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CN1830184A - 报告通信网内的至少一个故障的连接路径的方法和网络节点 - Google Patents

报告通信网内的至少一个故障的连接路径的方法和网络节点 Download PDF

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CN1830184A CNA2004800214965A CN200480021496A CN1830184A CN 1830184 A CN1830184 A CN 1830184A CN A2004800214965 A CNA2004800214965 A CN A2004800214965A CN 200480021496 A CN200480021496 A CN 200480021496A CN 1830184 A CN1830184 A CN 1830184A
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Abstract

通信网的网络节点是目标网络节点，该目标网络节点分别通过连接路径与至少一个第一和一个第二网络节点相连接。这些第一和第二网络节点通过其它的连接路径相互连接。在网络节点中分别含有路由选择表。在第一网络节点的路由选择表中，从第一网络节点到目标网络节点的直接的连接路径被录入为最初的路由选择路径，而从第一网络节点通过第二网络节点引到目标网络节点的路径被录入为等效路由选择路径。与此相应地，类似的路径被录入第二网络节点的路由选择表中。只在最初的路由选择路径受干扰时应用各自的等效路由选择路径。由第一网络节点通过给第二网络节点的消息来报告，存在于第一网络节点和目标网络节点之间的最初的连接路径受干扰。该消息以这种方式来控制第二网络节点，即在其引到目标网络节点的最初的连接路径故障时，阻止了到目标网络节点的数据分组通过等效路由选择路径的传送，该等效路由选择路径从第二网络节点通过第一网络节点引到目标网络节点。

Description

报告通信网内的至少一个故障的 连接路径的方法和网络节点
本发明涉及一种按权利要求1和8的前序部分所述的方法以及一种按权利要求9的前序部分所述的网络节点。
为了在具有多个诸如路由器、交换机或网关的网络节点的分组交换的数据网、如简称为IP网的网际协议(Internet Protocol)网络或者简称为OSI网的开放系统互连(Open System Interconnect)网络中进行路由选择、进行传输路径自动控制或从发送机向接收机传输具有目标地址的数据分组、如简称为IP分组的网际协议分组或者简称为PDU的协议数据单元，采用不同的路由选择方法。路由选择确定，在哪条路径上数据分组从发送机到达接收机或目标、目标网络节点或者目标系统。
公知的路由选择方法是静态的、半动态的、或动态的路由选择，这些路由选择其中针对IP网通过如RIP(路由选择信息协议(RoutingInformation Protocol))、OSPF(开放式最短路径优先(Open ShortestPath First))或者EIGRP(增强内部网关路由选择协议(EnhancendInterior Gateway Routing Protocol))那样的协议或者针对OSI网按照IS-IS路由选择ISO 10589来实现。
在这些协议中，数据分组大多通过最短或最有效的路径从发送机向接收机或目标来传输。在此，只在故障情况下计算或确定和应用替代路径。
为了在传输数据分组时达到较高的故障保护，应用了所谓的多路径路由选择或多路径转交。在此，根据通过分别分配的通信量分配权重来确定的、所规定的通信量分配，通过从发送机到接收机的不同的或多条路径来传输相继的分组或者分组群(所谓的流(Flow))。
通信量分配权重对于一个目标地址规定了每条路径的通信量负载。通信量分配权重通常是0和1之间的值，其中，0代表在连接或路径上没有通信量，而1代表连接或路径上的最大的通信量。通信量分配权重为1意味着，通过该路径发送所有分组。在有多条路径可供使用的多路径路由选择中，借助权重来划分通信量。网络节点中的到目标的通信量分配权重的总和相应地为1，也就是100％的通信量。也可以将另外的数值系统、例如将0％和100％之间的百分比数据用于通信量分配。
这应在实例上来说明。如果网络节点或路由器例如拥有到目标或接收机的三条路径，则可将通信量均匀地划分到所有三条路径上。于是，每条路径可能得到约0.33的通信量分配权重。因此，分别通过一条路径发送所有分组或流的各三分之一。另外的分配也是可能的，例如针对第一路径为0.5，针对第二路径为0.3而针对第三路径为0.2。利用该分配，通过第一路径转交了50％的分组，也就是通过该路径每两个分组来转交，通过第二路径发送了30％的分组，而通过第三路径发送了20％的分组。该分配可以根据所希望的通信量流、按照连接的满载、每条链路的距离、到目标的节点的数量或者按照另外的判据来规定。
在多路径路由选择时，a)在一个网络节点中必须有到目标的多于一条的路径、也就是至少一条替代路径可供使用。由此，对于链路故障可以实现快速的本地反应。此外，b)多路径路由选择的链接不允许将网络节点之间的和超出多个网络节点之外的路径形成回路。路由选择回路导致分组在网络中循环(kreis)。循环的分组提高了数据网中的链路和网络节点的负载，因此也减小了网络的传输容量，并且导致显著的不必要的分组延迟或导致分组丢失。
条件a)和b)是互相相反的，因为避免路由选择回路常常导致到目标的可能的和可使用的多路路径的限制。
这应该通过实例来说明。图1示出分组交换的数据网、例如网际协议(IP)网的一部分的布局，该数据网由如路由器、交换机、网关或另外的同类开关设备的三个网络节点R1、R2、R3组成，这三个网络节点R1、R2、R3分别通过连接或链路L12、L13、L32相互连接成三角形。网络节点R1和R3具有到数据网的未示出部分的连接，通过这些连接该网络节点R1和R3得到数据分组。这些数据分组是针对目标D或针对所属的目标节点来确定，该目标节点D被连接在网络节点R2上，并且只能通过该网络节点R2来达到。
针对目标D的由网络节点R1接收到的数据分组通过连接L12被发送到网络节点R2，并且被转交给目标D。同样，针对目标D的、由网络节点R3接收到的数据分组通过连接L32被发送得到网络节点R2，并且被转交给目标D。
随后考察通过网络节点或路由器R1和连接L12被发送到网络节点或路由器R2的分组，以便从网络节点R2转交到其目标D。在此，除了通过网络节点R1的路径之外，对于这些分组不重要的是，是否也存在通过所考察的网络的另外的路径。在此刻，由于分组到达了网络节点R1处，并且应被转交给网络节点R2，所以出现了以下问题：在正常的、所谓的最短路径路由选择时，网络节点R1可能总是通过连接L12向网络节点R2转交分组，而网络节点R3总是通过连接L32向网络节点R2转交分组。有关转交分组的、带有目标地址D的路由选择表因此可能是：
在节点R1中：
  目标   下一个节点
  D   R2
在节点R3中：
  目标   下一个节点
  D   R2
为了使各个节点实现对链路故障作出快速的本地反应，在多路径路由选择时或在多路径转交时可能提供以下的替代路径：如果到网络节点R2的分组从网络节点R3通过连接L32被转递到网络节点R2，则网络节点R1首先也将该分组通过连接L13转交到网络节点R3。同样，如果到网络节点R2的分组从网络节点R1通过连接L12被转递到网络节点R2，则网络节点R3可以将该分组通过连接L13转交给网络节点R1。于是，包括通信量分配权重p1和p3在内，对于替代路径，该路由选择表可能是：
在节点R1中：
  目标   下一个节点   权重
  D   R2   1-p1
  D   R3   p1
在节点R3中：
  目标   下一个节点   权重
  D   R2   1-p3
  D   R1   P3
如果在纯基于目标的转交决断时应用这些路由选择表，则以概率p1p3出现了以下的情况，即例如可能将网络节点R1的分组在到网络节点R2的路径上首先通过连接L13转交到网络节点R3，并且紧接着又从网络节点R3通过连接L13转交到网络节点R1。这对于一个分组可能以概率(p1p3)2两次相继地发生。一个分组的n次往返寄送的概率可能是(p1p3)n。因此，分组从网络节点R1向网络节点R2的转交不可能无回路地来实现。
在具有DPMA申请文档号10301265.6的本申请人的较旧的专利申请中，为了解决所述的问题规定了，不考虑通信量分配，而替代于此地将可本地实施的规则给予网络节点。将针对关键的(kritisch)替代路径、亦即潜在回路的通信量分配权重设置为最小值、即设置为零。但是，在路由选择表中列出这些路径，并且称为所谓的“百搭链路(Joker-Link)”。此外，节点现在应用以下规则，即只有当所希望的相邻路由器或下一跳(Next Hop)不再能通过另外的具有正权重的路径可达到时，这些节点才应用配备了最小的通信量分配权重的链路。只要只有一条链路故障，分组的纯基于目标的多路径转交原理的简单的扩展方案就排除了循环分组的问题。
该方法的优点在于，尤其是在多路径路由选择时有等效路径可供使用，其中，没有分组在网络中循环。在此，该方法在不考虑分组的原始地址的情况下和在没有整个网络的状态信息的情况下工作。
借助实例来说明该方法。图1示出分组交换的数据网的一部分的已经导入地说明的布局。从在那里说明的行为方式出发，现在对于公知的方法得出了网络节点R1和R3的路由选择表中的针对目标D的以下录入项：
在节点R1中：
  目标   下一个节点   权重
  D   R2   1
  D   R3   0
在节点R3中：
  目标   下一个节点   权重
  D   R2   1
  D   R1   0
为了转交到目标D而到达网络节点R1的分组在正常情况下总是通过最初的连接L12直接被转交给网络节点R2。只有当网络节点R1确定连接L12故障时，例如才本地改变分配权重，并且到目标D的其它分组通过等效路由选择路径L13被转交给网络节点R3。与此对应地，连接L12故障时的网络节点R1的路由选择表中的录入项可能是：
在节点R1中：
  目标   下一个节点   权重
  D   R3   1
网络节点R3又将分组只直接通过其最初的连接L32转交给网络节点R2，因为该网络节点R3按照同一规则只将带有正权重的录入项用于其路由选择表中的目标D。
只有当网络节点R2或两个连接L12和L32故障时，在该实例中才可以在网络节点R1和网络节点R3之间往返发送针对目标D的分组。由此，在R1和R3之间形成了“一跳(one-hop)”路由选择回路。如果由此只丢失到目标D的通信量，则不会形成较大的损害，因为由于该故障无论如何不能达到该目标D。
由于连接L13和网络节点R1和R3中的资源也由另外的通信量关系来使用，所以通过针对目标D所确定的、R1和R3之间的循环的分组强烈地损害了该通信量。循环的分组可以使连接L13和网络节点或路由器R1和R3过载。
一种在直觉上容易想到的可能性是，如此来修改网络节点或路由器数据路径中的所谓的分组转发(forwarding)，以致网络节点或路由器决不将分组返回发送给它从其已接收到分组的节点。即使对此制定了技术解决方案，这些解决方案仍然是相当复杂的，并且要求强烈地修改当今的网络节点实施方案或路由器实施方案。
本发明的任务现在在于，如此来运行由多个网络节点组成的通信网，以致在应用百搭链路时和在连接路径故障时，避免路由选择回路。
通过一种根据权利要求1或8所述特征的方法或通过一种根据权利要求9的网络节点来解决该任务。
本发明的优点在于，在采用百搭链路和两个连接路径或连接故障时，阻止了分组的循环，并且这样避免了连接路径或连接和网络节点的过载。本发明首次说明了一种方法，利用该方法自动地和没有中央单元协作地识别和中断在应用百搭链路和连接路径故障时可能形成的回路。
在从属权利要求中说明了本发明的有利的扩展方案。
在本发明的有利的扩展方案中，从网络节点将干扰开始时的消息和干扰结束时的消息传送给其相邻网络节点。这具有以下的优点，只将最小数量的消息用于传送干扰。
在本发明的另一有利的扩展方案中，扩展了所谓的保持活跃(Keep-Alive)消息，并且用于传送干扰。这具有以下的优点，即将此外十分快速地和周期性地生成和传送的、已知的消息用于传送干扰。
以下借助已经与现有技术有关地说明的、根据图1的布局来详细阐述本发明方法。
图1示出分组交换的数据网的一部分的已经导入地说明的布局。从在那里说明的行为方式出发，如果两个邻接百搭链路的路由器(在本实例中为网络节点R1和R3)分别识别出网络节点R2的方向上的干扰或故障，并且自主地激活其方向上的百搭链路，则出现了所谓的“一跳”回路。
在本发明中，如果百搭链路的另一个末端上的网络节点(在本实例中为网络节点R3或R1)不再能达到网络节点R2，则使两个网络节点R1和R3中的每一个知道此情况。
如果连接L12受到干扰或故障，则如开头所说明的那样，网络节点R1应用其到网络节点R3的百搭链路，以便将数据分组发送到目标D或者发送到网络节点R2。此外，根据本发明，网络节点R1现在不可延迟地将连接L12的故障告知给网络节点R3。
如果连接L32受到干扰或故障，则网络节点R3以类似的方式应用其到网络节点R1的百搭链路，以便将数据分组发送到目标D或者发送到网络节点R2。根据本发明，网络节点R3不可延迟将连接L32的故障告知给网络节点R1。
如果是网络节点R1到网络节点R3的最初的连接路径的连接路径L12受到干扰，则网络节点R1应用其通过连接L13引到网络节点R3的百搭链路，并且通过该等效路由选择路径将数据分组发送到目标D或发送到网络节点R2。直接在出现干扰和应用网络节点R1中的百搭链路之后，该网络节点R1通过连接路径L13发送以下消息给网络节点R3，即连接L12故障，和/或网络节点R2不再可直接通过其最初的连接路径来达到。
在网络节点R3中接收到和分析利用了该消息之后，该网络节点R3知道，网络节点R1不再直接达到网络节点R2。现在这样来控制网络节点R3，使得不再将通过连接路径L13到网络节点R1的百搭链路用于被发送到目标D或者网络节点R2的数据分组。这可以由此来实现，即从网络节点R3的路由选择表中清除百搭链路。百搭链路同样可被保留在路由选择表中，并且配备有标记(Flag)，以致目前不应用该链路。这里可以设想许多变型。
如果现在连接路径L32也还受到干扰或故障，则网络节点R3知道，目标D或者网络节点R2不再可通过网络节点R1而且也不可直接通过网络节点R3到网络节点R2的最初的连接路径来达到。不应用还可能存在于网络节点R3中的未激活的、到网络节点R1的百搭链路，因为已经标记或清除了该百搭链路。只要网络节点R2不可通过另外的网络节点来达到，在网络节点R3中就拒绝针对目标D或者网络节点R2的进入的数据分组。
直接在干扰连接L32之后，网络节点R3发送以下消息给网络节点R1，即连接L32失效和/或网络节点R2不再可直接通过其最初的连接路径来达到。
于是如此来控制网络节点R1，以致，只要目标D不可通过另外的网络节点来达到，该网络节点R1就针对到目标D或到网络节点R2的数据分组使其到网络节点R3的活跃的百搭链路停止运行，并且拒绝针对目标D的数据分组。
如果两个连接L12和L32受到干扰或者故障，或网络节点R2故障，则由此不在网络节点R1和R3之间的连接L13上往返(乒乓)发送分组。这具有不使连接L13和网络节点R1和R3过载的结果。
如所说明的那样，由此来实现故障链路的信令，即从网络节点R1向网络节点R3或/和相反地从网络节点R3向网络节点R1发送消息。
通过信号来实现信令，该信号与故障存在时间那样长地重复。
通过具有干扰信息的周期性重复的消息可以实现信令。该消息可以是简称为PDU的协议数据单元或分组。
同样可以由此来实现信令，即在无故障状态下周期性发送在干扰或故障出现时消失的信号或者消息。这里实现了用于上述实例的网络节点的逆向运行和逆向控制。也就是在消息消失时识别了故障，并且类似地作出反应。
通过所确保的信号交换或者消息交换来实现信令，在该信号交换或者消息交换中，例如在干扰开始时或在干扰出现时发送消息，并且在干扰结束时发送其它的解除警报消息。
也可以通过路由选择协议来实现信令，或将信令嵌入路由选择协议中。在此应注意，直接在干扰出现之后实现信令，以致连接L13不过载。通常的路由选择协议为此需要太多的时间。
也可以由此来实现信令，即利用专门的、快速的、所谓的保持活跃分组通过故障监控来测试每个连接路径的故障。在这种情况下，将这些保持活跃分组或保持活跃消息的分组格式扩充了字段，以致可以可变地嵌入一个或多个网络节点号。如果网络节点识别出连接路径的干扰，则只要干扰或故障存在，该网络节点就将不能达到的网络节点的节点号一直嵌入到通向相邻网络节点的保持活跃分组中或其保持活跃流(Keep-Alive-Strom)中。相邻的网络节点由此知道，通过该连接路径不再可达到被嵌入到所接收到的保持活跃分组中的网络节点号的网络节点，并且激活到那儿的百搭链路可能是无效的。
在根据图1的实例中，在到网络节点R2的最初的连接路径L12故障时，网络节点R1针对到目标D或者到网络节点R2的数据通信量激活其到网络节点R3的百搭链路，并且将网络节点R2的网络节点号录入到其消息或保持活跃分组中，这些消息或保持活跃分组通过连接路径L13或等效路由选择路径被发送到网络节点R3。网络节点R3因此知道，通过网络节点R1没有到网络节点R2或到目标D的连接路径可供使用。
如果现在连接路径L32故障，则网络节点R3完全不先将其通过连接路径L13到网络节点R1的百搭链路投入运行。该网络节点R3同样可以在具有干扰信息的消息或具有干扰信息的保持活跃分组到达时，使百搭链路停止运行，或者在其路由选择表中清除。
只要如网络节点R1没有到网络节点R2的路径，网络节点R3就在网络节点R1的保持活跃分组中找到网络节点R2的节点号。只要网络节点R3具有通过网络节点R1到网络节点R2或目标D的百搭链路在运行，该网络节点R3就使该百搭链路停止运行。
当网络节点R1不再在消息或保持活跃分组中报告网络节点R2的节点号，连接路径L12是重新无干扰的，或在网络节点R1和网络节点R2之间重新存在连接路径时，网络节点R3才允许将其百搭链路(重新)投入运行。
在网络节点R2或者两个连接L12和L32故障的情况下，两个网络节点R1和R3可能将网络节点R2的节点号嵌入或馈入各自的保持活跃分组中，并且使两个百搭链路不投入运行或停止运行。
当两个网络节点R1或R3之一重新具有路径时，另一个网络节点才可以必要时激活百搭链路。
由此避免了回路，或如果由于同时激活百搭而在两个方向上应出现回路，则立即解除。
可替换地，一个网络节点可以在百搭链路投入运行之前馈入本来可达到的网络节点(在本实例中为网络节点R2)的网络节点号，并且在其百搭链路的保护时间之后才激活。例如馈入节点号n个保持活跃分组周期，并且当在某个时间之后，相邻网络节点没有报告故障时，才激活其百搭链路，而且去除试探地嵌入的网络节点号。
本方法的特征在于，该方法十分快速，并且阻止连接路径的过载。这特别有利于语音数据(基于IP的语音)的传输，因为这里在过载的连接路径中的语音数据的延迟或丢失是特别不利的。通过受干扰或故障的连接路径来交换信息的路由选择协议比所说明的方法显著慢。此外，这里还经常遇到可能不期望的重新路由选择。
通过能简单实施的软件解决方案来实现本发明方法。

Claims (9)

1.用于将第一网络节点的至少一个故障的连接路径报告给具有多个网络节点的分组交换的通信网的第二网络节点的方法，其中，至少一个网络节点是分别通过连接路径与至少所述的第一和第二网络节点相连接的目标网络节点，所述第一和第二网络节点相互通过其它的连接路径相连接，并且在所述网络节点中分别含有路由选择表，并且在所述第一网络节点的路由选择表中，从所述第一网络节点到所述目标网络节点的直接的连接路径被录入为最初的路由选择路径，而从所述第一网络节点通过所述第二网络节点引到所述目标网络节点的路径被录入为等效路由选择路径，并且与此相应地在所述第二网络节点的路由选择表中，从所述第二网络节点到所述目标网络节点的直接的连接路径被录入为最初的路由选择路径，而从所述第二网络节点通过所述第一网络节点引到所述目标网络节点的路径被录入为等效路由选择路径，并且只有在所述最初路由选择路径受干扰时应用所述各自的等效路由选择路径，
其特征在于，
由所述第一网络节点通过给所述第二网络节点的消息来报告，存在于所述第一网络节点和所述目标网络节点之间的最初的连接路径受干扰，该消息以这种方式来控制所述第二网络节点，即在其引到目标网络节点的最初的连接路径故障时，阻止到所述目标网络节点的数据分组通过所述等效路由选择路径的传送，该等效路由选择路径从所述第二网络节点通过所述第一网络节点引到所述目标网络节点，
并且以类似的方式，所述第二网络节点在其最初的连接路径受干扰时发出消息，并且相应地控制所述第一网络节点。
2.按权利要求1所述的方法，
其特征在于，
直接在出现所述最初连接路径的干扰之后将所述消息发送给所述相邻网络节点。
3.按以上权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
只要所述最初的连接路径的干扰持续，就一直周期性地传送所述消息。
4.按以上权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
将在网络节点的所述最初的连接路径的干扰开始时的消息和干扰结束时的消息传送给其相邻网络节点。
5.按以上权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
直接通过路由选择协议来传送所述干扰。
6.按以上权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
将保持活跃消息扩充了至少一个字段，在该字段中录入到所述相邻网络节点的干扰报告，并且将该保持活跃消息用于传送干扰。
7.按以上权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
在网络节点的所述最初的连接路径受干扰时，在所述消息中采用其网络节点标识号，并且将其网络节点标识号至少通过所述等效路由选择路径传送到所述相邻网络节点。
8.用于将第一网络节点的至少一个故障的连接路径报告给具有多个网络节点的分组交换的通信网的第二网络节点的方法，其中，至少一个网络节点是分别通过连接路径与至少所述的第一和第二网络节点相连接的目标网络节点，所述第一和第二网络节点相互通过其它的连接路径相连接，并且在所述网络节点中分别含有路由选择表，并且在所述第一网络节点的路由选择表中，从所述第一网络节点到所述目标网络节点的直接的连接路径被录入为最初的路由选择路径，而从所述第一网络节点通过所述第二网络节点引到所述目标网络节点的路径被录入为等效路由选择路径，并且在所述第二网络节点的路由选择表中，从所述第二网络节点到所述目标网络节点的直接的连接路径被录入为最初的路由选择路径，而从所述第二网络节点通过所述第一网络节点引到所述目标网络节点的路径被录入为等效路由选择路径，并且只在所述最初的路由选择路径受干扰时分别应用所述等效路由选择路径，
其特征在于，
所述第一网络节点在无故障状态下周期性地将消息传送给至少所述的第二网络节点，这些消息在到所述第一网络节点的目标网络节点的最初的连接路径受干扰时消失，并且以这种方式来控制所述第二网络节点，即在所述第一网络节点的消息消失时，并且在其到所述目标网络节点的最初的连接路径故障时，阻止了到所述目标网络节点的数据分组通过所述等效路由选择路径的传送，该等效路由选择路径从所述第二网络节点通过所述第一网络节点引到所述目标网络节点，
并且以类似的方式，所述第二网络节点在其最初的连接路径受干扰时不发出消息，并且相应地控制所述第一网络节点。
9.针对具有多个网络节点的通信网的网络节点，
其特征在于，
该网络节点按照一种根据以上权利要求之一所述的方法是可运行的。
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