通信系统、转发节点、路径管理服务器以及通信方法
【专利说明】通信系统、转发节点、路径管理服务器以及通信方法
[0001]本申请是基于申请号为201180005856.2、申请日为2011年01月07日、申请人为日本电气株式会社、发明名称为“通信系统、转发节点、路径管理服务器以及通信方法”的发明提出的分案申请。
技术领域
[0002][关联申请的记载]
[0003]本发明要求基于日本国专利申请:特愿2010-002875号(2010年01月08日申请)的优先权，该申请的全部记载内容以引用的方式合并于本说明书中。
[0004]本发明涉及通信系统、转发节点、路径管理服务器以及通信方法，尤其涉及通过配置在网络中的转发节点转发分组来实现通信的通信系统、转发节点、路径管理服务器以及通信方法。
【背景技术】
[0005]图30示出了使用了 IP(Internet Protocol，网际协议)的网络构成。在图30中，通信节点100(通信节点10a以及通信节点100b)是使用IP进行通信的通信节点。转发节点200在接收到通信节点100发送的IP分组时决定所述IP分组的转发目的地，并向决定的转发目的地转发IP分组。转发节点重复以上动作从而最终将IP分组转发到作为目的地的通信节点。
[0006]在决定所述IP分组的转发目的地时使用了转发节点200内部保持的路由表。路由表是表示将发往哪个网络的分组经由哪个接口发送给接下来负责转发处理的转发节点的表，是将目的地网络地址、下一个转发目的地的IP地址、以及作为发送目的地的接口的对应作为一个条目，并列出这些条目的表。条目中还包括上述信息以外的信息，这里为了简便而省略了。
[0007]所述网络地址是在IP地址中从高位提取一部分比特数而获得的地址，例如以192.168.1.0/24的形式表示。在此情况下，地址的高位24比特是网络地址，该网络中包括从192.168.1.1到192.168.1.255的地址。这时，将24称为前缀长度。
[0008]转发节点200在从路由表中决定恰当的路由信息时使用最长匹配方法。这是将IP分组的目的地址与路由表的各个条目进行比较，决定从所述目的地址的高位比特开始有最长比特数相一致的路由信息的方法。
[0009]所述路由表通过手动等方法事先设定在转发节点200中，或者通过被称为路由协议的交换路由信息的协议自动设定。
[0010]在IP网络中通过以上的转发方式转发分组，但此时分组的转发依赖于各个转发节点的路由表，存在不能完全控制路径的问题。另外，由于仅用目的地址决定转发目的地，因此还存在不能根据诸如发送源地址、由哪个应用软件进行的通信等的不同而进行精细的路径控制的问题。
[0011]作为进行上述路径控制的方式，有称为源路由的方法。源路由是由作为发送源的节点(例如，通信节点10a)在发送分组中明确列出希望作为转发路径的转发节点200的地址的方法。在此情况下，通信节点10a能够通过使用的应用程序等所希望的转发路径将分组转发到目的地节点(例如，通信节点100b)。
[0012]另外，在称为MPLS (Mult1-Protocol Label Switching，多协议标签交换)的分组转发技术中也存在与源路由相当的技术。MPLS是对接收到的分组附加标签并基于标签进行转发处理的技术。
[0013]所述标签的附加在分组被输入到配置在MPLS网络的边界的转发节点之后，在转发该分组时被实施，之后，MPLS网络内的转发节点在每次转发该分组时更换标签的同时重复转发处理。然后，当通过配置在MPLS网络的边界的转发节点向外部网络转发时，由该转发节点去除标签。
[0014]MPLS 中与源路由相当的技术是 CR-LDP (Constraint Routing-LabelDistribut1n Protocol，路由受限标签分发协议)。LDP是用于在MPLS网络内的转发节点之间交换所述标签的协议，出于流量工程等目的，以严格地指定分组的转发路径为目的的LDP 即为 CR-LDP。
[0015]专利文献I公开了上述源路由技术中的分组通信方法，即:在路由头中保存并列存在的多个中继节点，并由中继节点基于预定的策略从所述并列存在的多个中继节点中选择一个中继节点。
[0016]另外，作为同样是进行路径控制的技术，非专利文献1、2中提出了称为开放流(OpenFlow)的技术。开放流将通信作为端到端的流，以流为单位进行路径控制、故障恢复、负荷分布、最优化。作为转发节点发挥功能的开放流交换机包括用于与开放流控制器进行通信的安全信道，按照由开放流控制器指示适当追加或替换的流表进行动作。在流表中，对每个流，定义了由与头部进行核对的规则、定义了处理内容的动作(act1n)、以及流统计信息组成的组。
[0017]例如，开放流交换机在接收到第一个分组(first packet)时，从流表中检索具有与接收分组的头部信息相符的规则(FlowKey)的条目。当检索的结果是找到了符合接收分组的条目的情况下，开放流交换机对接收分组实施该条目的动作字段中描述的处理内容。另一方面，在所述检索的结果是没有找到符合接收分组的条目的情况下，开放流交换机经由安全信道向开放流控制器转发接收分组，并请求基于接收分组的发送源和发送目的地来决定分组的路径，并且接收实现该路径流条目来更新流表。
[0018]在先技术文献
[0019]专利文献
[0020]专利文献1:日本专利文献特开2004-153318号公报。
[0021]非专利文献
[0022]非专利文献1:Nick McKeown 以及另外 7 名，“OpenFlow:Enabling Innovat1n inCampus Networks，，，[online]，[平成 21 年 12 月 14 日检索]，互联网〈URL:http://www.0penflowswitch.0rg//documents/openflow-wp-latest.pdf> ；
[0023]非专利文献2:“0penFlow Switch Specificat1n” Vers1n0.9.0.(WireProtocol 0x98)[平成 21 年 12 月 14 日检索]，互联网〈URL:http://www.0penf lowswitch.0rg/documents/openflow-spec-v0.9.0.pdf>0
【发明内容】
[0024]发明要解决的问题
[0025]上述专利文献I以及非专利文献I?2的全部公开内容以引用方式合并于本说明书中。
[0026]以下的分析是根据本发明进行的。
[0027]基于IP技术的转发节点、即交换机或路由器所保持的路由表持续增大，从而被指出存在被称为路由信息爆炸的问题。路由增大的结果是用于保持路由表的存储器的需要量增加，并且路由决定处理耗费时间，因此分组转发处理能力下降。
[0028]MPLS与IP路由相比虽能够减少路由决定时间，但如果应用多种转发策略，路由表的条目数仍会增大，从而导致处理性能下降。
[0029]如上所述，从存储器削减以及处理能力提高的观点出发，抑制路由表的条目数成为转发节点的重要课题。
[0030]另一方面，在上述的源路由中，由于在分组中保存转发节点100的地址，因此存在分组所能包含的净荷数据量变小的问题。因此，源路由限于网络测试等部分用途，而不被使用于应用软件等的通信中所使用的分组(此后称其为“数据分组”)。将净荷数据以外的信息称为开销(overhead)。S卩，上述的问题也可以称为开销变大的问题。
[0031 ] 另外，在CR-LDP所使用的分组中，与前述的IP路由中的源路由同样地含有每一转发(每一跳)的转发节点的信息。作为转发节点的信息，例如使用IPv4地址或IPv6地址，即使在此情况下，在列出转发路径中的所有转发节点的信息时该信息也变得很大，因此用于控制用分组以外的分组是不现实的。结果是，当严格地决定数据分组的转发路径时，在所述CR-LDP等中，需要将每个转发策略的转发信息设定在转发节点内。
[0032]专利文献I的方法就是上述的源路由本身，存在分组所能包含的净荷数据量变小的问题。
[0033]另外，非专利文献1、2的方法与开头所描述的参考路由表的方式同样地，各个转发节点需要参考流表，可以想到随着条目的增大，会发生迟延(延迟时间)以及增加节点负荷。
[0034]如上所述，向路由表或流表中追加各种各样转发策略每一个的条目的方式存在条目的追加、更新、删除的处理负荷和路由表的信息量增大的问题，明确指定转发路径的源路由等存在开销大，不适合数据分组的发送的问题。
[0035]本发明就是鉴于上述问题作出的，其目的在于提供可使用简化的转发表实现而且根据数据分组的路径控制、尤其根据转发路径上的故障发生状况以及流量的负荷状况可切换到替代路径的通信系统、转发节点、路径管理服务器、通信方法以及程序。
[0036]用于解决问题的手段
[0037]根据本发明的第一观点，提供一种数据转发网络的转发节点对保存有多个含有能够唯一地指定分组的转发路径的信息的转发路径信息的分组，使用所述多个转发路径信息中的某一个进行转发处理的通信系统，即:所述通信系统包括:路径管理服务器，该路径管理服务器构成多个转发路径信息，所述转发路径信息通过排列用于识别数据转发网络的转发路径上的各个转发节点所具有的通信接口、或者在所述各个转发节点和其邻接节点之间建立的链路的标识符而构成；以及转发节点，该转发节点对于附加有其中保存有所述多个转发路径信息的头的分组，按照所述多个转发路径信息中的某一个执行分组转发处理。
[0038]根据本发明的第二观点，提供一种转发节点，其中，所述转发节点与路径管理服务器连接，所述路径管理服务器构成多个转发路径信息，该转发路径信息通过排列用于识别数据转发网络的转发路径上的各个转发节点所具有的通信接口、或者在所述各个转发节点和其邻接节点之间建立的链路的标识符而构成，所述转发节点对于附加有其中保存有所述多个转发路径信息的头部的分组，按照所述多个转发路径信息中的某一个执行分组转发处理。
[0039]根据本发明的第三观点，提供一种路径管理服务器，其中，当接收到来自上述转发节点的路径请求时，所述路径管理服务器基于所述路径请求中包含的信息，返回能够使所述分组到达至通信对方的多个转发路径信息。
[0040]根据本发明的第四观点，提供一种通信方法，包括以下步骤:数据转发网络的路径管理服务器在接收到来自转发节点的路径请求时，基于所述路径请求中包含的信息，返回多个转发路径信息，所述转发路径信息通过排列用于识别数据转发网络的转发路径上的各个转发节点所具有的通信接口或者在所述各个转发节点和其邻接节点之间建立的链路的标识符而构成；以及包括所述转发节点的从所述多个转发路径信息之中的某一个选出的转发路径上的转发节点组使用所述选出的转发路径信息依次转发所述分组。本方法与上述的称为转发节点以及路径管理服务器的特定机器相结合。
[0041]根据本发明的第五观点，提供使得构成上述的转发节点、路径管理服务器的计算机执行的程序。此外，该程序能够记录在计算机可读的记录介质中。即，本发明也可作为计算机程序产品具体实现。
[0042]发明效果
[0043]根据本发明，使得对净荷数据量的压迫、路径上的转发节点的负荷增大少、并可切换到替代路径的路径控制成为可能。其原因在于，採用了在头中附加多个转发路径信息、并且使转发节点解释并执行转发路径信息的构成，其中所述转发路径信息通过排列用于识别数据转发网络的转发路径上的各个转发节点所具有的通信接口、或者在所述各个转发节点和其邻接节点之间建立的链路的标识符而构成。
【附图说明】
[0044]图1是示出本发明第一实施方式涉及的通信系统的图；
[0045]图2是示出本发明第一实施方式涉及的通信系统的边界转发节点的构成的图；
[0046]图3是示出本发明第一实施方式的边界转发节点以及内部转发节点的记录部中记录的转发表的图；
[0047]图4是示出向分组附加路径信息头、替代路径开始位置信息头以及替代路径信息头的方式的一个例子的图；
[0048]图5是在边界转发节点被附加的路径信息头的格式的例子；
[0049]图6是示出图5中的路径转发头中的局部ID的格式(没有扩展的例子)的图；
[0050]图7是示出图5中的路径转发头中的局部ID的格式(有扩展的例子)的图；
[0051]图8是示出在边界转发节点被附加的替代路径开始位置信息头的格式的例子；
[0052]图9是示出在边界转发节点被附加的替代路径信息头的格式的例子；
[0053]图10是示出本发明第一实施方式涉及的通信系统的内部转发节点的构成的图；
[0054]图11是示出本发明第一实施方式涉及的通信系统的路径管理服务器的构成的图；
[0055]图12是示出从各转发节点通知的邻近信息的图；
[0056]图13是基于图12的邻近信息构建的网络拓扑的例子；
[0057]图14是示出边界转发节点接收到分组时的动作的流程图；
[0058]图15是示出图14的转发处理的细节的流程图；
[0059]图16是示出图15的替代路径转发判定处理的细节的流程图；
[0060]图17是示出内部转发节点接收到分组时的动作的流程图；
[0061]图18是示出边界转发节点以及内部转发节点发送邻近信息通知的动作的流程图；
[0062]图19是示出路径管理服务器接收到邻近信息通知时的动作的流程图；
[0063]图20是示出路径管理服务器被请求路径信息时的动作的流程图；
[0064]图21是示出由本发明第一实施方式的通信节点向相对的通信节点发送了分组时的分组转发流程的序列图；
[0065]图22是示出由本发明第一实施方式的通信节点向相对的通信节点发送了分组时的分组转发流程(有一次转发失败)的序列图；
[0066]图23是示出由本发明第一实施方式的通信节点向相对的通信节点发送了分组时的分组转发流程(有两次转发失败)的序列图；
[0067]图24是示出本发明第二实施方式涉及的通信系统的边界转发节点的构成的图；
[0068]图25是示出本发明第二实施方式的边界转发节点的记录部中记录的转发失败路径信息表的例子的图；
[0069]图26是示出在本发明第二实施方式的边界转发节点被附加的路径转发头中的局部ID的格式(没有扩展的例子)的图；
[0070]图27是示出本发明第二实施方式涉及的通信系统的内部转发节点的构成的图；
[0071]图28是示出本发明第二实施方式中的替代路径转发判定处理的细节的流程图；
[0072]图29是示出由本发明第二实施方式的通信节点向相对的通信节点发送了分组时的分组转发流程的序列图；
[0073]图30是示出作为【背景技术】进行说明的进行分组转发的通信系统的图。
【具体实施方式】
[0074]首先，对本发明的概要进行说明。在接收分组中附加有包含多个转发路径信息的头部的情况下，本发明的通信系统的转发节点选择这些多个转发路径信息中的某一个来实施转发处理。
[0075]这里，所述转发路径信息能够采用将数据转发网络上的各个转发节点可识别作为转发目的地的通信接口的标识符按转发顺序排列的信息。所述标识符只要其长度在各转发节点内足以确保转发目的地的唯一性即可。
[0076]转发节点所具有的接口的数目远比IP地址等少。与开头所述的源路由不同，构成本发明的转发路径信息的标识符能够用短的信息描述，例如一个字节长等，因此对净荷数据量的影响轻微。因此，不仅对于一部分控制用分组，而且对于数据分组等所有的分组，都可保存将转发路径按每一跳描述的信息，能够进行高度的转发控制。
[0077]而且，各个转发节点只需要保持所述标识符和转发目的地的通信接口的对应关系即可，没有必要保持庞大数目的开头所述的路由表等转发表，能够削减存储器量。另外，转发目的地的决定也能简单且高速地进行，因此还能够减小分组的转发延迟。而且，各个转发节点的CPU的处理能力也可以低。
[0078]此外，包含上述多个转发路径信息的头的附加以及删除只需要在转发节点之中被配置在与外部网络的边界上的转发节点(边界转发节点)按照如下这样执行即可。从外部网络接收到分组的边界转发节点从另外设置的路径管理服务器或者该边界转发节点内记录的信息取得该分组的转发路径，将保存了多个转发路径信息的头附加到接收到的分组中。另外，边界转发节点在向外部网络发送分组时删除所述头。
[0079]在所述多个转发路径信息之中使用哪一个转发路径信息，可以让各个转发节点进行判断，但也能够通过附加转发路径信息的保存顺序或另外的优先顺序信息来追加优先顺序。
[0080]在本发明中以下的方式是可行的。
[0081][方式I]
[0082]如所述第一观点中记载的通信系统。
[0083][方式2]
[0084]优选所述分组可保存指示使用所述多个转发路径信息中的哪一个转发路径信息的路径选择信息，
[0085]所述转发节点参考所述路径选择信息来决定在所述分组转发处理中使用的转发路径信息。
[0086][方式3]
[0087]优选所述多个转发路径信息中包括用于判别从一个转发路径可分支到其他转发路径的转发节点的信息，
[0088]位于所述可分支的位置处的转发节点选择所述多个转发路径信息中的一个。
[0089][方式4]
[0090]优选所述分组可保存表示转发节点基于根据所述路径选择信息决定的转发路径信息进行了转发处理时的转发结果的转发结果信息，
[0091]所述转发节点参考通过转发处理的结果而被更新的所述转发结果信息来选择转发没有失败的转发路径信息。
[0092][方式5]
[0093]优选所述分组可保存分支点信息，该分支点信息表示到达至接收到该分组的转发节点的转发路径上的能够从当前转发路径分支到不同转发路径的转发节点的数目，
[0094]所述转发节点在转发处理失败时减少所述分支点信息，并使用所述分支点信息来决定是否丢弃该分组。
[0095][方式6]
[0096]优选在改变了转发路径时，所述分组可保存可确定改变前的转发路径信息的信息，
[0097]所述转发节点使用所述分组中包含的改变前的转发路径信息，来执行向改变前的转发路径的恢复处理，并搜索进一步的分支目标。
[0098][方式7]
[0099]优选所述转发节点还包括转发结果记录部，所述转发结果记录部记录发生了转发失败的转发路径信息，
[0100]所述转发节点在接收到分组时，对该分组中保存的转发路径信息与所述记录的发生了转发失败的路径信息进行比较，并在比较