CN102055817B - 同源地址束汇聚方法及同源汇聚网络路由*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网络通信技术，特别是涉及一种同源地址束汇聚方法及同源汇聚IP网络***，具体包括：同源地址相关概念的定义，同源地址分配的原则与方法，同源地址束的合并方法，同源地址汇聚算法，同源汇聚路由结构，基于同源地址的域内和域间路由生成方法，以同源地址束为查询关键字的路由表和转发表结构，同源地址在数据报文中的存放形式，主机报文的生成过程，基于同源地址的数据报文在域内和域间的转发过程。与无类域间路由CIRD相比，克服了CIRD无法汇聚多个在数值上非连续地址前缀汇聚，不需要预留“连续”的地址空间，有效减少无缺省路由域中每一个路由器路由表和转发表的尺寸，本发明的网络***能更灵活更好的适应客户需要。

Description

同源地址束汇聚方法及同源汇聚网络路由***

（一）技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其是涉及一种同源地址束汇聚方法及同源汇聚网络路由***。

（二）背景技术

IP网络是互联网的通信基础设施，分组交换和路由则是IP网络的两个核心要素。互联网上主机和子网数量随时间呈指数增加、客户网络对提供商网络无关地址的使用、流量工程的部署、多宿连接等诸多因素均使得IP网络的路由***正面临前所未有的可扩展性挑战。近二十年来，互联网的规模随时间呈现近似指数的增长模式，其直接表现是上互联网的主机和子网数量随时间呈现近似指数的增加。有数据表明，连接到互联网上的主机数量已经达到千亿的规模，而互联网上的自治域（即AS）自身的规模、自治域的数量、每个AS到互联网的连接的数量等也都在迅速增加。据互联网权威网站http://www.cidr-report.org/报道，截止到2010年11月1日，互联网已经具有超过3万5千个AS，而典型的域间路由表项的个数已超过33万7千条，且仍在快速增长。互联网规模快速增大的直接后果之一就是域间路由***建立和维护的域间路由状态数量相应地快速增加，主机数量的增加直接导致子网规模的增大，这使得子网要通过获得新的地址前缀来扩大自己的地址空间，而子网数量的增加则直接导致全局路由节点的路由表项数的增加。

互联网全局路由表项数量增大的直接后果是域内和域间路由节点所保持和维护的路由状态数呈近似指数增加，即路由节点的路由表项数呈近似指数增加，而这种近似指数增加直接导致路由器内用于实现路由表的硬件存储开销和处理开销巨大，集中表现在路由计算需要的路由器处理资源增加、报文转发效率降低、路由计算的收敛速度减慢、处理所需的功耗和价格升高等，此外，众多的全局路由表项同时意味着需要路由协议通告的路由数量增多，其直接后果是导致全局路由协议的不稳定。

网络路由的可扩展性是指网络路由***中每个路由节点的路由状态数量的增加速度低于所连接的主机、子网以及路由节点总量的增加速度。比如，当主机或子网数量随时间呈近似指数增加时，路由节点的路由状态数量则随时间呈线性增加。IP网络的路由***通常要为每一个拥有公开IP地址的主机和子网建立路由信息。解决可扩展性问题的有效方法是地址汇聚，地址汇聚技术的核心是以“压缩”的形式使得多个路由状态集中表现为单一的路由状态，从而使得网络在总体上呈现可扩展性。当前，互联网的路由***唯一可以使用的地址汇聚技术是无类域间路由CIDR（Classless Inter-Domain Routing）。CIDR由IBM公司T.J.Watson研究中心的Y.Rekhter以及BARRNet公司的V.Fuller等人于1993年提出，公布于IETF的RFC1518和RFC1519两个文档，CIDR的本质是：基于可变长度掩码VLSM（Variable Length Subnet Mask）技术（见1985年公布的IETF RFC950），将在数值上“连续（2的幂意义）”的多个较小地址前缀汇聚成单个较大的地址前缀。从网络拓扑结构的角度看，通过相应的地址分配方法，CIDR取消了施加在IP地址结构上的分类（CIDR出现之前，IP地址分为A、B、C、D和E五类），将多个连续IP地址块所对应的多个小网络聚合成单一的大网络，形成所谓的“超网”。另一方面，从网络路由的角度看，由于将路由表中的众多路由条目合并为成更少的条目，因而CIDR有效减少了路由表中必须保存的路由条目数量，对路由协议而言，还减少了必须发布和必须更新的路由通告数量。

在二十年前，CIDR的确减少了路由表中路由条目数量，但近些年来路由节点的路由表项数呈近似指数增加的事实表明：当今互联网在规模、速度、对地址的使用模式等诸多方面已经大大超出CIDR的汇聚能力。鉴于解决路由特别是域间路由的可扩展性问题已经到了刻不容缓的地步，2006年10月，IETF中的因特网架构委员会IAB（Internet Architecture Board）在阿姆斯特丹召开了针对路由和寻址的专门工作会议RAWS（Amsterdam IAB Routing andAddressing Workshop），该会议将路由可扩展性列为最高级别的问题以表示对它的重视。该会议形成以下结论：随着网络多归属、流量工程等技术的广泛应用，互联网路由数量增长迅速而且增长速度已经超过摩尔定律的曲线，硬件技术进步虽然可以在一定时期内支持路由表的持续增长，但是路由不稳定性等深层问题难以依靠硬件技术来解决。此外，新路由寻址架构技术的成熟以及部署需要历时多年，所以需要尽早启动这方面的研究。此次会议之后，因特网研究任务组IRTF（Internet Research Task Force）成立了独立的路由研究组RRG（Routing Research Group），旨在展开对路由寻址新架构的专门研究。

在对互联网路由的扩展性问题上达成共识的基础上，国际上的学术界和业界进行了大量的相关研究和尝试，提出了不少解决方法和方案，归纳起来可分为“PI消除”、“空间分离”和“地理位置”三大类。

第一，PI消除方法（Elimination）。该方法鼓励或要求客户和服务提供商网络均不使用不可汇聚的“提供商无关的地址（即PI地址）”，而仅仅使用从提供商处获得、可被汇聚的“提供商分配地址（即PA地址）”。PI消除方法的本质仍然是维护CIDR“连续地址汇聚”的有效性，其代价则是完全牺牲客户在选择服务提供商上的灵活性，从而无法适应互联网的自然演进。

当前的一个典型的做法是，为了增强CIDR对PA类型的IPv4地址汇聚的效果，区域性地址分配机构RIR（包括RIPE NCC,AfriNIC,APNIC,ARIN,LACNIC）将为其用户分配地址块的最小尺寸限定为“*.*.*.*/21”，同时在路由协议中引入对应的过滤机制使得路由实体拒绝地址前缀尺寸小于“*.*.*.*/21”的路由通告。对于IPv6，分配地址块的最小尺寸限定为“*:*:*:*:*:*:*:*/32”。

第二，空间分离方法（Separation）。该方法将使用PA和PI两类不同地址的网络部分相互分离开来，具体说，网络的局部或边缘可以使用PI地址进行局部路由，而网络的全局路由***则使用可汇聚的PA地址进行全局路由。在PA和PI两个不同地址网络部分的连接处设置“地址空间映射”机构，以实现不同地址空间对应网络部分之间的互连。空间分离方法的直接好处是使得PI地址空间网络部分的局部/边缘路由状态向PA地址空间网络部分进行了隐藏，从而直接减少PA地址空间网络部分需要建立和维护的全局路由状态数量。分离方法的不利一面则是“地址空间映射”的引入增加了网络结构本身的复杂性、维护开销以及通信开销。值得注意的是，该方法的本质是将需要建立和维护的全局路由状态的总体数量减少而非一种真正的地址汇聚方法。

第三，基于地理位置的路由。与其他方法不同，该方法不使用网络节点的网络地址而使用它所在的地理位置进行选路。在基于地理位置的路由***中，网络节点被赋予一个自己的地理位置，如若网络节点1向网络节点2发送数据，则网络节点1还需要知道网络节点2当前所在的地理位置。一个网络节点获得其它网络节点地理位置的信息需要通过内部的搜索过程或外部的地理位置提供服务来完成。基于地理位置路由方法的典型应用场景是无线网络环境，该方法的特点是：第一，路由的建立不再与网络拓扑有关而仅与网络拓扑在地理位置图上的映象（或投影）有关；第二，路由***可扩展性的表现形式从路由表的复杂性转变为节点地理位置信息获取服务的复杂性；第三，代表网络节点所在位置的地理位置信息的粒度大小以及对地理位置信息的汇聚水平决定网络节点地理位置信息获取服务的难易程度和复杂性，换句话说，基于地理位置的路由方法并没有解决可扩展性问题，而是以不同的形式同样面临与非基于地理位置的路由方法在本质上相同的可扩展性问题。

值得指出的是，除了基于地理位置的路由，上述旨在改善互联网路由可扩展性的方法均无一例外地仍将CIDR作为对地址进行汇聚的基础方法，换句话说，他们都是基于该基础方法之上的高层面***方法。然而，从可扩展角度看，我们认为CIDR不具备对主机、客户网络以及服务提供商网络规模增长的自然适应性，主要原因如下。

首先，CIDR不具备对客户或服务提供商网络地址分配演进的自然适应性。作为CIDR的核心特征，针对“数值上连续地址前缀的汇聚”意味着CIDR无法实现多个在数值上“非连续”地址前缀的汇聚。因此，对于地址分配机构而言，CIDR意味着它针对客户或服务提供商网络的地址分配应当充分考虑“连续性”才能获得良好的地址汇聚效果。该限制给地址分配机构带来一个明显的挑战性，因为，一个客户或服务提供商网络的规模通常随时间而动态变化（如，扩大），而客户或服务提供商通常只按照其网络在某个时期的规模来申请地址空间的大小（可能会考虑一定的余量），地址分配机构一旦为客户或服务提供商网络分配了的地址，就很难预测该客户或服务提供商网络下一次在何时申请多大的地址空间，也就很难为其预留“连续的”新地址空间，互联网区域注册机构RIR（Regional Internet Registry）采取的典型地址分配策略是：为一次分配保留后续的连续地址空间以便可以持续地进行地址汇聚。显然，这种策略降低了地址空间的利用效率。因为即便要预留连续地址空间，也难以估算预留量的大小。简而言之，地址分配机构很难保证针对同一个客户或服务提供商网络两次或多次地址分配上的“连续性”，从而使得CIDR对地址汇聚施加的“连续性”要求与地址分配实际上的“非连续性”构成了一对难以调和的矛盾。

第二，CIDR不支持客户在选择服务提供商上的灵活性。为了实现地址汇聚，CIDR还必须与基于ISP（Internet服务提供商）的地址分配方案配合使用，即采用所谓“提供商分配”的地址方案（相应的地址称为“PA地址”，ProviderAssigned Addresses），即，客户均从其服务提供商获得自己的地址。这样，从地址空间角度看，客户的地址空间是其服务提供商地址空间的一个子集。PA地址方案的优势是保证了连续地址的汇聚，但其明显的弊端却是限制了客户对服务提供商的选择和改变。比如，当一个客户网络出于服务、价格、性能、可靠性等目的要改变其服务提供商时，该客户网络必须对它的所有主机和网络设备重新配置IP地址，即，先向其新服务提供商申请新的地址空间，再为其所有主机和网络设备配置新地址，而为主机和网络设备配置新地址可能意味着要重新配置或修改运行于客户网络之上的部分甚至全部应用，这就是所谓的改变地址（Renumbering）问题。改变地址通常要付出巨大的金钱、人力、时间等代价。而当今的客户均希望其在选择和改变网络服务提供商方面具有充分的灵活性又避免改变它原有的地址。

总之，“连续汇聚”特征使得CIDR不能将多个虽然数值上不连续但却同属于一个AS的地址前缀汇聚成单个前缀，而正是该特征成为路由表项数量巨大且呈现快速增长趋势的一个重要成因。因此，我们认定CIDR不再适合作为地址汇聚的基础方法。本发明提出一种新的地址汇聚基础方法，即，“同源地址汇聚”，它能将多个数值不连续但同属于一个AS的地址前缀汇聚成单个前缀。

（三）发明内容

本发明的目的是克服现有CIRD网络***存在的缺陷，提供一种同源地址束汇聚方法及同源汇聚的网络路由***。

本发明的实施并不限定于具体的IP协议版本，但为描述方便起见，下文中根据所述内容选用IPv4或者IPv6协议的形式进行描述。

1.术语

下面三个术语是本发明的重要基础，同时也是本发明的重要组成部分。

术语一：地址段

称由n个连续的网络地址构成的一个地址序列<a₁,a₂,...,a_n>为一个地址段，其中a_i+1=a_i+1(i=1,2,…,n-1)，a₁和a_n都能被2整除。也就是，一个地址段有大小为n或2^k(k=log n)个连续的地址。为了便于说明，分别称一个段中的首地址a₁和尾地址a_n为其前端（front）和尾端（end），前端的高m个比特(m≤n)和剩余的低q-m个零比特称为段的句柄（handle），其中q是地址长度。一个段和它的句柄类似于一个地址块和与该地址块对应的前缀。一个段在概念上等同于传统意义上的地址块，而它的句柄则等同于与该地址块对应的前缀，所以，一个地址段可以表示成<address/mask>的形式，例如，<100.40.15.0/24>。

两个不同的段s₁和s₂不被允许有任何重叠的地址（即，相同地址的子序列）。如果s₁的尾端比s₂的前端大1，则称s₁与s₂邻近，否则，不连续。

在本发明中，称一个地址段为“同源地址段”，称地址段内的各个地址为“同源地址”。

在本发明中，地址块是不可路由的地址标识，即，地址块不可作为路由节点的标识用于路由算法。

术语二：地址束

称一个地址束为由r个连续或非连续的地址段链接起来的一个完整的地址段组，其中的第一个段s₀称为该地址束的根段，根段的句柄也称为一个地址束的句柄。一个地址束中r个段的链接关系由被称为“关联”的函数指定，见下文。

在本发明中，称一个地址束为“同源地址束”。一个同源地址束包含（即汇聚）了多个连续或非连续的地址段组，正因此原因，我们形象地认定这多个地址段具有一个共同的根源——它们的同源地址束。

在本发明中，地址束是可路由的地址标识，即，地址束被作为路由节点的标识用于路由算法。

术语三：关联

关联也称地址束关联，是将多个连续或非连续的地址段进行相互链接从而形成一个完整地址段组构造的函数。

线性函数和指数函数可以是两个最为简单的地址束关联。例如，地址束B的一个线性关联f^l _B(·)将r个具有相同大小n的地址段线性地链接成一体：

f^l _B(i)=F₀+n·i,(i=0,1…,r-1)        (1)

其中F₀和f^l _B(i)分别表示地址束根段的前端和该地址束中第i个段的前端，即，f^l _B(i)=F_i，此外，式(1)中的下标i必须从0开始取值，但不必连续取值到r-1。图1-1，图1-2分别给出了具有10个连续地址段和7个非连续地址段的线性地址束。

相似地，指数关联f^e _B(·)可以有以下形式：

f^e _B(i)=F₀+n·(aⁱ-1),(i=0,1,…,r-1)         (2)

其中，a表示指数的基数（比如，a=2），f^e _B(i)表示第i个段的前端，与线性关联相同，式(2)中的下标i必须从0开始取值，但不必连续取值到r-1。图2-1，图2-2分别给出了具有10个连续指数值和7个非连续指数值的指数地址束。

在本发明中，称一个关联为“同源关联”。

总体上，IP地址、同源地址段、同源地址束和同源关联共同构成本发明给出的同源地址汇聚方法的理论基础。

本发明的技术方案是：

一种同源地址束汇聚方法，包括同源地址段、同源地址束、同源地址束关联、同源地址束线性关联和指数关联，同源地址束分配原则，同源地址束最佳匹配原则，同源地址束的***、合并原则，同源地址束算法。

同源地址束汇聚方法中，同源地址段为互联网中拥有大小为n或2^k（k=logn）个连续或非连续地址序列，n个地址序列a₁，a₂，……，a_n，其中a_i+1=a_i+1，i=1，2，……，n-1，a₁到a_n都能被2整除，所述的同源地址束是指由r个连续或非连续的同源地址段通过关联链接构成一个完整同源地址段组，第一个同源地址段S₀称同源地址束的根段，根段的句柄成为一个同源地址束的句柄，一个同源地址束中r段的链接关系由被称为关联的函数指定，同源地址束关联是将多个连续或非连续同源地址段进行相互链接形成一个完整同源地址段组构造的函数。

同源地址束汇聚方法中，同源地址束关联分为线性关联和指数关联，线性关联是指将r个具有相同大小n的同源地址段组按线性关系链接成一体，表达式为f^l _B(i)，f^l _B(i)=F₀+n·i，i=0，1，2，……，r-1，其中，F₀为同源地址束根段前端，f^lB(i)为该同源地址束第i个同源地址束根段的前段；同源地址束指数关联是指将r个具有相同大小n的同源地址段组按指数关系链接成一体，其表达式为f^e _B(i)，f^e _B(i)=F₀+n·(aⁱ-1)，i=0，1，2，……，r-1，a表示基数，如a=2，F₀表示同源地址束根段前端，f^eB(i)表示该同源地址束第i个同源地址束根段前段。

同源地址束汇聚方法中，同源地址束的分配原则为：

①任何两个同源地址束的根段不应相同；

②线性关联和指数关联的同源地址束的定义域允许重叠，重叠是指集合的交集非空，允许线性关联同源地址束的定义域完全被包含于一个指数定义域之中，允许指数关联的同源地址束的定义域完全被包含于一个线性同源地址束定义域之中，

③两个线性关联同源地址束的定义域不应有任何重叠，

④两个指数关联同源地址束的定义域可以重叠，重叠的方式遵循原则⑤和⑥，

⑤不同大小的定义域应尽可能交织，交织是指占用未被其它同源地址段占用的地址空间，

⑥相同大小的定义域可以部分重叠。

同源地址束汇聚方法中，同源地址束分配的最佳匹配原则是指实际分配量与请求分配量之间的差异最小化，用数学表达式表示，

$\begin{array}{c}\underset{m}{\arg }\underset{i}{\min }\{\underset{\underset{i_k\&Element;I}{k=1}}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}_{i_k}-n\},I=\{\mathrm{1,2},...,h\}\\ s.t.\underset{\underset{i_k\&Element;I}{k=1}}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}_{i_k}\&GreaterEqual;n\end{array}.$

同源地址束汇聚方法中，同源地址束***是指将一个大的同源地址束分解成一定数量小的同源地址束。按照***后的同源地址束数目，同源地址束***可分为二分***、三分***等，其一般情形为w分***（w为大于1的正整数），指的是***为w个不同的同源地址束。

线性同源地址束的二分***是指对于一个线性同源地址束B={F₀+n·i,i=0，1，2，……，r-1}，指定一个正整数p₁使得0<p₁<r-1且：

B₁={F₀+n·i₁，i₁=0,1,……,p₁-1},

B₂={(F₀+n·p₁)+n·i₂，i₂=0,1,……,r-1-p₁}。

线性同源地址束的三分***是指对于一个线性同源地址束B={F₀+n·i，i=0，1，2，……，r-1}，指定两个正整数p₁和p₂使得0<p₁<p₂<r-1且：

B₁={F₀+n·i₁，i₁=0,1,……,p₁-1},

B₂={(F₀+n·p₁)+n·i₂，i₂=0,1,……,p₂-1-p₁},

B₃={(F₀+n·p₂)+n·i₃，i₃=0,1,……,r-1-p₂}。

一般，线性同源地址束的w分***是指对于一个线性同源地址束B={F₀+n·i，i=0，1，2，……，r-1}，指定w-1个正整数p₁,p₂…,p_w-1使得0<p₁<p₂<…<p_w-1<r-1且：

B₁={F₀+n·i₁，i₁=0,1,……,p₁-1},

B₂={(F₀+n·p₁)+n·i₂，i₂=0,1,……,p₂-1-p₁},

……

B_k={(F₀+n·p_k-1)+n·i_k，i_k=0,1,……,p_k-1-p_k-1},2≤k≤w-1

……

B_w={(F₀+n·p_w-1)+n·i_w，i_w=0,1,……,r-1-p_w-1}。

指数同源地址束的二分***法是指对于一个同源地址束B={F₀+n·(2ⁱ-1)，i=0，1，2，……，r-1}，指定一个正整数q₁使得0<q₁<r-1且：

$B_1=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{i_1}-1),i_1=\mathrm{0,1},......q_1-1\},$

$B_2=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_1+i_2}-1),i_2=\mathrm{0,1},......s-1-q_1\},$

指数同源地址束的三分***是指对于一个指数同源地址束B={F₀+n·(2ⁱ-1)，i=0，1，2，……，s-1}，指定两个正整数q₁和q₂使得0<q₁<q₂<s-1且：

$B_1=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{i_1}-1),i_1=\mathrm{0,1},......q_1-1\},$

$B_2=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_1+i_2}-1),i_2=\mathrm{0,1},......q_2-1-q_1\},$

$B_3=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_2+i_3}-1),i_3=\mathrm{0,1},......s-1-q_2\},$

一般，指数同源地址束的w分***是指对于一个指数同源地址束B={F₀+n·(2ⁱ-1)，i=0，1，2，……，s-1}，指定w-1个正整数p₁,p₂…,p_w-1使得0<p₁<p₂<…<p_w-1<r-1且：

$B_1=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{i_1}-1),i_1=\mathrm{0,1},......q_1-1\},$

$B_2=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_1+i_2}-1),i_2=\mathrm{0,1},......q_2-1-q_1\},$

……

$B_k=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_{k-1}+i_k}-1),i_k=\mathrm{0,1},......q_k-1-q_{k-1}\},2\&le;k\&le;w-1$

……

$B_w=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_{w-1}+i_w}-1),i_w=\mathrm{0,1},......s-1-q_{w-1}\};$

通过迭代方式运用二分***法将一个大同源地址束进行多次分解，分解成具有不同粒度的小同源地址束，适应各种级别的下级地址分配机构的需要；同源地址束合并的过程是同源地址束***的逆过程，同源地址束合并将多个小的同源地址束合并成一个大的同源地址束。线性同源地址束按照以下规则进行合并。

对于两个线性同源地址束B₁={F₁+n·i₁，i₁=0,1,……,p₁-1}和B₂={F₂+n·i₂，i₂=0,1,……,p₂-1}，如果满足：

F₂＝F₁+n·(p₁-1)

则两个同源地址束B₁和B₁可以合并为一个线性同源地址束B={F₁+n·i,i=0，1，2，……，p₂-1}。

指数同源地址束合并有两种典型的类型，拼接合并和包含合并，拼接合并是指以迭代方式将多个小的同源地址束拼接成一个大的同源地址束，两个小同源地址束

B₁={F₁+n·(2ⁱ-1)，i=0，1，…，p}，

B₂={F₂+m·(2^j-1)，j=0，1，…，q}，

若F₂=F₁+n·(2^p+1-1)，m=n·2^p+1，

此时，B₁和B₂可以合并成为B：B={F₁+n·(2^k-1)，k=0，1，…，p+q+1}；

包含合并是指一个同源地址束的定义域包含于另一个同源地址束的定义域之中，并且前者的所有同源地址段也是后者的同源地址段，两个同源地址束B₀和B，

B₀={F₀+n·(2ⁱ-1)，i=0，1，…，u}，B={F+m·(2^j-1)，j=0，1，…，v}，

若u>v且存在x∈{0,1,…,u-v}使得：

F=F₀+n·(2^x-1)，m=n·2^x成立，

则同源地址束B₀包含同源地址束B，同源地址束B₀和B合并为B。

同源地址束汇聚方法中，同源地址束汇聚算法分为两个部分，第一，表达一个具体IP地址与包含它的同源地址束之间关系的算法，它使用关联A、指数基b、过滤符M、和偏移量O，其关联A指明关联的类型是线性关联或指数关联，指数基b指明指数关联的基值，过滤符M是将一个长度为m的比特序列的前M位，M≤m，再右拼接（m-M）个0的操作符，过滤符M是对地址Address的一种运算，表示为：Address/(m-M)，偏移量O则指明直接包含一个具体IP地址的同源地址段的前端到包含该同源地址段的同源地址束的根段前端的距离，对于线性关联，偏移量O是直接包含一个IP地址的同源地址段的前端与包含该同源地址段的同源地址束的根段的前端之差值，对于指数关联，偏移量O是直接包含一个具体IP地址的同源地址段的指数幂值与它包含该同源地址段的同源地址束的根段的指数幂值之差。第二，由一个具体IP地址计算包含它的同源地址束的句柄的算法，该算法使用具体IP地址D、关联A、指数基b、过滤符M、和偏移量O来计算包含地址D的同源地址束的句柄，用D的过滤符M计算得到包含D的同源地址段的句柄H_s，对地址D的关联A译码得到其关联类型，对于线性关联，将H减去D的偏移量O得到包含D的同源地址束的句柄H_b，对于指数关联，按照D的过滤符M将D的偏移量O左移(m-M)位得到偏移量O’，将H减去O’得到包含D的同源地址束的句柄H_b，上述运算加、减、乘、乘方运算均在取模意义下进行，模为地址总数。

含有同源地址束汇聚方法的同源汇聚网络路由***，包括同源地址束汇聚路由结构，同源地址束汇聚散播，基于同源地址束的域内路由，基于同源地址束的域间路由，基于同源地址束的域内或域间路由表结构，同源地址束在数据报文中的存放形式，同源地址束主机报文的生成过程，同源地址束域内或域间路由器对报文的转发和转发过程。

同源汇聚网络路由***中，同源地址束汇聚路由结构含有两类汇聚的路由单元，基于同源地址束的路由单元和基于同源汇聚的路由单元，所述基于同源地址束的路由单元代表一个基于同源地址束的域内或域间路由器，其路由和转发行为都是基于同源地址束，作为域内或域间选路的结果，其路由表以同源地址束为查询的索引，它采用同源地址束算法对报文实施转发，一个基于同源地址束的域间路由器向其它域间路由器通告自身拥有的同源地址束并接收来自其它域间路由器的同源地址束通告，通过自身和其它域间路由器的同源地址束的地址建立域间路由，路由表也以同源地址束为查询的索引，基于同源地址束的路由器采用同源地址束汇聚算法对报文分组实施转发。

同源汇聚网络路由***中，基于同源地址束汇聚的路由单元代表一个基于同源地址束且具备汇聚功能的域间路由器，其路由和转发行为都是基于同源地址束的，对不是已被汇聚的同源地址束进行汇聚，称为一阶汇聚，相应的同源地址束汇聚路由单元称为一阶汇聚路由单元，否则，分别称为高阶汇聚和高阶汇聚路由单元，一个路由域通常通过一阶汇聚将自己拥有的个数较多的同源地址束变换为对个数较少的同源地址束，在具有提供商-客户关系的路由域之间，通常提供商路由域的同源地址束汇聚路由器实施高阶汇聚，即对客户路由域的低阶同源地址束进行汇聚，同源汇聚路由器同样采用同源地址束汇聚算法，一个路由域至少有一个同源汇聚路由单元，就同源地址束汇聚而言，一个同源地址束汇聚，从域内到域外收到的多个“小”同源地址束汇聚成一个“大”同源地址束并存储该汇聚关系，同源地址束解汇聚则是一种转发功能，指对从域外收到的一个分组将其所属的大同源地址束“降级为”多个小同源地址束，与基于同源地址束的路由器相同，一个同源汇聚路由器也通过自身和其它域内路由器的同源地址束建立域内路由，作为选路的结果，其路由表以同源地址束为查询索引，在同源地址束汇聚路由器的路由表还记录它对同源地址束的汇聚关系，一个基于同源地址束的域间路由器向其它域间路由器通告自身拥有的同源地址束，对于实施了一个同源地址束汇聚的基于同源地址束的域间路由器，它要启动三个操作，第一，将该汇聚同源地址束的路由表表项的“汇聚符标志”置为1，将所有被汇聚同源地址束的路由表表项的“汇聚符标志”置为0，将该汇聚同源地址束的路由表表项的“汇聚组标志”以及所有被汇聚同源地址束的路由表表项的“汇聚组标志”置位该汇聚组的标识；第二，将该汇聚同源地址束的转发表表项的“汇聚符标志”置为1，将所有被汇聚同源地址束的转发表表项的“汇聚符标志”置为0；第三，将整个汇聚关系，即被汇聚的多个同源地址束以及一个汇聚同源地址束，向外界通告，基于同源地址束的域间路由器还接收来自其它域间路由器的同源地址束通告，作为建立域间路由的结果，其路由表也以同源地址束为查询的索引，同源地址束汇聚路由器同样采用同源地址束汇聚算法。

同源汇聚网络路由***中，同源地址汇聚散播，如果一个域边界路由器从其它路由域收到一个同源地址束汇聚通告，它便将该汇聚关系广播到本路由域内的所有主机和路由器。

同源汇聚网络路由***中，基于同源地址束的域内路由包括使用现有IP网络的域内路由RIP，OSPF，IS-IS协议建立一个路由域的域内路由，原RIP，OSPF，IS-IS协议中原先的网络地址部分的地址前缀改为同源地址束，协议消息的网络地址部分采用如下的形式分别表示线性和指数同源地址束：

线性同源地址束的表示形式为：

其中的同源地址束根段前端、同源地址段长度、上限分别对应本发明说明书中线性关联定义表达式(1)中的F₀、n和r，线性关联表示关联是线性的，例外列表则罗列不属于该线性同源地址束的同源地址段的索引值i。

指数同源地址束的一般形式为：

其中的同源地址束根段前端、同源地址段长度、上限、指数基分别对应本发明说明书中指数关联定义表达式(2)中的F₀、n、r、和a，指数关联表示关联是指数的，例外列表则罗列不属于该指数同源地址束的同源地址段的索引值i。如果a＝2，则可以无指数基字段，即：

同源汇聚网络路由***中，基于同源地址束的域间路由方法包括：使用现有的网络域间路由BGP建立域间路由，原BGP协议中地址部分的地址前缀改为同源地址束，BGP协议中的消息的网络地址部分采用如下的形式分别表示线性和指数同源地址束：

线性同源地址束的表示形式为：

其中的同源地址束根段前端、同源地址段长度、上限分别对应本发明说明书中线性关联定义表达式(1)中的F₀、n和r，线性关联表示关联是线性的，例外列表则罗列不属于该线性同源地址束的同源地址段的索引值i。

指数同源地址束的一般形式为：

其中的同源地址束根段前端、同源地址段长度、上限、指数基分别对应本发明说明书中指数关联定义表达式(2)中的F₀、n、r、和a，指数关联表示关联是指数的，例外列表则罗列不属于该指数同源地址束的同源地址段的索引值i。如果a＝2，则可以无指数基字段，即：

同源汇聚网络路由***中，路由器的路由表结构为：

其中，同源地址束标识就是同源地址束句柄，路径属性和其它均为常规的路由表项字段；

域间路由器在运行域间路由协议的基础上用同源地址束表达和建立域间路由，用同源地址束作为域间路由表的索引来转发分组，域间路由器的域间路由表分为非汇聚和汇聚两个部分，非汇聚部分包含所有一阶汇聚同源地址束所对应的表项，每个一阶汇聚同源地址束表项包括“同源地址束标识”、“路径属性”和“其它”属性，汇聚部分则包含所有二阶和高阶汇聚同源地址束所对应的表项；

域间路由表的结构为：

汇聚符标志＝1表示对应的同源地址束为在本地实施了汇聚的汇聚同源地址束，被它汇聚的是汇聚符标志＝0且“汇聚组标志”取值相同的所有同源地址束，汇聚符标志＝‘0’且汇聚组标志=‘-’表示一个未在本地实施汇聚的同源地址束，即非汇聚同源地址束。

同源汇聚网络路由***中，域内或域间路由器的转发表结构，转发表是路由表的简洁形式，用于实现对分组的快速转发，转发表中的表项与路由表中的表项一一对应，转发表设同源地址束标志，下一跳标志，输出端口号，域内路由器的转发表一般结构为：

域间路由器的转发表一般结构为：

同源汇聚网络路由***中，同源地址束在数据报文中的存放形式包括：一个同源地址束具有“同源IP地址”，“同源关联类型”，“掩码”和“偏移”四个同源地址要素，在IP报文的逐跳扩展头中分别为源和目的的同源地址定义“关联类型”，“掩码”和“偏移”三个字段，为了表达源、目的IP地址对他们所在同源地址束的所属关系，将一个IP报文的四个同源地址要素分别存放在该IP报文头地址字段以及IP报文逐跳扩展头的目的同源地址束关联类型、掩码和偏移三个字段。

同源汇聚网络路由***中，主机报文的生成方法和过程包括，分别获取源、目的IP地址四个同源地址要素并将它们填入IP报文两个部分，每一个主机报文中的源或者目的IP地址均包含四个要素：IP地址、关联类型、掩码和偏移，主机报文的生成过程就是获取这四个要素并将它们填入IP报文的过程，同源地址要素获取过程分为查询域名服务器和指派偏移量两个子过程，主机通过查询域名服务器子过程得到域名和IP地址、关联类型、掩码以及同源地址束之间的对应关系，其中，IP地址和掩码表达IP地址所在的同源地址段，同源地址束为包含IP地址所在同源地址段的同源地址束的标识；主机通过指派偏移量子过程，旨在获取包含一个目的IP地址的顶级汇聚同源地址束，进而得到该顶级汇聚同源地址束到直接包含该目的IP地址的同源地址段的偏移量；对于一个IP地址，从本地存储器中取出其同源地址、关联类型、掩码以及同源地址束，分别量入相应IP报文的IP地址、关联类型、掩码和偏移字段中。

同源汇聚网络路由***中，域内和域间路由器对主机报文的转发和过程，报文转发包括源路由域内的报文转发、路由域间的报文转发和目的路由域内的报文转发三个子功能，对于源、目的主机同在一个路由域的报文转发，仅仅涉及“源路由域内的报文转发”一个子功能，而对于源、目的主机不在同一个路由域的报文转发则同时涉及上述三个子功能，而对源、目的主机同在一个路由域的报文转发通过源路由域内报文转发过程完成，即源主机先通过域名解析过程获得目的主机同源地址的四要素，再将源主机和目的主机的同源地址要素分别填入IP报文的源、目的IP地址字段以及逐跳扩展头中，最后通过网络接口发至与其相连的域内路由器，域内路由器从IP报文的目的地址和逐跳扩展头读取目的同源地址的四要素，根据计算同源地址束句柄的算法得到包含它的同源地址束的句柄，源、目的主机不在同一个路由域的报文转发则同时由源路由域内转发、域间转发以及目的路由域内转发完成，源主机将IP报文发至与其同在一个路由域的基于同源地址束的边界路由器，即该边界路由器是域间路由器，边界路由器从IP报文的目的地址和逐跳扩展头读取目的同源地址的四要素，根据计算同源地址束句柄的算法得到包含目的IP地址的同源地址束的句柄，用该同源地址束句柄检索关键字查询转发表。

如果本路由器直连目的主机，则直接将IP报文通过直连的网段接口发出；如果查询命中的同源地址束B的汇聚符标志为0，则按照对应的下一跳标识将IP报文转发到相邻的域间路由器；如果查询命中的同源地址束B的汇聚符标志为1，则对于包含目的IP地址A的同源地址段句柄H(A)，在被命中同源地址束汇聚的全部同源地址束中寻找满足下式的两个相邻的被汇聚同源地址束B_i和B_i+1；H(B_i)≤H(A)≤H(B_i+1)；将IP报文中目的IP地址A的偏移量改写为H(A)-H(B_i)，目的路由域内的报文转发，域内路由器从IP报文的目的地址和逐跳扩展头读取目的同源地址的四要素，由一个具体IP地址计算包含它的同源地址束的句柄算法计算得到包含目的IP地址的同源地址束之句柄，用该同源地址束句柄为检索关键字查询转发表，如果本路由器直连目的主机，则直接将IP报文通过直连的网段接口发出，按照查询命中表项所指示的下一跳标识将IP报文转发到相邻的域内路由器，直连目的主机的域内路由器将IP报文发给目的主机所在的网段，目的主机接收并接受IP报文。

综合来说，在本发明实施例中，每个网络自治***可在不同的时间向网络地址分配机构申请并获得一个或多个同源地址束，与CIDR的情形不同的是，地址分配机构在分配同源地址束时不再有“保留连续地址以供汇聚”的约束；通过分配得到同源地址束的自治***要在其内部和向外界的其他自治***逐个通告它拥有的每个同源地址束；自治***的域间路由器可以将自己的多个同源地址束汇聚成一个同源地址束后向外界通告，在通告之前它要记录相应的同源地址束汇聚关系；对于收到一个同源地址束通告的本自治***内的一个域内路由器而言，它用同源地址束取代前缀建立域内路由，同时用同源地址束取代前缀作为自己路由表和转发表的检索索引；对于收到一个同源地址束通告的其他自治***的一个域间路由器而言，它依据通告中同源地址束的路径属性以及自己的选路策略确定从自己到该同源地址束的一条路径；此外，收到一个同源地址束通告的域间路由器也可以针对该接收的同源地址束进行汇聚，同理，它也要记录相应的同源地址束汇聚关系并向其它域间路由器通告汇聚后的同源地址束；域间路由器也用同源地址束而非传统前缀为索引建立自己的路由表和转发表；每个主机均通过域名解析和汇聚散播两个过程得到并存储每个目的IP地址的全部四个同源地址要素；主机将IP地址的四个同源地址要素写入IP报文的相应字段并向外发送；每当一个域内或域间路由器收到一个数据分组，它读取目的IP地址的四个同源地址要素并使用同源地址束地址汇聚算法计算与目的地址对应的同源地址束，然后用该同源地址束检索转发表，最后将分组转发到下一跳路由器。

本发明的积极效果是：

①本发明克服了现有技术CIDR不能进行多个非连续地址块的汇聚核心技术的问题。

②本发明克服了现有技术CIDR出于地址汇聚目的而“预留连续地址空间”所造成部分地址空间“闲置”的问题，因而提高了网络地址空间的利用率。

③本发明克服了现有技术CIDR不支持客户灵活自由选择服务提供商的问题。

④本发明可以使得网络的一个自治***减少向全局路由***通告的同源地址段标识的数量，从而直接减少全局路由***中每个路由器的路由表及其转发表的路由表项数量。

⑤本发明有助于解除客户网络服务提供商网络之间的绑定约束，使得客户网络可以自由使用与服务提供商网络无关的PI地址，最终使得客户网络在服务提供商网络的选择具有了的自主性和灵活性，不再受改变地址（Renumbering）问题的困扰。

⑥本发明采用基于同源地址束的地址分配策略后，地址分配机构可以不必为一个自治***将来的地址汇聚而事先“预留”连续的地址空间，从而能够显著提高地址空间分配的使用效率。

（四）附图说明

图1-1连续同源地址束线性关联示意图；

图1-2非连续同源地址束线性关联示意图；

图2-1连续同源地址束指数关联示意图；

图2-2非连续同源地址束指数关联示意图；

图3同源地址束最佳匹配原则流程方框图；

图4同源地址束二分***法流程方框图；

图5同源地址束拼接合并的流程方框图；

图6同源地址束指数包含合并流程方框图；

图7同源地址一个地址与包含它的同源地址束之间关系算法的流程方框图；

图8同源地址一个地址计算包含它的同源地址束之句柄的算法的流程方框图；

图9同源汇聚的网络路由***的路由结构示意图；

图10同源汇聚网络路由***的同源地址束散播过程执行流程方框图；

图11同源汇聚网络路由***的主机查询域名服务器子过程的流程方框图；

图12同源汇聚网络路由***主机计算偏移量子过程的执行流程方框图；

图13同源汇聚网络路由的源路由域内的报文转发过程的执行流程图；

图14同源汇聚网络路由***的源路由域间报文转发过程的执行流程图；

图15同源汇聚网络路由***目的路由域内报文转发的执行流程方框图；

图16同源汇聚网络路由***执行流程方框图。

（五）具体实施方式

为了减小路由表尺寸从而改善互联网路由***的可扩展性，本发明实施例提供了一种不同于CIDR的全新地址汇聚方法。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

连续和非连续同源地址束线性关联的示意图参见图1-1和图1-2，连续和非连续同源地址束指数关联的示意图参见图2-1和图2-2。

一、同源地址束的分配原则实施例

本发明与CIDR的一个根本不同点在于：本发明中用于选路的是同源地址束而不再是地址块的前缀，因此，同源地址束也成为互联网全球地址分配机构向IP地址的申请者分配地址的基本单元。在使用CIDR进行地址汇聚时，地址分配机构需要考虑“连续地址预留”问题，其结果必然降低地址空间的使用效率，本发明使得分配机构不必考虑连续地址预留问题，从而使得地址空间的效率不再受到地址预留的影响。由于同源地址束的性质与前缀完全不同，所以基于同源地址束的分配需要遵循以下六个基本原则：

对于线性或指数同源地址束的分配，遵循以下两个原则：

原则①：任何两个不同同源地址束的根不应相同。

例如，对于线性关联，不能将同源地址束B₁={F₀+n·i,i=0,1,…,r-1}和B₂={F₀+m·j,j=0,1,…,s-1}定义为两个不同的线性同源地址束，即，两个不同线性同源地址束的根段前端不能相同。同理，对于指数关联，不能将同源地址束B₁={F₀+n·(2ⁱ-1),i=0,1,…,r-1}和B₂={F₀+m·(2^j-1),j=0,1,…,s-1}定义为两个不同的指数同源地址束。

原则②：线性和指数同源地址束的定义域可以重叠。

这里，重叠指集合的交集非空。只要同源地址段不发生冲突，一个线性同源地址束的定义域可以完全被包含于一个指数同源地址束的定义域中，反之亦然。

例如，对于线性同源地址束B₁={F₀+n·j,j=0,1,2,3,4,7}和指数同源地址束B₂={F₀+5·n+n·(2ⁱ-1),i=0,1,2,3,4,5,6,7}，两者定义域的重叠部分包含三个同源地址束，即：{(F₀+n·k,k=5,6,7}。而对于指数同源地址束B₁={F₀+m·(2ⁱ-1),i=0,1,2,3,4}和线性同源地址束B₂={(F₀+m·2³)+m·j,j=0,1,2,3,4,5,6,7}，B₂的定义域则完全被包含于B₁的定义域内。

对于线性同源地址束的分配，遵循以下一个原则：

原则③：两个线性同源地址束的定义域不应有任何重叠。

线性同源地址束的典型应用是填补指数同源地址束定义域内的“空白区”，因此，线性同源地址束的定义域通常较小，设立无重叠的要求是为了简化线性同源地址束之间的关系，有利于对线性同源地址束的分配和使用。

例如，对于线性同源地址束B₁={F₀+n·i,i=0,1,2,3,4,5,6,7}和B₂={(F₀+8·n)+n·j,j=0,1,2,3,4,5,6,7}，二者的定义域无任何重叠，而对于B₃={F₀+m·i,i=0,1,2,3,4,5,7}和B₄={(F₀+6·m)+m·j,j=0,2,3,4,5,6,7}，由于两者的定义域中包含两个相同的线性同源地址束，即：{F₀+m·k,k=6,7}，故违背了原则三，因此，应当取消对B₃或B₄的定义。

对于指数同源地址束的分配，遵循以下两个原则：

原则④：两个指数同源地址束的定义域可以重叠，但重叠的方式应遵循原则五和原则六。

原则⑤：不同大小的定义域应该尽可能地交织。

这里，交织指占用未被其他束的同源地址段占用的地址空间。

例如，一个较大指数同源地址束B₁={F₀+n·(2ⁱ-1),i=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}的定义域内包含较多的“空白区”，因此，可以定义多个其它较小的指数同源地址束B₂={(F₀+n·2⁴)+n·(2^j-1),j=0,1,2,3}，B₃={(F₀+n·2⁵)+n·(2^k-1),k=0,1,2,3,4}，B₄={(F₀+n·2⁶)+n·(2^p-1),p=0,1,2,3,4,5}，B₅={(F₀+n·2⁷)+n·(2^q-1),q=0,1,2,3,4,5,6}和B₆={(F₀+n·2⁸)+n·(2^r-1),r=0,1,2,3,4,5,6,7}。

原则⑥：两个相同大小的定义域可以部分重叠。

例如，指数同源地址束B₁={F₀+n·(2ⁱ-1),i=0,2,3,4,5,6,7,8}和B₂={(F₀+n)+n·(2^j-1),j=0,2,3,4,5,6,7,8}具有相同大小的定义域，二者的定义域几乎完全重叠，即，每一个同源地址束的的定义域内只有一个根同源地址段对应的地址空间与对方不同，其余全同。类似地，还可以定义B₃={(F₀+2·n)+n·(2^k-1),k=0,2,3,4,5,6,7,8}使得B₁、B₂和B₃三个相同大小指数同源地址束的定义域部分重叠。

二、同源地址束分配的最佳匹配原则实施例

在遵循上述六个原则的基础上，还需要考虑实际分配与请求分配之间的最佳匹配问题。所谓最佳匹配是指实际分配量与请求分配量之间的差异最小化。为简单起见，假设一个地址分配机构的地址池中有h个同源地址束，这些束有相同的大小z，因此总的可分配地址数量为z·S^h _i=1r_i，其中r_i是同源地址束B_i的同源地址段个数。对于一个需要n个同源地址段的请求，就是使得实际分配的m（m<h）个同源地址束中实际包含的同源地址段数与需要的同源地址段数n的差最小化。一般而言，最佳匹配等价于如下的优化问题

$\begin{array}{c}\underset{m}{\arg }\underset{i}{\min }\{\underset{\underset{i_k\&Element;I}{k=1}}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}_{i_k}-n\},I=\{\mathrm{1,2},...,h\}\\ s.t.\underset{\underset{i_k\&Element;I}{k=1}}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}_{i_k}\&GreaterEqual;n\end{array}---\left(3\right)$

具体而言，参见图3，地址分配机构采用上述最佳匹配方法通过以下步骤完成地址分配：

步骤101：如果地址池中所有同源地址束的总同源地址段数小于申请的同源地址段数，则拒绝地址申请，结束；否则，执行步骤102。

步骤102：置i=1，执行步骤103。

步骤103：采用“i重组合”方法计算每个同源地址束组合对应的总同源地址段数，求出与申请的同源地址段数之差最小的总同源地址段数以及相应的同源地址束组合，记该同源地址束组合和该同源地址束组合包含的同源地址段数分别为C_i和M_i，执行步骤104。

步骤104：如果当前的“i重组合”包含了地址池中所有的同源地址束，则执行步骤106，否则，执行步骤105。

步骤105：置i=i+1，执行步骤103。

步骤106：求与m=min{M_i}对应的同源地址束组合C_m，将C_m，中的所有同源地址束分配给申请者，结束。

这里给出一个例子说明上述最佳匹配。假设一个分配机构A₀的地址池中具有五个同源地址束：B₁，B₂，B₃，B₄和B₅，它们包含的同源地址段分别为10，20，30，40和50。如果另一个较小的地址机构A₁向A₀申请100个同源地址段，A₀将把B₂，B₃和B₄分配给A₁，因为这样的分配可以使请求的100个同源地址段与秩r₂，r₃，r₄之和的差最小。

三、同源地址束的***式实施例

同源地址束的***式分配可以使得地址分配机构以更加灵活的方式完成它的分配，具体地说，通过同源地址束***，一个大的分配机构可以将一个大的同源地址束分解成一定数量小的同源地址束，进而将这些小的同源地址束分配给小的分配机构或ISP。线性同源地址束和指数同源地址束的***规则已在上文“（三）发明内容”中已经给出了表达式，此处给出具体的实施过程。

参见图4，线性同源地址束的二分***法通过以下步骤完成：

步骤201：对于具有s个同源地址段的同源地址束B={F+n·i,i=0,1,…,s-1}，可选取正整数p（0≤p≤s-1）将其分解成分别具p个和s-p个同源地址段的两个同源地址束B₁和B₂，其中：

B₁={F+n·i，i=0,1,……,p-1}

B₂={(F+n·p)+n·j，j=0,1,……,s-1-p}

步骤201：结束。

参见图4，指数同源地址束的二分***法通过以下步骤完成：

步骤211：对于具有s个同源地址段的同源地址束B={F+n·(2ⁱ-1),i=0,1,…,s-1}，可选取m（0≤m≤s-1）将其分解成分别具有m个和s-m个同源地址段的两个同源地址束B₁和B₂，其中：

B₁={F+n·(2ⁱ-1),i=0,1,…,m-1}

B₂={F+n·(2^m+j-1),j=0,1,…,s-m-1}

步骤212：结束。

很明显，可通过迭代方式多次运用二分法将一个大同源地址束进行多次分解，然后将分解后的、具有不同粒度的小同源地址束分配给各种级别的下级地址分配机构。类似地，可以根据线性和指数同源地址束的***规则得到三分、w分***的具体的实施过程，在这里就不详细叙述了。

四、同源地址束合并实施例

同源地址束合并的过程是同源地址束***的逆过程。与CIDR中前缀汇聚相似，同源地址束合并将多个小的同源地址束合并成一个大的同源地址束。因为线性同源地址束的合并很简单，在此只考虑指数同源地址束。

同源地址束合并有两种典型的类型，即拼接合并和包含合并。另一方面，每种同源地址束合并都需要满足特定的条件。拼接合并是指多个小的同源地址束以拼接的方式合并成一个大的同源地址束。具体地，对于两个同源地址束B₁={F₁+n·(2ⁱ-1),i=0,1,…,p}和B₂={F₂+m·(2^j-1),j=0,1,…,q}，如果满足条件：

F₂=F₁+n·(2^p+1-1)

m=n·2^p+1

则B₁和B₂可以合并成一个更大的同源地址束B：B={F₁+n·(2^k-1),k=0,1,…,p+q+1}。很明显，拼接合并也能以迭代的方式进行以便将多个小同源地址束合并为单个大同源地址束。

参见图5，指数同源地址束的拼接合并通过以下步骤完成：

步骤301：对于两个同源地址束B₁={F₁+n·(2ⁱ-1),i=0,1,…,p}和B₂={F₂+m·(2^j-1),j=0,1,…,q}。如果F₁<F₂，执行步骤302；如果F₁>F₂，执行步骤303；如果F₁=F₂，B₁和B₂不可以进行拼接合并，结束。

步骤302：如果F₂=F₁+n·(2^p+1-1)且m=n·2^p+1，则B₁和B₂可以拼接合并成一个同源地址束B={F₁+n·(2^k-1),k=0,1,…,p+q+1}，否则，B₁和B₂不可以进行拼接合并，结束。

步骤303：如果F₁=F₂+m·(2^q+1-1)且n=m·2^q+1，则B¹和B²可以拼接合并成一个同源地址束B={F₂+m·(2^k-1),k=0,1,…,p+q+1}，否则，B₁和B₂不可以进行拼接合并，结束。

包含合并是指一个同源地址束的定义域包含于另一个同源地址束的定义域之中,并且前者的所有同源地址段也是后者的同源地址段。具体地，对于两个同源地址束B₀={F₀+n·(2ⁱ-1),i=0,1,…,u}和B={F+m·(2^j-1),j=0,1,…,v}，如果u>v且存在x∈{0,1,…,u-v}使得：

F=F₀+n·(2^x-1)

m=n·2^x

成立，则同源地址束B₀包含同源地址束B，即，同源地址束B₀和B可以合并为B。

参见图6，指数同源地址束的包含合并通过以下步骤完成：

步骤401：对于两个同源地址束B₁={F₁+n·(2ⁱ-1),i=0,1,…,u}和B₂={F₂+m·(2^j-1),j=0,1,…,v}。如果F₁≥F₂，执行步骤402；如果F₁<F₂，执行步骤405。

步骤402：置x＝0。

步骤403：如果F₂=F₁+n·(2^x-1)且m=n·2^x，则同源地址束B₁包含同源地址束B₂，结束，否则执行步骤404。

步骤404：置x＝x+1，如果x>u-v，同源地址束B₁和B₂之间不存在包含关系，结束，否则，执行步骤403。

步骤405：置x＝0。

步骤406：如果F₁=F₂+m·(2^x-1)且n=m·2^x，则同源地址束B₂包含同源地址束B₁，结束，否则执行步骤407。

步骤407：置x＝x+1，如果x>u-v，同源地址束B₁和B₂之间不存在包含关系，结束，否则，执行步骤406。

同源地址束拼接合并和包含合并可直接用于域内和域间路由器的同源地址束汇聚操作，即，使用合并后的同源地址束作为汇聚同源地址束，然后存储被合并同源地址束与该汇聚同源地址束之间的对应关系，最后，向域内和域间的其他路由器通告该汇聚同源地址束。

五、同源地址束汇聚算法，即非连续前缀地址汇聚算法实施例

针对非连续前缀的地址汇聚是本发明的核心内容，我们称该地址汇聚算法为“同源地址汇聚算法”。

为非连续汇聚引入三个新的核心功能要素，即“同源地址段”，“地址前缀关联”以及“同源地址束”，其中地址前缀关联可将多个非连续的地址前缀段映射为一个对应的地址前缀段群；（称汇聚后的前缀段为“同源前缀片”，称“同源地址束”所包含的任一个地址为“同源地址”）

同源地址汇聚算法分为两个部分，分别为“表达一个具体IP地址与包含它的同源地址束之间的关系”和“由一个具体IP地址计算包含它的同源地址束的句柄”。表达一个具体IP地址与包含它的同源地址束之间关系的算法使用关联A、指数基b、过滤符M、和偏移量O来表示一个具体IP地址与包含它的同源地址束B之间关系，其中关联A指明关联的类型（即，线性关联或指数关联）；指数基b指明指数关联的基值；过滤符M是将一个长度为m的比特序列的前M位（M≤m）再右拼接（m-M）个0的操作符，由于过滤符M是对地址Address的一种运算，故它可表示为：Address/(m-M)，比如，100.40.35.12/22=100.40.32.0/22；偏移量O则指明直接包含一个具体IP地址的同源地址段的前端到包含该同源地址段的同源地址束的根的前端的距离，该距离在线性关联或指数关联情况下分别具有不同的含义，详见下面算法的步骤504和步骤508。

参见图7，表达地址范围[100.40.32.0，100.40.35.255]内的任一个IP地址D（比如，设D=100.40.35.12）与包含它的同源地址束B（比如，设的B句柄为100.40.20.0/22）之间关系的算法通过以下步骤完成：

步骤501：对于线性同源地址束的情形，执行步骤502，对于指数关联同源地址束的情形，执行步骤505。

步骤502：为IP地址D指定关联，例如置A=1。

步骤503：为D指定过滤符M，例如置M=100.40.32.0/22。

步骤504：为D指定偏移量O，例如置O=3072（注：对于线性关联，偏移量O是直接包含一个具体IP地址的同源地址段的前端与包含该同源地址段的同源地址束的根的前端之差值），结束。

步骤505：为IP地址D指定关联，例如置A=2。

步骤506：为D指定指数基值，例如置b=2。

步骤507：为D指定过滤符M，例如置M=100.40.32.0/22。

步骤508：为D指定偏移量O，例如置O=3（注：对于指数关联，偏移量O是直接包含一个具体IP地址的同源地址段的指数幂值与包含该同源地址段的同源地址束的根的指数幂值之差），结束。

由一个具体IP地址计算包含它的同源地址束的句柄的算法则使用具体IP地址D、关联A、指数基b、过滤符M、和偏移量O来计算包含地址D的同源地址束的句柄。参见图8，由地址范围[100.40.32.0，100.40.35.255]内的任一个IP地址D（比如，设D=100.40.35.12）计算包含它的同源地址束B（比如，设B的句柄为100.40.20.0/22）的句柄的算法通过以下步骤完成：

步骤601：用D的过滤符M计算得到包含D的同源地址段的句柄H_s，例如，对于D=100.40.35.12，有H_s=100.40.32.0/22。

步骤602：对地址D的关联A译码得到其关联类型，对于线性关联，执行步骤603，对于指数关联，执行步骤604。

步骤603：将H减去D的偏移量O得到包含D的同源地址束的句柄H_b，例如，H_b=100.40.32.0-3072=100.40.20.0，结束。

步骤604：按照D的过滤符M将D的偏移量O左移(m-M)位得到偏移量O’，将H减去O’得到包含D的同源地址束的句柄H_b，例如，H_b=100.40.32.0-2^32-22×(2²-1)=100.40.32.0-2¹⁰×3=100.40.20.0，结束。

应当指出的是，上述加、减、乘、乘方运算均在取模意义下进行，模为地址总数。

六、同源地址束汇聚路由结构实施例

总体上，同源汇聚路由结构实现基于同源地址束而非传统前缀的选路功能，它由三种功能单元组成，参考图9，现分别描述如下。

1)基于同源地址束的路由单元

基于同源地址束的路由单元代表一个基于同源地址束的域内或域间路由器，其路由和转发行为都是基于同源地址束的，这类单元不具备对同源地址束进行汇聚的功能，因此，也称为“零阶”同源地址束汇聚路由单元。一个基于同源地址束的域内路由器通过自身和其它域内路由器的同源地址束建立域内路由，作为选路的结果，其路由表以同源地址束为查询的索引。一个基于同源地址束的域间路由器向其它域间路由器通告自身拥有的同源地址束并接收来自其它域间路由器的同源地址束通告，通过自身和其它域间路由器的同源地址束建立域间路由，结果，其路由表也以同源地址束为查询的索引。

基于同源地址束的路由器采用同源地址束汇聚算法（见同源汇聚算法实施例）对分组实施转发。

2)基于同源汇聚的路由单元

基于同源汇聚的路由单元代表一个基于同源地址束且具备汇聚功能的域间路由器（本发明暂不考虑基于同源汇聚的域内路由器，即域内路由器均不实施针对同源地址束的汇聚），其路由和转发行为都是基于同源地址束的，如果对不是已被汇聚的同源地址束进行汇聚，则称为“一阶汇聚”，相应的同源地址束汇聚路由单元称为“一阶汇聚路由单元”，否则，分别称为“高阶汇聚”和“高阶汇聚路由单元”。一个路由域通常通过一阶汇聚将自己拥有的较多同源地址束变换为对外“可见”的较少同源地址束。在具有“提供商-客户”关系的路由域之间，通常由提供商路由域的同源汇聚路由器实施高阶汇聚，即，对客户路由域的低阶同源地址束进行汇聚。同源汇聚路由器同样采用同源地址束汇聚算法（见同源汇聚算法实施例）实施汇聚。

一个路由域至少有一个同源地址束汇聚路由单元。就同源地址束汇聚而言，一个同源地址束汇聚路由器同时具备同源地址束汇聚和解汇聚两种具体功能，还具备对域内和对域外的双重功能角色。同源地址束汇聚是一种路由功能，指对从域内和域外收到的多个“小”同源地址束汇聚成一个“大”同源地址束并存储该汇聚关系，而同源地址束解汇聚则是一种转发功能，指对从域外收到的一个分组将其所属的大同源地址束“降级为”多个小同源地址束。

与基于同源地址束的路由器相同，一个同源汇聚路由器也通过自身和其它域内路由器的同源地址束建立域内路由，作为选路的结果，其路由表以同源地址束为查询的索引。与基于同源地址束的路由器不同的是，同源汇聚路由器的路由表还记录它对同源地址束的汇聚关系。一个基于同源地址束的域间路由器向其它域间路由器通告自身拥有的同源地址束。对于实施了一个同源地址束汇聚的基于同源地址束的域间路由器，它要启动三个操作，第一，将该汇聚同源地址束的路由表表项的“汇聚符标志”置为1，将所有被汇聚同源地址束的路由表表项的“汇聚符标志”置为0，将该汇聚同源地址束的路由表表项的“汇聚组标志”以及所有被汇聚同源地址束的路由表表项的“汇聚组标志”置位该汇聚组的标识；第二，将该汇聚同源地址束的转发表表项的“汇聚符标志”置为1，将所有被汇聚同源地址束的转发表表项的“汇聚符标志”置为0；第三，将整个汇聚关系（即被汇聚的多个同源地址束以及一个汇聚同源地址束）向外界通告。基于同源地址束的域间路由器还接收来自其它域间路由器的同源地址束通告，作为建立域间路由的结果，其路由表也以同源地址束为查询的索引。

同源地址束汇聚路由器同样采用同源地址束汇聚算法对分组实施转发。

3)路由机制

同源汇聚路由结构中的路由机制的核心是基于同源地址束选路。它分为域内和域间路由两个部分，现有的域内和域间路由机制均可直接用于同源汇聚路由结构。由于本发明给出的基于同源地址束的汇聚与传统的基于地址前缀的汇聚在机理上完全不同，因此同源汇聚路由结构需要对现有的域内和域间路由协议分别做微小的修改。

对于同源汇聚路由结构中的域内路由，可以使用现有的协议，例如，RIP，OSPF，IS-IS等，但是协议消息携带的不再是传统的地址前缀而是同源地址束。对于域间路由，仍可使用现有的BGP协议，但BGP消息中应携带同源地址束而不是地址前缀。

4)汇聚散播的实施例

汇聚散播指收到一个同源地址束汇聚关系通告的域边界路由器（基于同源地址束的路由器或基于同源汇聚的路由器）将该汇聚关系广播到本域内的所有主机和路由器。参见图10，汇聚散播通过以下步骤完成：

步骤701：域边界路由器判断它收到的一个路由通告中是否包含同源地址束汇聚关系，若包含，则执行步骤702，否则结束。

一个同源地址束汇聚关系包含多个被汇聚的同源地址束标识以及一个汇聚同源地址束标识。

步骤702：通过广播协议消息将同源地址束汇聚关系广播到本域内的所有主机和路由器。

步骤703：收到同源地址束汇聚关系广播消息的主机和路由器存储同源地址束汇聚关系。

步骤704：对于该同源地址束汇聚关系中的某个被汇聚的同源地址束，如果已经通过查询域名服务器子过程得到了域名和IP地址、关联类型、掩码以及该同源地址束之间的对应关系，则用包含由实施例十二中步骤803得到的同源地址束的汇聚同源地址束替换步骤803得到的被汇聚同源地址束。

步骤705：结束。

七、一种基于同源地址束的域内路由方法实施例

现有的协议，例如，RIP，OSPF，IS-IS等均可以用作同源汇聚路由结构中的域内路由协议，但是，如果原先要在这些协议消息的网络地址部分中填写传统的前缀的话，现在要改为填写同源地址束。以RIP和OSPF协议为例，原先消息中表达网络地址前缀的形式为：

现在表达的线性同源地址束的形式为：

其中的同源地址束根段前端、同源地址段长度、上限分别对应上文式(1)中的F₀、n和r，线性关联表示关联是线性的，例外列表则罗列不属于该线性同源地址束的同源地址段的索引值i。

指数同源地址束的一般形式为：

其中的同源地址束根段前端、同源地址段长度、上限、指数基分别对应上文式(2)中的F₀、n、r、和a，指数关联表示关联是指数的，例外列表则罗列不属于该指数同源地址束的同源地址段的索引值i。如果a＝2，则可以无指数基字段，即：

注意，同源地址束根段前端和同源地址段长度两个属性等同于传统地址前缀的IP地址和掩码两个属性。

上述修改完成后，基于同源地址束的域内路由器就可通过相应的域内路由协议建立域内路由，其路由表就以IP地址和同源地址段尺寸两个属性作为同源地址束的索引，路由表的具体结构见下文域内和域间路由器的路由表结构实施例。

八、一种基于同源地址束的域间路由方法实施例

与基于同源地址束的域内路由要修改现有的域内路由协议类似，现有的域间路由协议BGP也要经过修改才能用作同源汇聚路由结构中的域间路由协议。如果原先要在BGP协议消息的网络地址部分中填写传统的前缀的话，现在要改为填写同源地址束。例如，原先BGP消息中表达网络地址前缀的形式为：

要改为对同源地址束的表达，其中，线性同源地址束的形式为：

其中的同源地址束根段前端和同源地址段长度分别与原始BGP消息中的前缀和前缀长度相对应，前缀长度在功能上与同源地址段尺寸等价，即：前缀长度=32-log2(同源地址段尺寸)。指数同源地址束的一般形式为：

而基数为2的指数同源地址束的形式为：

上述修改完成后，基于同源地址束的域间路由器就可以通过BGP协议建立域间路由，其路由表就以同源地址束根段前端和同源地址段长度两个属性作为同源地址束的索引，路由表的具体结构见下文的实施例九给出的示例。

本发明假定域间路由不向域内散播，即，除包含缺省路由信息，一个路由单元的任何域内路由器均再不包含任何其它的域间路由信息。

九、域内和域间路由器的路由表结构实施例

本发明用同源地址束取代现有的地址前缀来表示域内路由，因此，域内路由器在运行域内路由协议的基础上用同源地址束建立和表达域内路由，用同源地址束作为域内路由表的索引。一个域内路由器的路由表是一组同源地址束信息的集合，每个集合元素为一个路由表项，同源地址束是检索所需路由表项的关键字，域内路由表的一般结构为：

其中，同源地址束标识就是同源地址束句柄。同源地址束句柄可以由同源地址束根段前端和同源地址段长度两个属性计算得到，具体方法为：分别设地址总长度为q比特，同源地址段长度为M个连续地址，则对应的同源地址束句柄为同源地址束根段前端的高q-log(M)个比特拼接上剩余的低log(M)个零比特。“路径属性”和“其它”均为常规的路由表项字段。例如，一个域内路由器有b₁,b₂,…,b_n共n个路由表项，它的路由表结构为：

类似地，域间路由器在运行域间路由协议的基础上用同源地址束表达和建立域间路由，用同源地址束作为域间路由表的索引来转发分组。由于本发明暂不考虑域内同源汇聚，因此，与域内情形不同的是，域间路由器的域间路由表分为非汇聚和汇聚两个部分。非汇聚部分包含所有一阶汇聚同源地址束所对应的表项，汇聚部分则包含所有二阶和高阶汇聚同源地址束所对应的表项，每个一阶汇聚同源地址束表项包括“同源地址束标识”、“路径属性”和“其它”属性，而每个二阶和高阶汇聚同源地址束表项除包括“同源地址束标识”、“路径属性”和“其它”属性外，还包括“该汇聚同源地址束与被其汇聚的同源地址束之间的对应关系”属性，每一个在本地进行的同源地址束汇聚均由该属性记录对应的同源地址束汇聚关系。汇聚关系属性由两个标志构成：“汇聚符标志”表达汇聚同源地址束，而“汇聚组标志”则表达汇聚同源地址束和所有的被汇聚同源地址束。域间路由表的一般结构为：

其中，汇聚符标志＝1表示对应的同源地址束为在本地实施了汇聚的汇聚同源地址束，被它汇聚的是汇聚符标志＝0且“汇聚组标志”取值相同的所有同源地址束，汇聚符标志＝‘0’且汇聚组标志=‘-’表示一个未在本地实施汇聚的同源地址束，即非汇聚同源地址束。例如，一个域间路由器有B₁,B₂,…,B_K共K个汇聚同源地址束，其中B_i汇聚B_i1,B_i2,…,B_im(i=1,2,…,K)共m个同源地址束。则它的路由表结构为：

注意，由于本发明暂不考虑基于同源汇聚的域内路由器以及域间路由不向域内散播，故域内路由器的路由表中不包含汇聚符标志和汇聚符标志两个字段。

十、域内和域间路由器的转发表结构实施例

转发表是路由表的简洁形式，用于实现对分组的快速转发。转发表中的表项与路由表中的的表项一一对应，转发表不再包含“汇聚组标志”、“路径属性”和“其它”属性，但比路由表多了“下一跳标识”和“输出端口号”两个属性。同源地址束是检索所需转发表项的关键字，一个域内路由器的转发表具有如下的一般结构：

其中“下一跳标识”和“输出端口号”均为常规的转发表项字段。例如，一个域内路由器有b₁,b₂,…,b_n共n个转发表项，它的转发表结构为：

与域间路由器的域间路由表类似，域间转发表也分为非汇聚和汇聚两个部分，对于每一个在本地进行的同源地址束汇聚，转发表中仅包含相应的“汇聚符标志”而不再包含汇聚关系中的“汇聚组标志”。域间转发表的一般结构为：

例如，一个域间路由器有B₁,B₂,…,B_K共K个汇聚同源地址束，其中B_i汇聚B_i1,B_i2,…,B_im(i=1,2,…,K)共m个同源地址束。则它的转发表结构为：

注意，由于本发明暂不考虑基于同源汇聚的域内路由器以及域间路由不向域内散播，故域内路由器的转发表不包含汇聚符标志字段。

十一、同源地址束在数据报文中的存放方法和存放形式实施例

我们以IPv6协议为例说明同源地址在数据报文中的存放方法和存放形式。数据报文中包含的同源地址束是为了表达源、目的IP地址对相应同源地址束的所属关系，因此，同源地址束在数据报文中的存放方法是将源、目的同源地址所在同源地址束的句柄以及同源地址所在同源地址段句柄到该同源地址束句柄的距离集中存放在需要逐跳处理的分组选项中。对于IPv6分组，源、目的同源地址的存放形式如下：

(1)源、目的IP地址仍分别存放在分组头的“源IPv6地址”和“目的IPv6地址”字段中；

(2)同源地址束句柄以及地址所在同源地址段句柄到该同源地址束句柄的距离按下面格式存放于“逐跳扩展包头”中：

同源地址束在“逐跳扩展头”中共有8个字段，总计36字节，加上“逐跳扩展包头”必有的“下一分组头”和“扩展头长度”两个字段的两个字节共计38字节，“下一分组头”的取值为位于“逐跳扩展头”之后的下一扩展头的标识，而“扩展头长度”的取值为整个“逐跳扩展头”字段的字节数（不包括第一个字段“下一分组头”的字节数）。

在包含同源地址束信息的“逐跳扩展头”中，“扩展头类型”字段占用1字节，其最高2比特编码为“01”，表示对于不支持同源地址的设备应将对应的分组丢弃，其余6比特编码为“100000”，表示后面的35字节为同源地址的数据内容。“扩展头数据长度”字段占用1字节，表示从其后第一个字节到“源地址偏移”字段的字节数。“目的地址关联类型”和“目的地址掩码”两字段共同占用1字节，其中“目的地址关联类型”占用最高比特，“目的地址掩码”占用其余6比特，“目的地址关联类型”为0和1分别表示线性关联和指数关联，“目的地址掩码”的有效取值范围是1～127。“目的地址偏移”字段占用16字节，表示目的地址所在同源地址段句柄到包含该同源地址段的同源地址束句柄之差值。源地址的“关联类型”、“掩码”和“偏移”与目的地址的类似，不再赘述。

除了同源地址束信息外，“逐跳扩展头”内还可以包含其它类型的信息。当多种信息同时位于逐跳扩展头时，需要对“扩展头类型”字段的低6比特进行特别编码，以表示这多种信息在逐跳扩展头中的顺序（或相对次序），此内容超出本发明的范围，不再赘述。

十二、主机报文的生成过程实施例

在本发明中，每一个主机报文中的源或者目的IP地址均包含四个要素：IP地址、关联类型、掩码和偏移，主机报文的生成过程就是获取这四个要素并将它们填入IP报文的过程，下面分别描述同源地址要素获取和要素填写两个过程。

同源地址要素获取过程分为查询域名服务器和指派偏移量两个子过程，这两个子过程应相继完成。

主机通过查询域名服务器子过程得到域名和IP地址、关联类型、掩码以及同源地址束之间的对应关系。参见图11，查询域名服务器子过程通过以下步骤完成：

步骤801：对于通过地址分配请求获得的每个IP地址（段、束）均由获得者在域名服务***中进行注册，建立{域名}和{IP地址，关联类型，掩码，同源地址束}之间的对应关系。

其中，“IP地址”和“掩码”表达IP地址所在的同源地址段，“同源地址束”为包含IP地址所在同源地址段的同源地址束的标识。

步骤802：对于每个域名解析请求，域名服务器向请求者返回与某个域名对应的IP地址、关联类型、掩码以及同源地址束。

步骤803：请求域名解析的主机将上述解析结果（即，域名、IP地址、关联类型、掩码以及同源地址束）存储于本地。

步骤804：如果收到过针对该同源地址束（由步骤803得到）的同源地址束汇聚关系广播消息（见实施例六的“汇聚散播”）并且该同源地址束是被包含的同源地址束，则用包含该同源地址束的汇聚同源地址束替换步骤803得到同源地址束。

步骤805：结束。

主机通过指派偏移量的子过程应在查询域名服务器子过程之后立即进行，旨在获取包含一个目的IP地址的顶级汇聚同源地址束，进而得到该顶级汇聚同源地址束到直接包含该目的IP地址的同源地址段的偏移量。参见图12，指派偏移量子过程通过以下步骤完成：

步骤901：如果被指派偏移量的IP地址的关联类型是线性的则执行步骤902，如果是指数的则执行步骤903，

步骤902：计算下面的差值并将该差值作为IP地址的偏移量：

（包含IP地址的同源地址段句柄）-（包含IP地址的同源地址束句柄）

结束。

步骤903：计算下面的差值1：

（包含IP地址的同源地址段句柄）-（包含IP地址的同源地址束句柄）

计算下面的差值2：

（地址长度）-（掩码值）

将该差值右移差值2位后作为IP地址的偏移量，结束。

同源地址要素填过程在要素获取过程之后进行，它是将IP地址、关联类型、掩码和偏移置入IP报文的过程，通过以下步骤完成。

步骤1001：对于一个IP地址，从本地存储器中取出其同源地址关联类型、掩码以及同源地址束，分别置入相应IP报文的IP地址、关联类型、掩码和偏移字段中，结束。

注意，上述查询域名服务器和指派偏移量两个子过程主要用于一个主机获取其它主机的同源地址要素。一个主机自身的同源地址要素完全可以通过其他更为简单的方法获得，比如，机构内部的分配以及人工配置等，该内容超出了本发明的范围。

十三、域内和域间路由器对报文的转发方法和过程实施例

报文转发功能分为源路由域内的报文转发、路由域间的报文的转发以及目的路由域内的报文转发三个子功能。对于源、目的主机同在一个路由域的报文转发，仅仅涉及“源路由域内的报文转发”一个子功能，而对于源、目的主机不在同一个路由域的报文转发则同时涉及上述三个子功能。下面分别描述这三种不同的转发方法和过程。

源、目的主机同在一个路由域的报文转发通过源路由域内报文转发过程完成。参见图13，源路由域内的报文转发通过以下步骤完成：

步骤1101：源主机先通过域名解析过程获得目的主机同源地址的四要素，再将源主机和目的主机的同源地址要素分别填入IP报文的源、目的IP地址字段以及逐跳扩展头中，最后通过网络接口发至与其相连的域内路由器。

步骤1102：域内路由器从IP报文的目的地址和逐跳扩展头读取目的同源地址的四要素，按照上文实施例五中给出的“由一个具体IP地址计算包含它的同源地址束的句柄”算法计算得到包含目的IP地址的同源地址束之句柄。

步骤1103：用该同源地址束句柄为检索关键字查询转发表，如果查询失败，按现有的方法处理（比如，丢弃IP报文、发送ICMP报文等）；如果查询成功，则执行步骤1104。

步骤1104：对查询命中的转发表项作如下的进一步判断：

(1)如果本路由器直连目的主机，则直接将IP报文通过直连的网段接口发出，结束；否则执行(2)。

(2)按照查询命中表项所指示的下一跳标识将IP报文转发到相邻的域内路由器，结束。

步骤1105：直连目的主机的域内路由器将IP报文发给目的主机所在的网段。

步骤1106：目的主机接收并接受IP报文。结束。

源、目的主机不在同一个路由域的报文转发则同时由源路由域内转发、域间转发以及目的路由域内转发完成。参见图14，路由域间的报文的转发通过以下步骤完成：

步骤1201：源主机将IP报文发至与其同在一个路由域的基于同源地址束的边界路由器（该边界路由器是域间路由器）。

步骤1202：边界路由器从IP报文的目的地址和逐跳扩展头读取目的同源地址的四要素，按照上文实施例五中给出的“由一个具体IP地址计算包含它的同源地址束的句柄”算法计算得到包含目的IP地址的同源地址束之句柄。

步骤1203：用该同源地址束句柄为检索关键字查询转发表，如果查询失败，按现有的方法处理（比如，丢弃IP报文、发送ICMP报文等）；如果查询成功，则执行步骤1204。

步骤1204：对查询命中的转发表项作如下的进一步判断：

(1)如果本路由器直连目的主机，则直接将IP报文通过直连的网段接口发出，结束；否则执行(2)。

(2)如果查询命中的同源地址束B的汇聚符标志为0，则按照对应的下一跳标识将IP报文转发到相邻的域间路由器，结束；否则执行(3)。

(3)如果查询命中的同源地址束B的汇聚符标志为1，则对于包含目的IP地址A的同源地址段句柄H(A)，在被命中同源地址束汇聚的全部同源地址束中寻找满足下式的两个相邻的被汇聚同源地址束B_i和B_i+1：

H(B_i)≤H(A)≤H(B_i+1)

然后，将IP报文中目的IP地址A的偏移量改写为：

H(A)-H(B_i)

执行步骤1205。

注意，H(B_i)所对应的同源地址束可能就是汇聚同源地址束而非某个被汇聚同源地址束。

步骤1205：按照步骤1205中(3)得到的与同源地址束H(B_i)对应的转发表项制定的下一跳标识将IP报文转发到相邻的域内路由器。结束。

参见图15，目的路由域内的报文转发通过以下步骤完成：

步骤1301：域内路由器从IP报文的目的地址和逐跳扩展头读取目的同源地址的四要素，按照上文实施例五中给出的“由一个具体IP地址计算包含它的同源地址束的句柄”算法计算得到包含目的IP地址的同源地址束之句柄。

步骤1302：用该同源地址束句柄为检索关键字查询转发表，如果查询失败，按现有的方法处理（比如，丢弃IP报文、发送ICMP报文等）；如果查询成功，则执行步骤1303。

步骤1303：对查询命中的转发表项作如下的进一步判断：

(1)如果本路由器直连目的主机，则直接将IP报文通过直连的网段接口发出，结束；否则执行(2)。

(2)按照查询命中表项所指示的下一跳标识将IP报文转发到相邻的域内路由器，结束。

步骤1304：直连目的主机的域内路由器将IP报文发给目的主机所在的网段。

步骤1305：目的主机接收并接受IP报文。结束。

由上述本发明提供的实施例可见，本发明给出了一种针对非数值连续地址的全新基础汇聚机理：同源地址汇聚，在此基础上描述了对应的路由方法、路由表和转发表结构以及报文转发方法，上述的机理、方法和结构形成了一个全新的全新得同源地址汇聚体系。在本发明实施例中，网络地址分配机构可以在不受“保留连续地址”约束的情况下为自治***分配一个或多个同源地址束；分配得到同源地址束的自治***要在其内部和外界的其他自治***逐个通告它拥有的每个同源地址束；自治***的域间路由器可以将自己的同源地址束直接向外界通告，也可以将多个同源地址束汇聚后向外界通告，如果进行了汇聚，则要将汇聚关系保存在路由器的路由表和转发表中，对于从其它域间路由器收到同源地址束通告的一个域间路由器而言，它也可以进行同源地址束汇聚操作；域内和域间路由器均用同源地址束取代现有的前缀分别建立域内和域间路由，同时也用同源地址束取代前缀路由表和转发表的索引；域名解析和汇聚散播两个过程可以使主机获得每个目的IP地址的同源地址要素，主机用同源地址要素生成一个IP报文的源、目的地址；对于收到的每个IP报文，各个域内或域间路由器读取目的地址的同源地址要素并使用同源地址束地址汇聚算法计算与目的地址对应的同源地址束，然后用该同源地址束检索转发表，最后将分组转发到下一跳路由器。

本说明书中的各个实施例均采用相互关联和递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于基于同源地址束的路由单元和基于同源汇聚的路由单元两种网络节点实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见其它相关实施例部分的说明即可。

以上对本发明所提供的新型全局地址汇聚方法、域内和域间路由方法、域内和域间路由器路由表结构以及域内和域间报文转发方法及网络设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法和结构；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想、方法和结构，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

通过上文给出的发明内容以及实施例，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明的技术，在此基础上可借助软件以及必需的通用硬件平台的方式予以实现。基于对本发明技术的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品和/或数字产品的形式体现出来，该计算机软件产品和/或数字产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、Flash，磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

Claims (6)

1.一种同源地址束汇聚方法，其特征是：包括同源地址段，同源地址束，同源地址束关联，同源地址束关联分为线性关联和指数关联，同源地址束分配原则，同源地址束分配的最佳匹配原则，同源地址束的***原则、同源地址束的合并原则，同源地址束汇聚算法；

同源地址段为互联网中拥有大小为n或2^k k=log n个连续或非连续地址序列，所述的n个地址序列a₁，a₂，……，a_n，其中a_i+1=a_i+1，i=1，2，……，n-1，a₁到a_n都能被2整除；

同源地址束是指由r个连续或非连续的同源地址段通过关联链接构成一个完整同源地址段组，第一个同源地址段S₀称同源地址束的根段，根段的句柄成为一个同源地址束的句柄，一个同源地址束中r段的链接关系由被称为关联的函数指定；

同源地址束关联是将多个连续或非连续同源地址段进行相互链接形成一个完整同源地址段组构造的函数；

同源地址束线性关联是指将r个具有相同大小n的同源地址段组按线性关系链接成一体，同源地址束指数关联是指将r个具有相同大小n的同源地址段组按指数关系链接成一体；

同源地址束分配原则为：①根段不应相同原则；②定义域允许重叠原则；③定义域不应有任何重叠原则；④定义域可以重叠原则；⑤定义域应尽可能交织原则；⑥定义域可以部分重叠原则；

同源地址束分配的最佳匹配原则是指实际分配量与请求分配量之间的差异最小化；

同源地址束的***原则是指将一个大的同源地址束分解成一定数量小的同源地址束，同源地址束的合并原则将多个小的同源地址束合并成一个大的同源地址束；

同源地址束汇聚算法分为两个部分，第一，表达一个具体IP地址与包含它的同源地址束之间关系的算法，它使用关联A、指数基b、过滤符M、和偏移量O；第二，由一个具体IP地址计算包含它的同源地址束的句柄的算法，该算法使用具体IP地址D、关联A、指数基b、过滤符M、和偏移量O来计算包含地址D的同源地址束的句柄，用D的过滤符M计算得到包含D的同源地址段的句柄H_s。

2.根据权利要求1所述的汇聚方法，其特征是：同源地址束线性关联的表达式为f^lB(i)，f^lB(i)=F₀+n-i…………（1），i=0，1，2，……，r-1，其中，F₀为同源地址束根段前端，f^lB(i)为该同源地址束第i个同源地址束根段的前段；同源地址束指数关联的表达式为f^eB(i)，f^eB(i)=F₀+n·(aⁱ-1)…………（2），i=0，1，2，……，r-1，a表示基数，如a=2，F₀表示同源地址束根段前端，f^eB(i)表示该同源地址束第i个同源地址束根段前段。

3.根据权利要求1所述的汇聚方法，其特征是：所述同源地址束的分配原则为：

①根段不应相同原则是指：任何两个同源地址束的根段不应相同；

②定义域允许重叠原则是指：线性关联和指数关联的同源地址束的定义域允许重叠，所述的重叠是指集合的交集非空，允许线性关联同源地址束的定义域完全被包含于一个指数定义域之中，允许指数关联的同源地址束的定义域完全被包含于一个线性同源地址束定义域之中；

③定义域不应有任何重叠原则是指：两个线性关联同源地址束的定义域不应有任何重叠；

④定义域可以重叠原则是指：两个指数关联同源地址束的定义域可以重叠，重叠的方式遵循原则⑤和⑥；

⑤定义域应尽可能交织原则是指：不同大小的定义域应尽可能交织，所述的交织是指占用未被其它同源地址段占用的地址空间；

⑥定义域可以部分重叠原则是指：相同大小的定义域可以部分重叠。

4.根据权利要求1所述的汇聚方法，其特征是：所述的差异最小化为：用数学表达式表示为： $\begin{array}{c}\underset{m}{\arg }\underset{i}{\min }\{\underset{\underset{i_k\&Element;I}{k=1}}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}_{i_k}-n\},I=\{\mathrm{1,2},...,h\}\\ s.t.\underset{\underset{i_k\&Element;I}{k=1}}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{r}_{i_k}\&GreaterEqual;n\end{array}.$

5.根据权利要求1所述的汇聚方法，其特征是：所述同源地址束***按照***后的同源地址束数目，同源地址束***可分为二分***、三分***，其一般情形为w分***，w为大于1的正整数；

针对线性同源地址束B={F₀+n·i,i=0，1，2，……，r-1}的二分***是指定一个正整数p₁使得0<p₁<r-1且：

B₁={F₀+n·i₁，i₁=0,1,……,p₁-1},

B₂={(F₀+n·p₁)+n·i₂，i₂=0,1,……,r-1-p₁}；

线性同源地址束B={F₀+n·i，i=0，1，2，……，r-1}的三分***是指定两个正整数p₁和p₂使得0<p₁<p₂<r-1且：

B₁={F₀+n·i₁，i₁=0,1,……,p₁-1},

B₂={(F₀+n·p₁)+n·i₂，i₂=0,1,……,p₂-1-p₁},

B₃={(F₀+n·p₂)+n·i₃，i₃=0,1,……,r-1-p₂}；

一般，线性同源地址束的w分***是指对于一个线性同源地址束B={F₀+n·i，i=0，1，2，……，r-1}，指定w-1个正整数p₁,p₂…,p_w-1使得0<p₁<p₂<…<p_w-1<r-1且：

B₁={F₀+n·i₁，i₁=0,1,……,p₁-1},

B₂={(F₀+n·p₁)+n·i₂，i₂=0,1,……,p₂-1-p₁},

……

B_k={(F₀+n·p_k-1)+n·i_k，i_k=0,1,……,p_k-1-p_k-1},2≤k≤w-1

……

B_w={(F₀+n·p_w-1)+n·i_w，i_w=0,1,……,r-1-p_w-1}；

针对一个指数同源地址束B={F₀+n·(2ⁱ-1)，i=0，1，2，……，r-1}的二分***是指定一个正整数q₁使得0<q₁<r-1且：

$B_1=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{i_1}-1),i_1=\mathrm{0,1},......q_1-1\},$

$B_2=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_1+i_2}-1),i_2=\mathrm{0,1},......s-1-q_1\},$

指数同源地址束的三分***是指对于一个指数同源地址束B={F₀+n·(2ⁱ-1)，i=0，1，2，……，s-1}，指定两个正整数q₁和q₂使得0<q₁<q₂<s-1且：

$B_1=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{i_1}-1),i_1=\mathrm{0,1},......q_1-1\},$

$B_2=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_1+i_2}-1),i_2=\mathrm{0,1},......q_2-1-q_1\},$

$B_3=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_2+i_3}-1),i_3=\mathrm{0,1},......s-1-q_2\},$

一般，指数同源地址束的w分***是指对于一个指数同源地址束B={F₀+n·(2ⁱ-1)，i=0，1，2，……，s-1}，指定w-1个正整数p₁,p₂…,p_w-1使得0<p₁<p₂<…<p_w-1<r-1且：

$B_1=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{i_1}-1),i_1=\mathrm{0,1},......q_1-1\},$

$B_2=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_1+i_2}-1),i_2=\mathrm{0,1},......q_2-1-q_1\},$

……

$B_k=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_{k-1}+i_k}-1),i_k=\mathrm{0,1},......q_k-1-q_{k-1}\},2\&le;k\&le;w-1$

……

$B_w=\{F_0+n\&CenterDot;(2^{q_{w-1}+i_w}-1),i_w=\mathrm{0,1},......s-1-q_{w-1}\};$

通过迭代方式运用二分***法将一个大同源地址束进行多次分解，分解成具有不同粒度的小同源地址束，适应各种级别的下级地址分配机构的需要；

同源地址束合并的过程是同源地址束***的逆过程，线性同源地址束按照如下规则进行合并：对于两个线性同源地址束B₁={F₁+n·i₁，i₁=0,1,……,p₁-1}和B₂={F₂+n·i₂，i₂=0,1,……,p₂-1}，如果满足：

F₂＝F₁+n·(p₁-1)

则两个同源地址束B₁和B₁可以合并为一个线性同源地址束B={F₁+n·i,i=0，1，2，……，p₂-1}；

指数同源地址束合并有两种典型的类型，拼接合并和包含合并，拼接合并是指以迭代方式将多个小的同源地址束拼接成一个大的同源地址束，两个小同源地址束B₁={F₁+n·(2ⁱ-1)，i=0，1，…，p}，B₂={F₂+m·(2^j-1)，j=0，1，…，q}，

若F₂=F₁+n·(2^p+1-1)，m=n·2^p+1，

此时，B₁和B₂可以合并成为B：B={F₁+n·(2^k-1)，k=0，1，…，p+q+1}；

包含合并是指一个同源地址束的定义域包含于被另一个同源地址束的定义域之中，并且前者的所有同源地址段也是后者的同源地址段，两个同源地址束B₀和B，B₀={F₀+n·(2ⁱ-1)，i=0，1，…，u}，B={F+m·(2^j-1)，j=0，1，…，v}，

若u>v且存在x∈{0,1,…,u-v}使得：

F=F₀+n·(2^x-1)，m=n·2^x成立，

则同源地址束B₀包含同源地址束B，同源地址束B₀和B合并为B。

6.根据权利要求1所述的汇聚方法，其特征是：所述关联A指明关联的类型是线性关联或指数关联，指数基b指明指数关联的基值，过滤符M是将一个长度为m的比特序列的前M位，M≤m，再右拼接（m-M）个0的操作符，过滤符M是对地址Address的一种运算，表示为：Address/(m-M)，偏移量O则指明直接包含一个具体IP地址的同源地址段的前端到包含该同源地址段的同源地址束的根段前端的距离，对于线性关联，偏移量O是直接包含一个IP地址的同源地址段的前端与包含该同源地址段的同源地址束的根段的前端之差值，对于指数关联，偏移量O是直接包含一个具体IP地址的同源地址段的指数幂值与它包含该同源地址段的同源地址束的根段的指数幂值之差，对地址D的关联A译码得到其关联类型，对于线性关联，将H减去D的偏移量O得到包含D的同源地址束的句柄H_b，对于指数关联，按照D的过滤符M将D的偏移量O左移(m-M)位得到偏移量O’，将H减去O’得到包含D的同源地址束的句柄H_b，上述运算加、减、乘、乘方运算均在取模意义下进行，模为地址总数。