CN1799227A - 在考虑恢复要求的情况下用于面向分组的网络的接入控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在面向分组的网络中提供用于匹配路由的资源作为对网络元件(L3)的故障的反应的方法。为了控制在该网络中的通信量，设置有借助于界限(BBB(ri，rj))的许可检验。当在其他情况下界限(BBB(ri，rj))将被超过时，数据包不被允许。根据本发明，在考虑故障拓扑或可能的干扰情况下这样确定界限(BBB(ri，rj))，使得在该网络中相应的干扰不会导致过载。通过确定界限(BBB(ri，rj))，实际上提供或保留了用于捕获干扰情况的资源。本发明的优点是，即使在干扰情况下，也能够遵循质量标准或保证业务品质特征。

Description

在考虑恢复要求的情况下用于面向分组的网络的接入控制

本发明涉及一种用于在面向分组的、利用节点和链路构成的网络中为路由的匹配提供资源作为对网络元件的故障的反应的方法。

目前，基于分组的网络技术的发展是网络技术、交换技术和因特网技术领域中的工程师的中心工作范围。

其中处于中心的目标是，能够尽可能使面向分组的网络用于任意的业务。传统上，通过面向分组的网络进行时间不紧迫的数据传输，例如传输文件或电子邮件。具有实时要求的语音传输传统上通过电话网络借助时分复用技术进行。在这点上，人们通常也谈到TDM(时分复用)网络。借助具有高带宽或传输容量的网络的敷设，除了数据和语音传输之外，图像相关的业务的实现也进入可行的领域。例如在视频点播业务或视频会议的范围内实时地传输视频信息将是未来网络的一种重要的业务类型。

发展的目标在于，可以通过面向分组的网络尽可能地实现所有的业务、即数据相关的、语音相关的以及涉及视频信息的业务。针对在不同业务范围内的数据传输中的不同要求，通常定义业务等级。具有确定的业务质量(quality of service)的传输首先在具有实时要求的业务中要求对通过网络的包传输进行相应的控制。在英语中有一系列的概念，它们涉及通信量的控制：通信量管理(trafficmanagement)，通信量调节(traffic conditioning)，通信量整形(traffic shaping)，通信量工程(traffic engineering)，策略(policing)等等。用于控制面向分组的网络的通信量的不同行为方式在有关的文献中被描述。

在ATM(异步传输模式)网络中，针对每个数据传输在整个传输路段上进行保留。通过该保留限制通信量(Verkehrsaufkommen)。为了监视，分段地进行过载控制。数据包的可能的丢弃按照包报头的CLP位(CLP：信元丢失优先级)进行。

Diff-Serv业务(Differentiated Services，差分业务)概念在IP(internet protocol)网络中被使用，并且目标在于通过引入业务等级而实现具有高质量要求的业务的更好的业务质量。在这一点上，人们也经常谈到CoS(class of service)模型。Diff-Serv业务概念在由IETF公开的编号为2474和2475的RFC中被描述。在Diff-Serv业务概念的范围内，借助在数据包的IP报头中的DS(Differentiated Services)字段通过设置DSCP(DS码点)参数对包通信进行优先级设置。这种优先级设置借助于“per hop”资源分配来进行，即这些包在这些节点处按照在DS字段中通过DSCP参数所确定的业务等级(class of service)来得到不同的处理。通信量的控制也按照业务等级来进行。Diff-Serv业务的概念导致对优先业务等级的通信量的特权处理，而不会导致通信量(Verkehrvolumen)的可靠的控制。

考虑通过IP网的业务质量传输的另一种措施是通过RSVP(资源保留协议)。这种协议是一种保留协议，借助于它进行沿着一条路径的带宽保留。通过该路径可进行业务质量(QoS)传输。该RSVP协议与能够实现通过IP网的虚拟路径的MPLS(多协议标签交换)协议一起被使用。为了保证QoS传输，通常沿着该路径控制通信量并在必要时限制通信量。但是由于引入了路径而失去了许多IP网的原本的灵活性。

保证传输质量参数或业务品质特征的中心是对通信量的有效的控制。除了防止过载之外，对网络对于干扰情况、比如连接段(在专业文献中大多称为链路)或者路由器或节点的故障的反应一起作出判定，业务品质特征(主要是鉴于实时条件下的数据通信量)是否能够被遵循。该网络应该配备有用于对干扰情况作出迅速反应的机制和资源。在专业文献中，针对网络的这种特性常常使用概念“恢复力(Resilience)”。

本发明的任务在于给出一种用于在面向分组的网络中在干扰情况下提供用于匹配路由的资源的方法。

该任务通过根据权利要求1的方法来解决。

在本发明中，考虑这样的网络，该网络设有至少对通信等级的数据包的接入控制或许可检验。借助于待传输的通信量的界限或预算进行许可检验。在许可检验的范围中例如检验，是否允许一组数据包或数据流将导致超过界限。如果这种测试或检验是否定的，则相应的该组数据包或相应的数据流的传输被拒绝。许可检验可针对整个所传输的通信量来进行，也可仅仅针对一个通信等级来进行，其中通过许可检验所力求的传输质量则可以仅仅针对该相应的通信等级来提供。接入控制可针对作为整体或者单个链路的网络。包括针对链路的许可检验的协议的例子是例如用于IP网络的ATM方法或综合业务的概念。接入控制的目的是，改善通信等级的数据包的传输质量。如此来选择接入控制的标准，使得通信等级的数据包的传输满足质量标准。这可导致带宽在单个链路上固定的保留(例如ATM，MPLS)，这也可局限于通信等级的优先级排列(例如Diff-Serv)，或者意味着对网络中的总通信量的控制以及其分配或均衡(Austarierung)以便保持业务品质特征。后一种情况可以以下面所介绍的接入控制的界限的选择来实现。

本发明所基于的思想在于，在确定接入控制的界限时考虑至少一个可能的干扰情况。这些界限按照质量标准或者业务品质特征这样来确定，使得该质量标准即使在干扰情况下也能被遵循。可如下来进行这种确定：

使网络中的路由适配于网络元件(比如链路或路由器)的故障。这种适配可由非常简单的反应组成，如丢弃包。但是在现代的面向分组的网络中通常规定，计算新的下一个“跳跃点(Hop)”或新的下一个目标地址并且相应地适配路由表。关于网络的改变了的拓扑的消息例如借助于经常使用的链路状态协议的链路状态消息在该网络中被传播。这些用于路由器的路由表的拓扑信息在考虑该出现故障的网络元件的不可用性的情况下一致。更新的方法涉及通常本该通过该出现故障的网络元件来传输的包的快速路由，例如通过在包报头中相应地插入或改变地址信息。根据本发明，在传输数据包时考虑至少一个质量标准，例如包的丢失或包丢失率、在传输包时的延迟或跳动。该许可检测的界限值针对在网络元件出现故障时得到的网络拓扑(在下面被称为故障拓扑)根据在该网络中所设置的对于该故障的反应这样来确定，使得该质量标准即使在网络元件出现故障时也被遵循。同时考虑路由和纠错机制。可能的路由方法或路由机制例如是如OSPF(开放最短路径优先)的经典的单路径路由、如OSPF/ECMP(开放最短路径优先/等成本多路径)的多路径路由、或者MPLS代替路径或MPLS快速重路由。例如可以通过界限值的确定来保证，对于在该网络中设置的快速重路由或包的转向来说存在足够的带宽。在这种情况下，质量标准会是在错误情况下改道的包的保留带宽或延迟时间。这些界限值的确定例如可以在中央的或分布式控制机构、例如该网络的控制服务器中进行，并且例如根据界限值通过对故障拓扑的通信流的模拟来进行。

接入控制的界限根据所确定的、考虑故障拓扑的界限值来确定。界限的确定或选择对应于针对网络元件的故障提供资源，以便即使在这种情况下也保证质量标准的遵循。

本发明的优点是，即使在干扰情况下也满足质量标准。首先就实时通信的业务品质特征而言重要的是，能够不依赖于干扰情况而保证这些业务品质特征。

根据本发明的方法可以如下地被扩展，即针对多个故障拓扑确定界限值并且界限值的最小值分别被用作接入控制的界限。以这种方式保证由多个故障拓扑所覆盖的所有干扰情况的一个或多个质量标准。对于选择拓扑的选择来说，存在多种可能性，例如：

-考虑一个单个链路出现故障的所有拓扑。

-附加地考虑更大数目的链路(例如2或3个链路)同时出现故障的所有拓扑。

-替代地或附加地考虑分别有一个节点出现故障的所有拓扑。

-替代地或附加地考虑有多个节点出现故障的所有拓扑。

-借助于另外的拓扑标准来选择待考虑的故障拓扑，例如即使在多重故障的情况下用于特别多目标的路由的这种链路的这些故障无论如何也必须被考虑。

-借助于链路容量来选择待考虑的故障拓扑，例如即使在多重故障的情况下，具有高容量的链路也必须被考虑，而具有低容量的链路则相反地不必被考虑。

-借助于所连接的用户的数目、所计划的或所测量的通信量来确定待考虑的故障拓扑(例如具有许多用户的节点必须被考虑，而具有较少用户的节点不必被考虑)。

根据一个改进方案，网络运营商可以(例如在一个管理接口或者用户界面)选择故障拓扑的上述标准。在计算或确定界限值或预算时，可以包括通信量分配权重，即通信量的哪一部分被转交给哪个下一跳跃点的标准。替代地，这些分配权重可以被假设为均相等，即对于每一个目标来说，在一个节点上对于下一跳跃点的分配权重等于到该目标的下一跳跃点的数目的倒数。另一替代方案是，假设这些分配权重都为1(非常保守的措施)。

在借助于双回路(到一个用户或用户网的不同网络边缘节点的两条线路)的连接中，或者可以考虑预定的通信量分配，或者可以原则上把两条线路上的保留算入预算或界限中。

根据一个改进方案，根据本发明的方法通过恢复优先级来补充。根据这种优先级可以例如区分两个不同的通信等级。针对每个预算，计算两个不同的值B_R(受保护的)和B_E(不受保护的)。仅仅基于(无故障的)原始拓扑来计算B_E，根据上述方法在所有待考虑的故障拓扑上计算B_R，并且因此B_R始终小于或等于B_E。包承载一个标志(例如在TOS/DSCP字段中的一个附加的位中或者根据Diff-Serv方法作为专用的TOP-DSCP值，该方法为差分业务码点(DSCP)设置业务类型(TOS)字段)，该标志说明，在故障情况下该通信量是否必须被继续传输。被保护的保留被算入两种预算中，未被保护的保留仅仅被算入B_E中。

这种机制也可被用来产生恢复优先级或通信等级的多个等级，其方式是以不同的故障拓扑为基础。在此，例如可以这样来计算特别被保护的等级的预算B_T，使得所有具有单或多链路故障的故障拓扑以及所有的单节点错误都被考虑。第二“正常被保护的”等级基于只考虑单链路故障的预算，而第三(未被保护的)等级则使用仅基于原始拓扑被确定的预算。

这种恢复优先级可直接与网络节点中的通信等级的时序安排优先级相耦合。

根据一种改进方案，可使用以下类型的许可检验的界限：

·分别在网络输入节点和网络输出节点之间的最大通信量的界限。

·在网络输入节点处进入该网络的通信的最大通信量的界限和在网络输出节点处出去的通信的最大通信量的界限。

·在网络输入节点处进入的并通过链路被引导的最大通信量的界限以及在网络输出节点处出去的并通过链路被引导的最大通信量的界限。

这些不同类型的界限也可以相互组合。对于在实时条件下通过面向分组的网络的传输来说，至少一个通信等级的所有的流量可在网络边缘经受具有上述界限之一的许可检验。通过这种方式控制整个通信量并且可以将其调整为可用的带宽。

下面借助于一个图在一个实施例的范围中详细解释用于在保持业务品质特征的情况下传输数据的本发明方法的作用。

为简单起见，仅针对故障拓扑示出了本方法，该故障拓扑通过一个链路的故障被给出。通过针对多个故障拓扑的相应措施可以保证该网络对抗所有可能的干扰情况。

在图中示出了一个由节点和链路构成的网络。在这里，边缘节点r1至r10用填充圆来表示。内部节点用未填充的圆来表示。链路通过节点之间的连接来表示。对于该网络来说，可以定义不同类型的边缘条件，这些边缘条件保证在网络边缘上的允许控制。边缘条件的类型例如可以根据网络的拓扑来选择。边缘条件的形式一起判定：在根据本发明的方法中在何种阻塞概率时出现过载的情况。可能的边缘条件是：

1.在两个边缘节点之间传输的通信量的界限，即分别由两个边缘节点所给出的一对界限值(Ri，Rj)，j，i ∈{1，..，10}。

2.所有输入节点和输出节点的界限值。当假设，所有的边缘节点Ri，i∈{1，..，10}不仅是输入节点而且是输出节点时，将得到20个界限值，其中分别为一个边缘节点分配两个界限值、即一个输入界限值和一个输出界限值。对于应从输入节点ri传输到输出节点rj的流量来说，将检验，是否超过节点ri的输入界限或者rj的输出界限。当超过时，结果是拒绝。

3.如在2中那样的、然而是网络的所有链路的输入界限值和输出界限值。也就是说，对于每一个链路L，每个边缘节点分别有两个界限。对于从节点ri到节点rj的流量传输，将检验ri的输入界限和rj的输出界限，该输入和输出界限涉及传输该流量应经由的链路。

下面，为简单起见，从形式1的界限值出发。

由于虚线所表示的链路L3的故障而得到所考察的故障拓扑。该网络通过快速地重路由要经过链路L3传输的数据包来对此作出反应。这样从节点K经过链路L向节点K1路由的包在通过虚线示出的链路L1和L2通知节点K链路故障之后直接向节点K2和K3路由。这例如可以通过以下方式来实现，即在数据包的报头中明确说明用于路由到下一个跳跃点的地址。应以这种方式避免：

·丢丢失，和

·在包路由时出现大的延迟。

理想地，通过这种快速的重路由，即使在有错误的情况下也可以保证实时通信的业务品质特征。但为此必须保证，该多通信不会由于该重路由而导致过载。根据本发明，这样确定接入控制的界限，使得情况不是如此。尤其避免在链路L1和L2上的过载。

针对下面的描述引入下面的量：

BBB(ri，rj)：在输入节点ri和输出节点rj之间的通信量的界限

c(L)：网络段(链路)L上的通信量

aV(ri，rj，L)：在输入节点ri和输出节点rj之间的总通信量经过链路L的按照份额的通信量

借助于通信模型或模拟以及测量，可以针对所考察的故障拓扑来确定所有(未出现故障的)链路L的按照份额的通信量aV(ri，rj，L)的值。

对于每一个链路L，有：

C(L)＝∑BBB(ri，rj)·aV(ri，rj，L)，    (1)其中该和经过所有的网络输入节点ri和网络输出节点rj。通过等式(1)确定了参数c(L)与界限BBB(ri，rj)的关系。这些界限BBB(ri，rj)现在可以这样来确定，使得对于所有链路L(当然除了受干扰的链路L3以外)来说通信量C(L)不会超过各个链路L上可供使用的带宽。尤其是可以通过借助于等式(1)为链路L1和L2确定界限BBB(ri，rj)来避免过载。结果，这些界限BBB(ri，rj)通过考察过载情况在等式(1)中如此低地被确定，使得在链路L1和L2上有足够的带宽可用于快速的错误反应。针对多个故障拓扑、例如针对单链路故障可以实现相应的措施。在这种情况下，分别使用针对不同故障拓扑所确定的界限BBB(ri，rj)的最小值。

这些边缘条件与用于附加的许可检验的边缘条件相组合，例如与类型2边缘条件的相组合：

对于具有两个附加的许可检验的扩展方案，下面的数学关系可以被表达。这与上述定义有关。此外，是

Ingress(ri)：经过网络输入节点ri的通信量的界限值，

Egress(rj)：经过输出节点rj的通信量的界限值，

δ(ri，rj)：在网络输入节点ri和网络输出节点rj之间的通信量。

现在，可以形成下面的不等式：

对于所有的i，有：

∑δ(ri，rj)≤Ingress(ri)，对所有的j求和。(2)

对于所有的j，有：

∑5(ri，rj)≤Egress(rj)，对所有的i求和。  (3)

对于所有的2元组(i，j)，有

5(ri，rj)≤BBB(ri，rj)                    (4)

对于除了出现故障的链路之外的所有的链路L，有

c(L)＝∑5(ri，rj)·aV(ri，rj，L)，对所有的i和j求和。(5)

借助于Simplex算法，可以针对Ingress(ri)、Egress(rj)和BBB(ri，rj)的预定值计算满足不等式(2)至(4)的最大值c(L)。此外，可以针对一组界限或界限值Ingress(ri)、Egress(rj)和BBB(ri，rj)检验，在链路L(例如链路L1或者L2上)是否可能出现不允许的高负载。在这种情况下，可进行界限或界限值的抵抗过高负载的改变。

Claims (12)

1.用于在面向分组的、利用节点(K，K1，K2，K3)和链路(L1，L2，L3)构成的网络中提供用于匹配路由的资源作为对网络元件(L3)的故障的反应的方法，其中，至少针对通信等级的数据包借助于界限(BBB(ri，rj))执行许可检验，并且当在其他情况下将超过界限(BBB(ri，rj))时，数据包不被允许，其中

-在所述网络元件(L3)出现故障时确定一组数据包在所述网络中的路由，并且

-针对由于所述网络元件(L3)的故障而干扰网络的情况，在该组数据包路由时按照至少一个传输质量标准的遵循来确定允许控制的界限值，并且

-按照被这样确定的界限值确定许可检验的界限(BBB(ri，rj))。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，

-通过链路(L1，L2，L3)或者节点(K，K1，K2，K3)给出所述网络元件(L3)。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，

-在一个或多个网络元件(L3)出现故障时，由在所述网络中存在的通过链路(L1，L2，L3)的节点(K，K1，K2，K3)的联网而给出故障拓扑，

-在该组数据包在多个故障拓扑中路由时按照至少一个传输质量标准的遵循来确定允许控制的界限值，并且

-根据被这样确定的界限值的相应最小值来确定到该网络的许可检验的单个界限(BBB(ri，rj))。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，

-所述多个故障拓扑包括单个链路(L1，L2，L3)出现故障的所有拓扑。

5.根据权利要求3或4的方法，其特征在于，

-所述多个故障拓扑包括单个节点(K，K1，K2，K3)出现故障的所有拓扑。

6.根据权利要求3至5之一的方法，其特征在于，

-所述多个故障拓扑包括多于一个的网络元件(L3)出现故障的拓扑。

7.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，

-根据按照权利要求1至6之一的方法确定第一多数界限(BBB(ri，rj))，

-在不考虑故障拓扑的情况下，确定第二多数界限(BBB(ri，rj))，

-针对第一通信等级的数据包，借助于所述第一多数界限(BBB(ri，rj))来执行许可检验，以及

-针对第二通信等级的数据包，借助于所述第二多数界限(BBB(ri，rj))来执行许可检验。

8.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，

-根据按照权利要求1至6之一的方法，按照第一多数故障拓扑确定第一多数界限(BBB(ri，rj))，

-根据按照权利要求1至6之一的方法，按照第二多数故障拓扑确定第二多数界限(BBB(ri，rj))，

-针对第一通信等级的数据包，借助于所述第一多数界限(BBB(ri，rj))来执行许可检验，以及

-针对第二通信等级的数据包，借助于所述第二多数界限(BBB(ri，rj))来执行许可检验。

9.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，

-所述许可检验的界限(BBB(ri，rj))涉及网络输入节点(ri)和网络输出节点(rj)之间的最大通信量。

10.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，

-所述许可检验的界限(BBB(ri，rj))涉及在网络输入节点处进入所述网络的通信的最大通信量和在网络输出节点处出去的通信的最大通信量。

11.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，

-所述许可检验的界限(BBB(ri，rj))涉及在网络输入节点处进入的并通过链路引导的最大通信量以及在网络输出节点处出去的并通过链路(L1，L2，L3)引导的最大通信量。

12.具有用于实施根据权利要求1至11之一的方法的装置的路由器。