分组网络中具有谨慎恢复的冗余路径的自动建立的制作方法
【专利说明】
[0001]相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年8月7日提交的美国临时专利申请第61/863,337号的优先权。
技术领域
[0003] 本发明的实施例涉及用于在分组网络中提供路径建立和恢复的方法和装置。具体 地，本发明的实施例涉及用于介质访问控制(MAC)桥接器和虚拟桥接局域网中的路径恢复 的方法。
【背景技术】
[0004] 网络内的转发路径通常由路径控制协议自动控制，其在所选择的端点之间提供单 个种类的路径，例如最短路径。例如，传统上在以太网网络中使用生成树协议用于路径控 制。在IP网络中使用链路状态控制协议(诸如中间系统到中间系统（IS-IS)或者开放式最短 路径优先(0SPF)路由协议）用于路径控制。链路状态控制协议现今也可用于以太网网络，其 由最短路径桥接(sro)来提供，sro为IS-IS的扩展。然而，所有这些协议仅基于默认约束来 提供路径，即通常为最短路径或者生成树。在网络中偏离这一 "默认路径"以及实现显式 (explicit)路径非常困难。路径控制系统的操作可能受到成本参数的影响，然而，不同显式 路径所需要的成本可能彼此矛盾。除了现今可用的分布式协议，在以太网网络中建立显式 路径仅管理控制可用。流注册协议(SRP)或者多流注册协议(MSRP)能够在以太网网络中的 生成树之上执行预留，但是这并不支持完整的路由自由，因为其在由生成树协议施加的约 束内起作用。
【发明内容】
[0005] -种由执行本地计算引擎和链路状态路由协议的网络设备实现的方法。本地计算 引擎和链路状态协议支持分组网络中的冗余路径的自动建立和谨慎恢复。方法包括:经由 链路状态路由协议接收显式路径(EP)类型长度值（TLV);执行最短路径算法以获得由EP TLV所标识的路径的松散跳数的最短路径，最短路径作为主路径；以及安装（install)用于 主路径的转发数据库条目。方法还包括：更新表示网络的拓扑结构视图的网络图以修剪 (prune)主路径的链路或者偏置(bias)主路径的链路;在已更新网络图上使用最短路径算 法计算备用路径；以及安装用于备用路径的转发数据库条目。
[0006] -种网络设备执行路径计算元件和链路状态路由协议，其中路径计算元件和链路 状态协议支持分组网络中的冗余路径的自动建立和谨慎恢复。计算设备包括：用于接收和 存储经由链路状态路由协议接收的显式路径(EP)类型长度值(TLV)的集合的非暂态机器可 读存储介质；以及耦合到存储器设备的处理器。处理器被配置成执行本地计算引擎(LCE)模 块以：处理EPTLV;执行最短路径算法以获得由EPTLV所标识的路径的松散跳的最短路径， 最短路径作为主路径；以及安装用于主路径的转发数据库条目。处理器还被配置成:更新网 络图以修剪主路径的链路或者偏置主路径的链路，在网络图上使用最短路径算法计算备用 路径，以及安装用于备用路径的转发数据库条目。
[0007] 一种控制平面设备执行路径计算元件和链路状态路由协议，其中路径计算元件和 链路状态协议支持分组网络中的冗余路径的自动建立和谨慎恢复。控制平面设备包括：用 于接收和存储经由链路状态路由协议接收的显式路径(EP)类型长度值(TLV)的集合的非暂 态机器可读存储介质；以及耦合到存储器设备的网络处理器。网络处理器被配置成执行路 径计算元件(PCE)模块以生成要向分组网络中的LCE模块发送以指示LCE模块进行以下操作 的EPTLV:执行最短路径算法以获得由EPTLV所标识的路径的松散跳的最短路径，最短路 径作为主路径；以及安装用于主路径的转发数据库条目。LCE模块还响应于EPTLV:更新网 络图以修剪主路径的链路或者偏置主路径的链路，在已更新网络图上使用最短路径算法计 算备用路径，以及安装用于备用路径的转发数据库条目。
[0008] 一种计算设备实现多个虚拟机，多个虚拟机用于实现网络功能虚拟化(NFV)。来自 多个虚拟机的至少一个虚拟机被配置成执行路径计算元件和链路状态路由协议。路径计算 元件和链路状态协议支持分组网络中的冗余路径的自动建立和谨慎恢复。计算设备包括： 用于接收和存储经由链路状态路由协议接收的显式路径(EP)类型长度值(TLV)的集合的非 暂态机器可读存储介质；以及耦合到存储器设备的处理器。处理器被配置成执行实现本地 计算引擎(LCE)模块的虚拟机，LCE模块处理EPTLV;执行最短路径算法以获得由EPTLV所 标识的路径的松散跳的最短路径，最短路径作为主路径；以及安装用于主路径的转发数据 库条目。LCE模块还被配置成:更新网络图以修剪主路径的链路或者偏置主路径的链路，在 已更新网络图上使用最短路径算法计算备用路径，以及安装用于备用路径的转发数据库条 目。
【附图说明】
[0009] 在附图的图中以示例而非作为限制图示本发明，在附图中，相似的附图标记表示 相似的元素。应当注意，本公开中对于"一个(an)"或者"一个(one)"实施例的不同引用不一 定是指相同的实施例，并且这样的引用表示至少一个实施例。另外，在结合实施例描述特定 的特征、结构或特性时，表示结合其他实施例产生这样的特征、结构或特性在本领域技术人 员的知识范围内，而不管其是否被明确描述。
[0010] 图1是示例分组网络的图。
[0011] 图2是图示分组网络中与最短路径路由相比的显式路由的分组网络的图。
[0012] 图3是包括外部路径计算元件的分组网络的一个实施例的图。
[0013] 图4是具有由网络节点实现的多个路径计算元件的分组网络的一个实施例的图。
[0014] 图5是用于提供路径和预留数据的描述的、协议的显式路径(EP)描述符的格式的 图。
[0015] 图6是与外部PCE通信的网络元件的一个实施例的图。
[0016] 图7是包括PCE的网络元件的一个实施例的图。
[0017] 图8是能够结合协议来维护的数据库的图。
[0018] 图9是路径控制方法的一个实施例的流程图。
[0019] 图10是协议的预留方法的流程图。
[0020] 图11是连同标准协议一起在以太网网络中应用的拓扑结构的一个示例实施例的 图，其中标准协议能够控制拓扑结构。
[0021] 图12是使用DPECT算法的路径计算的一个实施例的流程图。
[0022] 图13是谨慎恢复过程的一个实施例的流程图。
[0023]图14A图示根据本发明的一些实施例的示例性网络内的网络设备(ND)之间的连接 性、以及ND的三个示例性实现。
[0024]图14B图示根据本发明的一些实施例的实现专用网络设备1402的示例性方式。
[0025]图14C图示根据本发明的一些实施例的能够将虚拟网络元件(NVE)耦合的各种示 例性方式。
[0026]图14D图示根据本发明的一些实施例的具有图14A的ND中的每个ND上的单个网络 元件(NE)的网络、以及在这一直接转发方法内将传统的分布式方法(通常由传统的路由器 使用)对比用于维护可达性以及转发信息(也称为网络控制）的集中式方法。
[0027]图14E图示根据本发明的一些实施例的简单情形，其中每个ND1400A-H实现单个NE1470A-H(参见图14D)但是集中式控制平面1476将不同ND(NE1470A-C以及G-Η)中的多 个NE抽象成(表示）图14D的虚拟网络1492中的一个虚拟网络中的单个NE14701。
[0028]图14F图示根据本发明的一些实施例的情形，其中多个VNE(VNE1470A.1和VNE1470H.1)在不同的ND(ND1400A和ND1400H)上实现并且彼此耦合，并且其中集中式控制平 面1476将这些多个NVE抽象成使得它们呈现为图14D的虚拟网络1492中的一个虚拟网络内 的单个VNE1470T。
[0029]图15图示根据本发明的一些实施例的包括硬件1440以及非暂态机器可读存储介 质1448的通用控制平面设备1504,硬件1440包括一个或多个处理器1442(其通常为商用现 成（C0TS)处理器）以及网络接口控制器1444(NIC;也称为网络接口卡）（其包括物理NI 1446)的集合，非暂态机器可读存储介质1448中存储有集中式控制平面(CCP)软件（1450)。
【具体实施方式】
[0030]在下面的描述中，给出了大量具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细 节的情况下来实践本发明的实施例。在其他情况下，没有详细示出众所周知的电路、结构和 技术以防模糊对本描述的理解。然而，本领域技术人员应当理解，可以在没有这样的具体细 节的情况下来实践本发明。本领域普通技术人员通过所包括的描述将能够在没有过度的实 验的情况下实现适当的功能。
[0031] 将参考附图的示例性实施例来描述流程图的操作。然而，应当理解，流程图的操作 可以由本发明的除了参考附图所讨论实施例之外的其他实施例来执行，并且参考附图所讨 论的实施例可以执行与参考附图的流程图所讨论的操作不同的操作。其中一些附图提供图 示其他附图的原理和结构的实现的示例拓扑结构和场景。
[0032]附图中所示的技术可以使用在一个或多个电子设备(诸如端站、网络元件等)上存 储和执行的代码和数据来实现。这样的电子设备使用非暂态机器可读或计算机可读介质 (诸如非暂态机器可读或计算机可读存储介质(例如磁盘、光盘、随机存取存储器、只读存储 器、闪存存储器设备和相变存储器））来（内部地和/或通过网络与其他电子设备)存储和通 信代码和数据。另外，这样的电子设备通常包括耦合到一个或多个其他部件(诸如一个或多 个存储设备、用户输入/输出设备(例如键盘、触摸屏、和/或显示器)和网络连接）的一个或 多个处理器的集合。处理器的集合与其他部件的耦合通常通过一个或多个总线和桥接器 (也称为总线控制器）。存储设备表示一个或多个非暂态机器可读或者计算机可读存储介质 以及非暂态机器可读或者计算机可读通信介质。因此，给定的电子设备的存储设备通常存 储代码和/或数据用于在该电子设备的一个或多个处理器的集合上执行。当然，本发明的实 施例的一个或多个部分可以使用软件、固件和/或硬件的不同组合来实现。
[0033]如本文中所使用的，网络元件(例如路由器、交换机、桥接器等)是可通信地互连网 络上的其他设备(例如其他网络元件、终端站等)的、包括硬件和软件的联网设备。一些网络 元件是提供对于多个联网功能(例如路由、桥接、交换、层2聚合、会话边界控制、多播、和/或 用户管理）的支持和/或提供对多个应用服务(例如数据、语音和视频）的支持的"多服务网 络元件"。用户终端站(例如服务器、工作站、笔记本电脑、掌上型电脑、移动电话、智能电话、 多媒体电话、因特网语音协议(V0IP)电话、便携式媒体播放器、GPS单元、游戏系统、机顶盒 (STB)等)访问通过因特网提供的内容/服务和/或在叠加在因特网上的虚拟专用网络(VPN) 上提供的内容/服务。内容和/或服务通常由属于服务或内容提供商的一个或多个终端站 (例如服务器终端站)或者参与对等(peertopeer)服务的终端站来提供，并且可以包括公 共网页(免费内容、店面、搜索服务等）、私用网页(例如提供电子邮件服务的用户名/密码访 问的网页等）、VPN上的企业网、IPTV等。通常，用户终端站(例如通过耦合到接入网的客户场 所设备(有线地或者无线地)耦合到边缘网络元件，边缘网络元件(例如通过一个或多个核 心网元件到其他边缘网络元件)耦合到其他终端站(例如服务器终端站）。
[0034]架构以及路径控制和预留的概述
[0035]任何协议都没有提供以太网网络中的显式路径控制。借助于管理控制沿着路径配 置每个节点不可行，尤其是在大的网络中。以太网中RSVP-TE的应用也不可行，其具有巨大 的实现负担，并且层3解决方案由于被绑定到IP而在以太网网络中不适用。另外，在某些联 网场景中，不希望运行信令协议(例如MSRP或者RSVP-TE)。另外，MSRP不适用于显式路径控 制，这不是MSRP的意图功能，MSRP的意图功能在于在已经建立的路径之上运行。使得单个协 议控制默认路径和显式路径二者在因特网协议(IP)网络中也是有吸引力的。也不存在用于 IP/MPLS网络的集成为单个协议的解决方案。
[0036]本发明的实施例建立在如下架构和协议之上:其中已经定义显式路径(EP)类型长 度值(TLV)使得它们能够描述由IS-IS控制的任何网络(包括以太网网络）中的路径。另外， 定义EPTLV使得它们能够被承载在除了IS-IS协议数据单元(PDU)之外的其他PDU中（例如 在MSRPDU中）JPTLV也可以称为拓扑结构子TLV(sub-TLV)。拓扑结构子TLV至少包括如本 文中所描述的EPTLV的功能。拓扑结构子TLV可以传达显式树和/或显式路径。如本文中所 使用的，"路径"和"树"可以与作为树的变型的路径以及作为显式树的变型的显式路径而可 互换地使用。为了清楚，主要在用于定义显式路径的EPTLV方面讨论实施例，然而，本领域 技术人员应当理解，所讨论的概念、过程和结构是等同的并且包括描述显式路径或显式树 的拓扑结构子TLV。
[0037]另外，架构和协议引入被称为用于EPTLV的存储的显式路径数据库(ETOB)的数据 库。并非所有网络节点都能够存储给定的EPTLV，沿着由EPTLV所确定的路径的网络节点 除外。本协议中使用模块结构来规定用于路径控制和预留的方法，模块结构实现了组合不 同的解决方案的灵活性，例如具有由MSRP在以太网的情况下提供的预留的路径控制方法。
[0038]这一架构和协议定义用于控制分组网络中的转发路径以及在分组转发路径之上 执行预留的方法和装置。图1是一个示例分组网络101的图。构成分组网络101的网络节点分 为两个种类:它们或者是边缘节点(EN)，诸如节点102、103、104和105,它们或者是核心节点 (CN)，如节点106。分组网络101通常将主机(例如主机1 107和主机2 108)连接到彼此。分组 网络101常用于连接另外的网络设备，例如另外的网络节点（例如节点1 109和节点2 110)。 分组网络内的网络域通常由内部网关协议(IGP)(诸如中间系统到中间系统(IS-IS)或者开 放式最短路径优先(0SPF)链路状态路由协议)来控制。分组网络通常要么应用层2机制要么 应用层3机制作为用于分组转发的主要原理。也就是，转发可以基于层2地址（即MAC地址)或 者在层3转发的情况下基于IP地址。注意，分组在层2的情况下通常称为帧。
[0039]分组网络中所应用的基本的路径控制机制为最短路径路由。基于IS-IS或0SPF路 由协议的路由系统实现用于路径计算的Dijkstra算法，Dijkstra算法通常称为最短路径优 先(SPF)算法，因为其从分组的源与目的地之间的可能的路径中选择最短路径。链路状态路 由的核心在于，每个网络节