CN1622551A - 层次式交换网络内部服务系统及其管理控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种层次式交换网络内部服务系统及其管理控制方法，属于计算机网络技术领域。层次式交换网络内部服务系统框架依附于层次式交换网络上，每个节点域中除了交换节点外，有一个或多个服务节点，在服务节点中部署多种类型的服务。一方面节点域内部各服务节点之间以及服务节点与交换节点之间的服务协议实现节点域内部服务的管理与控制，另一方面在节点域之间通过服务消息的交互实现域间服务的互操作，以此为基础构造的层次式交换网络内部服务系统，可提供各种内部服务。本发明在提高网络交换性能的同时保证了服务的差异性和多样性，有利于服务的部署和管理，有利于网络的安全。

Description

层次式交换网络内部服务系统及其管理控制方法

技术领域

本发明属于计算机网络技术领域，特别是一种层次式交换网络内部服务系统及其管理控制方法。

背景技术

层次式交换网络是一种按照层次结构构造的特别网络体系结构，其拓扑结构按层次结构构造，其地址空间也按照层次结构进行分配，而且拓扑结构的层次与地址结构的层次是严格匹配的。它通过重新规定网络拓扑结构、网络地址分配的方法、以及二者之间必须满足的关系，用IP交换(IP Switching)代替IP路由(IP Routing)，避免路由操作，实现数据包按照层次地址快速地进行交换。层次式交换网络具有高性能、可扩展、可管理等特性，与IPv6协议族完全兼容，是构造下一代互联网的理想体系结构。

层次式交换网络是以节点域、逻辑链路、短接链路作为基本元素构造的层次网络。层次式交换网络的管理和交换控制过程以节点域为基本单位，独立于其它节点域。节点域的主要功能是完成数据包的交换，除此之外也为网络的运营提供一些特殊的服务。这些服务是网络运营商设立的专用内部服务，包括服务质量资源管理服务、组播管理服务、IPv4隧道配置服务、网络管理服务、安全服务、计费服务等。

对于性能要求较高的节点域，评价数据交换性能的标准是数据包的转发效率，测量参数为吞吐量、延迟、丢包率等。内部服务强调的是服务功能的完备性和准确性，而完备性和准确性意味着存储更多的状态信息和复杂的协议处理与计算。当前互联网将二者放在一起，路由器既要完成高速的数据包转发，又要进行复杂的路由协议的交互与计算，同时还要进行各种辅助的内部服务操作，大大降低了路由器的效率、增加路由器的复杂性。

在当前互联网服务质量提供框架之一的DiffServ体系结构中，网络划分为若干个区分服务域。(S.Blake，D.Black，M.Carlson，E.Davis，Z.Wang，W.Weiss，“An Architecturefor Differentiated Services”，RFC 2475，December 1998)在每个区分服务域内，将接纳许可控制和带宽管理等复杂的功能交给集中式的带宽代理(Bandwidth Broker，简称BB)完成，它收集网络的拓扑和节点及链路状态信息，管理网络资源，并结合策略服务器规定的策略进行接纳控制，相邻的区分服务域之间通过BB间的协商建立服务等级协定(ServiceLevel Agreement，简称SLA)，使DiffServ能够实现端到端的接纳控制和QoS保障。(K.Nichols，V.Jacobson，L.Zhang，“A Two-bit Differentiated Services Architecture for theInternet”，RFC 2638，July 1999)此种结构的优点是一方面简化了路由器的功能，另一方面是从组织结构上看，它将原来的多方协商变成了单方协商，将多方之间的信任关系变成了相邻对等服务器之间的双边信任关系，减少了复杂的交互和需要存储的状态。但是，此种方案局限于解决服务质量管理方面问题，工作于划定的区分服务域范围内，没有提出通用的服务提供架构。在互联网的计费、网络管理、安全等领域的情况与此类似。

发明内容

本发明解决了上述层次式交换网络存在的问题和不足，提供一种层次式交换网络内部服务系统及其管理控制方法，将数据交换与各种繁杂的内部服务分开，使交换机解放出来专注于数据交换功能，通过在节点域中设立相对独立的服务系统，对服务进行集中式的统一管理和控制，实现服务与数据交换的功能分离。层次式交换网络内部服务系统可以方便地定义、配置并部署各种服务，并通过标准的服务协议实现各种内部服务。

本发明的技术内容：一种层次式交换网络内部服务系统，层次式交换网络中节点域替代树型结构的节点，逻辑链路替代树型结构的分支，层次结构网络是以节点域和逻辑链路为基本元素构造，其特征在于：节点域中设置的相互联接的交换节点，用于数据交换，节点域中还设有一个或一组服务节点，用于接收、处理和分发各种内部服务控制和管理消息。

一种类型的内部服务对应若干个分布在节点域内不同服务节点上的服务进程，其中一个是主服务进程，实时提供该种类型的服务，其它服务进程处于热备份状态，这些服务信息用服务进程表记录，节点域内所有节点存储并维护一个服务进程表。

对于层次式交换网络范围的全局服务，采用就近提供服务原则，顶层节点域为全局服务维护一个全局服务位置表，记录在HSNET网络内各节点域提供全局服务的服务地址，各节点域部署了全局服务后，需要到顶层节点域注册，修改服务位置表。

一种类型的内部服务对应唯一的服务地址，在节点域的内部地址中，由节点域地址前缀、节点域的交换字段位模式为全1以及TYPE字段为4表示节点域内部服务的地址，Y字段具体表示该服务的类型。

一种层次式交换网络内部服务系统的管理控制方法，其步骤包括：

(1)在提供服务的服务节点中进行部署服务进程，每个服务进程启动后定期发布其服务进程公告消息，各节点修改服务进程表；若节点域部署了全局服务后，需要到顶层节点域注册，修改全局服务位置表。

(2)确定要提供服务的服务地址，将服务请求消息依据该服务地址向目的节点域发送；

(3)到达相应的节点域后，查找服务进程表，确定服务进程访问点，在节点域内传递服务请求信息包，实现访问服务进程提供的服务。

进一步，当服务请求消息到达目标服务地址并完成服务后，一般需要向请求服务的源端发服务应答消息。

进一步，如提供的服务为全局服务，其服务地址不确定时，依次上行访问各个节点域，直到找到提供该类型服务的服务进程或者到达顶层节点域，根据全局服务的服务进程位置表，确定服务进程所在的节点域，修改服务请求消息的目的服务地址，直接将包发送到目的节点域。

进一步，如提供的服务为全局服务，其服务地址不确定时，将服务请求消息先直接发送到顶层节点域，查找全局服务的服务进程位置表，确定提供所需要的全局服务的节点域地址。

进一步，每个节点域中维护一张全局服务的服务进程位置表，发出服务请求前，先查询本节点域的服务进程位置表，选出一个离自己最近的服务进程所在的节点域，再发出服务请求。

进一步，节点域内服务消息包的处理过程包括：

(1)节点域内部节点判断消息包是否为服务协议消息，如是服务协议包，解析服务类型；

(2)查找服务进程表，确定该服务的主服务进程及其服务访问点信息，内部交换标记ISL封装服务协议包；

(3)封装后的服务协议包根据封装标签在节点域内部交换，到达主服务进程所在的服务器，并送到相应的服务端口。

进一步，判断消息包其是否为服务协议消息且确定其服务类型方法之一，若包的目的网络地址就属于本节点域且其地址为某种服务的地址(Type＝4，X＝0，Y＝服务类型)，则该包是服务协议包，从Y字段得到服务类型。

判断消息包其是否为服务协议消息且确定其服务类型方法之二，若Next Header字段的值为0(说明下一个扩展报头是HOP-By-HOP扩展报头)并解析HOP-By-HOP扩展报头中字段VALUE取值范围为36-50，则该包是服务协议包，服务类型由VALUE的值确定。

本发明的技术效果：层次式交换网络内部服务系统是提供各种内部服务的一个框架，特别的采用将数据交换与内部服务相分离的集中式服务结构，在提高网络交换性能的同时保证了服务的差异性和多样性，有利于服务的部署和管理，有利于网络的安全。具体表现在：

(1)层次式交换网络节点域的一个重要设计思想将高性能数据交换功能与其它辅助服务功能分开，不同的功能由不同的专用设备完成。交换机只负责高性能的数据交换，节点域的内部交换机设计考虑节点域的交换容量、转发效率、流量的负载平衡和可靠性。交换功能和服务功能的分离减小交换设备的复杂性，简单专一的功能有利于硬件的实现，可以大大提高交换机和节点域的交换能力，节约成本。节点域的主要“智能”集中于服务节点，由内部服务系统实现各种类别的服务，节点域的内部服务节点设计考虑满足各种服务的差异性需求和服务提供的便利性，而内部服务系统集中统一的服务提供机制满足上述的需求。

(2)内部服务的集中统一的提供机制避免了服务协议的复杂度，减少网络服务协议的开销。同时，具有管理和部署的灵活性，服务的部署、管理和升级服务的部署没有加重交换机的负担，没有影响交换机的交换能力。

(3)层次式交换网络内部服务系统定义了一种开放的服务提供框架，以及在此服务提供框架上配置、管理和控制各种内部服务的一组方法集合。主要包括服务的定义、标识与寻址、服务在层次式交换网络上部署与配置，以及实现服务的实体——服务进程在节点域内部的管理与控制方法、服务消息在层次式交换网络内部的交换方法、节点域内部交换节点与服务节点的互操作等。开放的框架和统一的服务协议标准有利于引入新类型的服务。

(4)内部服务对普通用户透明，这对于网络的安全是至关重要的，尤其对于避免分布式拒绝服务DDOS网络攻击有显著效果。内部服务系统是网络运营者为普通用户提供透明访问内部服务的一种方式。通过为这些内部服务设计了特殊的地址格式、管理机制和访问控制方法，普通用户无法直接访问，只能通过特定的系统访问内部服务器，用户无法知道服务器的位置和其它配置信息。由于用户网络与骨干运营网络有明确的边界，而内部服务系统由骨干运营网络者提供，所以可以在网络边缘方便地进行服务访问的安全性检查，区分合法访问和非法访问。由于网络边缘的用户量有限，在网络边缘进行安全性检查具有可扩展性。

附图说明

下面结合附图，对本发明做出详细描述。

图1为基于逻辑节点域和逻辑链路扩展的局部层次式交换网络示意图；

图2为内部特殊地址格式示意图；

图3为HSNET网络内部服务系统框架示意图；

图4为节点域内节点对服务协议消息的处理流程；

图5为ISL封装有效包结构；

图6为封装无效包结构；

图7为IPv6 HOP-BY-HOP扩展报头结构；

图8为HSNET网络内部服务系统综合实施例示意图。

具体实施方式

本专利的技术方法是在专利03120998.X构造的层次式交换网络系统内，基于专利03121527.O提供的节点域控制框架下实现的，涉及网络内部服务的管理与控制。

为提高树型结构网络的可靠性和节点与链路容量的可扩展性，层次式交换网络(HSNET)提出了基于节点域(或称逻辑节点)与逻辑链路的扩展方案。基于节点域与逻辑链路的拓扑扩展的基本特征是，以节点域替代树型结构的节点，以逻辑链路替代树型结构的分支，以节点域和逻辑链路为基本元素按树形结构组织成逻辑上的层次结构网络，保持层次结构特点。参考图1，节点域1是层次式交换网络系统基本元素之一，是指由一组互相连接的交换机4和其他功能的服务节点3(如策略服务器、带宽代理服务器、各类管理信息库等)所组成的自治域，服务节点为提供内部服务而运行一个或多个服务进程的节点。根据完成功能的不同，可以将节点域内节点分为三类：纯交换机、纯服务器和混合节点。纯交换机主要实现节点域的流量交换功能。纯服务器是节点域内部的一类特殊节点，可以配置一个或多个内部服务进程，接收、处理和分发各种内部服务控制和管理消息。纯服务器一般不提供流量的中转交换服务，同时一般不与其它节点域的外部节点直接连接，不存在外部链路(即与服务器关联的链路不属于任何逻辑链路或短接链路)。当交换机也部署并运行服务进程时，该节点称为混合节点，具有交换机和服务器双重功能。一般情况下，在小型节点域中为节约成本可以配置混合节点。为方便描述，将纯服务器和混合节点统称为服务节点。逻辑链路2也是层次式交换网络系统基本逻辑元素之一。一条逻辑链路指本节点域连接其他某节点域的所有外部链路的集合。一个节点域的逻辑链路包括一个指向父节点域的逻辑链路、若干个指向子节点域的逻辑链路、以及若干个短接逻辑链路。在内部服务系统的框架下，服务节点作为节点域的一部分参与节点域的管理，通过节点域管理协议与节点域内部其它节点互操作，通过域间服务机制实现节点域域间服务的互操作。

每个节点域具有HSNET地址前缀(用Prefix/Length表示)和交换字段(用S/L表示交换字段的起始位、长度)属性。各节点域独立决定自己交换字段的长度以及指派交换字段的值作为其子域及指向该子域下行逻辑链路的逻辑号。节点域地址前缀是其父域地址前缀与其父域为其分配的子域号的组合，长度为其父域地址前缀长度及其父域交换字段长度之和。在一个HSNET网内，以某节点域为根域的一棵逻辑子树是一个层次子网，其网络地址号与该节点域的地址前缀相同。

内部服务一般禁止公众用户直接访问，对普通用户透明。层次式交换网络内部服务系统涉及的所有内部元素，都应使用特殊的地址格式和特殊的控制方法。普通用户只能提出服务请求申请，由HSNET内部特定的系统代理访问内部服务。所有来自用户的内部服务请求申请，在经过边缘端口进入层次式交换网络时，检查请求的合法性，拒绝对内部服务的非法直接访问。这对网络的安全是至关重要的。节点域内部特殊地址由节点域地址前缀、节点域的交换字段位模式为全1表示，进而用地址的其余部分表示具体的网络元素，如节点域本身、节点域内部的交换机及其端口、内部服务地址等。内部特殊地址遵循IPv6可汇聚全局单播地址结构格式(Aggregatable Global Unicast Addresses)，同时遵守HSNET网络地址分配方法。图2是内部特殊地址格式示意图，表示HSNET网络第i层某个节点域内部元素的统一地址格式。(A)是格式前缀FP(Format Prefix)，值为001，3个比特；(B)是顶层汇聚域TLA，13比特；(C)是保留字段RES，保留用于将来扩展TLA或NLA域，8比特；(D)是下一层汇聚域NLA，24比特，在HSNET网络中可以划分为n个层次(1≤n≤24)，用SF_i～SF_n表示n个交换字段；(E)是站点层域SLA，16比特；(F)是HE-4-EUI字段，32比特；(G)是TYPE字段，8比特；(H)是X字段，8比特；(I)是Y字段，16比特。如果需要，在获得申请许可后，TLA的较低位部分和RES字段，也可以被用于划分交换层次。

节点域地址解析方法根据SF_i位模式为全1，判定该地址为第i层节点域的内部特殊地址，再判定字段HE-4-EUI的位模式是否全为“0”。如果HE-4-EUI字段的位模式不为全“0”，则地址解析为本节点域内部的一台服务器地址，这个地址的低64比特就是该服务器EUI-64格式的接口标识号；否则如果HE-4-EUI字段的位模式为全“0”，地址根据以下方式解析：

(1)如果TYPE＝0、X、Y均为0，则该地址标识节点域A自身；

(2)如果TYPE＝1，X无意义(置成0)，Y取值范围为0至65535。当Y取值为0至1023，则该地址标识本节点域A内逻辑端口号为Y的逻辑端口；当Y取值为1024至2047，则该地址标识本节点域A内短接逻辑端口号为Y的端口；当Y取值为65535，则该地址标识本节点域A内的上行逻辑端口。

(3)如果TYPE＝2，当X取值范围为1-254，则该地址标识节点域A内节点号为X的节点；当X＝0，则该地址为某个没有节点号标识节点的地址；当X＝255，则该地址标识节点域A内一组节点，依据Y值的不同标识不同的节点组。已定义的节点组见表1。

表1：节点组定义

X＝255，Y＝0	邻居节点组
		X＝255，Y＝1	节点域内部所有节点
X＝255，Y＝2	节点域内部所有服务器
		X＝255，Y＝3	节点域内部所有交换机

(4)如果TYPE＝3，当X取值范围为1-254，Y取值为0至2047时，则该地址标识节点域A内交换机号为X、物理端口号为Y的物理端口；当X取值范围为1-254，Y取值为2048至4095时，则该地址标识节点域A内节点号为X、服务端口号为Y的服务进程的服务访问点地址。

(5)如果TYPE＝4、X＝0，Y取值为0至255，则该地址标识节点域A内的类型为Y的服务地址。

根据服务分布的不同，将服务分为两种：一种是节点域服务，一种是HSNET网络全局服务。节点域服务分布在HSNET网络的每个节点域内，其服务范围和管理局限于节点域范围内，通常与相邻节点域同种类型的服务交互与协同，在全网范围内完成某种服务，如QoS管理、组播管理等。HSNET网络全局服务的服务范围覆盖整个层次式交换网络范围，不要求分布于所有的节点域中，通常分布在层次式网络的特别位置，如分布于顶层节点域或底层边缘节点域，提供边缘接入服务、安全服务等。一般采用就近服务的原则。

为每个服务类型分配一个类型号，如下表。在内部特殊地址表示中，由节点域地址前缀、节点域的交换字段位模式为全1以及TYPE字段为4表示节点域内部服务的地址，Y字段具体表示该服务的类型。不管这些服务器的物理接口地址怎样变化，只要知道某个服务所在的节点域的地址前缀和该服务器的类型号，外界就可以访问该服务。可以根据Y值范围区分全局服务和节点域服务，0-127表示节点域服务，128-255表示全局服务。已定义的服务类型号见表2。

表2：服务类型号分配表

服务类型编号	服务类型
		1	元服务(即服务的服务，为各类服务提供配置、守护等服务)
2	服务质量资源管理服务
		3	组播管理服务
4	配置服务
		5	间接短接通信隧道服务
6～127	保留
		128	安全认证服务
129	密钥管理服务
		130	IPv4隧道地址配置服务
131～255	保留

HSNET网络内部服务系统框架依附于HSNET网络上，一方面节点域内部各服务节点之间以及服务节点与交换节点之间的服务协议实现节点域内部服务的管理与控制，另一方面在节点域之间通过服务消息的交互实现域间服务的互操作，以此为基础构造HSNET网络内部服务系统，提供各种内部服务。

图3是HSNET网络内部服务系统框架示意图。(A)是HSNET网络域；(B)是非HSNET网络自治域；(C)是接入网；(D)是节点域；(E)是逻辑链路；(F)是交换机；(G)是服务节点；(H)是边缘交换节点；(I)是路由器；(J)是主机；(K)是DD参考点；(L)是EH参考点；(M)是AH参考点。

每个节点域中除了交换机外，有一个或多个服务节点。在HSNET网络服务节点中部署多种类型的服务。同种服务在同一个节点域中可以存在多个服务进程，同种服务的服务进程间有主服务进程和备份服务进程关系。

为论述的方便，在各种网络元素的交界我们定义了一些参考点。

EH参考点：定义在外部骨干网络与HSNET网络边界。

AH参考点：定义在外部接入网络与HSNET网络边界。

DD参考点：定义在HSNET网络内节点域之间的边界。

在HSNET网络边缘，我们将EH参考点、AH参考点相连的端口称为边缘端口。

在HSNET网络内部，将DD参考点相连的端口称为外部端口。

在HSNET网络节点域内部，将节点之间的端口称为内部端口。

内部服务系统的概念数据结构：

在各节点域中，一种类型的内部服务对应唯一的服务地址，该服务地址由其所在的节点域地址前缀与众所周知的服务类型号通过一定的规则确定。一种类型的内部服务可能对应有多个分布在节点域内不同服务节点上的服务进程，服务进程是实现某种内部服务的活动功能实体，一个服务进程通常独立完成一个服务。其中一个是主服务进程，实时提供该种类型的服务，其它服务进程处于热备份状态。这些服务信息可以用服务进程表记录，节点域内所有节点存储并维护一个服务进程表。服务进程表结构如表3。

表3服务进程表结构

SvrID	SvrPort	Type ofService	ServiceAddress	Prime/Backup	Status
						----	----	----	----	----	----

SvrID：部署并运行该服务进程的服务节点的编号。在节点域内，服务节点与其它节点统一编号。

SvrPort：服务端口的编号。与SvrID一起组成服务进程的服务访问点，服务进程的服务访问点在节点域内唯一。

Type of Service：提供的服务类型。

Service Address：服务地址。

Prime/Backup：置1表示本端口提供主服务，置0表示本端口提供备份服务。

Status：服务进程的状态。

对于HSNET范围的全局服务，一般采用分布式服务方式，每个服务进程就近提供服务。提供全局范围服务的服务进程不仅需要受其所在的节点域管理，而且一般需要定期到顶层节点域注册。顶层节点域元服务负责管理全局服务的各服务进程，顶层节点域为全局服务维护一个全局服务位置表，记录在HSNET网络内各节点域提供全局服务的服务地址。各节点域部署了全局服务后，需要到顶层节点域注册，修改服务位置表。表4是全局服务位置表结构。

表4全局服务位置表结构

Type ofService	Service Address	Status
			----	----	----

Type of Service：全局服务的服务类型。

Service Address：在提供该全局服务的节点域内的服务地址。

Status：服务的状态。

顶层节点域为全局服务维护一个全局服务位置表，记录在HSNET网络内各节点域提供全局服务的服务地址。各节点域部署了全局服务后，需要到顶层节点域注册，修改服务位置表。表4是全局服务位置表结构。

表4全局服务位置表结构

Type ofService	Service Address	Status
			----	----	----

Type of Service：全局服务的服务类型。

Service Address：在提供该全局服务的节点域内的服务地址。

Status：服务的状态。

内部服务系统的管理控制方法包括：

1、内部服务系统的初始化和维护

当部署提供某类内部服务的一个服务进程时，首先需要进行初始化过程。初始化过程包括配置过程和服务进程信息公告过程两个阶段。配置主要在部署服务进程并提供服务的服务节点中进行，配置的内容有服务地址、服务访问点以及与某类特定服务相关的参数等。服务进程配置完成后就可以提供其对应类型的服务，同时服务进程启动服务进程信息公告过程，在相关的服务范围内宣告其提供的服务。节点域局部服务的公告范围属于某个特定的节点域内，全局服务的公告范围不仅包括其所在的节点域，而且需要到顶层节点域的服务进程位置表中注册。

每个服务进程启动后定期发布其服务进程公告消息，服务进程公告消息包括服务进程的服务访问点、服务地址、主/备份状态、服务范围等信息。其它节点收到服务公告消息后维护服务进程表。对于新的服务进程，在服务进程表中添加一条记录，并为该服务进程记录设置一个定时器，启动定时器。如果某条记录超时没有更新，则删除该条记录。对于已存在的服务进程，节点收到该服务进程公告消息时，重置(RESET)定时器。

在每个节点域，一类服务只设置一个主服务进程，其它各服务进程为备份进程。各节点检查自己的服务进程表，若有多个服务进程提供同一种服务并且发生冲突，如某种类型的服务出现多个主服务进程，或者某种类型的服务进程状态都是备份状态，则根据某种仲裁规则选择该服务的主服务进程，必要时进行主/备份服务进程的切换。

为保证主/备份服务进程切换后能够保持先前服务的延续性和正确性，节点域内同一服务的主/备份服务进程需要进行实时的服务数据同步，即要求同一服务的各备份服务进程的服务数据与主服务进程的服务数据一致。当主服务进程完成一次服务事务后，在修改服务数据的同时进行服务数据的同步。

对于HSNET范围的全局服务，一般采用就近服务和集中管理策略。由顶层节点域元服务配置、管理分散在HSNET网络各节点域的各全局服务的服务进程，包括这些服务进程的注册、运行、关闭以及服务进程间数据的同步操作。

2、内部服务的访问过程：

内部服务的访问分三个阶段。第一阶段是确定该服务的服务地址，将服务请求消息依据该服务地址向目的节点域发送。对于节点域服务，目的节点域以及沿途的所有节点域需要提供相应的服务。由于全局服务使用就近服务策略，但服务地址仅包含顶层节点域地址前缀信息以及需要访问的服务类型，不知道服务进程所在节点域的地址，服务进程位置不确定。有三种方法处理：一种方法是各节点域接收到此类服务信息包后，查找本节点域的服务进程表，如果本节点域具有此类服务进程，则服务请求信息包终止于此节点域，由当前节点域的服务进程提供服务，否则将服务请求信息包上传到父节点域。此种方法的实际效果是依次上行访问各个节点域，直到找到提供该类型服务的服务进程或者到达根节点域。根节点域具有全局服务的服务进程位置表，可以确定服务进程所在的节点域，修改服务请求消息的目的服务地址，直接将包发送到目的节点域。第二种方法是将服务请求消息先直接发送到顶层节点域，查找全局服务的服务进程位置表，确定提供所需要的全局服务的节点域地址。第三种方法是每个节点域中维护一张全局服务的服务进程位置表，发出服务请求前，先查询本节点域的服务进程位置表，选出一个离自己最近的服务进程所在的节点域，再发出服务请求。由于每个提供全局服务的节点域，都要到顶层节点域的服务进程位置表注册，而且变化不频繁，各节点域的服务进程位置表很容易与顶层节点域的服务进程位置表保持同步。具体用何种方法，由实现人员确定。

第二阶段是节点域内服务进程提供服务的过程。服务请求消息到达相应的节点域后，首先查找服务进程表，确定服务进程访问点，在节点域内部传递服务请求信息包，到达目的服务节点后递交到目的服务的端口，从而实现访问服务进程提供的服务。

第三个阶段是服务应答过程。当服务请求消息到达目标服务地址并完成服务后，一般需要向请求服务的源端发服务应答消息。

其中，节点域内节点对服务消息包处理流程：

对于来自节点域外部或者产生于节点域内部的包，节点域内部节点判断其是否为服务协议消息。有两种方法判断其是否为服务协议消息且确定其服务类型：一种方法是，若包的目的网络地址就属于本节点域且其地址为某种服务的地址(Type＝4，X＝0，Y＝服务类型)，则该包是服务协议包，从Y字段得到服务类型；另一种可选的方法是，若Next Header字段的值为0(说明下一个扩展报头是HOP-By-HOP扩展报头)并解析HOP-By-HOP扩展报头中字段VALUE取值范围为36-50，则该包是服务协议包，服务类型由VALUE的值确定。获得了解析服务请求包服务类型后，查找服务进程表，确定该服务的主服务进程及其服务访问点信息，内部交换标记ISL的封装过程封装服务协议包。封装后的服务协议包根据封装标签在节点域内部交换，到达主服务进程所在的服务器，并送到相应的服务端口。

图4是节点域内节点对服务协议消息的处理流程。(A)解析包结构，判定Flag/Version字段值；(B)若满足位模式为1111条件；(C)若满足位模式为0110/0000条件；(D)解析目标IPv6地址；(E)满足与节点域前缀匹配且交换字段位模式为全1条件；(F)满足组播或局部链路地址格式条件；(G)满足目标地址不在本节点域条件；(H)若为网络元素的地址，得到网络元素的管理访问点，进行ISL封装；若是服务地址，查找服务进程表得到服务访问点，进行ISL封装；(I)格式前缀PF；(J)满足PF等于OxFE80或FF01或FF02条件；(K)满足PF等于OxFF0X条件；(L)由HSNET网络边缘模块处理；(M)查找组播交换表，复制组播报文；(N)解析包结构，判定Next-Header字段值；(O)满足为Next-Header字段为0的条件；(P)满足为Next-Header字段为非0的条件；(Q)处理Hop-By-Hop选项报头，若扩展报头中字段VALUE取值范围为36-50，确定为服务协议包，并且可以根据VALUE字段确定服务类型，根据服务类型查找服务进程表，得到服务访问点进行ISL封装；(R)查找短接链路表；(S)若查找成功，有匹配项；(T)查找不成功，没有匹配项；(U)查找逻辑链路表；(V)选择退出节点域的外部端口(DNID，DPID)，统计外部端口流量；(W)判定Flag/Version字段值；(X)满足位模式为0110条件；(Y)满足位模式为0000条件；(Z)进行ISL封装；(AA)重置ISL字段值；(BB)判定目标节点号DNID值；(CC)若DNID等于本节点SID或OxFF；(DD)其它情况；(EE)查找内部转发表，转发；(FF)若等于SID，根据DPID从相应的外部端口转发(若为边缘端口，需要拆除ISL封装)或递交到相应的服务端口；若等于OxFF，则递交上层处理。

在HSNET网络内部有三种包结构，根据FLAG/Version字段区分。一种是纯IPv6包结构(Version字段位模式为0110)。一种是用ISL封装后的包结构(FLAG字段位模式为1111)，称之为ISL封装有效包结构。一种是保留ISL封装结构的IPv6包结构(此时ISL封装无效，其FLAG字段位模式为0000)，称之为封装无效包结构。

图5是ISL封装有效包结构，其中(A)是FLAG字段，4比特，值为二进制1111；(B)是跳数限制字段HL，4比特；(C)是EPID字段，20比特，前8比特是目标节点号DNID字段，后12比特为目标端口号DPID字段；(D)是ToS字段，4比特；(E)是IP包；(F)是ISL封装报头。

图6是封装无效包结构，其中(A)是FLAG字段，4比特，值为二进制0000；(B)保留字段RES，28比特；(C)是IP包；(D)是保留ISL封装的报头。

一般来说，从AH参考点进入HSNET网络的包结构为纯IPv4/IPv6包结构，在DD参考点之间交互的是保留ISL封装结构的IPv6包，在节点域内部交换的是ISL封装的包。

若是ISL封装有效包，则在节点域内依据ISL交换，出节点域将ISL置成无效。

若是纯IPv6包或封装无效包，如果目标地址所指元素属于本节点域内的内部地址(节点域前缀与目标地址前缀相等，交换字段位模式为全1)，此时，分析目标IP地址，若该地址为服务地址，则查找服务进程表，得到该服务的服务进程访问点地址(SvrID，SvrPort)，进行ISL封装或重置ISL结构。

如果目标地址不在本节点域的其它单播地址，则检查IPv6报头中Next Header字段的值。若Next Header字段的值为非0，则作为穿过节点域的普通数据包处理，执行后续节点域转发操作；若Next Header字段的值为0，则下一个扩展报头是HOP-BY-HOP扩展报头。HOP-BY-HOP扩展报头是每个节点域都必须检查和处理的特殊选项。图7是IPv6HOP-BY-HOP扩展报头结构，(A)是Next Header字段，8比特，指示下一个扩展报头的类型；(B)是Hdr Ext Len字段，8比特，指示本扩展报头的长度；(C)是Option Type字段，8比特，指示选项的功能；(D)是Opt Data Len字段，8比特，指示选项的长度；(E)是Value字段，指示选项的数据，16比特。该扩展报头定义了若干个选项类型，其中路由器警告选项(选项类型为5)提醒路由器分组内容需要做特殊处理。路由器警告选项用于组播收听者发现和RSVP(资源预定)协议等。(S.Deering，R.Hinden，“Internet Protocol，Version 6(IPv6)Specification”，RFC 2460，December 1998)路由器警告选项的Option Type位模式为00000101，我们扩展了该选项数据字段Value的定义，定义了新的选项数据值。新选项数据值从36开始到615，用于HSNET网络内部服务系统。表5是路由器警告选项中选项数据Value字段定义表。

表5路由器警告选项中选项数据Value字段定义表

0	包括组播收听者发现(Multicast Listener Discovery)消息
		1	包括RSVP消息
2	包括主动网络消息
		3-35	Aggregated Reservation Nesting Level
36	包含HSNET网络元服务消息(HSNET)
		37	包含服务质量资源管理服务消息(HSNET)
38	包含组播管理服务消息(HSNET)
		39	包含配置管理服务消息(HSNET)
40	包含IPv4隧道地址配置服务消息(HSNET)
		41-615	保留(HSNET)
616-65534	Reserved to IANA for future use
		65535	Reserved

对于HSNET网络定义的新选项数据，节点根据选项数据Value确定服务类型，查找服务进程表，得到该服务的服务进程访问点地址(SvrID，SvrPort)，进行ISL封装或重置ISL结构。

最后，所有ISL封装后的包依据ISL字段处理。如果ISL内的DNID字段值等于交换机的节点号SID，即节点就是ISL封装包的目标节点，则根据ISL内的DPID将数据包从相应的外部端口转发出去(如果该外部端口是边缘端口，则需要拆除ISL封装)或者递交到上层的服务端口。如果ISL内的DNID字段值等于OxFF，则本节点将其递交到上层处理。如果ISL内的DNID字段值不等于交换机的节点号也不等于OxFF，即节点不是ISL封装包的目标节点，查找内部交换表，从相应的接口转发。

下面结合附图8和实施例对本发明进一步说明。

为说明层次式交换网络内部服务系统的服务提供框架，结合图8以及部署和访问元服务、IPv4接入隧道配置服务和服务质量资源管理服务等综合实施例详细说明内部服务的部署、管理机制和访问控制方法。其中IPv4接入隧道配置服务是全局服务，元服务、服务质量资源管理服务是节点域服务。

图8是HSNET网络内部服务系统综合实施例示意图。其中(H)是HSNET网络，(D₀)-(D₅)是节点域，(A₀)-(A₄)是接入网。节点域(D₀)由交换机(1)、(2)、(3)、(4)以及服务器(5)、(6)组成，服务器(5)和(6)均部署了元服务守护服务进程(SP_Daemon)、IPv4接入隧道配置服务的服务进程(SP_T)和服务质量资源管理服务的服务进程(SP_RG)。节点域(D₁)由交换机(11)、(12)、(13)、(14)以及服务器(15)、(16)组成，服务器(15)和(16)部署了SP_Daemon、SP_RG。节点域(D₂)由交换机(21)、(22)、(23)、(24)以及服务器(25)、(26)组成，服务器(25)部署了SP_T和SP_RG，服务器(26)部署了SP_RG、SP_Daemon。节点域(D₃)由交换机(31)、(32)、(33)、(34)以及服务器(35)、(36)组成，服务器(35)和(36)部署了SP_RG、SP_Daemon。节点域(D₄)由交换机(41)、(42)、(43)以及服务器(44)组成，服务器(44)部署了SP_RG、SP_Daemon。节点域(D₅)由交换机(51)、(52)、(53)、(54)以及服务器(55)、(56)组成，服务器(55)和(56)部署了SP_RG、SP_Daemon。

1实施示例一：IPv4隧道配置服务

由于IPv4隧道配置服务属于全局服务，不需要在所有节点域中部署。在本实施例中，该服务在顶层接点域(D₀)和节点域(D₂)中部署。

服务进程SP_T在(D₀)两个服务器(5)、(6)中分别部署，首先配置各自的服务访问点(SAP)，即确定服务节点号和服务端口号(SvrID，SvrPort)。设在服务器(5)中分配的服务访问点为(5，2073)，在服务器(6)中分配的服务访问点为(6，3957)。IPv4隧道配置服务的服务类型号为130。设顶层节点域的地址前缀为3FFE：88F7/32，由节点域前缀和服务类型号根据服务地址生成规则得到IPv4隧道配置服务的服务地址为3FFE：88F7：FFFF：FFFF：0000：0000：0400：0082(Type＝4，X＝0，Y＝130)。配置完成后，两服务器以泛洪方式在节点域内发布服务进程公告。各节点收到服务进程公告包后，计算并更新自己的服务进程表。若同一服务在节点域中有多个服务进程提供服务，则根据某个标准选择一个主服务进程(比如根据服务节点号的大小，若服务节点号大小相等则根据服务端口号的大小)，其余的为备份服务进程。设选中(6，3957)为主服务进程，应在顶层节点域注册该服务的位置。表6是本示例中(D₀)各节点的服务进程表。

表6本示例中(D₀)各节点的服务进程表

SvrID	SvrPort	Type ofService	Service Address	Prime/Backup	Status
						----	----	----	----	----	----
6	3957	130	3FFE：88F7：FFFF：FFFF：0000：0000：0400：0082	1	Active
						5	2073	130	3FFE：88F7：FFFF：FFFF：0000：0000：0400：0082	0	Active
----	----	----	----	----	----

服务进程SP_T在(D₂)内的服务器(25)中部署，设在服务器(25)中分配的服务访问点为(25，3567)。设(D₂)的地址前缀为3FFE：88F7：7EFF/40，根据服务地址生成规则得到IPv4隧道配置服务的服务地址为3FFE：88F7：7EFF：FFFF：0000：0000：0400：0082。配置完成后，服务器以泛洪方式在节点域内发布服务进程公告，同时向顶层节点域发布服务注册信息(也可以手工配置)。各节点收到服务进程公告包后，计算并更新自己的服务进程表。表7是本示例中(D₂)各节点的服务进程表。

表7本示例中(D₂)各节点的服务进程表

SvrID	SvrPort	Type ofService	Service Address	Prime/Backup	Status
						----	----	----	----	----	----
25	3567	130	3FFE：88F7：FFFF：FFFF：0000：0000：0400：0082	1	Active
						----	----	----	----	----	----

顶层节点域为全局服务维护一个全局服务位置表，记录在各节点域提供全局服务的服务地址。表8是顶层节点域(D₀)的服务位置表。

表8顶层节点域(D₀)的服务位置表

TypeofService	Service Address	Status
			----	----	----
130	3FFE：88F7：FFFF：FFFF：0000：0000：0400：0082	Active
			130	3FFE：88F7：7EFF：FFFF：0000：0000：0400：0082	Active
----	----	----

下面描述边缘节点访问IPv4隧道配置服务的过程。假设接入网络A₀和A₄是IPv4网络，两个网络的相互访问需要建立一条穿过HSNET网络的IPv6隧道。这个隧道是通过访问IPv4隧道配置服务自动建立的，来自接入网络的IPv4数据包在接入HSNET网络的边缘节点(33)和(54)时封装成IPv6包结构，其源地址就是隧道起点的地址(即与接入网相联的边缘逻辑端口地址)，目的地址是隧道的对端地址(即对端与目标网络相联的边缘逻辑端口地址)。隧道的源地址容易得到，目的地址只能通过本地Cache(最初也来自IPv4隧道配置服务)或通过访问IPv4隧道配置服务得到。在(D₃)的边缘节点(33)，若本地Cache没有隧道对端地址的记录，由(33)发起一次IPv4隧道配置服务访问过程。首先(33)构造服务请求包，包的源地址为(33)交换机的地址，目的地址为IPv4隧道配置服务的地址3FFE：88F7：7EFF：FFFF：0000：0000：0400：0082，Next Header字段为0，扩展Hop-by-Hop报头，将扩展报头的Option Type字段设置为5，VALUE字段设置为40。数据包交给发送模块，发送模块查找服务进程表，没有得到相应该服务的服务进程记录，返回默认的元服务守护服务进程记录。发送模块根据守护服务进程的服务访问点进行ISL封装。在节点域内部，服务访问包依据ISL封装标记进行交换，到达守护服务进程所在的服务节点，并将包递交到相应的服务端口由守护服务进程处理。守护服务进程首先对访问服务包进行正确性检查和安全性检查，通过检查后将包向上层节点域(D₁)转发。同样地，服务访问包到达节点域(D₁)后也需要经过查找服务进程表、封装、访问默认的守护服务进程、向上层节点域递交等过程。最后，服务访问包到达顶层节点域(D₀)。设首先到达(D₀)交换机(3)上，(3)的发送模块解析出该包为服务访问包，根据服务类型查找服务进程表，得到匹配的服务进程表项，用该表项相应的服务进程访问点(6，3597)封装服务进程包。根据封装标记ISL，该包在节点域(D₀)内被转发到服务节点(6)，递交给服务端口为3597的IPv4隧道配置服务进程。该服务进程提供隧道地址映射服务，生成服务应答包，包含隧道对端的地址信息。服务应答包的源地址为IPv4隧道配置服务地址，目标地址为服务访问包的源地址。与服务访问包的访问过程类似，服务应答包沿相反的路径，到达服务访问的发起点(D₃)的交换机(33)。(33)收到服务应答包后，更新本地隧道地址映射Cache，同时发送模块发送等待该服务的数据包队列。

同样地，隧道对端交换机(54)也会发起一次IPv4隧道配置服务的访问过程。但服务访问包到达节点域(D₂)后，由于(D₂)部署了提供IPv4隧道配置服务的服务进程，根据就近服务的原则，由该服务进程提供服务并返回服务应答包。

2实施示例二：服务质量资源管理服务

服务质量资源管理服务属于节点域服务，在HSNET网络内所有节点域中部署。该服务管理本节点域内与服务质量相关的资源，同时负责资源的预留与分配。对应于每个节点域，该服务都有一个服务地址。服务质量资源管理服务的服务类型号为2。在本实施例中，设顶层节点域的地址前缀为3FFE：88F7/32。由各节点域前缀和服务类型号根据服务地址生成规则得到各节点域服务质量资源管理服务的服务地址。表9是本示例中各节点域的服务质量资源管理服务地址及其部署信息。

表9本示例中各节点域的服务质量资源管理服务地址及其部署信息

节点域	各节点域的服务质量资源管理服务地址	服务部署的SAP
			D0	3FFE：88F7：FFFF：FFFF：0000：0000：0400：0002	SAP：(5，3089)、(6，3412)
D1	3FFE：88F7：E6FF：FFFF：0000：0000：0400：0002	SAP：(15，2089)、(16，2334)
			D2	3FFE：88F7：7EFF：FFFF：0000：0000：0400：0002	SAP：(25，2179)、(26，3366)
D3	3FFE：88F7：E63B：FFFF：0000：0000：0400：0002	SAP：(35，3245)、(36，2467)
			D4	3FFE：88F7：7EE3：FFFF：0000：0000：0400：0002	SAP：(44，2675)
D5	3FFE：88F7：7E56：FFFF：0000：0000：0400：0002	SAP：(55，2749)、(56，3634)

服务进程SPRG分别在各节点域中部署。各服务节点以泛洪方式在节点域内发布服务进程公告，各节点收到服务进程公告包后，计算并更新自己的服务进程表。若同一服务在节点域中有多个服务进程提供服务，则根据某个标准选择一个主服务进程(比如根据服务节点号的大小，若服务节点号大小相等则根据服务端口号的大小)，其余的为备份服务进程。

以节点域(D₀)为例，表10是本示例中节点域(D₀)内各节点的服务进程表。

表10本示例中节点域(D₀)内各节点的服务进程表

SvrID	SvrPort	Type ofService	Service Address	Prime/Backup	Status
						----	----	----	----	----	----
6	3412	2	3FFE：88F7：FFFF：FFFF：0000：0000：0400：0002	1	Active
						5	3089	2	3FFE：88F7：FFFF：FFFF：0000：0000：0400：0002	0	Active
----	----	----	----	----	----

其它节点域各节点的服务进程表不再一一列举。

设接入网A₁和接入网络A₃与HSNET网络的服务提供者签署服务等级协议(SLA)，约定需要的服务质量等级和资源，此信息记录在与接入网相连的边缘节点(34)和(53)。下面描述接入网络A₁某个主机A和接入网络A₃内某个主机B之间建立一个有服务质量要求的连接时，在HSNET网络内沿连接路径各节点域内预留资源的过程。由主机A发起一个资源预留过程，构造服务质量资源管理服务请求包，请求包源地址是A的地址，目标地址是B的地址，Next Header字段为0，扩展Hop-by-Hop报头，将扩展报头的Option Type字段设置为5，VALUE字段设置为36。请求包到达边缘节点(34)后，发送模块查找服务进程表，得到相应服务的主服务进程记录。发送模块根据服务进程记录中的服务访问点对请求包进行ISL封装。在节点域(D₃)内部，服务请求包依据ISL封装标记进行交换，到达服务质量资源管理服务进程所在的服务节点，并将包递交到相应的服务端口由服务质量资源管理服务进程处理。节点域(D₃)资源管理服务根据资源预留请求，评估节点域的资源状况后作出是否允许连接建立的决定。如果同意，则在本节点域预留资源并将服务请求发向传输路径上的下一个节点域，否则拒绝资源预留请求，向A发资源预留拒绝消息。同样地，服务请求包依次访问连接路径上各节点域的服务质量资源管理服务，直到目的端边缘交换节点(53)。如果目的端也同意该资源预留请求，则在从源边缘节点到目的边缘节点的传输路径上的每个节点域均预留了资源。当在两个传输方向上的资源请求均被同意后，有服务质量要求的连接就被建立起来。

目前Internet上经常使用的一些公共服务，例如提供服务信息的WEB服务器、为公众提供电子邮箱的MAIL服务器、供下载文件资料的FTP服务器、BBS服务器等等，它们为公众用户提供常规的信息服务，本专利不涉及这些公共服务的管理与控制。

Claims (12)

1、一种层次式交换网络内部服务系统，依附于层次式交换网络上，在层次式交换网络中节点域替代树型结构的节点，逻辑链路替代树型结构的分支，层次结构网络是以节点域和逻辑链路为基本元素按照树型结构组织成逻辑上为层次结构的网络，其特征在于：节点域中设置相互联接的交换机，用于数据交换，节点域中还设有一个或一组服务节点，用于接收、处理和分发各种内部服务控制和管理消息。

2、如权利要求1所述的层次式交换网络内部服务系统，其特征在于：一种类型的内部服务对应若干个分布在节点域内不同服务节点上的服务进程，其中一个是主服务进程，实时提供该种类型的服务，其它服务进程处于热备份状态，这些服务信息用服务进程表记录，节点域内所有节点存储并维护一个服务进程表。

3、如权利要求1或2所述的层次式交换网络内部服务系统，其特征在于：对于层次式交换网络范围的全局服务，采用每个服务进程就近提供服务，顶层节点域为全局服务维护一个全局服务位置表，记录在HSNET网络内各节点域提供全局服务的服务地址，各节点域部署了全局服务后，需要到顶层节点域注册，修改服务位置表。

4、如权利要求1所述的层次式交换网络内部服务系统，其特征在于：一种类型的内部服务对应唯一的服务地址，在节点域的内部地址中，由节点域地址前缀、节点域的交换字段位模式为全1以及TYPE字段为4表示节点域内部服务的地址，Y字段表示该服务的类型。

5、一种层次式交换网络内部服务系统的管理控制方法，其步骤包括：

(1)在提供服务的服务节点中进行部署服务进程，每个服务进程启动后定期发布其服务进程公告消息；

(2)确定要提供服务的服务地址，将服务请求消息依据该服务地址向目的节点域发送；

(3)到达相应的节点域后，查找服务进程表，确定服务进程访问点，在节点域内传递服务请求信息包，实现访问服务进程提供的服务。

6、如权利要求5所述的层次式交换网络内部服务系统的管理控制方法，其特征在于：当服务请求消息到达目标服务地址并完成服务后，向请求服务的源端发服务应答消息。

7、如权利要求5或6所述的层次式交换网络内部服务系统的管理控制方法，其特征在于：如提供的服务为全局服务，其服务地址不确定时，依次上行访问各个节点域，直到找到提供该类型服务的服务进程或者到达顶层节点域，根据全局服务的服务进程位置表，确定服务进程所在的节点域，修改服务请求消息的目的服务地址，直接将包发送到目的节点域。

8、如权利要求5或6所述的层次式交换网络内部服务系统的管理控制方法，其特征在于：如提供的服务为全局服务，其服务地址不确定时，将服务请求消息先直接发送到顶层节点域，查找全局服务的服务进程位置表，确定提供所需要的全局服务的节点域地址。

9、如权利要求5或6所述的层次式交换网络内部服务系统的管理控制方法，其特征在于：每个节点域中维护一张全局服务的服务进程位置表，发出服务请求前，先查询本节点域的服务进程位置表，选出一个离自己最近的服务进程所在的节点域，再发出全局服务请求。

10、如权利要求5所述的层次式交换网络内部服务系统的管理控制方法，其特征在于：节点域内服务消息包的处理过程包括：

(1)节点域内部节点判断消息包是否为服务协议消息，如是服务协议包，解析服务类型；

(2)查找服务进程表，确定该服务的主服务进程及其服务访问点信息，内部交换标记ISL封装服务协议包；

(3)封装后的服务协议包根据封装标签在节点域内部交换，到达主服务进程所在的服务器，并送到相应的服务端口。

11、如权利要求10所述的层次式交换网络内部服务系统的管理控制方法，其特征在于：判断服务协议消息包的方法是，若消息包的目的网络地址属于本节点域且其地址为某种服务的地址，则该包是服务协议包，从Y字段得到服务类型。

12、如权利要求10所述的层次式交换网络内部服务系统的管理控制方法，其特征在于：判断服务协议消息包的方法是，若消息包的目的网络地址不属于本节点域，解析Next Header字段的值为0，如HOP-By-HOP扩展报头中字段VALUE取值范围为36-50，则该包是服务协议包，服务类型由VALUE的值确定。

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