCP協絲建立—TCP對話。讀所以不需要 本發明需要在此環狀網路的每一個節 點 =也=定_式碼。此程式碼使用保留^發 TCp皐=一特定娜琿。此程式碼是用於建 . 閉虛擬孩拓撲。 立 維護和關 訊標(Token) 八的在不—_周期地交換部 考IBM⑽為國際商用機器公司桿m j =「訊標環⑽ennng)」架構 (4〇υ在虛擬環(400)的節點A與節點B之間傳遞的 理慈 4丨BM/04138TW ’ FR9-2002-0038(JL) 12 …訊標ί被ί成—個週期地「保持連線(ke_ive) i 員拓撲持續有效。訊標則是由虛擬環管理 Ξ 各個節點轉送至其下游鄰節 =拓撲,Ϊ效且環路並沒有斷裂。如果環:因ί: (如即點退失或兩鄰節點 f失f的訊標代表著此環路發生狀況。每一個^② 段η後沒有收到ί 點。這表祕標的傳遞使用了建立於節點之間的Tcp對話即 序號欄位是用來辨識訊標目前的副本。 訊標結構 IP標頭 TCP標頭 虛擬環訊標 訊息碼0x0001 虛擬環識別符(2位元組) 序號(4位元組) 訊標的描述如圖5 IP,頭(500):虛擬環裡傳送端節點的來源Ip位址和 個卽點的目的IP位址。 卜 =車標頭⑽):來源和目的埠=保留給本發明且為習知 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 13 1351852 虛擬環訊標(502):此訊息包含3個攔位·· 1. 訊息碼(503),設定為0x0001。用來識別這—類的訊息 是一個訊標。 2. 佔2位元組的虛擬環識別符(5〇4):識別此虛擬環。同 一節點可參與多個虛擬環。 3. 佔4位元組的序號(505) ··由虛擬環管理員設定且每次 遞增。虛擬環管理員可依此攔位偵測出一訊標有無被複 沿著虛擬環的資料傳播 田參與虛擬環的節點收到來自上游鄰節點的資料 Π刀,然後轉送至下游鄰節點,好讓此資料包可 虛擬m齡下知❿連接至虛 辨別,哪些資料包是沿著虛擬環繞行, 環的節,送出的-般ip資料包。為了達==擬 在虛擬裱上交換的資料包必須具有下述封裝: , IP標 TCP標頭 頭 來源/目的埠 (20位 (20位元組) 元組) 虛擬環標頭 資料 訊息碼0x0000 虛擬環識別符(2位 元組) 傳送端IP位址(4 位元組) 理慈 4IBM/04138TW,FR9‘20〇2-〇〇38(JL) 將此資料封裝於一 τ「ρ :·欠划 是沿著使用上可下述優點1料包 包含下述欄位: 疋的虛擬裱傳送。虛擬環標頭 接收軌息為—資料包。 -節===此訊息該轉送至哪個虛擬環。同 址3。·傳达% IP位址:這是指產生這份賴_點的IP位 虛^環上資料包的傳輪 要在虛擬環上傳送f料包,此節點會將上述 此資料包送到虛擬環上的下游鄰節點。、七。雄將 2.虛,環上的每—個節點會檢鋪送端位址 點產生此資料包。然後每-個節點讀取資;; 身料:轉送資料包至下游鄰節點。 貝取貝枓、處理 3::資料包又酬原傳送端節點(檢查在虛擬 =IP位址可得知)時,傳送端節點會將此資料 鄰ΐ,ί Γ。此表化讀料包會被刪除,不會再轉送至下ί 虛擬環拓撲 虛擬環是由一連串的節點相連結而形成一個 ^ 有任一節點得知此環的全貌。參與環路的所有節點、_沒 不存在於比網路。每一個節點包含下述資訊(節:並 1 ‘、、、6壤路記 理慈 4IBM/04138TW , FR9-2002-0038(儿) 15 -~ 下游鄰— 虛擬環管理員 員」=與iSiii:;=:虛擬環管理 地是虛擬環管理員會負責==拓撲’更特別 值得-提的是’虛擬環管理員的Ip位 ΐ:ίΐϋ的每一個節點。由於虛擬環管理員會構成ΐ 用PQint 〇f failure),因此通常會使 貝。備援虛擬環管理員的ip位址也是 固疋地奴於每-節點。當—節點想要插人虛擬環,但沒 擬環管理員的回應時,此節點會與備援虛擬 壤官理貝聯絡。 虛擬環之一節點插入 圖6洛、纟會一新郎點G(601)插入至含有節點a、β、c、 D、E、F的虛擬環(600)。當一新節點G(6〇1)想要加入虛 理慈 4旧M/04138TW,Ff?9-2002-0038(JL) 16 擬環(600)時,其過程如下: 注思.在此較佳實施例中,所有的插入訊息皆使用 協疋與本發明所規範且保留的UDP埠。 。欲插入虛擬環的節點G(6〇1),使用設定好的虛擬環管 =IP位址,送出「虛擬環插人請求」訊息⑽)至虛擬 衣官理貝(602)。欲插入的節點G(6〇1)會啟動「插入請求 計時器,然後等待「虛擬環插入破認」訊息(6〇4)。 、—虛擬環管理員(6〇2)收到此「虛擬環插入請求」訊息, 並記錄此訊息的來源IP位址,也就是節點G(6〇1)的ip位 址。 虛擬環管理員(602)傳送「虛擬環變更鄰節點」訊息 (=05)至其下游鄰節點F(6〇6)。虛擬環管理員從自身節點 環路記錄查到節點F的IP位址。「虛擬環變更鄰節點」的 訊息包含作為節點G(601)的IP位址上游鄰節點的位 址。此訊息的下游鄰節點IP位址則設為〇. 〇. 〇. 〇,因此 位址不需變更0 … ^節點F(6〇6)接收到「虛擬環變更鄰節點」訊息(6〇5)。 節點F發出一「TCP重置」訊息,以關閉其與上游鄰節點 (虛擬環管理員)的TCP對話。節點F將「虛擬環變更鄰 節點」訊息(605)中節點G(601)的IP位址,存放至其節$占 環路記錄(上游鄰節點IP位址)。 理慈 4IBM/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 17 節點F(606)與其新的上游鄰節點(節點G(6〇1))建 個TCP對話,然後傳送「虛擬環鄰節點已變更」訊息 (6们)至虛擬環管理員(6〇2),以指示節點F已經變更豆上 游鄰節點。
虛擬環管理員(602)收到來自節點(τ(6〇6)的「tcp重 置」訊息,然後關閉TCP對話。虛擬環管理員建立新的TCP 對1至節點G(601),且將節點G(601)的IP位址存放於節 點環路記錄:下游鄰節點IP位址。 虛擬環管理員⑽2)傳送「虛擬環插入確認」訊息(刪) 至即點G(601)。此訊息包含節點吖6〇6)的Ip位址。 節點G更新其節點環路記錄: 上游鄰節點IP位址更新為虛擬環管理員的Ip位址, 和下游鄰節點IP位址更新為節點F的位址。 筇點〇(601)停止「插入請求」計時器。 如果此「插人請求」計時器終止,表示節點G⑽) 到來自虛擬環管理員⑽)的「虛擬環插入確認」 2。在此财,節點G(6Gi)會與備援虛擬環管理 ίΞΪί各。此程序將會在與備援虛擬環管理員相關的 筇點G的插入結果描緣於圖7。節點G(7〇1)現已經插 ^虛擬環⑽)上的虛擬環管理員⑽)與節點F⑽) 之間。 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(儿) 18 丄:>:> 丄 δ:)/ 一節點請求自虛擬環移除 12裂_子。這作 從節點請求移除的程序,當節點事)想要 從虛擬%+__,會發生下述触: 卢擬ί‘ϊ2=送—「虛擬環移除請求」訊息(8〇3)至 温擬裱官理貝(8〇2)。此訊息包含: 節點C(801)的ip位址, 其上游鄰節點的IP位址,節點B(8〇4),和 其下游鄰節點的IP位址,節點d(8〇 節點C(801)啟動一「環路移除計 「虛擬環移除確認」訊息⑽)。」树益,然後專待一 移環收來自節點C(8〇1)的「虛擬環 卜i::心,“8〇3) ’良後開始移除程序。記錄節點C 上游鄰即點和下游鄰節點的IP位址。 ⑽上擬環^理卿2)傳送「麵環變更鄰節點」訊息 ()至即點B⑽4),其為欲移除節點C(8Q1) 點。此訊息包含: 即 不變的上游鄰節點IP位址:〇. 0 〇 〇 · 下游鄰節點IP位址為節點_5)的ίΡ位址,也就是 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 19 1351852 節點C(801)的下游鄰節點。 ⑽ί至擬傳送「虛擬環變更㈣點」訊息 =8)至㈣D _,也就是所欲移 鄰節點。此訊息包含: J r f ^游鄰節•點IP位址為節點B⑽4)的 節點C(801)的上游鄰節點; 不變的下游鄰節點IP位址:〇 〇 〇 〇。
,丨虛ΪΪΪ理員啟動一「變更鄰節點」計時器,例如3〇 秒,以等待確認回覆。 節Β(804)接收來自虛擬環管理員⑽)的「虛擬環 良更鄰雜」訊息(術),然後修改其節點環路記錄。 在訊息中的上游鄰節點ΙΡ位址為〇 〇 〇 〇。這表示此 位址不吊要更動。郎點Β(8〇4)依舊保持節點α(8〇9)為並 上游鄰節點。 ’’
、另一方面,節點Β(804)變更其下游鄰節點ιρ位址, 並修改為S亥訊息所指定的位址。節點Β(8〇4)關閉與節點 C(801)的TCP連線,也就是先前的下游鄰節點,铁後建立 一新的tcp連線至新的下游鄰節點,也就是節點&8〇5)。 節點B(804)傳送「虛擬環鄰節點已變更」訊自、(81〇) 至虛擬環管理員(802)。 ° μ 節點D(805)做著和節點β(804)相同的動作。更新自 己的節點環路記錄’關閉原先與節點c(8〇1)的Tcp對話’ 然後建立一新的TCP對話至新的上游鄰節點,也就是^點 B(804)。節點D(805)傳送「虛擬環鄰節點已變更」訊息(811) 至虛擬環管理員(802)。 ° ~ 當虛擬環管理員接收來自節點B和節點C的r虛擬環 鄰節點已變更」訊息時,停止「變更鄰節點」計時器,然 理慈 4IBM/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 20 1351852 ,傳送「虛麵移除確認」訊息⑽6)至節點c⑽) 和示該移除程序已成功完成。 節點c(801)停止「環路移除」計時器。如果該「環 =除」計時祕止,表示虛擬環管理員沒有完成移除程 。在此情況下,節點G⑽1)必須與備援虛擬環管理員聯 、、各(804Λ 〇 一節點遺失
在虛擬環上一節點的遺失,會由鄰節點因失去TCP 線而偵測出來。當一節點從虛擬環移除,卻沒有利用「 擬環移除請求」訊息通知虛擬環管理員(此為一節點失: 2用的例子),則兩個鄰節點(上游鄰節 (TCP «,) ^ , τΪρ 連線。如圖9所示所發生的過程如下: 在虛擬環網路(900)的節點C⑽),失去作用或 機0
=Β⑽),也就是節點c⑽)的上游鄰節點,遺 失,、與即點C的TCP連線。節點Β嘗試重建Tcp連線失敗。 巧D⑽4) ’也就是節點C⑽)的下游鄰節點,遺 失”二即點C的TCP連線。節點D嘗試重建Tcp連線失敗。 卽點B(903)傳送「虛擬環鄰節點遺失指 至虛擬環管理員(902)。此訊息包含: 丁」矾心 節點B的IP位址;和 ^節點B的下游鄰節點IP位址,亦即—⑽⑽位 上游鄰節點IP位址則設定為〇· 〇. 〇· 〇,此因沒有發現 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 21 1351852 節點β的上游鄰節點有任何異狀。 節點D(904)傳送「虛擬環鄰節點遺失指示」訊息(905) 至虛擬環管理員(9〇2)。此訊息包含: 郎點D的IP位址;和 節點D的上游鄰節點ip位址,亦即節點c(9〇1)的位 址0 #下游鄰節點IP位址則設定為〇.〇. 〇.〇,此因沒有發現 節點D的下游鄰節點有任何異狀。
^虛擬環管理員(902)接收來自節點c之上游鄰節點和 即點C之下游鄰節點的訊息。此虛擬環需要重新配置。 擬環管理員(9〇2)傳送「虛擬環變更鄰節點」訊息 (906)至節點D(904)。此訊息包含: 上游鄰節點IP位址,設定為節點B的ιρ位址。 不變的下游鄰節點IP位址,設定為〇 〇 〇 〇 (此Ιρ 位址不需要變更)。 節點D(9G4)更新其節點環路記錄中的上游鄰節 二立一請連線至新的上游鄰節點(節點
回至》二「、虛擬環鄰節點已變更」訊息(909) 口至虛擬%官理貝(9〇2),以確認此變更。 虛擬環管理員(902)傳送「虛擬環變更鄰節 (908)至節點B⑽),此訊息^擬滅更•點」訊息 不邊的上游鄰節點ip位址,設定為〇 . 〇 〇 位址不需要變更)。 I此
I游鄰節點1?位址’設定為節點D的IP位址。 位址即點_3)更新其節點環路記錄中的下游鄰節點IP 理慈 4IBM/04138TW,FR9-20〇2-0〇38(儿) 22 節點B(903)傳送「虛擬環鄰節點已變更」訊息(91〇) 回至虛擬環管理員(902),以確認此變更。 圖10描繪了虛擬環(1000)在節點c(1〇〇1)遺失之後重 新配置的結果。 備援虚擬環管理員 備援虛擬環管理貞和虛擬鮮則〜樣,齡相同的 =。$備援虛擬環管理員接收來自節點(因沒收到虛擬 =官^的回應.)的插入、移除和復原訊息時,會處理這 二矾息,就如同虛擬環管理員—樣。 訊標遺失復原 所有節點包括虛擬環管理員,都會伽—個計時器以 ,測訊標的遺失。t訊標遺失時,環路必須重建。此計時 =的時間值必須大於TCP對話計時器,以允許「一節點遺 t該節描述的程序在環路重置之前發生。當—節點伯測 已ϊ失時,送出「虛擬環移除請求」訊息至虛擬環 二理貝’然後等待確認。如圖8所示(請參照「節點請求 移t的欽述)。在—段時間後,節點會傳送「虛擬環插 入鮰求」訊息至虛擬環管理員,以再次加入此環路。如 6所示(請參照「一節點插入」的敘述)。 插入和移除訊息 這些訊息是使用用戶資料包協定(UDP)進行交換。 虛擬環識簡數值是时朗目_虛擬環。虛擬 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 1351852 環識別符是固定地設定於每一個參與的節點。 一般格式 IP標 TCP標頭 虛擬環訊息 頭 來源/目的埠 訊息碼Ox… 虛擬環識別符(2位 元組) 虛擬壤插入請求 訊息碼 虛擬環識別' 欲插入節點IP位址 0x0002 符 (4位元組) (2位元組) 虛擬環插入確認 訊息碼 虛擬壤識別 上游鄰節點 下游鄰節點 0x0003 符 IP位址(4位 IP位址(4位 (2位元組) 元組) 元組) 虛擬環變更鄰節點 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(儿) 24 訊息碼 虛擬极識別 上游鄰節點 下游鄰節點 0x0004 符 IP位址(4位 IP位址(4位 (2位元組) 元組) 元組) 虛擬環鄰節點已變更 訊息碼 虛擬環識別 上游鄰節點 下游鄰節點 0x0005 符 IP位址(4位 IP位址(4位 (2位元組) 元組) 元組) 虛擬環移除請求 訊息碼 虛擬孩識 欲移除節 上游鄰節 下游鄰節 0x0006 別符 點IP位址 點IP位址 點IP位址 (2位元組) (4位元組) (4位元組) (4位元組) 虛擬環移除確認 訊息碼 虛擬環識別 0x0007 符 (2位元組) 1351852 虛擬環鄰節點遺失指示 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(vJL) 25 1351852
虛擬環識 別符 (2位元組) 上游鄰節 點IP位址. “位元組) 下游鄰節 點IP位址 位元組) 節點IP位 址(4位元 組) 依據本發明的程序 在一節點中訊檁的處理 圖描述田筇點收到訊標時,該節點所執行的演 參 算法 (1100)此點已經插人至虛擬環中。 後等「#彳_」糊(3G秒),j (1102)此節點檢查是否收到訊標。 口口日如果沒收到訊標,此節點檢查「訊標」計【
=疋否、,、止。如果「訊標」計時器沒有 續等待訊標。 ⑴此即點, (1104)如果訊標已經收到,此節點檢查訊標序號, 驗證該值自從上一次接收後有被遞增。如果該訊標是第一 次被接收C就在節點插入之後),該測試將不會進行。 、(1105)如果訊標内的訊標序號是正確的,此節點轉 送δ亥訊標至下游鄰節點,然後再次等待該訊標。 (1106)如果沒收到訊標且「訊標」計時器終止,或 者接收的訊標沒有預期的訊標序號(這表示訊標已遺 失),則執行環路復原程序。 ν 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 26 在虛擬環管理員中 算法圖12插述當虛擬V管理理員 收到訊標時,所執 行的演 以乙叫)虛擬環管 ,,,啟動一「= 插二虛擬㈣。其設戈 -個新的訊標。該「等=」計時器是用來每—秒產: 原機制。 寺^」計時器是用來觸_^
等待該訊H擬知理員轉送訊標至下游鄰節點,然後 (1202)虛擬環管理 終正⑽3)如果沒收到訊標二查「訊心器是否 員驗查「等待^標終:,虛擬環管理 計時器沒祕止,麵°ϋ等待訊標」
i序?表㈣標已遺失^後虛擬環管理員執行 序號⑽6)如果訊標已經收到,虛擬環管理員檢查訊標 (1207) 虛擬環管理員重啟「等待訊標」 因訊標已經收到,然後等待「訊標」計時器終止。° (1208) 當「§fl標」計時器終止,虛擬環管理 生一新的訊標,並遞增序號。 、⑨座 (1209) 虛擬環管理員轉送該訊標至下游鄰節點,然 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(儿) 27 1351852 後#待該訊標回來。 節點插入〜該節點的演算法 〜斤圖13插述一節點插入虛擬環中,而該節點所執行的 演异法。 (1300) 一新的節點想要插入虛擬環。此節點 擬環插入請求」訊息至虛擬環管理員。
卢:此節點啟動一「插人」計時11,並等待來自 虛擬衣管理員的「虛擬環插入確認」訊息。 (1302)此節點檢查是否收到「虛擬環插入確認」訊 彡如果沒收到「虛擬環插入確認」訊息,此 「插入」計時器是否終止。若沒有終止,此節點 績4待接收「虚擬環插入確認」訊息。 0304)如果收到「虛擬環插入確認」訊息,此節 停止插入」計時器,更新其鄰節點位址, 立TCP對話。 /、州即j
(1305)此新節點插入虛擬環。 f 130^)如果沒收到「虛擬環插入確認」訊息,且「: 計時H已終止,則此節點傳送「虛擬插 - 息至備援管理員。 (1307) 此節點再度啟動「插入」計時器。 (1308) 此節點檢查是否收到「虛擬環插入確認」1 息。 (1309) 如果沒收到「虛擬環插入確認」訊息,此, 占欢一插入」5十吩态是否終止。若沒有終止,此節點系 理慈 4 旧M/04138TW,FR9-20〇2-〇〇38(儿) 續等待接收 (1310) 停止「插入 立TCP對話 (1311) (1312) 確認」訊息 無法使用。 「虛擬孩·插入確認」訊息。 如果收到「虛擬環插入確認」訊息,此節點 」計時器,更新其鄰節點位址,並與鄰節點建 〇 此新節點此刻已插入虛擬環。 如果沒收到來自備援管理員的「虛擬環插入 ’則表示虛擬環管理員和備援虛擬環管理員都 因此,此節點插入虛擬環的程序失敗。 節點移除一該節點的演算法 ,14描述將節點自虛擬環中移除’而該節點所行 的瀆鼻法。 撼』!ϋ—賴想要從虛擬環移除。此節點傳送「虛 擬哀移除味求」訊息至虛擬環管理員。 器。(1402)所欲移除的此節點啟動一「環路移除」計時 節點等待來自虛擬環管理員的 終止⑽4) 一旦收到「虛擬環移除確認」訊息,此節點 (14〇5)如果沒收到「虛擬環移除確1 , m自, 點檢查「環路移除」計時器是否終1心」訊心此即 (1406)如果「環路移除線, 「虛擬環移除請求,1自态、'、止此即點傳达 ⑽7)此&啟動虛擬環管理員。 〇40们^ 動衣路移除」計時器。 即點檢錢否收到來自備援虛擬環管理員 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2〇〇2_〇咖(儿) 29 1351852 的「虛擬環移除確認」訊息。 (1409)如果沒收到「虛擬環移除確認」 點檢查「環路移除」計時器是否終止。若已緩終=’ ^ 點不再等待任何來自虛擬環管理員的回應,教终止。即 節點插入/移除—鄰節點的演算法 演算法圖15描述當-節點插4移除時,鄰節點所執行的 (1501)鄰郎點檢查是否收到來自虛擬 「虛擬環變更鄰節點」訊息。 環管理員的
(1502) 如果收到「虛擬環變更鄰節點」訊息,鄰節 點使用訊息巾的上下游鄰節點位址更卿節點表格。 (1503) 鄰節點傳送「虛擬環鄰節點已變更」訊自回 至虛擬環管理員。 〜 節點插入/移除一虛擬環管理員的演算法 a圖16描述當一節點插入或移除自虛擬環時,虛擬環 管理員所執行的演算法。 (1601)虛擬環管理員檢查是否收到「虛擬環插入 求」訊息。 …(J6Q2)如果收到「虛擬環插入請求」·訊息,虛擬環 管理員傳送「虛擬環變更鄰節點」訊息至自身的下游鄰節 點’並啟動「變更鄰節點」計時器。 (1603)虛擬環管理員等待「虛擬環鄰節點已變更」 訊息。如果沒收到「虛擬環鄰節點已變更」訊息,且計時 理慈 4IBM/04138TW,FR9-2002-0038(儿) 30 1351852 裔終止’則此程序失敗。 點的^4。)虛擬環管理員更新其下游㈣點位址為新節 (1605)虛擬環管理員傳送「虛擬環插 至欲插入的節點。 %吼息 求」=06。)虛擬環管理員檢查是否收到「虛擬環移除請 (1607) 虛擬環管理員傳送「虛擬環變更鄰 息至欲移除節點的下游鄰節點。 .’、」訊 (1608) 虛擬環管理員傳送「虛擬環變更鄰
息至欲移除節點的上游鄰節點。 ”」A (1609) 虛擬環管理員啟動「變更鄰節點」計 (1610) 當虛擬環管理員收到來自上下游鄰節^ 「f擬環鄰節點已變更」訊息時,傳送「虛擬 確切的 訊息至欲移除節點。 f啼的」 ^1611)虛擬壤官理員檢視是否收到「虛擬環 退失指不」訊息。 節點插入流程 圖17描緣節點插入的程序。 (1701) 節點G是欲插人的節點。其環路表格 虛擬環管理員與備援虛擬環管理員的位址。 匕5 (1702) 節點E是虛擬:環管理員。 (1703) g?點F是虛擬環管理員的下游鄰節點。 (1704) 欲插入節點G傳送「虛擬環插入請 至虚擬環管理員。 Λ心 (1705) 虛擬環管理員傳送「虛擬環變更鄰節點」訊 理慈 4IBM/04138TW,FR9.20〇2-0038(JL) 31 前.
G 已變Ϊ::點F回覆給虛擬環管理員「虛擬環鄰節點 插入後虛贿更新其環絲袼,將新節點 址。⑽9)即點G更新其趣縣格崎近兩節點的位 節點請求移除流程 圖18描繪節點請求移除的程序。 ί:ί 5點6是欲移除節點c的上游鄰節點。 (1802)節點C是欲移除節點。 除節點c的下游鄰節點。 (1804)即點E疋虛擬環管理員。 訊 訊 (j807)虛擬環管理員傳送「虛擬環變更鄰節 息至卽點B(上游鄰節點)’並啟動「變更 , (1808)節點B更新其環路表林。 」τ才斋 虛擬^/點β傳送「虛擬環鄰節點已變更」訊息至 (1810)卽點D更新其環路*执。 ⑽1)節點D傳送「虛擬環°鄰節點已變更」訊 虛擬環管理員。 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 32 (1812)虛擬環管理員々 並傳送「虛擬環移除如,止,获鄰即點」計時器 杉除確5忍」訊息至欲移除節點C。 節點非請求移除流程(節點遺失) ,19 =節點非請求移除的程序。 nqfm)是欲移除節點C的上游鄰節點。 1902)節點C是欲移除節點。 ίίΞ !點D是欲移除節點⑶下游鄰節點。 (904)卽點E是虛擬環管理員。 失 _出與節點C的仰連線遺 nan。虛擬衣退失指不」訊息至虛擬環管理員。 生并抽)「下游鄰節點D偵測出與節點C的TCP連線遺 失’=送「虛擬環遺失指示」訊息至虛擬環管理員^ (…907)虛擬環管理員傳送「虛擬環變更鄰節點」 息至郎點D (下游鄰節點)。 (1908) 虛擬環管理員傳送「虛擬環變更鄰節點」訊 心至節點B(上游鄰節點)’並啟動「變更鄰節點」計時器。 (1909) 節點B更新其環路表格。 (1910) 節點B傳送「虛擬環鄰節點已變更訊息 虛擬環管理員。 (1911) 節點D更新其環路表格。 (1912) 節點D傳送「虛擬環鄰節點已變更」訊息至 虛擬環管理員。 本發明的優點 1.減少網路上的TCP對話數 在本發明中’連結N個節點只需要N個TCP對話,在 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002_0038(儿) 33 1351852 Ν_!Γ)/2個對話,在雙重星狀結構中要 協定i目前。歸 個節點必須與其他卜1個節點建 佑ζ Ϊ延表示全部需要N警1 )/2個TCP對話。 TCP對I?上需與兩個節點建立一個 點的虛擬環上全部4要in點。ί表示在有N個節 果,可計算如下而要N個_。本發明所節省的成 n個鹏需ν*(γη)/2個對話,虛擬環上則需要 i?=的差為 p(n~i)/2 - n=nv2~_ p=VS^2°因此本發明可在網路上節省 下』=間的對話數,可帶來其他幾個好處。將於以 2.降低網路上的頻寬利用率 太恭每一個節點只會收到唯—一份相同的訊息,因此 以?免fi且不必要的其他副本。如圖1在全網 中’母—個_與其他所有節點進行通訊。如果每 傳送相同部分的資訊給其他節點,則每—個 產生更夕數里的父換訊息。典型的例子為當節點 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 34 1351852 來交換路由協定如RIP(路由資訊協定) 其他路由器:;一器定期地聯繫其路由表上的 之時,且這轉盘分以散式資料庫需要同步化 二;If. 7而言,資訊的廣播是在應用層 散佈於節點 ㈣’其必_及職訊是如何 一如亡發明ί夠在所有節點之間進行相同的資訊交換,每 連接:點一且唯一的資訊副本。由於節點是虛擬 ,且資訊是繞行著此環路傳遞到每-個 在線路上的貞Ρ點,所以網路上並不會充斥多重的訊息 副本0 3.降低每一個節點的CPU使用率 建立與維護-個TCP對話需要電腦資源,以管理流量 控制、重新傳送與產生回覆和「保持連線(ke^alive)」。 本發明減少節點間所需的TCP對話數,因此降低了節點内 φ 資料處理的資源。 4.減少每一個節點的記憶體消耗量 在每一個節點内,TCP對話的維護是將一些資訊保存 起來’如這些對話的内容(context)、上一個傳送區段的 序號或是下一個欲傳送的回覆的序號。儲存這些資訊需要 消耗記憶體。減少TCP對話的數量就可以減少^一個節點 的記憶體消耗量。 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038〇L> 35 1351852 雖然本發明以實施例揭露如上,然其麟 :日月丄任何熟習此技藝者,在不脫離本發明 = 視後附之巾請專難圍所界定者為準。騎乾圍當 【圖式簡單說明】 圖1.顯示「全網狀網路」的一實施例。 圖2.顯示「星狀網路」的一實施例。 圖3·顯示依據本發明之「虛擬環網路 者 圖4·顯示依據本發明之—實施例,在 是如何在節闕轉送。 雌%上的訊標 圖5·顯示依據本發明之一實施例之訊標訊自。 =依據本發明之-實施例,-個新“是如何插 圖7.顯,示依據本發明之一實施例,新節點插入的結果。 圖8_顯不依據本發明之一實施例,一節點請求移除。 圖9·顯示依據本發明之一實施例,—節點遺失。 圖1〇·顯示依據本發明之—實關’在—節點遺失後重組 的結果。 當一節點接收到訊標 當虛擬環管理員接收 當插入一節點至虛擬 當一節點從虛擬環移 圖描述依據本發明之一實施例 時,由此節點執行的演算法。 圖12.描述依據本發明之一實施例 到訊標時,所執行的演算法。 圖13_描述依據本發明之一實施例 環時,此節點所執行的演算法。 圖14_描述依據本發明之一實施例 除時,此節點所執行的演算法。 36 aM4IBM/04138TW.FR9-2〇〇2.〇〇38(JL) 圖15.說明依據本發明之一實施例, 除一鄰節點時,此節點所執行的演算;。即點破插入或移 圖16.說明依據本發明之一實施 米外. 被插入或移除時,虛擬環管理員所執;虛擬環上 圖17_說明依據本發日月之—實施例’ ,說明依據本發明之—實施例,節點 ^^程 ^說細酿—實_,節轉請求移除:^ 【主要元件符號說明】 — 100 對話(session) 101節點 200中央點 . 201備援中央點 300虛擬環網路 ·
400虛擬環 401訊標 402節點E 500 IP標頭 籲 501 TCP標頭··來源和目的埠 502虛擬環訊標 503訊息碼 / 504虛擬環識別符(2位元組) 505序號(4位元組) 600虛擬環 601節點G 602虛擬環管理員 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 37
603「虛擬環插入請求」訊息 604「虛擬環插入確認」訊息 605「虛擬環變更鄰節點」訊息 606節點F 607「虛擬環鄰節點已變更」訊息 608備援虛擬環管理員 700虛擬環
701節點G 702虛擬環管理員
703節點F
801節點C 802虛擬環管理員 803「虛擬環移除請求」訊息 804備援虛擬環管理員
805節點D
806「虛擬環移除確認」訊息 807「虛擬環變更鄰節點」訊息 808「虛擬環變更鄰節點」訊息 809節點A 810「虛擬環鄰節點已變更」訊息 811「虛擬環鄰節點已變更」訊息 900虛擬環網路
901節點C 902虛擬環管理員
903節點F
904節點D 905「虛擬環鄰節點遺失指示」訊息 理慈 4IBM/04138TW,FR9-2002-0038(儿) 1351852
906「虛擬環變更鄰節點」訊息 907「虛擬環鄰節點遺失指示」訊息 908「虚擬環變更鄰節點」訊息 909「虚擬環鄰節點已變更」訊息 910「虛擬環鄰節點已變更」訊息 1000虛擬環 1001節點C 理慈 4旧M/04138TW,FR9-2002-0038(JL) 39
Claims (1)
- fee年s月π日修正本 案號:93134678 100年05月丨1日修正-替換頁 十、申請專利範圍: 1.—種用於一網路内一節點的方法’用以在一虛擬環(virtua| nn9)上進行資料包(datagram)群播(multicast) ,該網路包含一 傳輪層通訊協定,以提供端點對端點(end to end)資料傳輸, 該虛擬環上的每一個點依據該傳輸層通訊協定為邏輯上相連 ,並經由虛擬連線(virtual connection)連接至二且唯二的鄰 f點,该二鄰節點為一上游鄰節點和一下游鄰節點,該方法包 含: 結合該虛擬環; 傳送一虛擬環資料包至該虛擬環上的該下游鄰節點;該虛 擬環資料包包含: 一虛擬環識別符; 一辨識該虛擬環資料包之發源節點(node originator) 的手段; 一資料; 當收到一資料包時: 辨識該收到的資料包; 如果該收到的資料包是一訊標(token): 辨識該虛擬環; 檢查該訊標是否有效; 如果該訊標是有效的,轉送該訊標至該虛擬環上的下 游鄰節點; 如果該收到的資料包是一虛擬環資料包: 辨識該虛擬環; 檢查該虛擬環資料包的發源節點; 如果收到的虛擬環資料包並不是本地端發源的: 處理在該虛擬環資料包内的資料: 案號:93134678 100年05月丨丨曰修正-替換頁 轉送該虛擬環資料包至該虛擬環上的下游_節點; 如果收到的虛擬環資料包是本地端發源的: 將該虛擬環資料包自該虛擬環上移除 ,、中該結合該虛擬環之步驟更包含: 傳插入請求訊息至在該虛擬環上所先前指定的 擬環管理員節點,該插入請求訊息包含: 一虛 該節點的位址;以及 辨識該虛擬環的手段; 口該傳送該插入請求訊息之步驟更包含啟動一插入計 時器; 备從該虛擬環管理員節點接收包含一上游鄰節點的位址 與一下游鄰節點的位址之一插入確認訊息時,停止該插入 計時器; 田該插入計時器過期時,該結合該虛擬環之步驟更包含: 傳送一插入請求訊息至在該虛擬環中所先前指定的一備 援虛擬環管理員節點,該訊息包含: 該節點的位址; 一辨識該虛擬環的手段; 重新啟動該插入計時器; 當從该備援虛擬環管理員節點接收包含一上游鄰節 點的位址與一下游鄰節點的位址之一插入確認訊息時,停 止該插入計時器。 2·如請求項1所述之方法,其中: 在收到一訊標時辨識該虛擬環的步驟中,更包含: 檢查遠訊標是由該虛擬環的上游鄰節點所送出; 在收到一虛擬環資料包時辨識該虛擬環的步驟中,更包 41 丄乃1852 1ftn . Λ 案號:93134678 1QQ_fl丨丨日修正·替換頁 含: 送出 檢查該虛擬環資料包是由該虛擬環的上游鄰節點所 3·如請求項1或2所述之方法,其中: 在該虛擬環之一節點被指定為一虛擬環管理 number),每#該虛擬環 g理貝即點收到該訊標時,會將該序號遞增; 在檢查該訊標是否有效的步驟中,更包含. 有遞$查該訊標的序號,跟上一次接收^序號比較是否 4.如請求項1或2所述之方法,其中: 在檢查該訊標是否有效的步驟巾更包人: 如果該訊標無效,執行—復原(吹二_序。 5_如請求^或2所述之方法,其中: ^轉㈣訊標至該虛擬環上的下游鄰節簡轉中更包 $二計時器’敎等待 當计時器終止,執行—復肩^返口, 在收到該tfl標的步财,更序; 停止計時器。 3 . 6.如請求項彳或2所述之方法, ^ -在網路上傳送(route)資鮮包的:節點為: 器(router),或 、,匕的電腦系統,較佳是一路由 42 1351852 ’ ' 案號:93134678 100年05月11曰修正-替換頁 一在網路上交換資料包的電腦系統,較佳是一用戶鼓一伺 服器。 7. 如請求項1或2所述之方法,係用於一虛擬環管理員節點, 該方法更包含: 產生一訊標; 設定該訊標的序號為一初始值; 轉送該訊標至該虛擬環的下游鄰節點; 在轉送該訊標至該虛擬環的下游鄰節點的步驟中,更包 含·· · 遞增該訊標的序號; 在當該計時器終止而執行一復原程序的步驟中,更包含: 產生一新的訊標; 轉送該訊標至該虛擬環的下游鄰節點。 8. 如請求項1或2所述之方法,其中一訊標為一資料包,其包 含: 一標頭,包含: 該傳送節點的一來源位址;以及 φ 該虛擬環上之下一個節點的一目的位址; 一標頭,包含: 一來源埠(port);以及 一目的埠; 一辨識該資料包為一訊標的手段; 一辨識該虛擬環的手段; 一序號,每當該虛擬環管理員節點收到該訊標時,會將該 序號遞增。 43 案號:93134678 1〇〇年05月丨丨曰修正-替換頁 播項1 I2所述之方法,其中每-傳遞於該虛擬環的虛 风衣貝料包,其包含: —標頭,包含·· ,於該虛擬環上傳送節點的一來源位址;以及 该虛擬環之下一個節點的一目的位址; —標頭,包含: 一來源埠;以及 一目的埠; 一虛擬環標頭,包含: 一辨識該虛擬環上該虛擬環資料包的手段; 一辨識該虛擬環的手段; 一辨識該虛擬環資料包的發源節點的手段; 一資料。 10.如凊求項1或2所述之方法,其中更包含: 維護與更新下述資訊: 一辨識該虛擬環的手段; 該上游鄰節點的位址; 該下游鄰節點的位址; 該虛擬環管理員的位址; 選擇性的,一備援虛擬環管理員的位址。 其中更包含離開該虛擬環的 11.如請求項1或2所述之方法, 步驟,該步驟更包含: 傳送一移除請求訊息至在該虛擬環上所先前指 擬環管理員節點,該訊息包含: a 案號:93134678 100年05月11曰修正-替換頁 該上游鄰節點的位址; 該下游鄰節點的位址; 該卽點的位址; 接收來自該虛擬環管理員的一移除確認訊息。 12.如請求項11所述之方法,其中: 在傳送一移除請求訊息的步驟中,更包含: 啟動一移除計時器(removal timer); 在接收一移除確認訊息的步驟中,更包含:停止該移除計時器; 而當該移除計時器終止,更包含: 傳送一移除請求訊息至在該虛擬環上所先前指定的 一備援虛擬環管理員節點,該移除請求訊息包含: 該上游鄰節點的位址; 該下游鄰節點的位址; 該即點的位址; 重新啟動該移除計時器; ^來自該備援虛擬驟理㈣—移除確認訊息; 停止该移除計時器。13·如請求項1或2所述之方法,其中更包含: 虛擬環上所先前紋的—虛擬環管理員 站的二茭更鄰節點訊息,該變更鄰節點訊息包含: —新上游鄰節點的位址;及/或 —新下游鄰節點的位址; 維護: 該新上游鄰節點的位址:及/或 45 1351852 案號:93134678 100年05月丨丨曰修正-替換頁 - 該新下游鄰節點的位址; 傳送一鄰節點已變更訊息至該虛擬環管理員節點。 14.如請求項1或2所述之方法’係用於一虛擬環管理員節點, 該方法更包含: ” 接收一插入請求訊息,其包含插入該虛擬環的一新節點的 IP位址; ” 傳送一變更鄰節點訊息至該下游鄰節點,該變更鄰節點訊 息包含: ‘‘ 11該下游鄰節點的新上游鄰節點位址被視為該新插入 節點的位址; 接收一鄰節點已變更確認訊息; 更新該下游鄰節點位址為該新節點的位址; 傳送一插入確認訊息至新節點,該插入確認訊息包含: 該新郎點之上游鄰節點的位址; 該新節點之下游鄰節點的位址。 或2所狀方法,伽於該虛擬環管理員節點 虛擬環上一節點的一移輯求訊息, 該移除請欲移除節點的上游鄰節點位址; 欲移除節點的下游鄰節點位址; 欲移除節點的位址; 該 Sf至該欲移除節點的下游鄰節點, 該欲移除節點的上游鄰節點位址: 46 ⑶ 1852 案號:93134678 100年05月11日修正·替換頁 傳送一變更鄰節點訊息至該欲移除節點的上游鄰節點, 變更鄰節點訊息包含: 該欲移除節點的下游鄰節點位址; 接收一來自該欲移除節點之上游與下游鄰節點的鄰節點 已變更確認訊息; 傳送一移除碟認訊息至該欲移除節點。 求項1或2所述之方法,侧於—虛擬環管理員節點,^-鄰節點遺失指示訊息,其指示與在該虛觸上一上 游钟節點的-連線遺失,該㈣點遺失指示訊息包含: 發生錯誤的上游鄰節點位址; 失』點之連線逍失’並發出該鄰節點遺 =送-變更鄰節點訊息至該發生錯誤節點的下游鄰 點’該變更鄰節點訊息包含: 一新上游鄰節點的位址; 自該發生錯誤節點之下游㈣點之—鄰節點已變鄰節點遺失指示訊息,其指示與在 游鄰^的-連線遺失,該鄰節點遺失指示訊^含:下 七生錯誤的下游鄰節點位址; 失指==點之連線遺失’並發出該鄰節點遺 節點之上游鄰節 傳送一變更鄰節點訊息至該發生錯誤 點’該變更鄰節點訊息包含: 一新下游鄒節點的位址: 47 1351852 案辣:93134678 100年05月11曰修正.替換頁 接收來自該發生錯誤節點之上游_節點之一鄰節點已變 更訊息。 17_如請求項1或2所述之方法,其中: 該網路是一傳輸控制/網際網路協定(Tcp/丨p)網路; 在該虛擬環上節點之間的邏輯連線是TCP對話(sessi〇n); 在該虛擬環上節點會透過該Tcp對話,與鄰節點進 料包群播; ' 位址是IP位址。18.如請求項1或2所述之方法 點或移除一節點所交換的訊息, 息。 其十在卽點間用以插入-一節 為用戶資料包協定(UDP)訊 之手段之節點, 線連接至二且唯二的鄰笳點,分’、_、輯上相連接,並經由虛擬連 下游鄰節點。 鄰節點為一上游鄰節點和一2〇.-種包含供實施如請求項 之電腦程式,該電腦程式係執行中項所述方法之指令 48
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