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CN1269955A - 环路检测 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及当建立到目的地转换器ES之路由时由信源转换器AS产生的环路检测装置,其中环路检测装置是环回单元(20),其具有在信源(21)和转变点(22)字段中的信源转换器AS。

Description

环路检测
本发明涉及用于网络中通信管理的方法和装置。
本发明尤其涉及用于检测网络中尤其是例如异步传输模式(ATM)网络中的面向连接网络中之环路的方法，以及涉及在该方法中所使用的装置。
有两种主要类型的网络，即面向连接网络和无连接网络，其用于在网络之间传送信息。
面向连接网络中，例如为异步传输模式网络中，消息或信息流在例如为A和B的二个端系统(例如为计算机或电话等)之间传递，其通过在传递期间建立和保持的连接被连接到网络。因此，在任何消息能被发送之前，一定发生逻辑/虚拟连接设置阶段。在连接设置进程期间，该连接设置进程能够由通过向网络发信号的端系统或者由管理系统或者由其它装置而初始化，选择通过网络的路径，逻辑信道分配在路径中节点之间的链路上，资源保存在链路和节点中，并且逻辑信道被互连在节点中，其在这种类型的网络中包括转换器。
在连接设置进程期间，转换器在表中记录互连的逻辑信道，使得在互连逻辑信道之间一般通过硬件逻辑能够容易地传递连接的后续数据阶段中的信息。
在ATM网络的情况下，连接中的信息以单元形式传送，每个单元包含53个字节，其中5个字节形成报头，48个字节是有效负载。报头包含用于在当前链路上连接的逻辑信道的识别符。该识别符必须随单元通过节点由转换器进行变化并在下一个链路上传输。有效负载包含来自由连接传递的流或消息的信息。
对于因初始化来自端系统信号之结果的连接设置，一般不能发生环路，因为这由处理该信号的网络功能阻止了。
为了确保路由正确地起作用，称为环回单元的特殊维护包能被发送在路由上。环回单元包含其中能够识别环回单元的信源和单元的目的地的信息。还有称为环回指示符的指示符，其表示该单元是传向还是传自环回点/目的地。因此，如果节点A希望检查到节点B的路由正在正确地起作用，则其发送具有A作为信源且B作为目的地的环回单元。该单元包含说明该单元是非用户单元，并且特别说明其是维护单元的信息。维护单元具有指示其是环回单元的字段(field)。该字段通知目的地转换器或节点(在这里为节点B)，其一定要转向单元并将其传送回信源。因此，在接收环回单元时节点检查环回点/目的地字段，看是否将该单元环回。如果其确实将该单元环回，则其改变环回指示符表示该单元已被循环。其不改变信源识别符或环回识别符。在环回单元中还可以有另一字段，称为相关标记，其保持不变。如果A和B之间的路由正在正确地起作用，则节点A将收回来自B的环回单元，其带有指示单元已被转向的环回指示符。该事件发生在环回单元插入之后的某个时间。该时间依赖于路由的长度和出现在其上的任何排队或其它延迟。
连接设置进程需用一些时间，扫过每个节点要几十到几百毫秒的时间量级，因此对于端系统引入了一些等待时间。但是，一旦建立了连接，通过转换器硬件，信息能够以有效的方式传送过节点/转换器。当在网络中发生故障时，该连接一般被中断并且不得不设置新的连接。然后新连接将被选定路由以便避开网络的故障部分。
在大的无连接网络(通过无连接表示在通信装置之间没有设置固定通信但此时通过可获得的最好路由能发送该信息)例如为因特网中，在这里信息是以分离的信息包在节点例如A，B之间传送的，该信息包包括报头，报头是一部分包含了亦在其中的它的识别符，它的长度和其它有用信息的信息，其来自哪里(信源)，其必须到达哪里(目的地)。每个节点使用路由协议，以便交换在网络中如何最好到达其它节点的路由信息。在HUITEMA，CHRISTIAN，“Routing in theInternet”，ISBNO-13-132192-7，4.4章到4.2.6章中描述了路由协议的说明，本申请引用其公开作为参考。当在网络中的节点之间路由这些信息包时，总存在发生环路的可能性。当路由中链路或节点封闭或者其它从在前节点暂时地或永久地不能接收新的信息包时，这是可以发生的。然后在这种情况下的在前节点经过替代路径前传已经存储在其路由信息协议中的信息包。但是，在某个阶段，该替代路径有可能包含具有路由信息协议的链路，该路由信息协议引导返回到该在前节点。在这种情况下，该信息包经替代路径从在前节点选择路由再次返回到在前节点。因此，形成了环路。如果环路形成，则由于围绕环路在中继段上不必要的发送将浪费系统资源。即使环路中断，在环路中获取的信息包能被认为是没有价值的，它们不会在正确的时间上传递到它们的目的地。
但是，环路通常是瞬态问题。这是因为路由信息协议用网络状态的信息修改，因此每个节点的原始和替代路径也是恒定地被修改。这个修改能够例如通过交换路程矢量或者关于节点之间链路状态之信息来完成。
路程矢量包含用于网络中每个目的地的信息，一般地说，每个目的地为一个元素，同时其是从特定节点到那个目的地发送信息包的路程或“成本”。通过路由协议，每个节点与其全部邻近节点交换路程矢量。该交换周期性地发生，并且当发生导致改变其成本的事件时也是可能的。从近邻接收的路程矢量及有关对该近邻之链路成本的知识由节点用来重新计算其路程矢量。当接收用于向前传到某个目的地的信息包时，对应的路程矢量表示出哪个链路应用作以最低成本向前传送该信息包。然后使用具有最低成本的路径来为该信息包选定路由。如果节点或者到节点的链路在特殊路径中失败，则其相邻节点指示出使用该失败节点或链路的成本为无限大并因此一定要选择替换的路径。有关该失败节点的信息被以修改的路程矢量发送到其它的相邻节点。这些节点然后修改它们自己的路程矢量并将它们送到其它的相邻节点等。因此关于该失败链路的信息缓慢地传过网络。每个修改的路程矢量影响着所有的相邻节点，并且在路程矢量收敛和新的稳态被重新建立之前在相邻节点之间其进行许多次的路程矢量交换。在该收敛周期期间，被送到原始路径上的信息包有可能受到变化的路程矢量的影响并在环路中结束。当路程矢量已经收敛时该环路自然地结束。但是在收敛周期期间，其能够持续到分钟量级，将浪费珍贵的处理器和带宽资源。
环路瞬态属性的另一原因在于在大多数无连接网络中，有一些协议，其中每个信息包具有通常在其报头中的计数器，称为“活动时间”(time to live)，其确保在逝去确定时间之后或者更一般的是在信息包已穿过预定数目的节点之后，信息包被下卸即从网络中损坏和去掉。依赖于当环路发生时“活动时间”计数器值之值和环路中的延迟，环路能够存在最大达到一分钟的时间周期。在这个周期内，在前述的被认为无价值并注定要放弃的环路中处理该信息包方面浪费了珍贵的路由处理器资源。在HUITEMA，CHRISTIAN，“Routing in theInternet”ISBNO-13-132192-7，3.3.1章“The Internet Header”中能够找到“活动时间”计数器的解释，在此作为参考被本申请引用。
由于在发送消息之前不需要建立信源和目的地之间的逆向连接，无连接是灵活的并且消息能够被快速地发送。但是，这些网络要求极大的处理器容量以确定正被发送的每个信息包的目的地，并且在系统中能发生浪费资源的环路。
为了改善网络的性能，已经提出形成所谓的“标号(label)转换网络”(其也公知为“多协议标号转换网络”)，其中无连接网络被重叠在面向连接网络。换言之，诸如路由器的无连接装置是与诸如例如在ATM网络中之转换器的面向连接装置相联系的。每个路由器使用其路由协议，以建立它的具有目的地信息的路由表，它表示出向每个特定目的地即称为下游节点之节点发送的最好路由，为了到达希望的目的地，其一定要向前通信。然后，对于到每个目的地的通信量/信息包，其从该下游邻近点一定要请求一般公知为“标号”的逻辑信道号。当该节点从其上游邻近点得到了对应的请求时，其能够命令其转换器部件互连这些信道。随着该处理在网络的节点中正在进行，将建立从每个信源到每个目的地的链路层连接。这些连接将遵循与最好路径相同的路径，这些最好路径已经由路由协议和路程矢量确定了。
这种标号转换网络的问题是路由器网络能够引起环路，其然后被加到面向连接网络上。由于在面向连接网络中缺乏用于检测环路的特定机构，因此在路由器网络以标准方式通知有环路之前，这种环路有可能存在相对长的时间周期。
带有加叠在例如转换器和/或ATM之面向连接网络上的例如为路由器之无连接网络的问题是环路的存在引起系统资源的浪费。用于路由器网络的现有技术路由协议不能提供防止环路的保证。它们仅仅提供了状态条件，其中协议规则确保限制环路的最大寿命。这意味着如果环路发生，则将浪费系统资源直到环路达到其最大寿命或者系统进行一些偶然地中断环路的变化为止。
通过在面向连接网络、尤其在ATM网络并且特别地在包括有叠加在面向连接网络之上的无连接网络之网络中提供用于检测环路和用于中断环路的有源装置，本发明试图在发生环路时减小系统资源的浪费。这是通过如下方法实现的，其中当信源转换器在面向连接网络中建立了对目的地转换器或节点的连接时，其将例如为环路检测单元的环路检测装置插入路由中。该环路检测单元包含识别装置，其由信源节点识别出环路检测单元是否返回到节点。如果没有环路，则该单元将继续到在那里其要被放弃的路由的目的地点。如果有环路，则环路检测单元将返回到信源节点。其将被信源节点识别并且将警告信源节点有环路出现，并且能采取行动以避免该环路，例如，信源节点能通知相关的例如路由器的网络控制装置有环路出现了。这具有的优点是在几个毫秒而不是近似为一分钟之内能检测出环路。
本发明的优选实例中，环路检测装置是环回单元，其中，在单元的信息字段中，信源节点或转换器是环回单元的信源和目的地(即转变点(turning point))。如果没有环路出现，则在没有(有意)形成环路的情况下，由于其在仅引至路由之目的地点的链路上传送，环回单元不能返回到信源节点或转换器。如果有环路出现，则在信源和目的地/环回字段中具有信源识别符的环回单元将返回信源节点或转换器。环回指示符表示出该单元正传送到转变/环回点。通过实现其本身是环回单元的信源和目的地，节点或转换器检测该环路。它检查其是否是环回单元的目的地，并且其如果不是目的地，则单元将沿其逻辑信道传送。为了识别它是环回单元的始发方，其能够使用信源识别符字段或相关标志或者两者。它还检查环回指示符表示出该单元在朝向环回点的方向上流动。
在本发明的一个实例中，为了确保信息包不被传送到潜在的环路，在发出环路检测单元之后，信源节点能够排队输入通信量直到经过某些时间为止。选择该时间，使得即如果确实有环路，则在时间过去之前，该环路检测单元将极有可能返回信源节点。但是，需经过的时间一定不能太长，因为这导致信息包处理中不可接受的延迟并要求大的缓存。因此按照正被发送的信息类型和路由的期望长度来选择该时间。
在本发明的另一实例中，为了避免不必要的延迟信息包，在已经发送环路检测单元之后，该节点沿着路由开始发送没有延迟的信息包。这意味着做一个假设，即新路由将不引起环路。在环路很少发生和/或信息包延迟是不可接受的情况下该假设是可接受的。
图1是表示根据本发明之简化网络的一个实例的示意图。
图2是根据本发明之环路检测单元的一个实例。
图1，其将用于表示本发明的基本思想，表示了虚拟简单无连接网络的例子，其叠加在由节点A、B、C、D和E构成的面向连接网络之上。在该实例中，每个节点具有无连接装置，其为了例子起见表示成路由器，AR，BR，CR，DR和ER，每个节点还具有面向连接装置，其为了例子起见表示成ATM转换器AS，BS，CS，DS和ES。自然地对于本发明其可能被应用在混合网络中，其中出现了无连接装置和/或面向连接装置和/或无连接和面向连接装置的组合。
路由器和转换器由链路L1，L2，L3，L4和L5互连。每个节点A-E具有路由确定装置，例如其呈路由表的形式，分别为RTA，RTB，RTC，RTD，RTE，它包含路由信息装置，例如呈路由信息入口EA-B，EA-C，EA-D，EA-E等到EX-Y(这里X是信源，Y是目的地节点)的形式，其表示信息包从各个节点到网络中另外节点信息包是如何选定路由的。路由表中的这些入口是从路由成本识别装置中建立的，其方式在现有技术中公知，例如为路程矢量的形式，其每个节点传送到网络中它的相邻节点，其在这里不详细地说明。作为例子，对于节点A的路由表RTA，其包含的信息是：从节点A到节点B，从节点A到节点C，从节点A到节点D以及从节点A到节点E是如何传送信息包的。注意，有几种方式使节点A能够将信息包传送到节点E，即经过链路L1，L3，L4，L5或者经过链路L2，L4，L5。一般地说，节点A将经链路L2，L4，L5把信息包传送到节点E，因为它给出最短的因此是“最便宜的”路由，(假设对于网络中所有链路来说使用链路的成本都是相同的)，因此从信源节点A到目的地节点E的路程EA-E应具有成本3。如果链路L2中断，则节点A将使用链路L1，L3，L4，L5代替之，并且从节点A到节点E的路程将增加到4，路由信息入口将被改变以反映之。
类似地，节点B具有到节点E的路程EB-E，如果节点3是完整的，其为3，如果节点3失败，则其升至4。
对于节点D，到节点E的路程ED-E为1，除非链路L5中断，在这种情况下路程变为无限大即变为从节点D不可能到达节点E。
路由器AR-ER使用其路由表通过前述的转换器AS-ES建立连接。因此在正常情况下，当希望向E发送通信量时，路由器AR请求从节点CR到E的标号，即在ATM情况下通信量的逻辑信道号CLEa-c。由A接收的目的地为E的信息包然后将通过那个信道向前发送到C。
路由器CR将要求D的对E之通信量的标号CLEc-d，并且能够命令其转换器CS用CLEc-d与CLEa-c的互连，由此允许从A到E的通信量由转换器CS处理，并因此旁路和节省路由器CR中的资源。
以相同的方式，为向E之通信量的A的上游节点X将向A请求标号CLEx-a，然后其允许AR命令其转换器AS用CLEa-c与CLEx-a互连。
按前述建立的这些连接将遵循在路由器中由路由表RTx确定的路径。如果一些事件引起这些路由器产生环路，则这将导致连接环路。
例如考虑如果在链路L4中有中断时所发生的情况。这将由路由器CR检测，其将设法通知其近邻路由器AR和BR，其到D和E的路程是无限大的。在任何情况下如果该到B的消息丢失了，则AR将确信其能够经过B以成本3到达D，并且AR将此通知C。这导致路由环路。
在该事件之前，A具有到C的信道CLEa-c，用于向E的通信量，并且B具有对应的信道CLEb-c，用于其向E的通信量。
作为该事件的结果，节点A将其信道释放给C，并替之向B请求对B的信道，即CLEa-b，用于向E的通信量。BS将用现存的信道CLEb-c与此互连。C将向A请求用于向E之通信量的信道CLEc-a。路由器AR将命令转换器AS用CLEa-b互连CLEc-a，路由器CR将命令转换器CS用CLEc-a互连CLEb-c，因此形成环路连接。只要环路存在，向E的所有信息包将在环路中循环并引起链路和转换器资源的浪费，并最终导致诸如在转换器缓存等中溢出的问题。
本发明通过提供环路检测装置减小了浪费资源的问题。在图2所示本发明的优选实例中，环路检测装置包括特定修改的维护环回单元20，其是在建立对另一转换器的通信信道时通过转换器产生和发送的。单元20具有报头18和有效负载19。该环路检测单元20具有始发转换器，其在信源字段21作为信源以及在转变点字段22中识别。该单元20还能具有环回指示符字段23，其表示单元是否已经环回。因此，如果转换器AS将建立与转换器ES的通信，其产生环路检测单元20，其中该单元将包含作为信源的AS和作为转变点的AS。然后该单元20被送到应引至转换器ES的路由上，并且一般其不返回转换器AS。如果转换器AS接着收回任何单元，其在信源和转变点字段(21，22)两者中包含AS并具有环回指示符23，如果出现，其表示单元已经没有环回，它意味着已经形成了环路。信源还能由一些其它信源字段识别，例如该信源字段为特定在ITU-T610规则中的相关标志24。然后转换器AS能采取适当的作用以防止正被使用的环路和/或中断环路和/或从网络中发出警告。在这种方式下，能够即时检测环路，并使环路检测单元跳过在新建立路由中的环路。一般地说，能够认为环路仅包含几个节点和链路。因此，环路检测单元跳过环路的时间一般将是短的，并且环路将以根据本发明的方法快速地检测。
如果没有环路，则环路检测单元将继续到目的地节点并被放弃，或者可能地带有变化到“被环路”的环回指示符环回。
如果有环路，则环路检测单元在返回到产生它的转换器之前被丢失或消失，然后该环路以标准方式在规定的时间内去掉。
在根据本发明方法的优选实例中，产生环路检测单元的转换器假设没有任何出现在路由上的环路并且在发送环路检测单元之后将信息包在路由上向前传送。这避免了延迟信息包但如果确实有环路则可能导致一些信息包的丢失。但是，由于通过使用环路检测单元能够更快地进行环路检测，丢失信息包的数目将低于如果没有发送环路检测单元的任何情形下所丢失的数目。因此，该实施例导致改进了传送性能且没有信号延迟。
在根据本发明方法的第二实施例中，产生环路检测单元的转换器假设有环路出现在路由上。这种情况下，有一个计时器，其在环路检测单元已被发送在替换路由上之后，设定终止预定的时间间隔。选择计时器的长度以对应合适的最大环路长度。例如，可选择这种最大长度对应于信息包将跳过任意数目链路的环路或者是设定数目传送周期的时间。存储在路由上具有目的地的信息包直到该计时器周期的结束。如果环路检测单元还没有返回转换器，则假设没有环路出现，并且所存储的信息包将在路由上传输。该实施例导致更加改进了传输质量，因为在以将延迟引至一个或多个信息包之传输中为代价下在环路中将没有信息包的丢失。
选择使用本发明哪个实施例自然地依赖于数据包中信息的类型，在数据传输中延迟是可接受的，但是在不承受质量的可察觉损失的情况下，几个信息包的丢失是不能接受的，而电话谈话中质量损失是能被接受的，但传输延迟是不能接受的。对于节点或转换器有可能确定使用哪个实施例，用于其接收的每个信息包：某些要立即传送而另一些则要延迟。
在没有示出的本发明第三实施例中，环路检测单元是在预先编程的或预定的时间间隔下产生的。
在没有示出的本发明第四实施例中，环路检测单元不是在路由建立的每个时间产生的，而是在路由已被建立之后预编程的或预定的次数后产生的。
本发明自然不局限于仅具有5个节点和5个链路的网络，而是适合于任何大小的网络。
尽管本发明的概念已通过叠加在面向连接网络上的无连接网络的例子进行了说明，当然可设想在纯面向连接网络以及在包括面向连接网络或转换器的网络中使用本发明。
本发明不局限于基于环回单元的环路检测装置，而是能够使用任何其它单元，该单元能被适当地设计或改进，可通知始发方装置环路存在。

Claims (6)

1.检测网络中环路的方法，该网络包括节点(A-E)和互连所述节点的链路(L1-L5)，其中至少一个节点包括面向连接网络装置，例如，为转换器(AS-ES)，特征在于步骤：
a)信源面向连接网络装置，例如为转换器(AS)，在其与目的地面向连接网络装置例如为转换器(ES)建立通信路由的任何时候，产生环路检测工具(20)；
b)所述信源面向连接网络装置(AS)经过所述通信路由向所述目的地面向连接网络装置(ES)发送所述环路检测工具；和
c)如果所述环路检测工具返回所述信源面向连接网络装置(AS)，所述信源面向连接网络装置(AS)确定环路出现。
2.根据权利要求1的方法，特征在于步骤：
d)在上述步骤b)时或之后，所述信源面向连接网络装置(AS)启动环路检测计时器；
e)所述信源面向连接网络装置(AS)存储用于所述目的地面向连接网络装置(ES)的信息包直到所述计时器期满为止；和
f)在计时器期满之前，如果所述环路检测工具不返回所述信源面向连接网络装置(AS)，所述信源面向连接网络装置(AS)经过所述通信路由发送所述信息包。
3.根据权利要求1或2的方法，特征在于所述环路检测工具是由所述信源面向连接网络装置(AS)产生的环回单元，所述环回单元具有识别所述信源面向连接网络装置(AS)作为信源和转变点的字段。
4.根据前述权利要求任何一项的方法，特征在于所述网络包括至少一个节点(A-E)，该节点包括面向连接网络装置(AS，BS，CS，DS，ES)和无连接网络装置(AR，BR，CR，DR，ER)。
5.环路检测单元(20)，其具有例如为信源字段(21)和/或相关标志(24)的信源识别装置和例如为转变点字段(22)的转变点识别装置，特征在于：在所述信源识别装置(21，24)中识别的装置(AS-ES)与在所述转变点识别(22)中识别的装置(AS-ES)是相同的。
6.根据权利要求5的环路检测单元(20)，特征在于：其包括诸如为环回字段(23)的环回指示符装置，用于指示所述单元是否已被环回。
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