分组交换通信网络的网络节点和在分组交换通信网络中对数据通信量进行通信量分配的方法

摘要

在包含多个网络节点的分组交换通信网络的网络节点中，多个网络节点地址被分配给至少一条连接路径，所述网络节点具有多条、引到其他的网络节点的连接路径。到达网络节点的数据分组通信量被分配到一定数量的所配置的、引到目标网络地址的网络节点地址上并且被传输。

说明书

诸如网际协议网络(简称为IP网络)等的分组交换通信网络将电子数据以分组的形式经由通信网络的各种中间的网络节点从源网络节点传输到目标网络节点，其中通信网络的每个网络节点可以承担作为数据分组的源网络节点或者目标网络节点的功能。网络节点通过连接、或者是连接路径或链路彼此相连。连接路径到网络节点的单个接口为止。在此，至少一个网络节点地址、例如IP地址被分配给如路由器、切换器、网关、桥接器、网络元件等这些网络节点中的每一个，其中所述网络节点地址也可被分配给网络节点接口。网络节点地址经由如OSPF、RIP、BGP、IS-IS等的路由协议被分配给通信网络的网络节点，以致每个网络节点具有关于通信网络的信息，并且能够分别计算和存储到通信网络的所有网络节点的路由。在此，到目标网络节点的路由或路由路径被暂存在网络节点的所谓的路由表中。该路由表包含目标网络节点的网络节点地址、引到该目标的相邻网络节点的网络节点地址和自身网络节点的接口或者接口标识号码(简称为接口ID)，在所述自身网络节点上连接有到该相邻网络节点的连接。具有目标网络节点地址的详细的数据分组能够借助于路由表被转交到该目标网络节点。在此，将目标网络节点地址与路由表中的登记项进行比较，并且在一致时确定相邻网络节点和接口，该分组从所述接口出发经由相邻网络节点被传输到目标网络节点。

如果存在到目标网络节点的多条并行路径，那么在通常的单路径路由(Single Path Routing)时只应用一条路径。在此，依赖于各自的实施方案来选出该路径。

对此可替换的方案是，采用多协议标签交换(简称为MPLS，Multiprotocol Label Switching)。在这种情况下，在整个网络中保持路径所定义的状态，在所述路径上在避开如IP路由等的普通路由的情况下通过网络引导分组。在此，网络节点不再借助于目标地址转交分组，而是在网络输入上将位串(所谓的标签)置于每个分组之前。在每个网络节点中被分析的这个标签确定，应该在哪条路径上转交分组。必须在开始运行网络时建立标签和路径之间的关系。在网络输出上再次去掉该标签。此外，在局部必需机制或规则，以便，当开始设定的路径出现故障时，将分组转到备用路径上，或者以便根据故障建立备用路径。

在两条或者多条相同路径的情况下的另一变型是OSPF协议中的所谓的等价多径方法(简称为ECMP，Equal Cost Multi Path)。在这种情况下，在相同的路径中，数据分组通信量被均匀分配。也就是说，在两条路径中，每条路径得到50％的数据分组通信量，在三条路径中，每条路径得到33％的数据分组通信量等。这具体表明，在两条相同的路径中，每个第二数据分组经由第二路径来传送，或第一数据分组流、也就是数据分组序列经由第一路径来发送，而第二数据分组流经由第二路径来发送等等，以致平均地得到数据分组通信量在路径上的均匀的通信量分配。

本发明的任务是，以能够实现灵活分配到目标网络节点的数据通信量的方式来构造网络节点。

该任务通过按照权利要求1的特征所述的网络节点和通过按照权利要求10的特征所述的方法来解决。

将其他的网络节点地址分配给网络节点的连接路径被网络节点识别为其他的连接路径。如果由此存在从一个网络节点到另一网络节点的多条路径，那么可以通过配置一定数量的所配置的其他连接路径或从一定数量的所配置的其他连接路径中进行选择来实现数据分组通信量的不均匀分配，应该经由所配置的其他连接路径转交数据分组。

本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。

在有利的改进方案中，在应用多路径转交方法的情况下运行本发明的网络节点。这具有以下优点，即诸如ECMP等的标准化方法通过本发明方法来灵活运用。更自由地分配通信量是可能的，因此能够使网络更均匀地满载，并且由此可以使用更多的能源储备。

本发明的改进方案在附图中示出，并且在下面来解释。在此：

图1示出两个网络节点，其通过两条连接路径相连，

图2示出由多个网络节点组成的网络。

图1示出分组交换通信网络的子区，其中两个网络节点K1和K2经由两条连接、连接路径或链路V1和V2彼此相连。连接可以是例如双线线路、同轴电缆或者光波导体。连接V1在网络节点K1上与被分配给该网络节点K1的接口IFK11相连，而在网络节点K2上与被分配给该网络节点K2的接口IFK21相连。以类似的方式，第二连接V2在网络节点K1上与被分配给该网络节点K1的接口IFK12相连，而在网络节点K2上与被分配给该网络节点K2的接口IFK22相连。

根据现有技术，在如OSPF等的普通单路径路由中，只应用两条连接V1或者V2中的一条连接。依赖于实施方案来选出该连接，并且此外不能确保，网络节点K1和K2在其各自传输方向中使用相同的连接。

如果将相同的路由成本或者路由量度分配给连接V1和V2，并且使ECMP有效，那么应用两条连接。于是根据配置以分组的方式或者通过数据分组流将数据分组分配到该连接上，以致对于连接的负荷平均地得出1∶1的比例。

例如，接口具有下列IP地址，其中所属的IP网络应该分别具有/24前缀：

IFK11        10.2.0.1

IFK12        10.2.1.1

IFK21        10.2.0.2

IFK22        10.2.1.2于是，到可经由K2到达的目标“108.13.2.0/24”的网络节点K1中的路由表例如如下所示，其中目的地＝目标网络节点地址或目标网络地址，下一跳＝相邻网络节点而接口＝接口ID。

  目的地  下一跳  接口  108.13.2.0/24  10.2.0.2  10.2.1.2  IFK11  IFK12在网络节点K2中有类似的路由表，所述网络节点K2经由其两个接口IFK21和IFK22向下一跳地址10.2.0.1和10.2.1.1转交到网络节点K1的数据分组或通信量。

如果应该将数据分组不均匀地分配在连接上，那么按照本发明配置其他的、所谓的“虚拟”接口。这通过在接口上配置其他的网络地址或IP地址来实现。

例如，附加地配置下列地址(再次具有前缀/24)：

IFK11      10.2.2.1

IFK21      10.2.2.2这两个所谓的虚拟地址与IFK11和IFK21的初级地址一样有效，并且能够接受数据通信量。

于是，网络节点K1中的路由表如下所示：

  目的地  下一跳  接口  108.13.2.0/24  10.2.0.2  10.2.1.2  10.2.2.2  IFK11  IFK12  IFK11经由网络节点K2到目标网络节点“108.13.2.0/24”的数据分组通信量在网络节点K1中只被分配到三个网络节点地址或网络地址上，其中每个网络节点地址或网络地址承载1/3的总通信量。由于网络节点地址中的两个使用相同的物理接口，并且从而使用相同的物理连接，所以连接V1和V2以比例2∶1承载通信量。

利用该原理，对于数据通信量，可以在多个物理连接路径上实现任意分配。通过设立到物理连接或者物理接口的其他网络节点地址，或通过设立其他的虚拟接口能够实现任意的数据通信量分配比例k/m(k和m是整数)。

为了不均匀地分配通信量，在两个网络节点之间不必存在两个或者多个直接的、并行的连接。如果以类似的方式将多个网络节点地址或I P地址分配给网络节点的、引到其他的网络节点的接口或者连接路径，并且采用多路径转交方法或者是多路径路由方法(Multipath-routing)，那么可以在网络中动态地、不均匀地分配通信量。

IP地址分成所谓的网络部分和所谓的主机部分。这些IP地址以前已通过所谓的类(类A、B、C、D)或通过所谓的子网掩码来确定。这些IP地址在这期间通过前缀来确定。在此，在给接口分配IP地址时具有以下优点，即如在实例中应用IP网络地址或网络地址那样，分别将新的IP网络地址或网络地址分配给接口。在此，在连接的两个网络节点中分别成对地配置相同的IP网络号码或IP网络地址，其中分别单独地分配成对的网络号码。以致，每个所设立的连接对应于自身的IP网络，如在IP网络中通常的那样。

本发明方法也能被用于静态路由。例如在一个网络节点中针对不同的目标或目标网络节点或者目标子网设立不同的通信量分配。同样，在组合动态和静态路由时也可以应用本发明方法。对于单个目标，可以不考虑具有所设立的通信量分配的动态路由，而是可以设立具有完全不同的通信量分配的静态路由。此外，可以例如登记静态路由，通过所述静态路由越过多个网络节点将通信量分配到路径上，所述路径在OSPF和ECMP的意义上不是“等价”的。在此，当然在配置时必须注意，路由不形成环路。

有意义的是，在静态路由时，管理地址与管理静态路由分开，以致不必针对通信量分配的每次变化配置或者去除新的接口地址。例如推荐，每个连接或链路固定地配置一定数量的地址。在此，在这里所采用的点对点链路中分别采用最小的、例如具有网络前缀/30的IP网络。因此，每个链路需要4个IP地址。对于根据图1在接口上分别资源优化地分配4个地址的情况，例如可能选出下面8个网络：对于L1：10.2.0.0/30、10.2.0.4/30、10.2.0.8/30、10.2.0.12/30对于L2：10.2.0.16/30、10.2.0.20/30、10.2.0.24/30、10.2.0.28/30于是接口地址可能例如为：

IF11：10.2.0.1，10.2.0.5，10.2.0.9，10.2.0.13

IF21：10.2.0.2，10.2.0.6，10.2.0.10，10.2.0.14

IF12：10.2.0.17，10.2.0.21，10.2.0.25，10.2.0.29

IF22：10.2.0.18，10.2.0.22，10.2.0.26，10.2.0.30

在静态路由时，在路由表中只登记和注销相应的下一跳，以便改变负载分配。

除了静态路由之外，在遵守一定的边界条件、如适当地调整路由量度时，也可以运行如OSPF等的路由协议作为备用，以致，即使在到一个目标的路由表中应不再存在起作用的静态的下一跳，无论如何也能找到一条路径。

此外，在该背景中并行运行传统的路由协议具有以下优点，即自动识别连接的再现。同样也可以采用快速错误识别。

可以局部地在网络节点中计算通信网络中的路径或路由。与此相反，例如可以通过如网络控制服务器NCS(Network Control Server)等的中央控制单元或者通过网络节点彼此经由适当的协议进行通信，来全局协调通信量分配。

同样也可采用一种协议，网络节点通过该协议通知其相邻网络节点，该相邻网络节点应该为接口配置另一虚拟IP地址。这可由此来实现，即参考接口的初级IP地址，并附加地给出地址和IP网络号码，以及通过协议将这些地址和IP网络号码传送给相邻网络节点，如在上述所给例子的情况下为10.2.0.18和10.2.0.16/30。

图2示出通信网络的片段，该通信网络由五个网络节点R1至R5和两个子网N2和N3组成。网络节点R1一方面与没有示出的通信网络相连，而另一方面具有两个接口IF11和IF12。接口IF11通过连接L1与网络节点R2的接口IF21相连，该网络节点R2再度具有两个其他的接口IF22和IF23。接口IF22通过连接L3与网络节点R4的接口IF41相连，该网络节点R4同样也具有两个其他的接口IF42和IF43。接口IF43通过连接L7与子网N2相连。网络节点R1的接口IF12通过连接L2与网络节点R3的接口IF31相连，该网络节点R3也具有两个其他的接口IF32和IF33。接口IF33通过连接L6与网络节点R5的接口IF52相连，该网络节点R5具有两个其他的接口IF51和IF53。接口IF53通过连接L8与子网N3相连。此外，网络节点R2的接口IF23通过连接L4与网络节点R5的接口IF51相连，并且网络节点R3的接口IF32通过连接L5与网络节点R4的接口IF42相连。

借助于图2说明，如何将所建议的方法用于不同的目标、目标网络节点或目标子网。网络节点R1应该以比例2∶1将到子网N2的通信量或数据分组分配到线路L1和L2上，而以比例1∶3将到子网N3的通信量分配到线路L1和L2上。

如下设置网络节点R1、R2和R3的接口地址：

网络10.0.0.0/30 IF11(10.0.0.1，初级)  IF21(10.0.0.2，初级)

网络10.0.0.4/30 IF11(10.0.0.5，次级)  IF21(10.0.0.6，次级)

网络10.0.0.8/30 IF12(10.0.0.9，初级)  IF31(10.0.0.10，初级)

网络10.0.0.12/30 IF12(10.0.0.13，次级)IF31(10.0.0.14，次级)

网络10.0.0.16/30 IF12(10.0.0.17，次级)IF31(10.0.0.18，次级)

在网络节点R1的下述路由表中，从网络节点R1到网络N2的通信量以比例2∶1被分配到线路L1和L2上，而从网络节点R1到网络N3的通信量以比例1∶3被分配到线路L1和L2上：

  目的地  下一跳  接口  N2  10.0.0.2  10.0.0.6  10.0.0.10  IF11  IF11  IF12  N3  10.0.0.2  10.0.0.10  10.0.0.14  10.0.0.18  IF11  IF12  IF12  IF12

在应用静态路由时，不必将虚拟地址对称地引入路由中，也就是通信量分配在两个方向上可以不同。在较大的网络中，基于分组转交的所要求的无环路性，这甚至是规则

如果不采用静态路由，则可以为路由器配置地址工具，从所述地址工具中可以得出接口的新的虚拟IP地址。一旦在链路的两侧上配置有附加地址，那么可通过例如具有ECMP的OSPF等的路由协议自动地开始使用该附加地址。

为一个接口分配多个IP地址可以被用在常规的具有ECMP的OSPF中，以便在网络中利用不同带宽的链路实现适当的通信量分配。如果例如在图1中连接L1可能具有155M位/秒的传输带宽，而连接L2可能具有622M位/秒的传输带宽，那么可能为了根据链路带宽分配通信量，针对连接L2每侧配置四个网络节点地址或IP地址，并且针对连接L1每侧只配置一个网络节点地址或IP地址。