配置用于分组数据业务的优化传送的网络的方法和网络节点

摘要

为了配置用于分组数据业务的优化传送的网络，第一分组节点确定将向远程第二分组节点转发的业务量是否超过预定义旁路阈值。如果是这种情况，则第一分组节点朝着远程第二分组节点发送旁路请求。中间第三分组节点处理请求并且确定它是否在本地具有干扰第二旁路请求，并且在这一情况下确定两个请求中的哪个请求是否具有较高权重。然后向远程第二分组节点转发旁路请求或者在干扰第二旁路请求的情况下转发具有较高权重的旁路请求。在接收旁路请求时第二分组节点确定接收的旁路请求是否可以被服务。如果是这种情况，则将通过向服务层网络发送触发以根据旁路请求建立旁路连接来执行旁路。

说明书

技术领域

本发明涉及电信领域，并且更具体地涉及一种用于配置用于分 组数据业务的优化传送的网络的方法和相关网络节点。

背景技术

数据网络如今主要依赖于分组切换技术，在该技术中以数据分 组的形式传输数据信号，每个数据分组包含具有目的地地址的头部。 通过网络从节点到节点转发数据分组，直至它们到达它们的最终目 的地。称为路由的过程基于每个数据分组中包含的目的地地址和本 地存储的路由信息对分组转发进行导向。分组交换网络中的最常见 协议称为网际协议(IP)。

由于分组朝着它们的目的地逐跳地行进，所以每个中间分组节 点或者路由器必须处理每个数据分组的分组头部以确定路由。这是 低效率的，会在每个路由器引起延迟并且造成高功率消耗和设备成 本。

IP路由器经常使用光学网络作为用于它们在广域的互连的下 层网络技术。光学网络以CAPEX和/或OPEX二者方面低得多的成 本转发数据信号。因此，希望在光学层中完成尽可能多的转发并且 避免不必要的头部处理。

M.Ruffini等人在第11届International Conference on Optical  Networking Design and Modeling-ONDM 2007的学报第309-318页 的文章“Optical IP Switching for dynamic traffic engineering in  next-generation optical networks”描述一种用于在路由的上游邻居与 它的下游邻居之间检查的数据超过预先建立的路径阈值时通过在相 邻光学节点之间动态创建光学直通(cut-through)在可能时旁路路由 的方法。

发明内容

为了建立光学旁路以优化光学层，路由器可以如在上文引用的 文章中那样监视从前跳到后跳的业务以触发旁路。然而这限于在单 个步骤中的一跳。备选地，可以提供中央判决制定器，其从网络节 点收集信息以计算通过网络的最优路径。这样的中央判决实例可以 例如是如在IETF RFC 4655中描述的路径计算单元(PCE)。

持续的问题是如何保持收集的信息在变化的业务负荷之下最 新。另外，复杂算法将需要被开发用于在中央判决实例中的路径计 算。在大型网络中，这将是繁琐的并且这样的算法难以伸缩。

因此，本发明的目的是提供一种用于配置用于分组数据业务的 优化传送的网络的改进方法和相关网络节点。

实现这些目的和下文出现的其它目的在于第一分组节点确定 将向远程第二分组节点转发的业务量是否超过预定义旁路阈值。如 果是这种情况，则第一网络节点朝着远程第二分组节点发送旁路请 求。中间第三分组节点处理请求并且确定它是否在本地具有干扰第 二旁路请求，并且在这一情况下确定两个请求中的哪个请求是否具 有较高权重。然后向远程第二分组节点转发旁路请求或者在干扰第 二旁路请求的情况下转发具有较高权重的旁路请求。第二分组节点 在接收到旁路请求时确定接收的旁路请求是否能够被服务。如果是 这种情况，则将通过向服务层网络发送触发以根据旁路请求建立旁 路连接来执行旁路。

可以在任何分组节点或者路由器中实施该方法。分组节点具有 处理设备，比如网络处理器，该处理设备可以被编程用于处理数据 分组并且基于每个数据分组中包含的地址信息和本地存储的路由信 息进行路由判决。这样的分组节点具有用于连接到服务层网络的光 学网络节点的一个或者多个传送接口。处理设备被编程用于确定将 向远程第二分组节点转发的业务量是否超过预定义旁路阈值；并且 如果是这样，则朝着所述远程第二分组节点发送旁路请求。

为了用作中间分组节点，网络处理器还可以被编程用于处理来 自上游分组节点的第一旁路请求，并且确定它是否具有干扰本地第 二旁路请求，并且如果是这种情况则确定两个请求中的哪个请求具 有较高权重；并且沿着请求所述旁路的路径向下一跳转发所述接收 的第一旁路请求，或者在干扰本地第二旁路请求的情况下转发具有 较高权重的旁路请求。

具有分组层和光学传送层的多层网络可以针对特点业务情形 自组织分组层路径与光学层路径的最优组合。它随着每个长期业务 改变而加入优化的多层拓扑。避免在中间分组节点中的分组头部处 理会减少延迟，避免拥塞并且提高体验质量。

描述的方法随着网络规模增加而自动伸缩并且无需中央判决 制定器。它也将跨越尚未支持描述的协议的中间路由器工作，因此 允许逐个步骤的迁移。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1示出以分组层作为客户端并且下层光学层作为服务层的 分层网络，其中为了优化的分组转发而建立光学旁路；

图2示出分组网络层中的业务流；

图3示出具有用于支持光学旁路的动态建立的扩展的路由表；

图4示出本发明方法的流程图；

图5示出本发明方法在提供商网络中的应用；并且

图6示出分组节点的框图。

具体实施方式

在图1中示出参考场景。网络具有分层结构，该分层结构具有 将客户端层CL的网元互连的服务层SL。服务层SL是具有多个网络 节点(比如数字交叉连接XC1-XC4)的光学传送网络。服务层是具 有下文称为路由器R1-R4的多个分组节点的分组交换网络。路由器 R1连接到网络节点XC1的支线或者客户端端口，路由器R2连接到 网络节点XC2的客户端端口，路由器R3连接到网络节点XC3的客 户端端口，并且路由器R4连接到网络节点XC4的客户端端口。在 可以例如根据用于SDH(ITU-T G.707)或者OTN(ITU-T G.709) 的标准而操作的光学传送网络中，网络节点XC1经由网络节点XC2 和XC3在菊花链(daisy chain)中通过一个或者多个光纤链路物理 地连接到网络节点XC4。

如果路由器R1具有去往路由器R4的数据分组，则从路由器 R1通过在网络节点XC1与XC2之间的物理互连向路由器R2发送分 组。路由器R2检查分组头部并且通过网络节点XC2和XC3向路由 器R3转发分组。路由器R3再次检查分组头部并且经由网络节点XC3 和XC4向目的地路由器R4转发数据分组。在逻辑上，数据分组遵 循路径P。在物理上，通过在网络节点XC1、XC2、XC3和XC4之 间的光学链路传送它，但是必须在每个本地连接的中间路由器R2和 R3(见图1中的粗线)提取它并且处理它的头部。

可以通过网络管理系统SL-NMS配置服务层SL的光学传送网 络。具体而言，网络节点XC1-XC4可以被配置用于(半)持久地切 换在任意输入与输出端口之间的连接。这样的持久连接——称为交 叉连接——可以具有不同粒度。例如在SDH网络中，交叉连接可以 具有从2Mb/s(VC-12)到140Mb/s(VC-4)的粒度，并且进一步 高达级联的VC-4s(VC-4-Nc)的整数倍(N)。在OTN网络中，粒 度可以是OTU0、其整数倍(ODUflex)或者较高ODUn(n＝1、2、 3)粒度。在WDM网络中，粒度也可以是整个波长信道。

因此，如果路由器R1具有去往路由器R4的某一数量的数据 分组，并且如果这一业务量持续延长的时间段，则可以更高效的是 在网络节点XC1与XC4之间建立半持久光学旁路连接BY，从而路 由器R1可以将其数据分组直接发送给路由器R4，而没有在中间路 由器R2、R3的头部处理。

为了动态评估这样的光学旁路是否经济并且在分组网络层的 路由器之间协商这样的光学旁路连接，下文描述在路由器R1与R4 之间的信令SIG。

在下文中，将描述如下实施例，这些实施例提供用于解决与来 自其它路由器的干扰旁路请求的冲突的实时仲裁机制。将在一方面 描述路由器如何标识希望的旁路，而在另一方面描述用于仲裁、建 立和再次释放旁路连接的信令协议。

图2示出在分组网络(比如图1中的客户端侧CL的分组网络) 中的路由器R1-R8之间的业务流。路由器R1-R4与图1中的路由器 相似。此外，路由器R5和R6连接到路由器R4，路由器R7连接到 路由器R3，并且路由器R8连接到路由器R2。表示为粗线的所有这 些连接使用服务层SL的下层光学链路。

此外，通过例子示出虚线代表的在不同路由器之间的业务流。 为了清楚，将仅考虑在图2中的从右到左的方向上的单向情况。本 领域技术人员将理解，这一例子可以容易扩展至双向情况。还假设 业务流在所考虑的时标内基本上恒定。

在图2中示出以下业务流(T1-T5)：

-具有假设量2Gb/s的从路由器R3到路由器R1的业务流T1；

-具有假设量6Gb/s的从路由器R6到路由器R8的业务流T2；

-具有假设量5Gb/s的从路由器R4到路由器R1的业务流T3；

-具有假设量4Gb/s的从路由器R7到路由器R1的业务流T4； 并且

-具有假设量5Gb/s的从路由器R5到路由器R1的业务流T5。

这些业务流合计为在路由器R1-R8之间的以下总业务流：

-在路由器R1与R2之间16Gb/s；

-在路由器R2与R3之间22Gb/s；

-在路由器R3与R4之间16Gb/s；

-在路由器R4与R5之间5Gb/s；

-在路由器R4与R6之间和在路由器R2与R8之间6Gb/s； 并且

-在路由器R3与R7之间4Gb/s。

在以下实施例中，将示出在这一情形中可以如何通过在服务层 中实施光学旁路来提高网络性能。首先参照图3解释路由器存储的 以在旁路请求时判决的路由信息。

图3示出IP路由器如何收集用于触发旁路的信息。IP路由器 保持用于基于接收的数据分组的IP地址确定分组转发的路由表。路 由表包含目的地网络地址；用于过滤目的地地址的网掩码或者子网 掩码；下一跳地址，即分组在去往它的最终目的地的路上将被发送 到的下一站的地址，如果路由器具有多个接口则为接口地址，以及 度量，即如下路径的成本，其中分组将被通过该路径发送。

这一路由表由包含用于每个前缀的字节计数器的扩展EXT扩 展。利用每个转发的分组更新计数器。由于相同远程路由器通报若 干前缀，所以在前缀与通报路由器之间维持映射。在这一例子中， 路由器149.204.60.67通报路由149.204.185.0和84.53.168.0。按照规 律间隔，计算去往每个通报路由器的总业务速率(例如每间隔的字 节数目)并且与旁路阈值(例如1Gb/s)比较。如果在某一数目的 间隔期间超过阈值，则将发起旁路信令。为了保持对连续间隔数目 的跟踪，为每个通报路由器存储最后速率值LRV以保持对超过阈值 的连续间隔数目的跟踪。在向每个通报路由器分配的另一计数器中 存储间隔数目。

在应当建立旁路时，发起路由器向旁路请求分配一个权重(即 优先级)，该权重由旁路将节省的IP处理量确定，并且朝着目的地 路由器向下游逐跳地发送请求。节省的IP处理量被作为触发旁路的 业务速率和在两个路由器之间的中间跳跃数目的函数而测量。这一 函数的一个简单实施例例如是将业务速率乘以跳跃数目。可以从发 起路由器的链接状态数据库得到去往另一路由器的跳跃数目。备选 地，可以使用在两个路由器之间的度量差作为用于中间跳跃数目的 近似。

旁路请求在IP层上朝着远程节点向下游以信号发送，并且由 支持协议的所有中间路由器读取和评估。具有干扰旁路请求的中间 路由器使用权重以判决哪个旁路具有较高优先级。干扰旁路是如下 旁路，这些旁路使得它们的路径的部分是共同的。具有较高权重的 冲突旁路将被转发，而将具有较低或者相同权重的请求的冲突旁路 将被丢弃，并且否定确认(NAK)将被发送回始发路由器。

现在回到图2中所示场景，该图给出冲突旁路的例子。假设用 于每一跳的路由度量等于1。将旁路阈值设置成5Gbps。路由器R6 朝着R8发送旁路请求。该请求具有优先级18，即6Gb/s x 3个中间 跳跃。

在路由器R4，来自R6的旁路请求引起冲突，因为R4本身具 有针对朝着如下路由器R2和R1的路径的请求，这些路由器共享在 R6与R8之间的路径的部分。

R4已经标识去往R2和R1的潜在旁路。旁路R4-R1具有权重 20(10Gb/s x 2跳)。旁路R4-R2具有仅为16的权重(16Gb/s x 1 跳)。因此，请求R4-R1否决去往R2的请求。它也否决来自R6的 请求。R4因此丢弃旁路请求R6-R8、朝着R1发送出请求R4-R1并 且向R6发送回NAK，以向R6通知它的旁路请求已经被具有较高优 先级的旁路请求否决。

R6现在必须等待一个等待时间段，以确信链路状态通报已经 在网络中散布下游节点建立的任何旁路并且R6的路由表在它可以 向相同目的地发送新请求之前反映新情形。

在来自R4的请求到达R3时，另一冲突出现，因为R3具有权 重为16的去往R1的请求。R4-R1具有比R3-R1更高的权重，因此 R3转发请求R4-R1并且取消它自己的请求R3-R1。最后，R4-R4是 到达它的目的地的仅有的旁路请求。

发起路由器必须等待的连续间隔数目确保旁路不被短期业务 改变来触发，间隔的长度被设定成长于网络中的典型脉冲串长度以 及提供安全裕度的间隔数目。

在图4中给出中间路由器应用的转发规则。路由器A在空闲 状态S1中开始。然后，它从路由器B接收旁路请求。在步骤S2中， 路由器A检查它是否本地具有它需要发送的自己的旁路请求。如果 不是，则路由器A继续到步骤S3并且沿着如下路径向下一跳转发请 求，其中该旁路请求是针对该路径而发出的。

如果在循环中有冲突旁路请求，则它必须在步骤S4中检查接 收的旁路请求和本地旁路请求是否共享相同目的地。在这一情况下， 在本地旁路请求中完全包括接收的请求的业务，并且权重断开链接。 因此，在这一情况下，路由器A在步骤S5中检查接收的请求的权重 是否高于它自己的请求的权重。如果是这种情况，则它继续步骤S3 并且转发接收的请求并且取消本地请求。如果不是，则它在步骤S6 中转发本地请求并且向路由器B发送回NAK消息。它也存储它自己 的活跃旁路状态。

如果请求在步骤S4中未共享相同目的地，则路由器A必须确 定请求是否正交或者共享路径的至少部分。它因此在步骤S7中确定 两个请求是否共享相同下一跳。如果否，则请求是正交的并且将在 步骤S8中均被转发并且路由器A存储它的活跃旁路状态。

如果请求在步骤S7中共享相同的下一跳，则将在步骤S9中检 查下一跳是否已经是接收的请求的最终目的地。如果是这种情况， 则请求也正交，因为显然不能建立去往邻近节点的旁路。在这一情 况下，路由器A继续到步骤S8并且转发两个请求。如果否，则路由 器A继续步骤S5并且确定干扰请求中的哪个干扰请求具有较高权 重。

在目的地路由器接收旁路请求时，它检查它是否在它自己的朝 着光学层的端口上具有足够容量以满足请求的速率。如果否，则它 向始发路由器发送NAK。否则，它保留容量并且向始发路由器发送 回确认(ACK)。该确认包含它已经为旁路而保留的光学设备的设 备id和端口id。

在始发路由器接收ACK消息时，它向光学层管理系统发出旁 路请求，该旁路请求具有始发路由器的光学设备和光学端口id以及 目的地路由器的光学设备和光学端口id。

旁路应当优选地包括带宽保留并且可以使用在光学层管理系 统与IP路由器网络之间的管理连接(未示出)经由SNMP来请求旁 路。

一旦光学管理系统向始发路由器以信号发送“旁路准备就绪”， 在终结路由器的LSA中通报旁路被标记为“旁路(bypass)”，并 且其它路由器(尤其是对触发旁路请求的业务有贡献的上游路由器) 更新它们的度量并且因此更新它们在这一方向上发送的任何后续旁 路请求的权重。

路由器——这些路由器接收针对它们的旁路请求的NAK—— 必须在它们在这一方向上发送出新请求之前等待可配置时间，以允 许新近建立的旁路通过整个区域。然而，它们可以沿着不同路径向 其它目的地发送旁路请求。在不再有路由器具有超过阈值的去往远 程路由器的业务或者至少不再有旁路请求可以被服务时，达到稳态。 (远程路由器被视为比一跳更远的路由器，因为旁路必须绕过至少 一个路由器。)

光学旁路的建立要求路由器具有关于设备在它们的下层上和 如下接口的一些信息，经由这些接口路由器连接到这些设备。可以 通过自动信息交换协议、比如GMPLS协议组建立在客户端与服务层 之间的通信。备选地，可以建立在服务层与服务层的网络管理系统 之间的通信。路由器接口被配置有它们的下层光学设备的设备id和 接口id，并且因此能够经由管理连接(比如SNMP)向光学管理系 统告知旁路连接在哪些光学端口之间被请求。

如何在服务层中建立旁路连接的协议和过程不在主题实施例 的范围，因为如何在光学网络中建立连接在本领域中是公知的。具 体而言，可以使用公知的GMPLS信令在自动交换光学网络(ASON) 中通过分布式控制平面来建立连接，或者可以由中央网络管理系统 (比如图1中所示中央网络管理系统)经由管理接口来建立连接。

以与可以请求旁路相同的方式，可以在通过旁路互连的两个路 由器之间的业务流降至释放阈值以下时再次释放和分解建立的旁 路。旁路分解请求由发起旁路建立的相同节点发起。在业务速率已 经在释放阈值以下持续多个连续间隔时，路由器通过排除旁路链路 来计算去往旁路目的地的备选路由。如果它可以发现备选路由，则 它经由备选链路发送触发分解的分解请求，该分解请求包括当前业 务速率。路径中的包括发起路由器本身的所有路由器当它们包括来 自分解的上游旁路的附加业务时验证它们本身在备选路径中具有的 潜在分解请求是否仍然在分解请求以下，如果不是，则它们取消它 们的分解请求一些时间。

为了保证协调的分解，不同策略是可能的：一个可能性是用于 旁路建立的机制以相反方式用于分解，从而首先分解具有最低权重 的旁路。另一可能性可以是首先分解具有在分解阈值以下的最高权 重的旁路以释放尽可能多的旁路资源。当在最终目的地接收和确认 分解请求时，向服务层或者它的网络管理系统发送触发消息以释放 请求分解的旁路连接。

另外有可能通过跨越服务层接口经由信令而添加或者去除容 量来扩展或者缩减现有旁路，以避免并行旁路或者分解以及后续重 新建立去往相同目的地的更小旁路。

路由器仅具有针对它们的区域的全拓扑信息，并且可以仅标识 直到它们的区域的边界的通报路由器，因此上文描述的机制建立的 旁路限于相应区域或者域的直径。为了克服这一限制，区域边界路 由器或者自治系统(AS)边界路由器可以充当调解器(mediator)。

如果旁路发起路由器包括有贡献的前缀的列表及其相应业务 速率，则区域边界路由器可以计算路径的在相邻区域中的部分的权 重并且找出具有业务的仅部分的更长跨区域旁路是否具有比始发请 求的旁路较高的权重。

图5示出该技术如何可以应用于服务提供商网络架构：路由器 A从路由器R_D接收针对例如4Gb/s的旁路请求。R_D知道这一业务 中的例如2.5Gb/s去往R_Y而1.5Gb/s去往其它路由器。它计算具有 2.5Gb/s的旁路R_D-R_Y(权重＝2.5x4＝10)具有比旁路R_D-R_A(权重 4x2＝8)更高的权重、相应地用新目的地地址R_Y修改旁路请求并 且将它转发给R_Y。在相同时间，它向R_D发送修改信息。在建立旁 路R_D-R_A(粗虚线)之后，R_D然后可以发起针对剩余1.5Gb/s业务 速率的新请求R_D-R_A(浅虚线)。以相同方式，如果监管当局允许， 则可以跨越自治系统建立旁路。

可以在任何分组节点或者路由器中实施上述实施例。在图6中 示出框图。分组节点R具有处理设备、比如网络处理器NP，该处理 设备可以被编程用于处理数据分组并且基于每个数据分组中包含的 地址信息和本地存储的路由信息进行路由判决。分组节点通常也具 有多个接口，其可以包括本地分组接口LOC、比如10/100Mb、1GE 或者10GE以太网接口。此外，分组节点将具有用于连接到服务层网 络的光学网络节点的一个或者多个传送接口T1。为了实施上述实施 例，网络处理器NP(等)可以被编程用于确定将向远程第二分组节 点转发的业务量是否超过预定义旁路阈值；并且如果是这样，则朝 着所述远程第二分组节点发送旁路请求。

为了用作中间分组节点，网络处理器NP还可以被编程用于处 理来自上游分组节点的第一旁路请求，并且确定它是否具有干扰本 地第二旁路请求，并且如果是这种情况则确定两个请求中的哪个请 求具有较高权重；并且沿着请求所述旁路的路径向下一跳，转发所 述接收的第一旁路请求，或者在干扰本地第二旁路请求的情况下转 发具有较高权重的第一旁路请求。分组节点还将具有用于向服务层 网络发送请求设立旁路连接的消息的通信接口SNMP。显然，也可 以将通信接口实施为传送接口TI的部分。

本领域技术人员将容易认识到各种上文描述的方法的步骤可 以由经编程的计算机执行。这里，一些实施例也旨在于覆盖程序存 储设备、例如数字数据存储介质，其是机器或者计算机可读的并且 对机器可执行或者计算机可执行指令程序进行编码，其中所述指令 执行所述上文描述的方法的步骤中的一些或者所有步骤。程序存储 设备可以例如是数字存储器、磁存储介质、比如磁盘和磁带、硬驱 动或者光学可读数字数据存储介质。实施例也旨在于覆盖被编程用 于执行上文描述的方法的所述步骤的计算机。

可以通过使用专用硬件以及能够与适当软件关联执行软件的 硬件来提供图中所示各种单元的功能。在由处理器提供时，功能可 以由单个专用处理器、由单个共享处理器或者由多个个别处理器提 供，这些个别处理器中的一些个别处理器可以被共享。另外不应解 释术语“处理器”或者“控制器”的明确使用仅指代能够执行软件的 硬件并且可以隐含地包括而不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网 络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、 用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和 非易失性存储装置。也可以包括其它常规和/或定制硬件。类似地， 图中所示的任何交换机都仅是概念性地。可以通过程序控制和专用 逻辑的交互或者甚至人工执行它们的功能，如从上下文更具体理解 的那样，具体技术可由实施者选择。

描述和附图仅举例说明本发明的原理。因此将理解，本领域技 术人员将能够涉及各种布置，这些布置虽然这里未被明确描述或者 示出、但是实现本发明的原理并且包含于它的精神实质和范围内。 另外，这里记载的所有例子组织要明确地旨在于仅用于示范目的以 辅助读者理解本发明的原理和发明人为了发展本领域而贡献的概念 并且将解释为不限于这样的具体记载的例子和条件。另外，这里的 记载本发明的原理、方面和实施例的所有陈述及其具体例子旨在于 涵盖其等效陈述和例子。