专利名称：用于对各种路由域之间的链路故障快速做出反应的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在面向分组的网络中对两个路由域之间的链路的故障快速做出反应的方法。
本发明位于因特网技术领域或更具体地位于面向分组的网络中的路由选择方法的领域，并且目的在于在实时条件下传输数据。
当前在网络领域内可能最重要的研究是语音网络和数据网络的会聚。重要的未来远景是，通过面向分组的网络传输数据、语音和视频信息，其中，新研究的网络技术确保遵守针对各种通信量类别的请求特征。未来针对各种类型的通信量的网络将面向分组地工作。最新的研究活动涉及通过传统用于数据通信的网络、主要是基于IP(网际协议)的网络来传输语音信息。
为了能够以这样的质量通过分组网和特别是基于IP的网络来进行语音通信，该质量对应于通过线路交换网络的语音传输，必须将诸如数据包的延迟或抖动的质量参数保持在较窄的界限内。在语音传输时，针对所提供的业务的质量很有意义的是，延迟时间基本上不超出150毫秒的值。为了达到相应较小的延迟，应用改进的应能够更快地处理数据包的路由器和路由选择算法。
在通过IP网络进行路由选择时，通常区分为域内路由选择和域间路由选择。在通过因特网传输数据时，通常涉及各种网络运营商的网络，在此也称为子网、域或所谓的自治系统(在英语中为AutonomousSystem)。网络运营商负责在域内的路由选择，该域落入其责任范围中。在这个域内，网络运营商具有这样的自由，即只要仅仅能够遵守业务品质特征，该网络运营商就在路由选择时根据自己的期望任意匹配工作方式。在各种域之间进行路由选择时的情况不同地表现，其中不同的域运营商相互之间开始连接。通过以下方式使得域间路由选择复杂化，即一方面应确定通过各种域到目标的尽可能最佳的路径，但另一方面域运营商能够本地应用策略，该策略使得按照客观标准整体上计算最佳路径变得困难。例如，策略在于，针对某一来源的通信量，避免某一国家的网络运营商的域。但是现在，通常不是所有具有通过其该通信量被路由选择的域的运营商都知道这个策略，也就是说，网络运营商必须在本地做出关于将通信量所转交到的域的决定，而无须拥有关于在量度意义上的最佳路径的完整信息。经常也用英语表达“Policy”来表示策略。
针对各种域之间的路由选择，应用所谓的外部网关协议EGP。目前在因特网中大多应用在RFC(请求注释(Request for Comment))1771中详细说明的边界网关协议版本4(边界网关协议经常缩写为BGP)。边界网关协议是所谓的路径向量协议。BGP实体(经常在英语文献中发现表达“BGP-Speaker”)由其BGP邻居告知通过各自的BGP邻居到可抵达的目标的可能路径。根据同样被告知的路径特性(在英语中为path attribute)，BGP实体包含到可抵达的目标的分别从其本地角度出发的分别最佳的路径。在BGP协议的范围内，在BGP实体之间交换四种类型的消息，其中有所谓的更新消息，利用该更新消息将路径信息贯穿整个网络传播，并且该更新消息允许，根据拓扑变化对网络进行优化。更新消息的发送通常导致在网络的所有BGP实体中在根据本地已有信息优化的路由选择的意义上进行路径信息的匹配。此外，所谓的保持活跃(Keepalive)或状态确认消息起作用，利用该保持活跃或状态确认消息BGP实体向其BGP邻居说明其功能性。在缺失这种消息时，BGP邻居以此为出发点，即到BGP实体的链路被干扰。
借助于BGP协议传播拓扑信息具有以下缺点，即在经常通告变化时为了通告该变化而出现贯穿网络传播的消息的相当大的负载，以及当变化消息过快地连续出现时，网络不会聚。网络不会聚或域间路由选择变得不稳定的问题通过所谓的路由抑制(Route-flap-damping)方法来解决。关于这个概念的思想是，由BGP邻居对变化通告进行制裁。在接收到变化消息时，提高衰减参数，并且在衰减参数超出阈值时忽略变化通知。在缺失变化通知时降低衰减参数的值。由此导致，当变化的通知的频率过高时，忽略BGP实体的变化通知。由此延缓或减弱网络对暂时的不稳定性的反应。可是，该方法的缺点在于，该方法延迟了网络对持续更长的干扰(这里在英语中应用表达“Persistent Error”)的反应。首先在实时通信方面，当只在较长的时间标度上的域间路由选择的干扰被排除时，该方法是不利的。
本发明的任务是，给出一种方法，该方法允许对在域间路由选择时的干扰快速做出反应，并且同时避免传统方法的缺点。
所述任务通过按照权利要求1所述的方法来解决。
根据本发明，在两个路由域之间的链路出现故障时，提供替换路径。沿着这个替换路径的域间路由选择被如此调整，以致可能通常通过受干扰的链路路由的数据包沿着替换路径被导引到其目标。在此，每个中断两个路由域之间的连接或连通性(Connectivity)的干扰被理解为链路故障。
路由域(在文献中也发现表达“自治系统”或者“子网”)的特征在于域内统一的路由选择。例如，在一个域内借助于OSPF(开放式最短路径优先(Open shortest path first))协议对数据包进行路由选择。这里介绍一种在域间进行路由选择(在下面称为域间路由选择)时的措施，该措施允许，对域间的链路故障快速做出反应。在此，由一个路由域确定链路故障。这可以例如通过路由域的路由器来实现，该路由器配置有用于域间路由选择的协议软件。在BGP协议中，在这样一种情况下也称为BGP讲者(BGP-Speaker)或者BGP实体。在确定故障之后，传播关于链路故障的消息，可是不是贯穿整个网络传播，而是仅仅沿着一条或多条替换路径传播。沿着该一条或多条替换路径的路由器如此调整其域间路由选择，以致能够沿着该一条或多条替换路径路由数据包。这例如通过改变属于位于替换路径上的域的、具有域间协议功能的路由器的路由表来实现。当已经由EGP路由实体规定了避免出故障的链路的到替换路径的目标的路由选择时，可以停止由EGP路由实体沿着替换路径继续传播关于链路故障的消息。这可以通过网络拓扑或者但是通过已经完成的来自其他方向的EGP路由实体、例如从另一个通知链路故障的EGP实体发出的通知来决定。
在下面也将具有域间协议功能的路由器称为EGP实体。在此，EGP(Exterior Gateway Protocol)是针对诸如BGP协议的域间协议的通用表达。在一个域中对替换路径的域间路由选择的调整可以下列方式来实现EGP实体获取关于链路故障的通知。随后，该EGP实体为经过出故障的链路的路径选择备用路径。该EGP实体例如通过BGP协议的更新消息来拥有备用路径，该更新消息在网络中传播并且由EGP实体用于确定大量到各种目标的路径。根据该备用路径，可以在备用路径上识别下一个路由域。接着，路由器(通常为EGP实体)的地址可以在EGP实体的路由表中被确定为针对该路由选择的下一个目标或下一跳。
这里以及在下面，区分替换路径和备用路径。替换路径是这样的路径，该路径基于根据本发明的方法被确定用于通过包含出故障的链路的路径进行路由选择。备用路径涉及作为故障的路径的备用方案的本地的路径选择。在本方法中，除了关于出故障的链路的信息方案，也可以传播关于所选的备用路径的信息。可是，在优选的变型方案中，不是这样做，而是在位于替换路径上的路由域中总是重新基于关于链路故障的信息来选出备用路径。对此的原因是，单个网络运营商经常应用不同的策略(Policy)，这些策略通常对其他网络运营商来说是未知的。因此，路由域经常只能够作出本地有效的决定，也就是说，决定关于在沿着备用路径进行路由选择的意义上的下一个目标。本地选出的备用路径可以、但是不必与最终得到的替换路径一致。这样，路由域可以选出备用路径，该选出与选择位于替换路径之前的路由域不一致。
本发明具有这样的优点，即能够对干扰快速做出反应，而不必贯穿整个网络传播消息以及随后实施在拓扑方面的会聚。特别是在时间上受限的干扰的情况下，不需发生花费大的故障反应。
根据改进方案，一个由干扰首先通知的路由域或(例如在受干扰的链路的两端的)多个被通知的路由域针对所有经过受干扰的链路的路径推动替换路径的提供。针对一条受干扰的路径也可以提供两条或多条替换路径，其中另外提供的替换路径可被用作备份或者用于实施策略。
在改进方案中规定，识别多于一条的备用路径。该一条或多条附加的备用路径可被用作优选路径的替换或者可以用于依赖于路由策略来进行路由选择。例如根据在包头中的信息来决定，应用该备用路径中的哪条。
在变型方案中给出这样一个协议，该协议规定在网络范围内的消息的传播，以计算最佳路径，该协议例如是BGP协议。根据这个变型方案，在链路故障时，在一段时间内禁止借助于该协议重新确定针对域间路由选择的最佳路径。在BGP协议的情况下，例如在由链路干扰通知的路由器上的BGP过程阻止向其他BGP实体发送更新消息。此外，由链路干扰通知的路由器可以作为不再可抵达的EGP实体的代理并且发送保持活跃消息，该保持活跃消息在其他BGP实体的BGP过程中虚构出故障的链路的有序运行。这个抑制消息的功能可以在一段时间后被废除，以致完成用于确定最佳路径的消息的第二次传播。这个改进方案的优点在于，能够区分短期和持续更长(在英语中通常为词“persistent”)的干扰，其中，借助于提供替换路径对短期干扰做出反应，而在长期干扰时推动相应的整个网络内的拓扑匹配。
为了处理短期干扰，另外有帮助的是，将由替换路径替代的路径标识为这种路径，即这个路径在获得关于恢复该链路的消息时准备再利用。
下面根据附图在实施例的范围内详细说明本发明主题。其中
图1示出在链路故障时具有BGP域间路由选择的传统反应，图2示出根据本发明的对链路故障的反应，图3示出协议流程图，图4示出为了考虑路由选择策略的路径扇面(Faecher)的应用。
图1示出十一个自治系统或路由域AS-1至AS-11以及将自治系统相互连接的链路。该自治系统借助于BGP协议相互通信，其中，自治系统的单个路由器配置有相应的协议能力。在这种情况下称为BGP讲者或者BGP实体。自治系统借助于BGP实体相互交换消息，这些消息要么确认所存储的状态要么针对路由选择通知要考虑的变化。在图1中表明，如何通过BGP协议受控地对链路故障做出反应。在此，自治系统AS-6和AS-8之间的链路受到干扰。作为对该干扰的反应(通过箭头来标识该反应)，在整个网络中传播所谓的更新消息，或所述十一个自治系统AS-1、…、AS-11获得更新消息，该更新消息令自治系统重新计算在本地量度意义上的最佳路径。
图2示出如图1的自治系统的同样的连网。在图2中描述根据本发明的对自治系统AS-6和AS-8之间的链路故障的快速反应。根据本发明，将消息发送到自治系统，该自治系统位于针对通过出故障的链路的路径的替换路径上。该自治系统AS-8将关于链路故障的消息发送到自治系统AS-7，这个自治系统AS-7又将消息发送到自治系统AS-5。由于自治系统AS-8通过自治系统AS-7和AS-5能够抵达在该图的右半部分上的所有自治系统、也就是自治系统AS-1至AS-4和AS-6，所以自治系统AS-5不必继续传播从AS-8接收到的关于链路故障的消息。类似地，自治系统AS-6发送消息给自治系统AS-5。这个自治系统AS-5随后通知自治系统AS-7。因此，该链路故障涉及自治系统AS-5至AS-8，这些自治系统提供或识别针对通过出故障的链路的路径的替换路径。与图1中示出的传统反应相反，不必通过整个网络传播消息。在该图中，自治系统AS-1至AS-4和AS-9至AS-11未获得关于链路故障的消息并且不必执行匹配。
在持续更长的链路故障(持久故障(Persistent Error))时，有意义的是，在整个网络中传播消息，以便在网络范围内优化路由选择。因此，根据图3规定，当在某段时间间隔、例如10分钟之后出故障的链路还未恢复时，就在整个区域内传播BGP更新消息。在图3中的纵轴上示出根据本发明的方法的三个不同阶段，也即识别出链路故障在哪的阶段Fail、当在时间间隔内恢复该链路时发出链路恢复的信号的阶段Recv、和当涉及持续更长的故障时示出该行为的阶段Pererr。在横轴上示出两个BGP讲者或者BGP实体，也即BGPspk1(BGP实体，该BGP实体直接得到故障的信号，因此属于与出故障的链路相接的自治系统)、和BGP实体BGPspk2(该BGP实体属于自治系统，该自治系统由BGP实体BGPspk通知链路故障)。示出第一BGP实体BGPspk1的三个软件模块或协议模块，也即确定链路故障的模块DCT(代表检测(Detection))、负责根据本发明的反应或消息的发送的模块FSR(表示快速范围重路由(Fast Scope Rerouting))、和相应的BGP协议软件BGP(就这点而言也称为BGP路由引擎)。针对第二BGP实体，示出快速范围重路由模块FSR。在该图中，时间轴从上到下，也就是说，位于较低处的消息或事件在时间上是稍后的。在关于链路故障的通知Linkfail之前，由BGP协议规定的所谓的保持活跃消息BGP(保持活跃)在第一BGP实体BGPspk1内被转交给BGP软件BGP，也就是说，用信号表示链路的有序运行。在链路出故障之后，例如通过保持活跃消息BGP(保持活跃)的缺失来识别出这个干扰(在图3中消息Linkfail与识别出链路故障取得一致)。将链路故障通知给FSR软件(图3中相应的消息称为通知(notify))。BGP实体1 BGPspk1的FSR软件发送消息FSRlinkdown给第二BGP实体BGPspk2的FSR软件，该FSR软件沿着一条替换路径或多条替换路径又发送相应的消息FSRlinkdown。消息FSRlinkdown将链路故障通知给各自的接收方实体，并且在接收方处触发根据本发明的对链路故障的快速反应。在对链路故障快速做出反应期间，在BGP协议层上模拟出故障的链路的正常运行。为此目的，第一BGP实体BGPspk1的FSR软件FSR发送BGP保持活跃消息BGP(保持活跃)给BGP软件BGP。FSR软件FSR可以说作为在出故障的链路的另一侧的BGP实体的代理，以便阻止通过BGP协议在网络中重新计算路径。
如果在所述时间间隔期满之前又恢复了链路的高效能并且将其通知给第一BGP实体BGPspk1(在该图中通过消息Linkrecv表征)，那么第一BGP实体BGPspk1的FSR软件FSR通过消息FSRrecv通知第二BGP实体BGPspk2，该链路又投入运行。沿着替换路径传播该消息FSRrecv。位于替换路径上的BGP实体在接收到关于链路的故障的消息之后已经用另外的路径替换了经过出故障的链路的路径，并且将被替换的路径表征为暂时不可用的路径。在接收到关于链路恢复的消息之后，这个如此表征的路径可以重新投入运行。在出故障的链路恢复之后，通过第一BGP实体BGPspk1又接收到关于重新投入运行的链路的BGP保持活跃消息BGP(保持活跃)。
第三阶段Pererr(代表持久故障)示出在持续更长的链路故障时的反应。在定时器Texp期满(代表定时器期满(Timer Expired))之后，由第一BGP实体BGPspk1的FSR软件FSR发送消息FSRpererr(代表FSR持久故障)给第二BGP实体BGPspk2，通过该消息FSRpererr发信号表示，涉及持久的故障。现在可以从路由表中去除表征为暂时不可用的路径。第一BGP讲者BGPspk1的FSR软件FSR现在不再在BGP软件BGP上模拟出故障的链路的高效能，而是发送通知BGPlinkdown，该通知BGPlinkdown将链路的故障通知给BGP软件BGP。作为随后的反应，贯穿整个网络传播推动重新计算路径的BGP更新消息BGP(更新)。
的由路由域或BGP实体沿着替换路径选出备用路径通常根据两个标准来完成，也即替换路径不经过出故障的链路的第一标准，和(替换路径必须满足这样的条件，即该替换路径是出故障的链路的真实的代替)替换路径根据本地应用的量度是最佳的第二准则。底线是，替换路径针对数据包的路由选择提供出故障的链路的代替。用于在多个用于确定备用路径的选项中识别最佳备用路径的量度可以例如考虑诸如直至目标的跳的数量的标准。分别应用的量度就这点而言是本地的，因为各自的路由域不考虑未知的其他路由域的路由策略。在不同的路由策略方面首先推荐，针对出故障的路径识别或选出多条备用的路径，并且提供多条替换路径。也可以将这种关系称为备用路径扇面或替换路径扇面。根据图4详细说明多条替换路径的有用性。在该图中示出自治系统AS-1至AS-7。虚线表示的在自治系统AS-1和AS-4之间的链路是有故障的。现在，从自治系统AS-1到自治系统AS-4提供经过自治系统AS-2或自治系统AS-3的两条替换路径。通过自治系统AS-4可以抵达自治系统AS-5、AS-6、AS-7。假定，从自治系统AS-1向自治系统AS-7传输的数据包不应通过自治系统AS-2进行传输，例如因为自治系统AS-2的运营商出于合同原因不传输相应的通信量，或者因为该运营商具有另外的国籍，以致出于安全性考虑不应通过它的路由域传输相应的通信量。在这种情况下，第二路径、也即通过自治系统AS-3的路径可供使用，通过该第二路径可传输通信量到自治系统AS-7。通过自治系统AS-2和AS-3的两条不同的路径可以依赖于通信量所传输到的自治系统、例如AS-5、AS-6和AS-7根据各自的目标网络的路由策略来选出。这样，提供多条替换路径可以有助于在沿着替换路径路由通信量时考虑路由策略。
权利要求
1.用于在面向分组的网络中对两个路由域(AS-6、AS-8)之间的链路的故障快速做出反应的方法，其中，-由路由域(AS-6、AS-8)之一确定所述链路的故障，-针对至少一条经过所述出故障的链路到目标点的路径，通过以下方式提供至少一条到所述目标点的替换路径，即--通知位于所述替换路径上的路由域(AS-5、AS-7)，以及--被通知的位于所述替换路径上的路由域(AS-5、AS-7)根据沿着所述替换路径到所述目标点的路由选择来调整其域间路由选择，直到所有在所述替换路径上的路由域(AS-5、AS-6)根据在所述替换路径上到所述目标点的路由选择都已调整过其域间路由选择。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，-将所述链路故障通知给路由域的路由器(BGPspk1)，-由所述路由城的路由器(BGPspk1)选出对所述经过出故障的链路的路径的备用路径，该备用路径不经过所述出故障的链路，-将属于在所述备用路径上的下一个路由域的路由器(BGPspk2)的地址确定为到所述目标点的域间路由选择的下一个目标，以及-发送消息给在所述备用路径上的所述下一个路由域，通过该消息将所述链路故障通知给该下一个路由域。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，-将所述链路故障通知给路由域的路由器，-针对经过所述出故障的链路的路径的所述路由器检验，是否已经建立替换路径，-在存在替换路径的情况下，不向在所述替换路径上的下一个路由域发送关于所述链路故障的消息。
4.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，-将所述链路故障通知给路由域的路由器(BGPspk1、BGPspk2)，-由所述路由器(BGPspk1、BGPspk2)选出对每条经过所述出故障的链路的路径的备用路径，该备用路径不经过所述出故障的链路，以及-将属于在所述各自的备用路径上的下一个路由域的路由器的地址确定为到所述各自出故障的路径的目标点的域间路由选择的下一个目标。
5.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，-由路由器(BGPspk1)选出多于一条的对经过所述出故障的链路的路径的备用路径，其中，所选出的备用路径不经过所述出故障的链路，以及-将属于在备用路径上的下一个路由域的路由器(BGPspk2)的地址确定为到所述出故障的路径的目标点的路由选择的下一个目标，并且至少针对第二备用路径，将属于在第二备用路径上的下一个路由域的路由器的地址确定为到所述目标点的域间路由选择的备用的下一个目标。
6.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，-由路由器(BGPspk1)选出多于一条的对经过所述出故障的链路的路径的备用路径，其中所选出的备用路径不经过所述出故障的链路，-将属于在第一备用路径上的下一个路由域的路由器(BGPspk2)的地址确定为到经过所述出故障的链路的路径的目标点的路由选择的下一个目标，并且至少针对第二备用路径，将属于在该第二备用路径上的下一个路由域的路由器的地址同样确定为到所述目标点的域间路由选择的下一个目标，以及-在针对经过所述出故障的链路的路径的替换路径上进行域间路由选择时，根据涉及数据包的参数来确定所述下一个目标。
7.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，-给出协议，该协议规定在网络范围内的消息的传播，用于确定(计算)最佳路径，以及-在链路故障之后，在一段时间内禁止考虑到所述链路故障而借助于所述协议重新确定针对域间路由选择的最佳路径。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于，-在所述时间间隔期满之后，当还存在所述链路故障时，在网络范围内传播消息，以确定针对所述域间路由选择的最佳路径。
9.按照权利要求7或8的方法，其特征在于，-所述用于重新确定最佳路径的协议是BGP(边界网关协议)协议。
10.按照上述权利要求之一的方法，其特征在于，-在可能的重新投入运行方面标记由备用路径所代替的路径。
11.具有用于执行按照权利要求1至10之一的方法的装置的路由器。
全文摘要
本发明涉及一种用于在面向分组的网络中对两个路由域(AS－6、AS－8)之间的链路的故障快速做出反应的方法。在识别出链路故障之后，针对由此中断的路径通过本地选出备用路径来提供替换路径并且沿着该替换路径传播消息。与传统的诸如BGP(边界网关协议)协议的域间协议相反，消息的发送和由此引起的路由时的改变仅仅涉及沿着替换路径到达的路由域。根据改进方案，当链路故障是持续的(持久的)干扰时，进行在网络范围内消息的传播。作为由此的结果，在整个网络中重新确定最佳路径。本发明允许适合短期干扰的干扰补偿，并且避免在应用传统的域间协议时出现的不稳定性。
文档编号F03B17/04GK1759573SQ200480005483
公开日2006年4月12日 申请日期2004年2月9日 优先权日2003年2月28日
发明者R·布勒斯, G·利希特瓦尔德, M·施密德特 申请人:西门子公司