TWI445361B - 網路伺服器及其平均負載的路由方法 - Google Patents

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TWI445361B
TWI445361B TW099145900A TW99145900A TWI445361B TW I445361 B TWI445361 B TW I445361B TW 099145900 A TW099145900 A TW 099145900A TW 99145900 A TW99145900 A TW 99145900A TW I445361 B TWI445361 B TW I445361B
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Cheng Chun Tu
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Description

網路伺服器及其平均負載的路由方法
本揭露是有關於一種網路伺服器及其平均負載的路由方法，特別是有關於一種可以動態調整的網路伺服器及其平均負載的路由方法。
隨著資訊需求的爆炸，網路的用戶以及其交通流量大幅的增加。在網路系統中，如何針對每一個來源目的對(source-destination pair)配置較佳的傳遞路徑，成為網路工程師的一大考驗。
在習知的技術領域中，提出多種的網路平均負載的路由方法。舉例來說，習知技術提出一種所謂的最少跳躍點演算法(min-hop algorithm)。這種最少跳躍點演算法是計算來源與目的節點間，所有可能的傳輸路徑所通過的跳躍點數，並選擇其中最少的跳躍點數的傳輸路徑作為該來源目的對間的較佳傳輸路徑。這種習知的做法雖然非常簡單，但只考慮跳躍點數而不考慮其中的頻寬以及負載，是很難獲得優良的路由結果的。
此外，習知技術還提出一種所謂最寬及最短路徑(Widest Shortest Path,WSP)的演算法。這種最寬及最短路徑的演算法是改良自前述的最少跳躍點演算法。其作法為先選擇來源目的對間最短傳輸路徑(最少跳躍點)，如果有多個最短傳輸路徑被選出，則更針對被選出的最短傳輸路徑中具有最大的最小連結容量的被選出的最短傳輸路徑作為較佳傳輸路徑。由於這種最寬及最短路徑的演算法還是依據優先選擇最短路徑作為基礎。因此，在無法兼顧這些最短路徑的頻寬需求以及負載狀態下，這種習知的最寬及最短路徑的演算法仍然很難獲得優良的路由結果的。
本揭露提供一種網路的平均負載的路由方法，有效計算出多個來源目的對間的較佳傳輸路徑。
本揭露提供另一種網路伺服器，有效計算出多個來源目的對間的較佳傳輸路徑。
本揭露提出一種網路的平均負載的路由方法，包括：首先，藉由網路伺服器來接收網路拓樸圖以及對應多個來源目的對的多個預期需求頻寬。接著，透過網路伺服器以依據網路拓樸圖以及預期需求頻寬來計算出依據這些來源目的對所形成的多個鏈結的多個重要值，再依據上述的多個重要值計算出所有鏈結的多個預期負載。並且，透過網路伺服器以依據鏈結的多個剩餘頻寬以及對應的預期負載來計算出多個代價數值。最後，透過網路伺服器以依據各個來源目的對中對應各個鏈結的代價數值的加權和來選出對應各個來源目的對的較佳傳送路徑。
本揭露提供另一種網路伺服器，包括處理器。處理器用以接收網路拓樸圖以及對應的多個來源目的對的多個預期需求頻寬，並且依據網路拓樸圖以及預期需求頻寬來計算出依據這些來源目的對所形成的多個鏈結的多個重要值，再依據上述的多個重要值計算出所有鏈結的多個預期負載。網路伺服器並依據鏈結的多個剩餘頻寬以及對應的預期負載來計算出多個代價數值。最後，透過網路伺服器以依據各個來源目的對中對應各個鏈結的代價數值的加權和來選出對應各個來源目的對的較佳傳送路徑。
基於上述，本揭露利用網路中多個來源目的對的預期需求頻寬以及其網路拓樸圖來計算出重要值以及預期負載，再依據重要值、預期負載以及剩餘頻寬的至少其中之一來計算出代價數值。最後再依據各鏈結中的代價數值進行加權計算後的和來選出較佳傳送路徑。如此一來，可以有效針對龐雜的網路樹狀結構的傳輸路徑進行最有效率的規劃，提升網路系統整體的效益。
為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
請參照圖1，圖1繪示本揭露的一實施例的路由方法的流程圖。其中，此實施例的方法包括：首先，藉由網路伺服器(未繪示)來接收網路拓樸圖(topology graph)(S110)，以及網路伺服器同時接收網路拓樸圖對應的多個來源目的對的多個預期需求頻寬(expected bandwidth demand)(S120)。上述的網路拓樸圖是依據所要進行路由規劃的網路系統的多個來源目的對預先進行規劃並獲得的。而來源目的對的預期需求頻寬則可以依據網路實際的運作來量測獲得。換句話說，預期需求頻寬可以隨著網路的使用狀態而有所變更。在本實施例中，預期需求頻寬可以依據網路伺服器針對網路實際的操作狀態來週期性的進行更新。
接著，網路伺服器更依據網路拓樸圖以及預期需求頻寬來計算出依據來源目的對所形成的多個鏈結的多個重要值(S130)，並且，在獲得上述的多個重要值後，網路伺服器再依據重要值計算出多個鏈結對應的多個預期負載(S140)。其中，在每個來源目的對中都包括有多個鏈結。而針對每一個鏈結來說，若在一個來源目的對(s,d)中的所有可能傳輸路徑中，通過鏈結的次數越多，表示鏈結對應來源目的對(s,d)重要值越高。其中，鏈結對應來源目的對(s,d)的重要值Φ1 (s,d)=y/x。其中，x為來源目的對(s,d)間的所有路徑總數，y為來源目的對(s,d)間的所有路徑中經過各鏈結1的路徑總數。
另外，來源目的對(s,d)中的各鏈結的預期負載是與其重要值及預期需求頻寬有相關的。簡單來說，重要值越高且預期需求頻寬越高的鏈結，其預期負載相對會越高。在本實施例中，鏈結的預期負載等於鏈結在不同的來源目的對中所計算出的重要值與其預期需求頻寬的乘積的總和。也就是如下數學式(1)所示：
Φ1 =Σ(s,d) Φ1 (s,d)B(s,d)　(1)
其中，Φ1 為鏈結的預期負載，而B(s,d)為鏈結在來源目的(s,d)中的預期需求頻寬。
另一方面，網路伺服器會針對所有的來源目的對進行排序。這個排序的方式是依據預期需求頻寬來針對來源目的對進行處理順序的編排(S150)。簡單來說，就是在所有的來源目的對中，其中較為繁忙的(預期需求頻寬較大的)來源目的對會被排在較優先處理的順序。相反的，較為不繁忙的(預期需求頻寬較小的)來源目的對會被排在相對較延後處理的順序。也就是說，處理順序是針對來源目的對依據預期需求頻寬進行降冪排列而成。
在計算出預期負載後，網路伺服器則依據各鏈結的剩餘頻寬以及各鏈結的預期負載來計算出各個鏈結的代價數值(S160)。同樣針對鏈結來說明，鏈結的代價數值等於其預期負載Φ1 除以鏈結的剩餘頻寬R1 。以數學式來表示，鏈結的代價數值cost()=Φ1 /R1 。
接著，網路伺服器則依據各來源目的對中所對應各鏈結的代價數值的加權後的和來選出對應各來源目的對的較佳傳送路徑(S170)。仔細一點來說，網路伺服器會先針對各來源目的對中所對應各鏈結的代價數值進行加權計算，並計算出加權計算後的各鏈結的代價數值的加權後的和，並由這些代價數值的加權後的和中相對小的，來挑選出其中一個或多個的待選傳送路徑。網路伺服器可以挑選這些待選傳送路徑中具有最小代價數值的加權後的和來對應選出較佳傳送路徑。在本揭露中，在進行加權後的和的計算時，可以依據待選傳送路徑中的各節點的轉發表(forwarding table)的內容量、傳輸路徑中的節點的數量以及其中傳輸路徑中的交換器的處理器的運算速度的至少其中之一來作為進行加權計算時的權重。也就是說，在待選傳輸路徑中，其中包括最少的轉發表的內容量的傳輸路徑，會被選擇作為較佳傳送路徑。
當然，為更提升網路系統的效益，本實施例更可以在較佳傳送路徑外另挑選一個或多個次佳的傳送路徑來作為備份傳輸路徑。一旦原先所挑選的較佳傳送路徑發生斷線或擁塞的現象時，網路伺服器可以選用備份傳輸路徑來取代原先設定的較佳傳送路徑，並立刻恢復網路的暢通。
在此請注意，備份傳輸路徑可以預先被設定好，並且在較佳傳送路徑發生斷線或擁塞的現象發生時，立刻使用備份傳輸路徑來替換較佳傳送路徑。
附帶一提的，在當網路伺服器選定一個來源目的對的較佳傳送路徑後，原先網路伺服器所接收的預期需求頻寬必須同步被更新(S180)。而當網路伺服器針對下一個來源目的對進行傳輸路徑的規劃時，則必須使用這個更新後的預期需求頻寬來進行計算。
綜合上面的說明，本實施例利用重要值、預期負載、轉發表的容量以及代價數值中的至少其中之一來進行計算，並依來源目的對的繁忙與否的處理順序，來分別針對各個來源目的對的傳輸路徑進行規劃，以求得較佳的網路路由結果。
在此請特別注意，在本揭露中，並不一定要針對所有的來源目的對來執行圖1繪示的所有步驟。為在進行計算的花費與所獲得的平均負載路由結果的等級間取得平衡，網路伺服器可以選擇其中的部分(x%)的來源目的對來執行圖1繪示的步驟S110~S170，其中的x是一個正數，並可由網路伺服器來設定。而其他剩餘的來源目的對則可利用最短路徑的路由方式來進行處理。
請參照圖2，圖2繪示本揭露的另一實施例的路由方法的流程圖。其中，圖2繪示的實施例是針對當網路伺服器偵測到有鏈結發生擁塞現象時所進行的處理。首先，透過網路伺服器來偵測所有的鏈結中是否有擁塞鏈結的產生(S210)，一旦偵測到鏈結中有至少一個的鏈結成為擁塞鏈結時(S220)，網路伺服器會針對所有包括有擁塞鏈結的來源目的對來進行擁塞鏈結的移除動作(S230)。接著，網路伺服器再針對被擁塞鏈結影響到的來源目的對重新進行處理順序的編排(S240)，並利用這個新的處理順序來利用本揭露的圖1繪示的流程來進行傳輸路徑的規劃(S250)。
另外，在擁塞鏈結的移除後，網路伺服器可以重新更新來源目的對的預期需求頻寬，並利用新的預期需求頻寬來進行傳輸路徑的規劃。
為能更清楚說明本揭露的精神，以下將提出實際的範例來說明本揭露的動作細節。
圖3A~3C分別繪示本揭露實施例的一實施方式。請先參照圖3A。其中，在圖3A繪示的網路拓樸圖300中，包括節點A、B以及C、節點H1~H5。而在各節點間則具有多個鏈結。若以鏈結為範例，在以B節點以及C節點所形成的來源目的對(B,C)來看，來源目的對(B,C)的傳輸路徑有四條，分別為B→H1→H2→H3→H4→H5→C、B→H1→H2→H5→C、B→H1→H4→H5→C以及B→H1→H4→H3→H2→H5→C。其中有兩條必須通過鏈結，因此，鏈結對應來源目的對(B,C)的重要值為2/4=0.5。若再針對來源目的對(A,C)來計算鏈結的重要值的話，來源目的對(A,C)存在有四條傳輸路徑，而其中的兩條會通過鏈結，因此，鏈結對應來源目的對(A,C)的重要值為2/4=0.5。
另外，假設來源目的對(B,C)間的預期頻寬需求為20(Mbytes)百萬位元組，且頻寬平均分配到來源目的對(B,C)間的每個路徑上，並且，來源目的對(A,C)沒有預期頻寬需求時，鏈結的預期負載等於0.5×10+0.5×0=5。
以下請參照圖3B，相同的在網路拓樸圖300中，針對各個鏈結L0~L6所計算出來的預期負載，來分別除以各個鏈結的剩餘頻寬來計算出的各個鏈結L0~L6代價數值。其中，鏈結L0及L6的代價數值等於0.02，鏈結L1~L5的代價數值等於0.01。當網路伺服器在選取來源目的對(B,C)間的較佳傳輸路徑時，則可以先計算各傳輸路徑的代價數值的加權後的和。其中的傳輸路徑B→H1→H2→H3→H4→H5→C的代價數值的加權後的和等於0.08，傳輸路徑B→H1→H2→H5→C的代價數值的加權後的和等於0.06，傳輸路徑B→H1→H4→H5→C的代價數值的加權後的和等於0.06，而傳輸路徑B→H1→H4→H3→H2→H5→C的代價數值的加權後的和等於0.08。由此可知，其中的傳輸路徑B→H1→H2→H5→C以及傳輸路徑B→H1→H4→H5→C的代價數值的加權後的和都等於0.06是最小的。因此，網路伺服器可以選取傳輸路徑B→H1→H2→H5→C以及傳輸路徑B→H1→H4→H5→C的其中之一作為較佳傳輸路徑，選擇另一作為備份傳輸路徑。
接著並且參照圖3C，在圖3C的繪示中，網路伺服器更參照節點H1~H5上的轉發表中的轉發資訊數量來選取較佳傳輸路徑。各節點H1~H5都有一個用來記錄其通信狀態的轉發表。也就是說，如果節點H1~H5包括有大的轉發資訊容量的轉發表時，表示該節點的交通狀態是相對忙碌的。其中，節點H1~H5上的轉發表剩餘空間分別如圖3C所標示的100、200、300、0以及100。也就是說，節點H4上的轉發表所記錄的轉發資訊是最多的，而節點H3上的轉發表所記錄的轉發資訊則是最少的。
網路伺服器分別計算傳輸路徑B→H1→H2→H5→C以及傳輸路徑B→H1→H4→H5→C上的轉發表所記錄的轉發資訊總數，可以得到傳輸路徑B→H1→H2→H5→C上的轉發表的剩餘空間等於400，而傳輸路徑B→H1→H4→H5→C上的轉發表的剩餘空間等於200。也就是說，傳輸路徑B→H1→H2→H5→C上的轉發表的轉發資訊總數較少，因此，網路伺服器選取傳輸路徑B→H1→H2→H5→C作為較佳傳輸路徑。
請參照圖4，圖4繪示本發明另一實施例的網路伺服器的示意圖。網路伺服器400包括處理器410。處理器410用以接收網路拓樸圖420以及對應多個來源目的對的多個預期需求頻寬430，並依據網路拓樸圖420以及預期需求頻寬430來計算出依據來源目的對所形成的多個鏈結的多個重要值。處理器410再依據重要值來計算出上述鏈結的多個預期負載。另外，處理器410更依據鏈結的多個剩餘頻寬以及對應的預期負載來計算出多個代價數值，再依據各來源目的對中對應各鏈結的代價數值的加權後的和來選出對應各來源目的對的較佳傳送路徑。
在技術的角度上來看，針對各鏈結的代價數值進行直接相加為計算各鏈結的代價數值的加權後的和的一種特例(權重等於1)。
綜上所述，本揭露配合網路中影響傳輸的多個數據(如預期需求頻寬、重要值、預期負載、剩餘頻寬、轉發表的轉發資訊的數量、節點的數量以及傳輸路徑上的交換器的處理器的能力)來作為選取各來源目的對的較佳傳輸路徑的依據。在兼顧各種不同的因素的情況下，使得路由的結果更趨向於較佳化。並且，本揭露透過動態更新預期需求頻寬來使路由的動作更能貼近網路實際運作的頻寬需求狀態，同樣可以使路由的結果更貼近於現實。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S110~S180、S210~S250‧‧‧路由方法的步驟
400‧‧‧網路伺服器
410‧‧‧處理器
420‧‧‧網路拓樸圖
430‧‧‧預期需求頻寬
A、B、C、H1~H5‧‧‧節點
l 、L1~L6‧‧‧鏈結
圖1繪示本揭露的一實施例的路由方法的流程圖。
圖2繪示本揭露的另一實施例的路由方法的流程圖。
圖3A~3C分別繪示本揭露實施例的一實施方式。
圖4繪示本揭露的再一實施例的網路伺服器的方塊圖。
S110~S180．．．路由方法的步驟

Claims (26)

  1. 一種網路的平均負載的路由方法，包括：藉由一網路伺服器來接收一網路拓樸圖以及對應多數個來源目的對的多數個預期需求頻寬；透過該網路伺服器以依據該網路拓樸圖以及該些預期需求頻寬來計算出依據該些來源目的對所形成的多數個鏈結的多數個重要值，再依據該些重要值計算出該些鏈結的多數個預期負載；透過該網路伺服器以依據該些鏈結的多數個剩餘頻寬以及對應的該些預期負載來計算出多數個代價數值；以及透過該網路伺服器以依據各該來源目的對中對應各該鏈結的該些代價數值的加權後的和來選出對應各該來源目的對的一較佳傳送路徑，其中各該代價數值等於各該鏈結對應的各該預期負載除以各該鏈結對應的各該剩餘頻寬。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之路由方法，其中該“透過該網路伺服器以依據各該來源目的對中對應各該鏈結的該些代價數值的和來選出對應各該來源目的對的該較佳傳送路徑”的步驟中包括：透過該網路伺服器以依據各該來源目的對中對應各該鏈結的該些代價數值的加權後的和來選出多數個待選傳輸路徑；以及藉由該網路伺服器以依據該些傳輸路徑中所包含的 多數個轉發表來選出該較佳傳送路徑。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之路由方法，其中該“藉由該網路伺服器以依據該些傳輸路徑中所包含的該些轉發表來選出該較佳傳送路徑”的步驟包括：藉由該網路伺服器來計算該些轉發表中所記錄的多數的轉發資訊的一總數，並在該些傳輸路徑選出該總數最小的為該較佳傳送路徑。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之路由方法，其中更包括：藉由該網路伺服器來針對該些來源目的對依據該些預期需求頻寬來進行一處理順序的編排。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之路由方法，其中對應各該鏈結的各該重要值等於y/x，其中的x為各該來源目的對間的所有路徑數，y為各該來源目的對間的所有路徑中經過各該鏈結的路徑數。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之路由方法，其中各該鏈結的各該預期負載等於各該鏈結對應不同的來源目的對的各該重要值與各該預期需求頻寬的乘積的總和。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之路由方法，其中更包括：藉由該網路伺服器來依據該較佳傳送路徑以更新該些預期需求頻寬。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之路由方法，其中更包括： 藉由該網路伺服器來偵測該些鏈結中的一擁塞鏈結；以及藉由該網路伺服器來除去該些來源目的對中的該些鏈結中的該擁塞鏈結。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之路由方法，其中更包括：藉由該網路伺服器來針對除去該擁塞鏈結的該些來源目的對以依據該些預期需求頻寬重新進行該處理順序的編排。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之路由方法，其中更包括：依據各該來源目的對中對應各該鏈結的該些代價數值的和來選出對應各該來源目的對的至少一次佳傳送路徑，以作為至少一備份傳輸路徑。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之路由方法，其中更包括：當該較佳傳輸路徑包括一擁塞鏈結時，選用該備份傳輸路徑來取代以成為新的該較佳傳輸路徑。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之路由方法，其中“透過該網路伺服器以依據各該來源目的對中對應各該鏈結的該些代價數值的加權後的和來選出對應各該來源目的對的該較佳傳送路徑”的步驟包括：依據該些代價數值所計算出的多數個和來選擇多個待選傳輸路徑；以及 依據該些代價數值的加權後的和來在該些待選傳輸路徑中選出該較佳路徑。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之路由方法，其中該些代價數值的加權後的和是依據各該待選傳輸路徑上的多數個轉發表的內容量、各該待選傳輸路徑上的節點數以及各該待選傳輸路徑上的多數個交換器的處理器處理速度的和的至少其中之一來作為權重以進行計算的。
  14. 一種網路伺服器，包括：一處理器，用以接收一網路拓樸圖以及對應多數個來源目的對的多數個預期需求頻寬，並依據該網路拓樸圖以及該些預期需求頻寬來計算出依據該些來源目的對所形成的多數個鏈結的多數個重要值，再依據該些重要值計算出該些鏈結的多數個預期負載，且該處理器透過該網路伺服器以依據該些鏈結的多數個剩餘頻寬以及對應的該些預期負載來計算出多數個代價數值，該處理器更透過該網路伺服器以依據各該來源目的對中對應各該鏈結的該些代價數值的加權後的和來選出對應各該來源目的對的一較佳傳送路徑，其中各該代價數值等於各該鏈結對應的各該預期負載除以各該鏈結對應的各該剩餘頻寬。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之網路伺服器，其中該處理器依據各該來源目的對中對應各該鏈結的該些代價數值的加權後的和來選出多數個待選傳輸路徑，並藉由該網路伺服器以依據該些傳輸路徑中所包含的多數個轉發表 來選出該較佳傳送路徑。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之網路伺服器，其中該處理器藉由該網路伺服器來計算該些轉發表中所記錄的多數的轉發資訊的一總數，並在該些傳輸路徑選出該總數最小的為該較佳傳送路徑。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之網路伺服器，其中該處理器藉由該網路伺服器來針對該些來源目的對依據該些預期需求頻寬來進行一處理順序的編排。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之網路伺服器，其中對應各該鏈結的各該重要值等於y/x，其中的x為各該來源目的對間的所有路徑數，y為各該來源目的對間的所有路徑中經過各該鏈結的路徑數。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之網路伺服器，其中各該鏈結的各該預期負載等於各該鏈結對應不同的來源目的對的各該重要值與各該預期需求頻寬的乘積的總和。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之網路伺服器，其中該處理器更依據該較佳傳送路徑以更新該些預期需求頻寬。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之網路伺服器，其中該處理器偵測該些鏈結中的一擁塞鏈結，並除去該些來源目的對中的該些鏈結中的該擁塞鏈結。
  22. 如申請專利範圍第21項之網路伺服器，其中該處理器更針對除去該擁塞鏈結的該些來源目的對以依據該些預期需求頻寬重新進行該處理順序的編排。
  23. 如申請專利範圍第14項之網路伺服器，其中該處理器更依據各該來源目的對中對應各該鏈結的該些代價數值的和來選出對應各該來源目的對的至少一次佳傳送路徑，以作為至少一備份傳輸路徑。
  24. 如申請專利範圍第23項之網路伺服器，其中當該較佳傳輸路徑包括一擁塞鏈結時，該處理器選用該備份傳輸路徑來取代以成為新的該較佳傳輸路徑。
  25. 如申請專利範圍第14項之網路伺服器，其中該處理器依據該些代價數值所計算出的多數個和來選擇多個待選傳輸路徑，並依據該些代價數值的加權後的和來在該些待選傳輸路徑中選出該較佳路徑。
  26. 如申請專利範圍第25項之網路伺服器，其中該其中該些代價數值的加權後的和是依據各該待選傳輸路徑上的多數個轉發表的內容量、各該待選傳輸路徑上的節點數以及各該待選傳輸路徑上的多數個交換器的處理器處理速度的和的至少其中之一來作為權重以進行計算的。
TW099145900A 2010-11-26 2010-12-24 網路伺服器及其平均負載的路由方法 TWI445361B (zh)

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