CN104283788A - 一种基于信令机制的向量网拓扑探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种向量网信令包格式定义及根据信令获取网络拓扑结构的方法，属于数据通信网领域。所述方法给出的向量信令包分为探测信令包和反馈信令包两种，每种都由向量包头，向量地址，承载数据三部分构成。其中反馈信令包中的承载数据即为被探测节点提供的自身信息。作为组长的端***(A)主动发起探测，未探测区域的其他网络节点(交换机节点AB、BD、VS3，终端节点B、C等)以向量信令包形式简单响应；探测组长(A)通过分析整合收到的信令包获取网络拓扑信息，逐步扩展已探测区域，实现网络路由。

Description

一种基于信令机制的向量网拓扑探测方法

技术领域

本发明涉及通信网络领域，特别涉及一种基于信令机制的向量网拓扑探测方法。

背景技术

网络拓扑是路由所依赖的重要信息。目前的网络拓扑收集方法需要每个转发节点全面配合，使节点较为复杂。以现在应用最广泛的IP网为例，网络中的每个转发节点都要保存大量的设备路由信息，随着网络规模的扩大，设备中的路由表规模也在不断扩大，使得网络路由信息的维护变得异常复杂，转发设备成本也不断提高。为了简化转发节点的实现，本专利给出一种网络拓扑探测方法，称为基于信令机制的拓扑探测方法，要求转发节点只需具备很基本的配合功能。这种方法主要针对一种称之为向量网(Vector Nerwork，简记VN)的新网络。

向量网是依据“一种向量网络地址编码方法”(公开号CN1866972)和“向量数据通信网上建立向量连接的方法”(公开号101052055)两项发明专利提出的新型网络体系，与现有网络相比，它具有无限扩展、支持QoS、安全性强、交换节点成本低等多种优势。向量网中，路由和交换功能实现分离，路由在控制面选路建立连接的时候实现，而交换功能在数据面完成。通过让简单的交换机只完成基本的功能（即转发数据和添加信令），从而达到简化设备成本，降低网络维护开销的目的。

向量网作为一种新型网络体系结构，需要根据其自身特点设计专门的拓扑探测机制。本发明通过引入一种信令机制实现向量网拓扑结构的发现功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于信令机制的向量网拓扑探测方法，由源端依靠向量地址控制来回的转发路径，首先发送探测包给被探测节点，然后被探测节点提供关于自身的端口号比特长度、节点标识和返回端口号信息，返回给源端。在被探测节点是端节点的情况下，提供关于自身是一个端节点的申明信息；被探测节点是交换机的情况下，其提供的自身信息包括有效输出端口清单。源端收集每个节点的上述返回结果，最后形成网络拓扑。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明定义了向量信令包格式和信令部分字段构成。向量信令包以点对点隧道方式编码，分为探测信令包和反馈信令包两种，每种都由向量包头Head，向量地址VA，承载数据Data三部分构成。

探测信令包的向量地址VA是直到被探测节点的探测路径的向量地址，由填充标识位FF、前向端口号序列CV1和分量地址结束标记Minus1构成。被探测节点通过读取结束标记字段，判断收到的包为关于本节点的探测包；承载数据Data部分则是返回路径的向量路径。

反馈信令包的向量地址VA由填充位和返回端口序列(返回地址)构成，其中不包括被探测节点的返回端口号；承载数据部分包含五个字段：自身端口号比特长度Valen，节点标识ID，返回端口号BackPort，可用端口数目Flag，有效输出端口清单List。如果被探测节点是端节点，则Data部分只有前面四个字段，并且Flag＝-2作为自身是端节点的申明信息。

利用上述向量信令包结构通过如下方法获取向量网拓扑结构：

首先源端主动发起探测，向网络发出探测信令包。被探测节点收到包后通过读取结束标记判断出此包为关于自身的向量探测包，删除前向地址和结束标记位后添加信令，构成反馈信令包，从数据输入端口回送出去。源端收到返回的反馈信令包后提取信息，即时更新自身存储的节点信息表和拓扑信息表。当不能再发现未被发现的节点时，探测结束。

收集节点返回信息的源端被称为探测组长。探测组长需要具备发送和接收信令包、处理信令、整合和更新网络拓扑信息、维护网络安全、应对被探测节点不配合等状况的功能。组长通过分析整合收到的拓扑信息获取整个网络的拓扑结构，实现网络路由。

利用上述方法，探测组长获取向量网拓扑结构的过程如下：

S1：初始化三个信息存储表：节点信息表NodeList、拓扑信息表TopologyList、边缘拓扑信息表FrontPinList；

S2：根据广度优先算法从FrontPinList中取出一个成员，发出探测包；

S3：收到返回值后判断返回的节点是否已在节点信息表中，如果不在，更新TopologyList、NodeList和FrontPinList；如果在，只更新TopologyList和FrontPinList；

S4：重复S2-S3，直到FrontPinList元素个数为空；

S5：如果没有回应，回到S2。

利用上述方法获取向量网拓扑结构时被探测节点的行为流程如下：

如果被探测节点是交换机，交换机从接收到的向量包VA报文段读取本节点向量地址长度位数的值CV，如果CV不为全1，则执行一般的向量交换操作，即将其从VA字段切除后再经过该端口把向量包转发出去；如果CV为全1，则解读为探测信令，切除8比特的结束标记字段后再添加被探测节点信息，形成反馈信令包，从输入口回送出去。

如果被探测节点为终端，处理过程和交换机基本相同，但CV不全为1时需把数据返回给上层应用程序。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过将复杂的路由算法集中到处理能力强的终端中，使得网络中的交换设备只需具备最简单的数据交换和信令添加功能。

(2)本发明能快速高效地获取并实时更新网络拓扑结构，可被广泛应用于校园网等中小型网络，降低网络建设维护成本。

(3)信令的引入可以简化拓扑探测过程，避免在探测大型网络时发生组合***。

附图说明

图1是本发明提供的单终端探测网络模型图；

图2是本发明提供的多终端探测网络模型图；

图3是本发明提供的多终端探测过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明内容作进一步的描述，但本发明不局限于以下实施例。

实施例1：单终端拓扑探测

如附图1所示的网络模型，假设端***A是探测组长，端***B、C只有回应信令包的能力而不具备探测功能。假设组长A目前已经探测到以太网交换机节点5，现在从节点5出发探测C(已知5的信息，扫描5的所有端口，设现在扫描到C)，1号、3号、4号、5号节点的向量地址长度分别为3，3，2，4；分量地址分别是3，2，2，10。

深测信令包的VA字段(由左到右代表由高到低)具体如下：

当A发出包含有如上探测地址的探测信令包后，会依次从1，3，4，5转发设备的3，2，2，10号端口转发数据，最后到达C设备。C设备读出自己的分量地址结束标记(假设C的向量地址长度为2，则只读取前两位１１，但是需要把共8位的Minus１字段全部切除)，决定以端节点的角色回应此探测包，从输入端口回送反馈信令包(而中间的节点只是转发)。

反馈信令包的VA字段由返回端口号序列{2，1，3，1}和填充标识位构成，具体如下：

组长A收到回应信息，也就获取到了节点C的信息：

Valen＝2

BackPoft＝0

ID＝“C”

Flag＝1111 1110(Flag＝-2，没有List)。

这样，探测终端A获得了被探测节点C的探测信息，在节点信息表中增加了一个新的节点，在探测终端存储的拓扑信息表中增加正反两条记录，同时边缘拓扑信息表中增加被探测节点除返回端口外的其他有效端口。然后可以开始探测被探测节点相邻的其它节点，直到探测完全部节点，不能再发现未被发现的节点为止。

实施例2：多终端并行探测

如附图2所示的简单网络，长方体代表向量交换机，具有转发数据和添加信令的功能；假设本例所示网络中所有的交换机的分量地址都为三位；终端A是探测组长，A、B、C三个终端同时进行拓扑探测。组长A的探测过程如下：

(1)A先从自身唯一的端口发送探测信令包，包格式如下所示

节点AD收到此信令包后读取两位的结束标记１１，删除v１填充位和8bit的结束标记位，添加自身信息构成反馈信令包，结构如下所示

终端A收到返回的信令包，更新节点信息表和边缘拓扑信息表，将获取的新拓扑填入拓扑信息表中：

(2)根据深度优先搜索算法从更新后的边缘拓扑信息表FrontPinList中选取一个表项的Node.Pin作为新的V１(V１＝［2])，反馈包中的BackPort值作为V2(V2＝[0])，构造新的探测信令包，继续发送：

Head

0101 0000

1111 1111

0001 0000

节点VS1即时响应组长，发送如下格式的反馈信令包：

Head

0001 0000

0000 0011

VS1

0000 0001

0000 0011

0001 0101

上述反馈包成功返回到终端A后，A便收集到了关于节点VS1的信息，随即更新自身三个存储表。

(3)终端A继续从FrontPinList中选取步骤(2)后增加的新表项的端口号，组成新的前向地址V1(V1＝[2，3])，将(2)中探测到的返回端口号组成返回地址V2(V2＝[1，0])，构造如下的探测向量包并发送：

Head

0110 1010

1111 1111

0000 0110

同理步骤(1)，终端A收到的反馈信令包格式如下：

Head

1000 0000

0000 0011

AC

0000 0010

0000 0011

0000 0111

由此，终端A获取了节点AC的返回端口号、分量地址位数、交换机ID和端口占用情况，根据反馈包中的信令更新自身存储的节点信息表NodeList、拓扑信息表TopologyList、边缘拓扑信息表FrontPinList。

如附图3所示，假设目前组长A已经完成了对“A-AD-VS1-AC”和“A-AD-VS2”两条路径的探测，虚线左上部分表示被A探测过的区域，右下部分表示未被A探测的区域。此时A中的拓扑信息表如下所示

每经过一段时间T_Clock1，组长A都会把自身的拓扑信息表TopologyListA以广播包的形式发送给网络中的全部节点。在组长A进行拓扑探测的同时，终端B、C也在进行探测。假设此时B，C分别完成了对路径“B-AC-VS1-AB”和“C-BD-VS2-AD”的探测。

终端B，C收到TopologyListA后，与自己的拓扑信息表表项作对比，发现重合项即表明找到了与组长A相同的某条拓扑链路，进而能获取终端A、B之间，终端A、C之间的拓扑路径route1，route2。终端B、C通过上述两条路径将自身存储的拓扑信息表TopologyListB，TopologyListC发送给组长A，A据此将已探测拓扑信息整合后更新自身三个存储表。

每经过一段时间T_Clock1，A继续向整个网络发出内容为自身拓扑信息表的网络包，来判断网络边缘是否有新的终端发现了和自己重合的拓扑链路。每经过一段时间T_Clock2，B，C也会分别通过route1，route2将实时的拓扑信息表TopologyListB，TopologyListC发送给组长A，组长A整合已探测拓扑信息，同时判断是否有到达B，C的新路径，如果有新路径且比route1，route2还短(路径最短及即跳数最少)，则把route1，route2更新为最短路径。这样能保证组长A和其它探测终端之间总是根据最短路径交流彼此的拓扑信息，提高探测效率。

在附图2所示网络结构中，另有终端D负责收集每个网络节点的信息，目的是为了防止出现每个端***探测自己区域内网络拓扑时遗留的探测死角。对于终端D的探测时间性不作要求，即无论通过多久时间，D只要探测完网络中每个存在的节点信息即可。每经过一段时间T_Clock3，终端D就把收集到的节点信息发送给组长A，当D发现其他局部探测终端未发现的节点(即探测死角)时，发出广播包告知各个端***(附图2所示A、B、C)扩大自身的探测范围，消除死角。

当网络边缘各个探测终端都不能发现新的节点时，探测结束。由此探测组长A收集到附图2所示整片简单网络的拓扑信息。终端A，B，C和D将定期重新收集，以发现拓扑结构的新变化。以上所述的实施例，只是本发明的一种较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于信令机制的向量网拓扑探测方法，其特征在于，依靠向量地址，由源端控制来回的转发路径，首先发送探测包给被探测节点，然后被探测节点提供关于自身的端口号比特长度、节点标识和返回端口号信息，返回给源端，源端收集每个节点的上述返回结果，最后形成网络拓扑。

2.如权利要求1所述的方法，其特征还在于，被探测节点是端节点的情况下，提供关于自身是一个端节点的申明信息。

3.根据权利要求1所述的基于信令机制的向量网拓扑探测方法，其特征还在于，被探测节点是交换机的情况下，其提供的自身信息包括有效输出端口清单。

4.根据权利要求1所述的基于信令机制的向量网拓扑探测方法，其特征还在于，规定了为发现拓扑结构而传送的向量信令包格式和信令部分字段构成；向量信令包分探测信令包和反馈信令包两种，每种都由包头Head，向量地址VA，承载数据Data三部分构成。

5.根据权利要求4所述的基于信令机制的向量网拓扑探测方法，其特征还在于，反馈信令包的向量地址VA由填充位和返回端口序列(返回地址)构成，其中不包括被探测节点的返回端口号。

6.根据权利要求4所述的基于信令机制的向量网拓扑探测方法，其特征还在于，反馈信令包的数据部分包含五个字段：自身端口号比特长度Valen，节点标识ID，返回端口号BackPort，可用端口数目Flag，有效输出端口清单List。

7.根据权利要求4所述的基于信令机制的向量网拓扑探测方法，其特征还在于，探测信令包的向量地址VA是直到被探测节点的探测路径的向量地址，由填充标识位、前向端口号序列和分量地址结束标记构成；被探测节点通过读取结束标记字段，判断收到的包为关于本节点的探测包；承载数据Data是返回路径的向量路径。

8.根据权利要求6所述的基于信令机制的向量网拓扑探测方法，如果被探测节点是端节点，则其数据部分只有前面四个字段，并且Flag＝-2作为自身是端节点的申明信息。

9.根据权利要求１所述的基于信令机制的向量网拓扑探测方法，其特征还在于，收集节点返回信息的源端被称为探测组长；被选为探测组长的端节点需要具备发送和接收向量信令包、处理信令、整合和更新网络拓扑信息、维护网络安全、应对被探测节点不配合等状况的功能，组长通过分析整合收到的拓扑信息获取整个网络的拓扑结构，实现网络路由。

10.根据权利要求9所述的基于信令机制的向量网拓扑探测方法，其特征在于，组长实现拓扑探测的具体步骤如下：

S1：初始化三个信息存储表：节点信息表NodeList、拓扑信息表TopologyList、边缘拓扑信息表FrontPinList；

S2：根据广度优先算法从FrontPinList中取出一个成员，发出探测包；

S3：收到返回值后判断返回的节点是否已在节点信息表中，如果不在，更新TopologyList、NodeList和FrontPinList；如果在，只更新TopologyList和FrontPinList；

S4：重复S2-S3，直到FrontPinList元素个数为空；

S5：如果没有回应，回到S2。