专利名称：数据包交换系统、方法，路由设备，数据包结构和产生方法
技术领域：
本发明涉及一种数据包交换系统，数据包交换方法，一路由设备，一数据包结构和数据包产生方法，用于通过数据包交换网络发送数据包，其中数据包交换网络由互接的多个路由设备组成。
普通的数据包交换网络，例如互联网，IP地址是指定给每一台主机(终端)以便一个主机的物理地址能被识别。然后在网络上路由设备(以下称路由器)根据路由表将数据包发送到指定主机，称为“路由”。该路由表能够显示指定IP地址和下一个跳数路由器之间的关系。
通常，不同的动态路由协议，如RIP，OSPF应用在路由器上而创建了路由表。路由协议分别创建和更新路由器上的路由表，这种创建和更新是基于所指定的算法，这些路由协议的主要的不同是如何处理路由表，例如路由策略。
图1所示的是普通路由器内部的结构。如图1所示，普通的路由器110的结构有一输入接口111，一数据包转送器112，一输出接口113，一路由协议处理器116和一路由表106a。输入接口111有一数据包接收器114，一路由表检索器115和一路由表高速缓冲存储器106。
在普通的路由器110中，当数据包接收器114接收一数据包时，识别普通路由器110自身的数据包被传送到路由协议处理器116，将不是发往普通路由器110的数据包传送到路由表检索器115。路由协议处理器116根据接收到的发往普通路由器110自身的数据包来更新路由表106a并将可更新的路由表存储在路由表高速缓冲存储器106中。路由表检索器115通过查询路由表高速缓冲存储器106中接收到的发往不同于普通路由器110的数据包来决定一输出接口。接收到的发往不同于普通路由器110的数据包，然后通过数据包转送器112将数据包转送到输出接口113中的数据包发送器117，最后通过数据包发送器117转送到外围设备。
如上述所描述，尽管普通的路由器110能够通过支持多个路由协议来存储多个路由表，路由表检索器115只能从普通的路由器110中存储的多个路由表中选择一个通过唯一的路由策略产生的路由表。因此，在普通的路由器110中，只能根据单一路由的策略进行的输入信息路由。
图2所示在普通的路由器110中如何处理路由表。如图2所示，普通路由器能支持不同的路由协议，例如，BGP107，OSPF108，RIP109并创建路由表102a，103a，104a，其中产生路由表是基于每个路由协议的运算规则。将路由表102a，103a，104a分别存储在普通的路由器110中的路由高速缓冲存储器102，103和104中。静态路由表105显示默认的路由也能存储在路由高速缓冲存储器105a中。
然而，人工的干与是需要从路由表102a，103a，104a中选择一路由表，使得存储被选择路由表的路由表高速缓冲存储器106能识别一个使用的路由表。另外，普通的路由器110可以根据优先级的原则选择一适当的路由表，这种选择是分别根据优先的路由表和下载到路由表高速缓冲存储器106a中的路由表人工的指出。结果，只有单一路由表能够用于时间帧中的路由并且对于使用数据包交换网络的一定路由策略限制为单一路由策略。
因此，即使是最佳路由策略由于数据包交换网络中区域的不同而不同，仍必须选择单一路由策略。从而存在不能够实现，例如，每个数据包或每一信息流的动态的路由策略的交换的问题。
在现有的TCP/IP网络中，IP地址结构导致路由是基于一客户终端和一服务器在路由的实际地址和在RIP或OSPF等中固定地使用一路由算法。因而为了达到在网络中通过指定的路径发送一指定的数据包是不可实现的。
此外，由于在现有技术中路由是基于单一的路由策略而进行的，对于同时使用具有相同的目的IP地址的多个路由和在不知道客户终端的路由处理时，将每一数据包，每一信息流或每一块信息发送到网络中的具体的设备是不可能实现的。而且，网络是无权根据一定的信号而动态地改变数据包的路由的。
如上面所描述，由于只有单一的路由表使用在实际的数据包的传送中，即使路由器(路由器的接口)能支持多个路由协议，仍有构成普通的TCP/IP网络的路由器自动地决定路由策略。
因而，需要动态地改变每一数据包，每一信息流或每一输入接口的路由策略，并在路由域集合形成的网络中，对每一路由域使用不同的路由策略。
为了实现上述目的，本发明优选在所述区域中形成的具有互联的多个路由区域结构的数据包交换网络，多个路由表，每一路由表是通过唯一的路由策略而产生的，其使用在每个路由区域中，路由器使用在与路由区域，原有区域或路由区域的边缘连接的边界区域上，路由区域的起点或终点，考虑到传送数据包被传送到的路由区域中的路由策略使路由器来改变标识符的值。
本发明中，优选为，根据数据包的类型进行相同的处理来改变指定数据包块的标识符值。这里，改变指定数据包块的标识符值意味着改变每一数据包流，输入接口或所有通信量的标识符值的过程。换句话说，指定的数据包块是一基于在数据包(例如端口数，TOS字段和源地址)的不同条件下所决定的一个单元。
本发明中，作为一优选，根据监测数据包交换网络状态后得到的不同状态的通信来指示可应用的路由器改变标识符值。监测在数据包交换网络中的通信状态可以通过对从路由器中独立的设备的控制而进行，或可以在路由器中进行。
因此，路由策略意味着指定一策略用于产生路由表而控制路由。路由策略的例子包括“距离矢量路由控制”，“连接状态路由控制”，“主机地址路由控制”，“负载平衡路由控制”，“功能传送路由控制”等等。
“距离矢量路由控制”是通过具有最小实际跳数的路由而进行的将数据包传送到目的地的策略。“距离矢量路由控制”简化了网络的结构因而也简化了网络的层次。
“线路状态路由控制”依据接口，宽带等类型计算出的距离的成本选择一路由器，其使用一适合的宽带，传播迟延，跳数等等作为计算距离的参数。“连接状态路由控制”可以建立一分层网络(如主干网络和区域网络)又可以建大规模网络。
“主机地址路由控制”根据不依靠网络拓扑图的目的地址决定一输出接口(下一跳)，便确保客户终端安全移动。
“负载平衡路由控制”可以对相同IP地址同时使用多个路由并且依靠通信量而动态地改变路由。
“功能传送路由控制”是一个控制方法，用于当接收一定的信号，在不改变目的地址的情况下传送一数据包到一具体的路由器上。
注意本发明中的“标识符的改变”包括填加，更新和删除标识符。
本发明中，在网络中多个路由协议动态的选择是可行的，例如，每一数据包，每一IP地址，每一数据包流，每一含有TOS字段或关于Ipv6的标流号信息的每一数据包，每一输入接口和所有信息量，并且，相应的，多功能信息控和路由控制因在网络中得到实现。
另外，本发明避免了普通系统中路由策略在网络或路由器中的使用自动决定的状况。因此，当通过改变标识符能够动态选择多个路由策略时，在网络中对一定区域进行优化的路由。进而，在不知道客户终端的路由处理过程的信息时，也可实现路将一数据包路由到指定的路由器中，同时还可以灵活并且进行多功能的路由。
图4为本发明的实施例中解释存储于路由器中的路由表的示意图；图5为本发明的实施例中路由器内部结构的方框图；图6为本发明的实施例中解释路由策略的示意图。
如图3所示，数据包交换网络100由互联路由区域10，20，30和40构成。每一路由区域由路由器构成。图3中，路由区域10由路由器11至路由器13构成，路由区域20由路由器21和路由器22构成，路由区域30由路由器31至路由器34构成，路由区域40由路由器41至路由器43构成。路由区域通过边界路由器21，31和41互联。数据包交换网络100中，网络管理设备3管理网络元件。
在该实施例中，在数据包交换网络100中传送的数据包具有一标识符(路由表标识符，以文称RTI)用于从存储于路由器(11-13，21，22，31-34，41-43)中的多个路由表中(#0，#1，#2…)选择一适合的路由表。RTI被插入数据包中并且RTI的值能够在数据包交换网络100中根据使用在数据包被传送到的路由区域中的路由策略而改变。而且，随数据包交换网络100中信息量状态的改变，RTI的值可能改变。在本实施例中，RTI被插入数据包的头部，例如在IPV6头部的一流标号和头部的其他位置。RTI可以被插入数据包交换网络100中边界路由器中。
RTI值依据所指定数据包的数量作为一个单元而被改变，例如数据包流，输入接口，所有流入信息流和指定包含在数据包的信息。“指定信息”是指如，端口数目，TOS字段，源地址等等。
客户终端1与路由区域10通过边缘路由器11相连接。目的客户终端2与路由、路由区域30通过边缘路由器33相连接。
如图4中所示，路由器11至13，21，22，31至34，41至43分别有多个路由表(#0，#1，#2…)，路由器依据RTI的值从这些路由表中选择一路由表。然后，路由器参考选出的路由表中指示的目的地址的路由表来决定一路由器以便对数据包进行连续传送。
路由表(#0，#1，#2…)分别基于路由表策略和由RTI值指定的路由表，又称路由表ID(RTIXi)而创建。路由表用于查询与目的地址(Ipx)相关的下一跳数的路由器的地址(Ipy0-Ipy2)。
本实施例中，路由表(#0，#1，#2…)包含一目的IP地址的网络前缀也是下一跳数路由器的IP地址，路由表通过RIP或OSPF路由协议等创建。在本实施例中使用的路由表在所有目的IP地址中指出下一跳数的路由器的IP地址，并且路由表是通过新产生的路由算法而创建。进而，路由表的结构和下一跳数的路由器的IP地址要考虑不同的信息，例如，TOS字段的值，端口数目和Ipv6头部的流标号，其中数据包中的流标号包括一数据包头部，路由器附加信息等等，如每一输入接口数据包数量，网络资源状态和路由器上所有流入数据包。
本实施例中，在数据包中插入边界路由器21，31，41和具有增加和改变RTI中ID功能的边缘路由器11，33。图5所示具有增加和改变RTI中ID功能的边界路由器的内部结构方框图。
如图5所示，边界路由器具有一输入接口111，一数据包转送装置112，一输出接口113，一路由协议处理器203a/203b/203c，一网络监视器204和一路由策略接收器205。
输入接口111有一数据包接收器114用于接收数据包，一路由表检索器115用于查询一路由表，一RTI接收器201用于接收RTI和一路由表高速缓冲器202a/202b/202c用于存储一路由表。
数据包转送器112决定数据包将被转送的下一跳数的路由器的地址，其中数据包的传送是基于路由表检索器115查询路由表的结果，然后将指令到输出接口113从而将数据包传送到指定地址。
路由协议处理器203a/203b/203c依据一路由协议(#0’，#1’，#2’…)来更新路由表(#0，#1，#2…)，其中路由协议的更新是基于由RTI接收器201获得的RTI的值。更新的路由表(#0，#1，#2…)分别存在路由表高速缓冲器202a/202b/202c中。
输出接口113有一数据包发射器117和一RTI改变处理器206。数据包发射器117依据一数据包转送器112发出的指令来发射数据包。
RTI改变处理器206改变数据包中RTI的ID值并依据从网络监视器204和路由策略接收器205发出的指令来传送此值。
考虑边缘路由器和边界路由器的静态状态(例如信息量的状态，路由策略的优先，数据包的IP地址的传送，端口数目，数据包中所应用的类型等等)决定RTI中适合的ID值和网络管理设备3动态地发出的指令。
进而，如果普通路由器存在于网络中，其RTI中没有增加/改变/删除功能或没有存储多个路由表的能力，实施例中的路由器忽略了RTI中的ID值(或将其当作默认值“0”来处理)，由RIP，OSPF等创建的路由表来进行路径的选择。对普通的数据包交换网络保持连接状态。
为了分析网络中的负载，网络监视器204衡量路由区域中存在的优先级的路由策略，网络中信息量的状态，网络资源的使用情况，总处理能力和所支持的路由协议从而来决定路由策略的优先级。
路由协议接收器205与其他的设备相连接，例如网络管理设备3，基于来自其他设备的请求而发送一改变指令到RTI改变处理器206中。来自其他设备的请求是由网络管理层通知的一信号，其中网络管理层包括网络管理设备3(例如，一指定地址指令，输入接口，端口数，IPv6中的流标号或TOS字符值)，与其他路由器的流通等等。
RTI改变处理器206具有一路由表T1，当其收到来自网络监视器204或路由协议接收器205的改变指令，进行改变RTI中ID的处理。图6是对本实施例中路由表T1中内容的说明。
为了区别出路由策略创建的路由表，例如，路由协议，路由表T1指出RTI，路由策略和路由表之间的关系。具体的讲，如图6所示，路由策略表T1的结构中有一路由表ID，一路由策略ID和RTI。路由策略表T1可以包括除这些IDs地址以外的附加信息。
路由表ID是一存储于边界路由器，边缘路由器和客户终端等中的指定路由表的标识符。
路由策ID是一指定的路由协议和不同控制协议以便创建路由表，或基于一定路由策略的指定的静态状态。
在数据包中插入RTI并参考一用于指定路由表的标识符。本实施例中，相同数字使用在路由表ID和RTI中来指定路由表。
通常可以将路由表T1使用在数据包交换网络中的所有路由器上。如果一定路由区域不能支持指定的路由协议，同时不同的路由策略表也不可以在相应的路由区域中使用的情况下，通常在数据包交换网络中不必使用相同的路由策略表T1。
在数据包交换网络100中具有上述功能，当将数据包从一客户终端1发送到一目的地客户终端2(参阅图3中的(1))时，边缘路由器11第一识别RTI和收到的数据包的目的地址(DA)。然后边缘路由器11基于已经识别的RTI和DA指定一路由策略并将其使用在路由区域10中。同时，如果没有将RTI插入数据包中或RTI的值为“0”的情况下(图3中的插入值为“1”)边缘路由器11依据应用在路由区域10中默认的路由策略将RTI插入数据包中。
进而，参照由指定路由策略创建的路由表，边缘路由器11转送数据包到下一跳数的路由器上(图3中的路由器13)。
路由区域10中的路由器13参照接收到的数据包中的RTI选择一路由表(参照图3中的(2))近似地选择一路由策略并将数据包传送到下一跳的路由器(图3中的边界路由器21)。
边界路由器基于接收到的数据包中RTI来决定一路由策略使用在路由区域20中，如果路由区域20中的路由策略不同于路由区域10，边界路由器21改变RTI的值(参照图3中(3))。然后边界路由器21将数据包传送到下一跳数的路由器上(图3中的路由器22)。
如图3所示，数据包交换网络100中，上述过程重复进行并将数据包通过路由器(4)传送至路由器(7)。本实施例中，在数据包传送到目的地客户终端2时，边缘路由器33可以删除RTI。
由前面的描述中可知，灵活和多功能的路由是通过数据包交换网络中多个路由策略的同时使用而实现的。换句话说，根据本发明，当路由器接收一信号而不知道户终端的路由处理信息时，仍能动态地使用多个路由策略，同时使用多个有相同IP地址的路由器等等，因此路由控制得到很好的实现。
此外，通过使用本发明不同的应用是切实可行的，而且本发明能覆盖的所有应用本发明的路由控制系统。
参阅实施例对本发明已进行了详细的描述。本发明中的技术不受上述实施例的限制。本发明中可以在不离开本发明的要点和权利要求所保护的范围的条件下，按照调整或修改的实施例来实施。因此，说明书中所描述的实施例仅用于描述本发明并不对本发明的保护范围作任何限制。
权利要求
1.一个通过数据包交换网络进行数据包的发送和接收的数据包交换系统，该数据包交换网络由互联的多个路由设备构成，其包括存储于各个路由设备中的多个路由表，每个路由表都是通过唯一的路由策略而创建的；一插入数据包中的标识符，其用来规定路由表；和一标识符改变器，用来改变数据包交换网络中标识符的值，其中路由设备用于根据所收到的数据包中插入的标识符值选择一路由表，然后将数据包传送到由所选择的路由表确定的目的地。
2.如权利要求1所述的一数据包交换系统，其中数据包交换网络由互联的多个指定区域中形成的路由区域形成，多个路由表，每个表是通过唯一的路由策略所创建的，并应用在每个路由区域中，路由设备部署在邻近路由区域的边界，路由区域的起始和结束端使用，标识符改变器根据数据包被传送到的路由区域中所使用的路由策略而改变标识符的值。
3.如权利要求1所述的一数据包交换系统，其中标识符改变器执行同样的过程，以根据数据包的类型改变数据包指定块的标识符值的值中。
4.如权利要求1所述的一数据包交换系统，还包括一监视器，用来监视数据包交换网络中的通信状态，并指示标识符改变器根据不同的通信状态来改变标识符值。
5.如权利要求4所述的一数据包交换系统，其中监视器独立于路由设备而实施。
6.如权利要求4所述的一数据包交换系统，其中监视器在路由设备中实施。
7.一种用于发送和接收数据包的数据包交换方法，其方法是通过数据包交换网络中所形成的互联的多个路由设备而进行的，包括如下步骤(1)存储多个路由表，每个表是由在路由设备中唯一的路由策略而创建的，(2)在数据包中插入标识符来指定路由表；(3)根据路由设备中收到的插入数据包中的标识符的值传送数据包到数据包交换网络中的目的地；(4)在数据包交换网络中改变标识符的值。
8.如权利要求7所述的数据包交换方法，其中数据包交换网络由互联的多个在指定区域中形成的路由区域组成，多个路由表，每个表是由唯一的路由策略而创建，并使用在每个路由区域中，路由设备部署在邻近路由区域的边界，路由区域的起始和结束端使用，在步骤(4)中，标识符的值根据使用在数据包被传送的路由区域中的路由策略来改变。
9.如权利要求7所述的数据包交换方法，其中步骤(4)中，执行相同的过程，来根据数据包的类型改变数据包指定块的标识符值的值。
10.如权利要求7所述的数据包交换方法，还包括步骤(5)指示一可适用的路由设备，来根据监测数据包交换网络的不同的通信状态来改变标识符的值。
11.如权利要求10所述的数据包交换方法，其中步骤(5)在独立于路由设备的控制设备中进行。
12.如权利要求10所述的数据包交换方法，其中步骤(5)在路由设备中进行。
13.一路由设备，用于发送和接收数据包的数据包交换网络，其包括一存储单元，用于存储多个路由表，每个表由唯一的路由策略创建；一路由检索器，根据数据包中插入的指定路由表的标识符来选择一路由表；一传送器，用来传送数据包到由挑选出的路由表指示的目的地；一标识符改变器，用于改变标识符的值。
14.如权利要求13所述的路由设备，其中数据包交换网络由互联的多个在指定区域中形成的路由区域组成，多个路由表，每个表是由唯一的路由策略而创建，并使用在每个路由区域中，和标识符改变器，根据数据包被传送到的路由区域中所使用的路由策略来改变标识符的值。
15.如权利要求13所述的路由设备，其中标识符改变器用于进行相同的过程，来根据数据包的类型改变数据包指定块的标识符的值。
16.如权利要求13所述的路由设备，还包括，一监视器，用来监视数据包交换网络中的通信状态，并指示标识符改变器根据不同的通信状态来改变标识符值。
17.一种数据包产生的方法，用于产生数据包，其通过互联的多个路由设备组成的数据包交换网络发送和接收，其包括步骤(1)存储多个路由表，每个表是由在路由设备中唯一的路由策略创建的；和(2)在收到的指出一路由表的数据包中插入标识符，其能够在数据包交换网络中改变。
18.如权利要求17所述的数据包产生的方法，其中数据包交换网络由互联的多个在指定区域中形成的路由区域组成，多个路由表，每个表是由唯一的路由策略而产创建，并使用在每个路由区域中，路由设备部署在邻近路由区域的边界，路由区域的起始和结束端使用，标识符的值根据数据包被传送到的路由区域中所使用的路由策略而改变。
19.如权利要求17所述的数据包产生的方法，其中标识符的插入允许进行相同的处理过程，以根据数据包的类型改变数据包指定块的标识符的值。
20.如权利要求17所述的数据包产生的方法，其中根据监测数据包交换网络中的不同的通信状态来改变标识符值。
21.一种数据包交换网络中发送和接收数据包的结构，其结构由互联的多个路由设备组成，包括一标识符，用于指示存储于路由设备中的多个路由表，每个表由唯一的路由策略创建并且在数据包交换网络中可被改变。
22.如权利要求21所述的数据包的结构，其中数据包交换网络由互联的多个在指示区域中形成的路由区域组成；多个路由表，每个表是由唯一的路由策略而创建，并使用在每个路由区域中，路由设备部署在邻近路由区域的边界，路由区域的起始和结束端使用，标识符的值根据数据包被传送到的路由区域中所使用的路由策略而改变。
23.如权利要求21所述的数据包结构，其中插入标识符以根据数据包的类型允许进行相同的改变数据包指定块的标识符的值的处理过程。
24.如权利要求21所述的数据包结构，其中根据监测数据包交换网络中的不同的通信状态来改变标识符值。
全文摘要
本发明涉及一种数据包交换系统，数据包交换方法，一路由设备，一数据包结构和数据包产生方法，用于通过数据包交换网络发送数据包，其中数据包交换网络由互接的多个路由设备组成。通过一数据包交换网络100传送和接收一数据包的数据包交换系统，其包括多个路由表(#0，#1，#2…)每个表是经过唯一的路由策略而创建，部署在边界，相应的路由区域的开始和结束区域，数据包中插入的标识符指示路由表，标识符改变器改变数据包交换网络100中标识符的值。路由设备根据接收到的数据包RTI选择一路由表(#0，#1，#2…)并传送数据包到选择出的路由表中所指示的目的地。
文档编号H04L12/56GK1431805SQ03100298
公开日2003年7月23日 申请日期2003年1月9日 优先权日2002年1月10日
发明者冈川隆俊, 林泰久, 赵晚熙, 井原武 申请人:株式会社Ntt都科摩