专利名称：网络优化方法
技术领域：
本发明涉及在一种在基于包含有多个网络域的通信网的分组中用来在不同域的源(SRC)和目标(DST)之间建立起虚拟专线(VLL)的方法，该方法旨在实现源和目标之间的分组传递。
背景技术：
在因特网社会中，在改善因特网的不同方面具有很多创新。一些主要的关键点为(1)扩展服务模型，(2)路由和转发的效率和可量测性，以及(3)操作和管理。
所有这些对于因特网的持续发展和成功很重要。本申请与两种新兴技术的组合有关，多协议标签交换(MPLS)和带宽代理(broker)(BB)，它们在所有上述三个关键点的前后关系中具有很大的潜在影响。本发明的主要关键点在于实现了称作为虚拟专线或者VLL的带宽保证服务。
下列部分简要地描述了两种技术MPLS和BB。MPLS正在进行因特网工程任务组(IETF)的标准化工作，然而带宽代理的标准化方面当前还没有正式的结果。
IETF的MPLS工作组根据路由器制造商标签交换的趋势在1997年以前开始启动。那时，具有一些专有实现工具，并且标准化的需求被明确地表明。
MPLS是一种将标签-交换转发模式和网络层路由结合在一起的方法。在MPLS中，面向连接的交换基于IP路由和控制协议来提供。
简单地说，MPLS运作如下●将标签和转发等价类(FEC)的具体流联系在一起.
●通过网络、MPLS域来分发标签及其FEC绑定，用来建立标签交换路径(LSP)。
●当进入该域时给分组分配一个或多个标签(一堆标签)●基于这些标签通过域来转发分组。
MPLS的核心部分是标签语义、转发方法和标签分发方法。
多协议标签交换(MPLS)显示路由的特点被采用来克服与当前IP路由方案相关的缺点，其被沿着采用多半为静态和流量特征无关的链路量度计算出的最短路径仅仅基于目标地址来转发分组的需求所妨碍。当这个最短路径路由足够实现连通性时，它常常没有很好利用可用的网络资源，从流量工程的观点来看并不令人满意。主要问题在于，某些入口-出口对之间最短路径上的一些链路可能变得阻塞，然而其他可能路径上的链路仍然空闲着。即使在最大努力模型中，这意味着可用的网络资源没有充分得到利用，形成更高的时延，并且同样网络结构具有提供更好服务质量(QoS)的潜在可能性。
在MPLS网络中，当带宽保证型标签交换路径(LSP)被建立时，带有固定链路度量的最短路径路由能够引起LSP建立请求被拒绝，即使这些请求在采用不同的路由方案时可能允许接受。因此，需要能更好地利用网络结构的路由方案。更好地利用网络结构的同时还保证维持QoS是流量工程的基本目标。MPLS网络的控制入口节点到出口节点的路径以优化网络资源使用和增强网络性能的能力，被看作是采用MPLS的首要的正当理由。
在MPLS中，分组在入口点处和标签一起被封装，这些标签接着用来沿着LSP转发分组。服务提供商能够使用带宽保证型LSP作为具有带宽保证的用来满足客户服务等级协议(SLA)的IP虚拟专网(VPN)服务的部件。这些LSP能被看成虚拟流量中继主干，这些该中继主干传送通过将MPLS网络的边缘或者入口路由器到达的分组分类成转发等价类(FEC)所产生的流量聚合部分。分类成FEC采用分组过滤器来完成，该过滤器检查诸如源地址、目标地址和服务类型比特位的头部字段。确定FEC的过滤器规则能以诸如从策略或路由服务器中下载，或者和路由协议交互作用的多种方式来建立。将分组分类成FEC的目的在于使得服务提供商对网络实施流量工程，并且以规定的方式路由每个FEC。这通过将到达的属于FEC的分组映射成一个与FEC有关的LSP来完成。在分组映射成LSP之前，LSP沿着显式路由(如果规定的话)采用允许诸如资源预留安装协议(RSVP)的资源预留的信令协议来建立。
IP网络的成本-效率部分地通过引起资源有效共享的无连接流量模型来实现。然而，该模型没有考虑到质量保证，不具备网络设备中服务区别的附加功能。最近几年，这样的功能变得很普遍，并且和它一起还出现静态的服务质量(QoS)配置。通过在网络中采用带宽代理(BB)，QoS策略管理能够以更灵活的方式来处理。
带宽代理是网络域中管理带宽资源策略的实体。通过维护域资源的数据库，它给QoS服务请求提供接纳控制判决。它也负责配置网络以满足准许的策略。它可以与相邻域的带宽代理通信，允许QoS服务跨越多个网络域。
在WO-00/30259中描述了一种提供接纳控制和网络服务质量(QoS)的方法。
在WO-申请的背景部分中，讨论的现有技术的缺点主要集中在导致区别服务(DiffServ)结构发展的可量测性方面。DiffServ允许给不同流量提供不同级别的网络服务。然而，并不是将每一数据流的状态信息存储在发送方和一个或多个接收方之间网络内的每个中间节点处，DiffServ网络内的路由器通过基于每个分组IP头的TOS字段内的比特位设置采用不同的每一跳特性(PHB)来处理不同流量数据流的分组。以这种方式，许多流量数据流可能聚集到少数预定义的PHB中的一个，因此，允许减少与分组分类和转发有关的处理和存储的量。尽管解决了可量测性问题，DiffServ未能提供实现接纳控制策略有关的充分的管理。实现DiffServ框架所建议的接纳控制的方法，包括采用集中式带宽代理。这个集中式带宽代理控制整个域，并且集中处理带宽分配请求。下列的例子简要地说明了带宽代理所做的工作。
希望为自身和接收方之间的数据流建立特定级别服务的发送方，给集中式带宽代理发送其需求指示。集中式带宽代理根据策略来验证请求，根据已接受流量的带宽的当前分配来比较请求，并且利用数据流用来标记和加工(或者管理)输入分组的信息配置边缘设备。
随后，当作为已经建立起来的数据流的一部分的分组通过DiffServ网络云图时，中间核心设备采用对应于分组头所示的DiffServ服务级别的PHB。
在WO-00/30295中，目的是实现一个处理那些使用集中式代理所引起的缺点的网络，例如，有用的集中式代理可能很复杂，并且处理多播会话的带宽请求的能力有限。
下面描述了单独采用MPLS以及组合采用带宽代理和MPLS的技术现状。这部分的主要关键点在于扩展服务模型(也就是说，实现QoS)。
MPLS标准包括给MPLS网络提供基本工具的机制和协议。给定当前标准和可用的设备，许多MPLS网络被人工路由。该种网络中，采用MPLS的主要好处在于快速出错路由恢复以及域间和域内路由的清晰划分。MPLS的这些特性不真正地称作为QoS-使能者，但是算作是MPLS如何使用的好例子。MPLS另一个常见的应用是采用管理工具(例如Orchesteam)用在VPN的建立中。这些应用中，主要的优点在于共享网络采用MPLS LSP分成专用VPN。
有种称作路由和流量工程服务器(RATES)的系统，它作为MPLS流量-工程服务器来描述。该系统由Aukia、Kodialam、Koppol、Lakshman、Sarin、Suter在2000年五月的IEEE网络杂志的“RATESAserver for MPLS Traffic Engineering(RATESMPLS流量工程服务器)”中得以描述。下面称之为[RATES]。RATES运作遵守的模型是，服务请求传递给网络中评价它们且可能实现该服务的引擎。服务请求由源和目标地址(或者前缀)以及带宽约束来定义。[RATES]定义了路由算法，其尽力寻找出能接纳这些请求的路径。这是和其他系统对比而言，其他系统仅仅使用从层三路由(通常最短路径)可用的路由器。
带宽代理(BBOLOV)系统技术的现状在1998年的“Quality ofService Agents in the Internet(因特网中服务代理质量)”中描述，它是Lule 的Lule 理工大学计算机通信部计算机科学和电气工程系的Olov Scheln的博士论文。下面称作[OLOV]。
BBOLOV和RATES具有很多相似之处。BBOLOV在DiffServ网络的范围中描述，然而RATES在MPLS中运行。除了基本的差别以外，这两个系统都在同样的模型中运行；接收服务请求，评价它们并且可能实现该服务。在图1中示意表示。这两个系统的主要差别在于基本的网络技术。
RATES和BBOLOV的重要特性为实现路径敏感型接纳控制。两个系统都保证路径上的所有链路具有充足的转发资源来满足服务请求。路径敏感型接纳控制(通过集中式实体)需要网络拓扑的具体知识，或者倒不如说是路由拓扑。RATES和BBOLOV都使用作为链路状态-路由器的对等的直通方法，其提供路由拓扑的动态和具体的视图。
链路状态-域内的路由器持续互相同步拓扑信息。全部路由器都具备形成域拓扑整体视图所需要的所有信息。网络中的某个部分的变化在整个域内传播，确信全部路由器都具有最新的信息。作为链路状态-路由器的对等仅仅说明主机参与信息交换以便动态地接收所有信息。这能够被动地实现，它意味着主机不广播它自己的任何信息。
每个RATES实例限制在一个平面链路状态-域(例如开放式最短路径优先(OSPF)区域)，假设BBOLOV负责控制整个路由域，它可以采用分等级的路由。在分等级的路由时，BBOLOV依赖于路由试探，它在平面链路状态-域内起作路由对等作用，以便收集路由信息。
采用与这些类似的系统，它们组合使用MPLS和BB的概念，在DiffSserv或者MPLS网络中就可能实现动态QoS服务的建立和取消。
MPLS以及MPLS流量-工程服务器和带宽代理的组合的技术现状存在一些缺点，下面简要地讨论。
本发明总体目的集中在具有带宽保证的VLL服务的实现上，它要求路径敏感型接纳控制。为了尽可能使用服务，服务控制为动态并且自动管理就很重要。服务问题集中于●端到端—服务。
●关于时间的资源规划。
当服务请求跨越多个网络提供商的域并且可能为DiffServ和MPLS网络的混合时，端到端问题具有相当的重要性。仅仅只在一个提供商网络内可用的服务不可能在各种全球服务显得越来越重要的现实世界中取得成功。
如果其他共享网络上的带宽保证服务对于更严格的诸如专线或者电路交换网络的方案成为可靠的选择对象时，关于时间的资源规划是一个重要问题。当需要QoS时，商业用户肯定需要有预先规划的能力。其业务关键性的应用由于不具备网络QoS而出错的商业用户，非常有可能放弃出错的提供商。
在带宽代理模型的发展过程中，最初的关键点为端到端服务。带宽代理负责其域内的带宽资源，并且与相邻域的代理交换带宽。这些方法不与接纳控制所执行的方式严格匹配。然而，为了实现类似于带宽保证型VLL的服务，需要非常具体的接纳控制方法。上述提到的MPLS流量工程服务器、RATES的技术现状，仅仅包括一个链路状态一区，该状态区实际上仅仅是提供商网络域的一小部分。这意味着需要多个RATES系统来覆盖一个网络域。
上面说明过的Olov Schelen论文中的带宽代理BBOLOV提出了一种方法，该方法使得关于时间的VLL服务的规划成为可能。实现该服务的核心的接纳控制被利用时间作为一个输入参数而执行。系统根本没有考虑时间。服务请求的接纳控制在进行请求时完成。无法关于时间进行规划要求在网络应用和客户价值之间折衷。例如，从现在开始的一星期以前对于某个商业活动客户依赖于带宽资源的可用性，他需要尽快提出请求以确保其请求将被接受。在等待过程中，客户需要为其没有使用的服务付费。
对于MPLS网络，对于这个问题现在还没有已知的解决方案。
因此，本发明的第一个目的是获得一种实现经过一组不同种类的DiffServ或者MPLS域的(VLL类型的)端到端服务的方法。
本发明的第二个目的是获得一种实现关于时间的VLL服务的资源规划的方法。
发明内容
上述目的通过一种基于独立的权利要求的方法来实现。
在从属的权利要求中提出优选实施方案。
本发明涉及一种采用[OLOV]和[RATES]中思想的创造性组合的方法，它提供了与上面提到的第一个和第二个目的相关的两个问题的解决方案。
DiffServ和MPLS网络在QoS方面有大量的成果。其主要处理转发平面的机制或者算法。为了实现很好地定义的且可管理的服务，需要类似于接纳控制的部件。本发明采用接纳控制的概念来实现通过域边界的服务。
本发明的主要优点在于●配置。世界各地的网络操作员为其网络采用不同的方案。对于任何类型的全球性服务，支持不同种类网络技术非常重要。本发明使得通过两个最常使用的QoS模型配置带宽保证型端到端服务成为可能。
●网络应用。预先采用接纳控制允许网络资源更有效地被利用[OLOV]。本发明在MPLS中采用这个有力的工具，该种用法以前是未知的。
图1是DiffServ或MPLS中服务模型的示意例图。
图2显示了图解本发明的功能块。
图3显示了基于本发明的整个结构。
图4提供了一个场景实例，其中跨越两个域的VLL采用基于本发明的方法来建立。
图5显示了描述带宽代理如何根据本发明来处理请求的流程图。
图6显示了基于本发明的带宽代理的功能块。
本发明优选实施方案的具体描述图2显示了示意地说明本发明的功能块。
注意到[RATES]的路由部分不包括在内，并且基于本发明的方法完全取决于现有的路由且自身不主动计算路由。
通过参考图2，本发明的功能图示说明如下●请求管理。该接口处理所有输入请求。请求或者由到系统的客户(在系统的域内)或者由到其他域的对等系统的客户来产生。本接口的功能可以是[RATES]或者[OLOV]或者两者皆有。
●接纳控制。该方块被实现，例如如同[OLOV]所描述的，用来获得路径敏感性和预先规划的能力。同样的功能用在MPLS和DiffServ中。本方块的关键部分为■拓扑信息，它被用来为请求计算路径(路径敏感)。
■数据结构，它为拓扑中每条链路保存关于时间的资源使用信息(预先规划的能力)。
●服务实现。其中功能混合自[RATES]和[OLOV]以实现经过不同种类域的服务。对于MPLS网络，采用[RATES]中使用的LSP建立机制。它包括在MPLS边缘设备建立FEC关联并且在MPLS核心设备中为LSP建立分配标签。对于DiffServ网络所有需要的就是安排在路由器中的称作流量调节器(TC)的配置。流量调节可以包括任何分类、量测、标记、形成和丢弃分组的功能。DiffServ边缘设备典型地执行流量调节以便将正确的PHB和流量流关联起来(分类和标记)，并且确保流量流服从其流量特征(量测、形成和丢弃)。应该指出的是，在MPLS的边缘设备和DiffServ中的TC如何处理服务实现之间存在很多逻辑相似性。
基于本发明的整个结构在图3中加以说明。特别注意，MPLS域中的BB负责域间信令以及如何控制自身域内一组域内代理(IDB)。在MPLS域内，中央BB负责将资源请求传送到域内代理中。每个域内代理负责OSPF域(或者其他等价平面链路状态-域)的接纳控制和LSP建立。
图4提供了一个场景实例，其中跨越两个域A和B的VLL被建立起来。域A包括入口路由器2和出口路由器4。域A的出口路由器4连接到，或者等价于域B的入口路由器6。域B还包括出口路由器8。该例子表明端到端的问题是如何被解决的。逐步地，产生下列情况。
1.从网络SRC到网络DST的速率R的VLL的请求被传送到域A的BB处，并且可以用多种方式来实现。一些例子是和请求系统人工交互，通过管理系统的服务请求API的功能调用，和应用信令以及入口路由器的COPS/RSVP代理。产生由源网络(SRC)到目标网络(DST)的速率(或者带宽)R的虚拟专线(VLL)的请求，然后将该请求应用于域A(BBA)的带宽代理中。
2.BBA将请求传送到域B(BBB)中的带宽代理，它与从B中域入口到DST的速率R的VLL有关，假定BBA知道经由域B到达DST。存在多种可能的方式处理该类域间请求。出于这个例子的缘故，我们说传送到域B中BB的请求是对于由B中域入口到DST的速率R的VLL。
3.BBA同时根据由SRC入口路由器到域B出口路由器的层3路由来执行路径敏感型接纳控制。这通过经过域A查找路径并且在路径的每条链路上评价资源的可用性来实现。
4.刚一接收到来自于域A处的请求，域B中BB就执行下列步骤a.给定来自域A的入口和目标DST，BB找到该请求的第一跳区为区域1并且将请求传送到那个域内代理，它为其区域实现接纳控制(并且还可能LSP建立)。
b.将请求传送给域B中一个或者多个有关的域内代理(IDB)，其中每个域内代理在其区域内实现接纳控制(并且还可能LSP建立)。
c.给定来自两个相关域内代理的应答，响应传送回域B中BB。
5.域A的BB接收来自域B的响应，并且把它传送回请求方。如果请求沿着全部路径都被接受，BB就在SRC入口路由器处参与流量调节器(TC)的配置。
6.给定所有步骤都成功，现在就有由SRC到DST的速率R的VLL，它是■在SRC入口处被控制，■通常通过域A路由，■又在域A到域B的入口处被控制，■在域B的入口处作为FEC来分类，■通过域B标签交换直至其到达目标DST。
本发明与关于时间的资源规划有关的第二个目的，通过本发明的第二个优选实施方案来实现。根据这个实施方案，和上面相同的步骤被完成，区别在于直到请求的起始时间才开始执行配置动作(步骤5中的配置在请求的起始时间执行)。请求的接纳控制在请求时进行，并且如果请求被允许的话，流量调节器的配置和LSP的建立会按计划发生于请求的起始时间。
在用关于图4所示的例子中，只涉及到两个BB。在更为普遍的实施例中，会涉及到大得多的数目。如上所述，安排BB来和相邻域内的BB通信，允许QoS跨越几个域。通常一个BB只和距离一个域跳的BB(也就是说，和邻居)通信。这和因特网内实现的域间路由方式有关。对于BB自身域外的每个目的地来说，它知道路径上的下一个域跳，正像边界路由器知道每个目的地的下一域跳那样。
相邻BB的寻址信息可以通过配置或者某些自动发现机制来获得。
执行路径敏感型接纳控制的带宽代理BB处理如同图5中流程图所述的请求。成功情况下的步骤如下所述●可选地确保请求在用户策略内(注意用户可以是从人到相邻BB的任何事物)。如果，比如请求为比用户策略所允许的值还高的速率，这就可能失败。
●为请求计算路径。如果请求包括位于已知地址的BB范围之外的源或者目标地址，这就可能失败。
●属于该BB域的路径中全部链路的接纳控制。这是关于如果有则在服务请求中规定的时间参数来完成的。该步骤可能由于沿着路径中的任何链路的资源缺乏而失败。
●如果请求涉及到其他域，执行域间接纳控制。关于该步有许多可选项■如果使用组合，相邻的BB可以预留这些域之间的中继主干，并且允许这些中继主干内的预留，它意味着将没有每个请求的域间相互作用。这样的情况下，如果当前的中继主干大得足以满足当前的请求，它就会立刻被许可。另一方面，如果不够大，则请求可以在中继主干内成队列等待资源，或者甚至可以被拒绝，两者事件都可以作为重新计算域间主干中继的过程的输入。
■如果没有采用组合，则域间请求将传送给相邻BB。
●当一个或者多个接纳控制步骤被采取时，该是执行服务的时候了。该步骤，比如可能由于网络设备暂时性的问题而失败。
●对于请求被许可或者拒绝的请求方进行响应。
如果前三个步骤中的某个失败，请求将被立即拒绝。如果服务实现或者域间接纳控制失败，则必须采取接纳重新运行步骤以便释放BB自身域内的资源。
图6显示了基于本发明的带宽代理的功能块。简而言之，功能块所述如下■请求管理。BB处理源自于各种从人到相邻BB的请求。
■持续存储。具有关于时间实现接纳控制功能的BB必须具备持续存储器，其中它存储全部许可请求的记录以及诸如策略或者记账信息的用户相关数据。
■拓扑图。执行路径敏感型接纳控制的BB必须具备正确的拓扑和路由信息，以便能够查找输入请求的路径。作为链路状态路由器的对等主要检索所述信息。它也可以通过配置或者某些其他机制来检索。
■资源图。为了能够实现VLL服务的接纳控制，资源信息必须将拓扑信息耦合到资源图。所述信息可以通过试探网络或者可以静态配置来自动收集。
■服务实现。BB必须能够执行许可的服务。根据本发明，它通过配置DiffServ域内边缘设备中的流量调节器或者通过MPLS域内的LSP建立来实现。
■域间协商器。每当服务跨越不止一个域时，BB必须能够联系到相邻域内的BB。这个功能可以借助于或者不借助于请求组合来实现。
通常，带宽代理可以处理两种不同的策略。所有BB管理的最基本类型的策略是那些常称作为QoS策略的策略。这种策略在该应用内称作为服务。以某种QoS传输某些数据的策略实际上是服务。BB可选地管理的其他种策略是用户策略。这类策略控制用户允许使用哪些服务，以及可能在多大程度和在什么时间等。
根据本发明的优选实施方案，QoS参数为速率R。自然地，本领域技术人员会知道很多替代的QoS参数。
本发明不局限于上述优选实施方案。可以采用许多替代、修改和等效方案。因此，上述实施方案不应该被看成由所附权利要求书所定义的本发明范围的限制。
权利要求
1.一种方法，用于在包含有多个网络域的基于分组的通信网中的不同域的源(SRC)和目的地(DST)之间建立虚拟专线(VLL)，以便获得在源和目的地之间的分组传递，其中带宽代理(BB)与每个网络域相关，所述方法包括下列步骤i)从实体中产生对于具有从源网络(SRC)到目的地网络(DST)的预先定义的服务质量(QoS)的虚拟专线(VLL)的请求，并且将该请求应用于源网络相关的域A(BBA)的带宽代理；ii)BBA建立起相关的不同域以到达目的地网络(DST)；iii)BBA直接或者间接地将关于从每个域的入口到出口的预先定义了QoS的VLL的请求传送给相关域的全部带宽代理；iv)每个相关的带宽代理在其域内实现接纳控制；v)每个相关的带宽代理将接纳控制的结果返回给BBA，BBA将它传送回请求实体，并且如果请求沿着SRC和DST之间的全部域被接纳，则预先定义了QoS的VLL被许可。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，该方法包括下列在步骤v后面执行的步骤vi)BBA负责SRC的入口路由器中流量调节器(TC)的配置，以便建立起预定义了QoS的VLL。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，步骤iv包括下列子步骤将请求传送给相关域的跳跃区域内一个或者多个相关的域内代理(IDB)，其中每个域内代理执行接纳控制。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤iv)中，除了接纳控制之外，标签交换路径(LSP)建立也被执行。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述域包含至少一个区别服务(DiffServ)域和一个多协议标签交换(MPLS)域。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，在MPLS域中，BB负责将资源请求传送给域内代理(IDB)，其中每个域内代理负责接纳控制和LSP建立。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的预定义的QoS为速率R。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，带宽代理包括能完成输入请求的路径敏感型接纳控制的拓扑图和路由信息，其中该信息通过作为链路状态路由器的对等检索。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，带宽代理包括数据结构，该数据结构保留有拓扑中每条链路的关于时间的资源使用信息，这使得能够预先规划。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，特定域的带宽代理为属于该域的路径中全部链路实现接纳控制。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于，带宽代理包括存储器，其中存储全部它许可的请求和诸如策略或者记账信息的用户相关的数据。
全文摘要
一种在基于包含有多个网络域的通信网的分组中用来在不同域的源(SRC)和目标(DST)之间建立起虚拟专线(VLL)的方法,该方法旨在实现源和目标之间的分组传递,其中带宽代理与每个网络域有关联。
文档编号H04L12/46GK1423878SQ01808054
公开日2003年6月11日 申请日期2001年4月6日 优先权日2000年4月13日
发明者E·斯范贝里, J·约翰松, A·托格尔, J·诺尔加德, A·拉松 申请人:奥帕雷克斯公司