CN104380674A

CN104380674A - 分布式状态路径计算单元覆盖体系结构

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Publication number: CN104380674A
Application number: CN201380031022.8A
Authority: CN
Inventors: 斯特凡诺·普雷维蒂; 让-菲利普·瓦瑟尔; 简·莫德韦德; 戴维·沃德
Original assignee: Cisco Technology Inc
Current assignee: Cisco Technology Inc
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: US20130336159A1; EP2862323B1; US8855014B2; WO2013188816A1; EP2862323A1; CN104380674B

Abstract

在一个实施例中，一种计算机网络中的特定设备维护本地拥有的隧道状态表，并加入分布式散列表(DHT)环。此外，与DHT环的其他设备共享本地拥有的隧道状态表，以建立DHT拥有的隧道状态表。该特定设备(以及其他设备)根据DHT环来确定流量工程数据库(TED)特定部分的链路状态通告(LSA)的所有权。因此，当该特定设备(或任意设备)使用本地TED来计算隧道的路径时，在沿所计算的路径的在特定LSA中从这些特定LSA的所有者通告的资源不被所述特定设备拥有的时候，该特定设备可请求允许使用所述资源。

Description

分布式状态路径计算单元覆盖体系结构

技术领域

本公开一般涉及计算机网络，并且更具体地涉及路径计算单元(PCE)。

背景技术

隧道已被用于若干应用，例如，虚拟专用网(VPN)的支持或沿源路由路径逐跳进行的流量工程。在过去十年所发展的若干隧道技术中，多协议标签交换(MPLS)流量工程(TE)被服务提供商和大型企业网络广泛采用，以根据指定流量需求(流量工程)来优化网络资源，或在链路和/或节点故障的情况下，由于作为MPLS TE快速重路由(其基于快速检测到网络元件故障时的本地重路由)的本地保护技术而支持流量的快速恢复。

例如，如在互联网工程任务组的请求注解(RFC)4655中所定义的那样，路径计算单元(PCE)通常包括基于负责网络中的隧道计算的外部引擎(PCE)。头端(或路径计算客户端-PCC)使用PCEP信令协议(RFC5440)向PCE发送请求(PCReq消息)，并通过答复(PCRep消息)来接收所计算的路径。PCEP还指定通知和错误消息。PCE主要被用于备用隧道路径计算和域间(区域间/AS间)路径计算，而在PCE之前，每域路径计算是唯一(可能恰好是次优的)可用的技术。

迄今为止采用的基于PCE的网络都是无状态的。也就是说，隧道由PCE根据在多数情况下由路由协议提供的流量工程数据库(TED)进行计算，而不需要任何状态维护。但是，对于某些应用，状态PCE可提供更优的解决方案。一种新的状态PCE草案被Crabbe等采用为IETF工作文档，名称为“PCEP Extensions for Stateful PCE”(状态PCE的PCEP扩展)<draft-ietf-pce-stateful-pce>，该文档指定若干新的PCEP消息，允许PCC更新PCE关于它们的隧道状态(PCRpt消息)，控制隧道授权(PCE远程控制隧道的能力)，以及允许PCE向PCC发送隧道请求以获知状态(PCUpd消息)。但是，状态PCE体系结构仍呈现出一些各种性质的挑战。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明可以更好地理解这里的实施例，在附图中，相似的标号指示相同或功能相似的元件，其中：

图1A-1B示出了示例性计算机网络；

图2示出了示例性网络设备/节点；

图3A-3B示出了在图1A-1B的网络中，基于PCE的隧道计算的示例；

图4A-4B示出了分布式散列表(DHT)环的示例；

图5示出了流量工程数据库(TED)所有权的示例；

图6A-6B示出了DHT消息的示例；

图7示出了用于建立分布式代理覆盖体系结构的示例性简化程序；

图8示出了用于建立分布式代理覆盖体系结构的示例性简化程序，特别是从PCE-PCC通信的视角。

图9示出了用于建立分布式代理覆盖体系结构的另一示例性简化程序，特别是从所有者设备的视角。

图10示出了用于建立分布式代理覆盖体系结构的又一示例性简化程序，特别是用于从DHT环中添加和移除代理设备。

具体实施方式

概述

根据本公开的一个或多个实施例，一种计算机网络中的特定设备维护本地拥有的隧道状态表，并加入分布式散列表(DHT)环。此外，与DHT环的其他设备共享本地拥有的隧道状态表，以建立DHT拥有的隧道状态表。该特定设备(以及其他设备)根据DHT环来确定流量工程数据库(TED)特定部分的链路状态通告(LSA)的所有权。因此，当该特定设备(或任意设备)使用本地TED来计算隧道的路径时，在沿所计算的路径的在特定LSA中从这些特定LSA的所有者通告的资源不被所述特定设备拥有的时候，该特定设备可请求允许使用所述资源。

发明详述

计算机网络是通过通信链路相互连接的节点和用于在端节点(例如个人计算机和工作站，或其他设备，例如传感器等)之间传输数据的段(segment)在地理上分布的集合。很多类型的网络是可用的，从局域网(LAN)到广域网(WAN)。LAN通常通过位于相同的普通物理位置(例如，建筑物或校园)中的专用私有通信链路来连接节点。另一方面，WAN通常通过长距离通信链路(例如，公用载体电话线、光学光路、同步光网络(SONET)、同步数字体系(SDH)链路、及其他)来连接在地理上分散的节点。

因为相互连接的计算机网络的管理能够证明是繁重的，因此较小的计算机网络组可被维护为路由域或自治***。自治***(AS)中的网络通常通过被配置为执行域内路由协议的传统“域内”路由器耦合到一起，并且通常服从共同管理机构。为了提高路由可伸缩性，服务提供商(例如，ISP)可将AS划分为多个“区域”或“等级”。但是，可能想要的是增加能够交换数据的节点的数量；在这种情况下，执行域间路由协议的域间路由器被用于使各个AS的节点相互连接。此外，可能想要的是使在不同管理域下操作的各个AS相互连接。如这里所使用的那样，AS、区域或等级通常被称为“域”，而用于使多个域相互连接的路由器通常被称为“边界路由器”或BR。在区域而不是AS的情况下，由于路由器由共同管理机构管理，因此单个路由器实际上可以作为一个区域的出口边界路由器以及另一区域的入口边界路由器。

图1A是示例性计算机网络100a的示意性框图，该计算机网络100a包括自治***AS2，其与多个其他自治***AS1、AS3和AS4相互连接。自治***(AS)在这里被定义为在网络中服从共同管理机构并执行一个或多个域内路由协议的一组中间节点，例如域内路由器。虽然作为说明，每个AS是自治***，但是本领域的技术人员将认识到，AS可以替换地被配置为路由域或其他网络或子网络。自治***AS1包括域内路由器，例如边界路由器ASBR1*和ASBR2*，通过该边界路由器，通信(例如，数据包)可传入该自治***或从该自治***分别传出到AS2的边界路由器ASBR3和ASBR4。AS2也包括边界路由器ASBR5*和ASBR6*，其分别与AS3和AS4的边界路由器ASBR7*和ASBR8*进行通信。此外，在AS1、AS2、AS3和AS4中，分别存在示例性域内路由器A、B、C和D。

作为替代或此外，图1B是示例性计算机网络100b的示意性框图，该计算机网络100b包括区域A1、A2和A3，每个区域都具有至少一个域内路由器，分别为A、B和C。特别地，A1和A2共享边界路由器ABR1*和ABR2*，而A2和A3共享ABR3*和ABR4。如这里所使用的那样，区域是彼此共享全部网络拓扑信息而不需要与该区域外部的路由器共享的路由器的集合。这里所使用的术语区域还包含术语“等级”，其对于网络基于网络所选择的路由协议具有相似的含义。

数据包140(例如，离散的数据帧或包)可使用预定网络通信协议(例如，传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、用户数据报协议(UDP)、异步传输模式(ATM)协议、帧中继协议，互联网包交换(IPX)协议等)，在计算机网络100(一般地，100a和100b)的节点/设备之间进行交换。在这种情境中，协议包括定义节点如何彼此交互的一组规则。例如，除用户数据外，路由信息可使用预定的“内部”网关协议(IGP)(例如，传统的距离向量协议，或作为说明地，通过链路状态通告(LSA)或链路状态包的使用的链路状态协议)而被分布在AS中的路由器间(例如，在区域A1-A3之间)。此外，包含网络路由信息的数据包可使用“外部”网关协议(例如，边界网关协议(BGP))在自治***AS1-AS4之间进行交换。

本领域的技术人员将理解，任意数量的节点、设备、链路等可被用于该计算机网络中，并且这里所示的视图是为简洁起见的。此外，以下参考AS间路径计算所描述的技术可被用于区域间路径计算的情境中，并且在某些条件下，参考区域间路径计算所描述的技术可被用于AS间路径计算。

图2是可被用于这里所述的一个或多个实施例的示例节点/设备(例如，路由器)200的示意性框图，例如，作为上面的图1A和图1B中的任意设备，特别是作为这里所述的路经计算单元或客户端(PCE或PCC)。该设备可包括通过***总线250相互连接的一个或多个网络接口210、至少一个处理器220、以及存储器240。

网络接口210包括用于通过耦合到网络100的链路进行数据通信的机械、电、和信号电路。该网络接口可被配置为使用各种不同的通信协议来发送和/或接收数据，这些通信协议还包括：TCP/IP、UDP、ATM、同步光网络(SONET)、无线协议、帧中继、以太网、光纤分布式数据接口(FDDI)等。显然，物理网络接口210还可被用于实现一个或多个虚拟网络接口，例如用于虚拟专用网(VPN)接入，如本领域的技术人员所熟知的那样。

存储器240包括可被处理器220和网络接口210寻址的多个存储位置，用于存储与这里所述的实施例相关联的软件程序和数据结构。处理器220可包括适于执行该软件程序并操纵数据结构245(例如，路由数据库/链路状态数据库(LSDB)/流量工程数据库(TED)和/或表)的硬件元件或硬件逻辑。此外，操作***242还通过调用支持在该设备上执行的软件处理和/或服务的操作来在功能上组织该设备，该操作***242的部分通常位于存储器240中并由处理器执行。这些软件处理和/或服务可包括路由处理/服务244、隧道处理/服务246、以及示意性的PCE/PCC处理248，如这里所述的那样。注意，虽然这些处理被示于集中式存储器240中，但是替换的实施例提供了这里的技术具体是在网络接口210中操作的某些方面。

对于本领域的技术人员而言，显然，其他处理器和存储器类型(包括各种计算机可读介质)可被用于存储和执行适于这里所述的技术的程序指令。同样，虽然该描述示出了各个处理，但是可明显预计的是，各个处理可被实施为被配置为根据这里的技术(例如，根据相似处理的功能)来操作的模块。此外，虽然这些处理被分开示出，但是本领域的技术人员将认识到，这些处理可以是其他处理中的例程或模块。

路由处理(服务)244包括计算机可执行指令，其由处理器220执行以执行由一个或多个路由协议(例如，作为IGP服务的内部网关协议(IGP)(例如，开放式最短路径优先“OSPF”和中间***到中间***“IS-IS”)、边界网关协议(BGP)等)提供的功能，如本领域技术人员将理解的那样。这些功能可被配置为管理路由和转发信息数据库/表(数据结构245)，该路由和转发信息数据库/表包括，例如用于作出路由和转发决定的数据。显然，路由服务244还可执行与虚拟路由协议有关的功能，例如，维护虚拟路由/转发(VRF)实例(说明性地，表245的组成部分)，如本领域技术人员将理解的那样。

在本地域(网络100)内的网络拓扑中的改变可使用路由服务244(例如，IGP服务，例如传统OSPF和IS-IS链路状态协议)在网络100内的节点/路由器200之间进行通知。例如，假设通信链路故障或与网络节点相关联的开销值改变。一旦网络状态的改变被路由器中的一个检测到，则该路由器可洪泛IGP(或BGP)通告(消息/包140)，将该改变通知网络中的其他路由器。以这种方式，每个路由器最终“收敛”到同一网络拓扑视图。

多协议标签交换(MPLS)是熟知的协议，其中，源-目的地对的路径可沿标签交换路由器(LSR)建立，并且在该路径中相邻的LSR之间转发包所需的值以及报头或“标签”被预先设定到该包。该标签被用于将包指向正确的接口和“下一跳”路由器。该标签在任意IP或其他报头之前，允许针对该包使用较小的外部报头。源-目的地对的路径(被称为标签交换路径(LSP))可根据各种不同的方法来建立。一种这样的方法是标签分发协议(LDP)，其中路径中的每个路由器根据其IP路由表将其标签发送给邻居路由器。LDP标签在标签映射消息中被发送给邻居路由器，该标签映射消息可包括指定LSP的路径向量作为其TLV(Type Length Value，类型长度值)字段中的一个。对于所建立的每个LSP，转发等价类(FEC)与该路径相关联，以指定哪些包被映射到该路径。标签转发信息库(LFIB)(数据结构245)存储FEC、LSP的下一跳信息、以及下一跳所需的标签。

此外，MPLS流量工程(TE)已被发展为满足数据网络需求，例如保证可用的带宽或快速重路由(FRR)。MPLS TE利用现代标签交换技术通过LSR的IP/MPLS网络基于一系列约束来建立端到端隧道。这些隧道是一种类型的标签交换路径(LSP)，因此通常被称为MPLS TE-LSP。

通常，隧道是将一种协议的包(报头和数据)封装进具有新的报头的另一协议包的数据字段的逻辑结构。以这种方式，被封装的数据可通过网络传输，否则，其将不能传输或将以不太有效的方式传输。更重要的是，隧道在两个网络节点之间创建透明虚拟网络链路，该透明虚拟网络链路通常不受物理网络链路或设备的影响(即，物理网络链路或设备仅基于新的报头转发被封装的包)。虽然隧道的一个示例是MPLS TE-LSP，其他熟知的隧道方法还包括，二层隧道协议(L2TP)，点到点隧道协议(PPTP)，IP隧道、以及通用路由封装(GRE)隧道。

特别地，隧道(例如，TE-LSP)的建立需要报头端节点(LSR)到尾端节点之间的路径计算，沿该路径的信令(例如，通过资源预留协议(RSVP)-TE)，以及在沿该路径的中间节点(LSR)处的转发表的修改。最优的是，所计算的路径是“最短”路径，如按一定度量(开销、长度等)所测量的“最短”路径，该最短路径满足所有相关的LSP流量工程约束或“属性”，例如，所需带宽、“亲和性”(避开或包括某些链路的管理约束)、优先权、类别类型等。此外，若干技术已被发展以允许使用RSVP-TE进行信号带宽的动态带宽调整，动态抢占分配以缓解由于装箱问题或带宽碎片而导致的死锁的可能性，分布式重优化技术以除去网络中带宽的碎片，用于备份隧道计算以根据单个链路/节点/SRLG资源的假设来最大化备份带宽使用的分布式技术(在独立资源之间共享带宽)等。

偶尔地，网络元件(例如，节点或链路)会故障，从而导致将原本穿过故障网络元件的流量重新定向到绕过该故障的其他网络元件。通常，该故障的通知通过新的网络拓扑的通告(例如，IGP或BGP通告)中继到网络中的节点，并且路由表被相应地更新以避开故障。响应于网络元件故障而使用，例如纯IP重路由来重新配置网络可能是耗费时间的。但是，很多恢复技术可用于在网络元件故障的事件中提供快速恢复和/或网络配置，例如快速重路由，例如，MPLS TE快速重路由(RFC4090)。

快速重路由(FRR)已被广泛应用于针对网络元件故障提供保护，其中“备份隧道”被创建以绕过一个或多个被保护的网络元件(例如，链路、共享风险链路组(SRLG)、以及节点)。当网络元件故障时，流量通过备份隧道被迅速转移(“快速重路由”)以绕过故障元件，或者更特别地，在MPLS的情况下，一组基本TE-LSP(隧道)被迅速转移。特别地，被配置为对流量进行重路由的本地修复点(PLR)节点为备份隧道***(“压入”)新的标签，并且流量被相应地转移。一旦故障元件被绕过，则备份隧道标签沿备份路径被最后LSR移除(“取出”)，并且流量根据下一标签(例如，原TE-LSP的标签)沿原路径路由。显然，备份隧道除了沿被保护的基本TE-LSP绕过故障元件，还与基本TE-LSP相交，即，其开始和结束于沿被保护的基本TE-LSP的节点。

如上所述，隧道已被用于若干应用，例如虚拟专用网(VPN)的支持或沿源路由路径逐跳进行的流量工程。在过去十年所发展的若干隧道技术中，MPLS TE已被服务提供商和大型企业网络广泛采用，以根据指定流量需求(流量工程)来优化网络资源，或在链路和/或节点故障的情况下，由于作为MPLS TE快速重路由(其基于快速检测到网络元件故障时的本地重路由)的本地保护技术而支持流量的快速恢复。例如，MPLS TE-LSP原本是使用分布式约束最短路径优先(CSPF)算法来计算的，其中，每个隧道头端负责网络中LSP路径的计算，根据由链路状态路由协议(例如，OSPF或IS-IS)分布的流量工程数据库(TED)来使用约束SPF(例如，Dijsktra)。

需要被称为路径计算单元(PCE)模型(例如，在RFC4655中所定义的)的新的路径计算模型的使用的一系列具有挑战性的问题出现了。PCE模型通常包括基于负责网络中隧道计算的外部引擎(PCE)。头端(或路径计算客户端-PCC)使用PCEP信令协议(RFC5440)向PCE发送请求(PCReq消息)，并且通过答复(PCRep消息)来接收所计算的路径。PCE主要被用于备份隧道路径计算和域间(区域间/AS间)路径计算，其中每域路径计算是在PCE之前唯一(可能恰好是次优的)可用的技术。

特别地，PCE是具有计算AS或区域(域)中PCE所知道的任意节点之间的路径的能力的实体。(根据这里所述的一个或多个实施例，PCE处理/服务248通常包含由处理器220执行以执行与PCE相关的功能的计算机可执行指令。)由于PCE更了解其AS或区域内的网络流量和路径选择，所以PCE尤其有用，因此可被用于更优路径计算。头端节点/LSR可进一步操作为路径计算客户端(PCC)，其被配置为向PCE发送路径计算请求，并接收带有所计算的路径的响应，其可能考虑来自其他PCC的其他路径计算请求。重要的是，注意当一个PCE向另一个PCE发送请求时，其充当PCC。传统上，PCE在其周围的区域、等级或AS外具有有限的可见性或没有可见性。PCC能够，或是通过由管理员预配置，或是通过在路由协议消息中携带的PCE发现(PCED)消息(“通告”)得知PCE，该PCE发现消息从PCE在其区域或等级内或穿过整个AS发送以通告其服务。

通常，PCE功能驻在域之间的BR上用于域间路径计算，并且通常存在至少两个BR，因此不存在单个故障点。例如，图1A和图1B中用星号(*)标记的ASBR和ABR可被配置为PCE。注意，虽然作为说明，PCE功能通常驻在BR上，但是这里所述的技术同样相应地适用于不驻在BR上的PCE。

图3A-3B分别示出了图1A-1B的网络100a和100b中基于PCE的隧道计算的简单示例。特别地，假设在每个实例中，充当PCC的LSR A从本地PCE(例如，分别是ASBR1*或ABR1*)请求到LSR C的隧道。路径计算请求310导致路径的计算，而路径计算响应320被返回给头端LSRA。然后隧道330可相应地被建立。(注意，对于域间计算，本地PCE对于其他域中的其他PCE可充当PCC，如上所述。)还要注意，虽然PCE特别适用于域间路径计算，但是这里的技术不限于域间路径计算，并且实际上也可被用于域内路径计算。

到目前为止所采用的基于PCE的网络中，PCE是无状态的：LSP由PCE根据流量工程数据库(TED)来计算，该流量工程数据库在多数情况下由路由协议(ISIS或OSPF，最近可能使用BGP)提供，而不需要任何状态维护。虽然PCE体系结构确实涉及状态PCE作为可能更优的模型的潜在应用(该模型在计算LSP时会跟踪网络中所有LSP的状态)，但是可以看出，该模型在信令、状态维护等方面有一些非常具有挑战性的问题，是非常复杂的。

显然，状态PCE是一些应用(例如，层间优化或全局优化)可选择的解决方案，但是最近考虑对于带宽资源的高级优化的增长需求的应用情况的数量显著增长。为此，状态PCE被实现，并且状态PCE草案标准被采用为上面提到的题为“状态PCE的PCEP扩展”的IETF工作文档，该文档指定了若干新的PCEP消息，允许PCC更新PCE关于它们的LSP状态(PCRpt消息)，控制LSP授权(PCE远程控制LSP的能力)，并且允许PCE向PCC发送LSP请求以获知状态(PCUpd消息)。如以上文档中所定义的那样，功能能够或是从PCC向PCE(C-E)或是从PCE向PCC(E-C)发起。新的功能是：

-性能协商(E-C、C-E)：在PCEP会话建立的过程中，PCC和PCE二者必须宣告它们支持在该文档中定义的PCEP状态PCE扩展；

-LSP状态同步(C-E)：在PCC和状态PCE之间的会话被初始化后，PCE必须在它能够执行路径计算或更新PCC中的LSP属性之前获知PCC的LSP的状态；

-LSP更新请求(E-C)：PCE请求关于PCC的LSP的属性修改；

-LSP状态报告(C-E)：每当LSP的状态变化时，PCC向PCE发送LSP状态报告；以及

-LSP控制授权(C-E、E-C)：PCC授予PCE更新关于一个或多个LSP的LSP属性的权利；只要该授权生效，则PCE变为LSP属性的权威源；PCC可撤回授权或者PCE可放弃授权。

状态PCE被选定为在未来的隧道使能网络体系结构中扮演主要角色。虽然状态PCE的使用意为解决大范围的问题，但是其也带来了一些困难的技术问题，包括但不限于：

1)存在PCE可能接收到网络中的信令请求爆发的一些情况，这与CSPF的分布式性质不同：当执行全局重优化时，在链路/节点故障时重路由大量的LSP(在一些网络中，单个故障可导致数以万计的LSP故障)。

2)状态维护是另一个重要问题。状态PCE被要求维护LSP状态。当重新计算LSP时，这可能首先需要替换网络中的其他LSP，从而导致网络中大量的信令交换。

3)整个体系结构的伸缩：已尝试当执行LSP的并行计算时，通过将计算分布在若干PCE中并允许PCE间通信来伸缩状态PCE体系结构。这些模型由于PCE之间的信令交换的数量而显示出非常有限的伸缩(类似于在大规模并行计算问题中CPU之间的IPC)。

4)在维护操作过程中的PCE故障，其在PCE是无状态时不是问题。不幸的是，当PCE在维护操作过程中故障时(例如，当一些LSP被更新，并且PCE在接触其他头端并通知它们LSP路径改变之前故障时，该LSP路径改变是网络中要被路由的其他LSP所需的)，这一问题更加复杂，因此使得网络处于非常不稳定/未知的状态。

状态PCE体系结构的一个基本限制因素在于可伸缩性的基本缺乏，类似于任意其他类型的集中式体系结构。该可伸缩性的缺乏经常导致放弃集中式体系结构，而喜欢次优的分布式路径计算体系结构(例如，使用分布在每个头端上的CSPF)。可伸缩性能够根据若干方面来确定：处理大量路径计算请求的能力、实时计算并服务这些请求的能力(响应时间)、所有所需状态的容量存储(例如，网络资源预留、TE LSP的数量)等。

分布式状态PCE覆盖

本技术在这里指定允许多个代理(例如，在MPLS流量工程或隧道路径计算情境中的PCE)共享对一个或多个数据库的访问并且使用分布式散列表(DHT)环来管理对公共资源的并发访问的体系结构，因此创建了强健且可伸缩的多代理(例如，多PCE)体系结构。例如，本公开在这里描述了由代理(例如，PCE)在加入DHT覆盖并共享最新的TED和状态信息时所采取的步骤，也用于以协作的方式计算路径。显然，所述体系结构包括以下部分：1)基于DHT的覆盖网络，该网络由协作的代理(例如，PCE)形成；2)数据库(例如，TED)的所有权的划分；3)允许代理(例如，PCE)请求和锁定资源的协议扩展(例如，PCEP)；以及4)向覆盖添加和从覆盖移除代理/节点。

特别地，根据如下详细描述的本公开一个或多个实施例，在计算机网络中的特定设备维护本地拥有的隧道状态表，并加入DHT环。此外，与该DHT环中的其他设备共享本地拥有的隧道状态表，以建立DHT拥有的隧道状态表。该特定设备(以及其他设备)根据DHT环来确定TED的特定部分的LSA的所有权。因此，当特定设备(或任意设备)使用本地TED来计算隧道路径时，在沿所计算的路径的在特定LSA中从这些特定LSA的所有者通告的资源不被所述特定设备拥有的时候，该特定设备可请求允许使用所述资源。

显然，本技术在这里不与具体使用情况相关联，虽然下面的描述是特别关于状态PCE对流量工程数据库的共享访问而进行描述的。但是，本技术在这里还可被应用于其他使用情况，例如，MPLS-TE隧道计算和信令的第3层流量工程、光路计算、软件定义网络(SDN)(其中，应用一方面接收来自网络的指导，另一方面请求资源并将状态引入网络)等。例如，以上应用情况通常共享同样的体系结构，并且可应用特定算法，以管理特定使用情况的需求。

作为说明地，这里所述的技术可由硬件、软件、和/或固件例如根据PCE/PCC处理248例如协同路由处理244来执行，该PCE/PCC处理248可包含由处理器220执行以执行关于这里所述技术的PCE/PCC(基于动作设备是PCE还是PCC)功能的计算机可执行指令。例如，本技术在这里可被视为对传统协议(例如各种PCE/PCC协议(例如，状态PCE/PCC协议))的扩展，因此可相应地由执行这些协议的本领域熟悉的类似组件来处理。显然，在该实例中，非PCE/PCC设备，例如，LSR，也可被配置为根据示意性PCE/PCC处理248来操作，例如，以协同PCE执行这里所述的某些动作。

如本领域技术人员所熟知的那样，分布式散列表(DHT)是分散的、可扩展的，并且容错的数据库***，该***基于键值对。一些熟知的DHT协议是Chord、Pastery、Kademlia、以及P-Grid，这些DHT协议通常定义节点加入已存在的DHT网络、建立DHT路由表并且使用DHT路由表向对象的根节点转发PUT/GET消息的处理。该根节点通常被定义为节点标识符(ID)最接近存储(PUT)或取回(GET)对象的节点。基本DHT协议非常适用于基于DHT网络中的单个键来存储和取回对象的简单应用。应该注意的是，对象的键通过散列对象中的独特字段来获得，并且对象的根节点直接基于散列的结果。也就是说，为了将对象置于节点中，对象的键被用于确定(参与DHT“环”的)网络中对应于该散列键的特定节点。

图4A示出了将DHT环400进行简化的示例，该DHT环400示出了每个节点如何具有其自己的键空间。特别地，为了确定节点的键空间(该键空间的节点是“根节点”)，节点的标识符(ID)(例如，介质访问控制(MAC)地址、节点ID等)被散列以确定DHT中的特定“位置”(例如，通常是2^128或2^256数字范围内的数字)。如图4A所示，例如，假设节点“X”具有散列环值“5”，而节点“Y”具有值“20”，则在具有0-29的位置的环中，节点X与5-19的键空间相关联，而节点Y与20-29及0-4的键空间相关联(因此为“环”结构)。通常，为了将对象(例如，文件、数据结构等)置于网络中，该对象被散列(例如，在该对象中的独特字段)以与特定键(例如，“12”)相关联，然后相关联的PUT请求被发送给对应于该键空间节点(例如，节点X)。为了取回该对象(GET)，请求者提交相同的键(例如，“12”)，并且DHT环400被用于确定哪个设备对应于该键空间(也是节点X)。如图4B所示，当将新的节点“Z”***DHT环400中时(例如，该节点Z的散列ID对应于值“10”)，键空间被相应地划分，使得在此示例中，节点X处理5-9，节点Z处理10-19，而节点Y处理20-29及0-4。(本领域的技术人员将认识到，存在很多方式来组织键空间，并且这里所示及所述的组织不意味着限制本公开的实施例的范围。)

因此，通常来说，DHT环包括用于该覆盖中的散列算法和信令协议。散列函数允许表示DHT覆盖中的位置(节点)的地址的推导。作为该覆盖的一部分的所有节点共享公共地址空间，并且每个节点拥有该地址空间的一部分，使得该空间的每个单个地址被一个节点所拥有。

根据这里的技术，DHT被用于PCE之间以共享关于TED和LSP状态的信息。特别地，如这里所述，本技术包括以下几个部分：

1)由PCE用于对流量工程数据库(TED)进行划分的算法：该算法允许所有PCE以一致的方式对TED进行划分并取得TED的一个部分的所有权；

2)允许协调PCE以交换状态信息的一组新的DHT消息；

3)被用于维护DHT覆盖中的状态的一组程序；以及

4)被用于操作DHT覆盖的一组程序。

以下描述通常涉及共享公共TED和已建立隧道(例如，流量工程LSP)的数据库的状态PCE的情境，但是，实施例不限于此。在PCE的情境中，每个PCE维护其流量工程数据库(TED)(按照PCE程序)和LSP状态表(按照状态PCE程序)。LSP状态表在DHT覆盖中被共享，因此每个PCE具有LSP状态表的两个副本：一个本地的，和一个从DHT覆盖可得到的。

这里所述的新的算法是为了对TED表进行划分并将每个TED LSA的所有权分配给给定的PCE。特别地，每个PCE被配置以使用标准DHT程序加入公共DHT覆盖。通常，PCE DHT覆盖包括共享其LSP状态表并取得TED数据库的划分/部分的所有权的那些PCE。为了对TED进行划分，这里的技术作为说明地对LSA-ID执行DHT散列算法。也就是说，每个PCE将DHT散列函数应用到TED中的整组LSA，使得每个LSA-ID与地址(DHT覆盖地址空间的一部分)相关联。然后这些地址由DHT覆盖中的特定节点(例如，主动地加入到DHT环400的PCE中的一个)映射到所有权。

例如，如图5所示，TED 500示出了多个LSA 1-N(字段510)，以及相应的所有者设备520。PCE所有者是拥有DHT地址的PCE(由DHT散列函数确定)，因此它还拥有LSA和其表示的节点/链路。一旦散列函数是完备的，则所有PCE将散列整个TED，且每个LSA(即，节点/链路)将由DHT环中协作的PCE中的一个所拥有。注意，TED数据库在DHT覆盖中不共享；而是DHT散列函数只用于确定使用的每个LSA的PCE所有者，如这里所述的那样。特别地，每个PCE通过走过其本地TED(例如，从OSPF/ISIS中获得的)，将对于每个LSA，找到该LSA的PCE所有者。因此，在(下面描述的)路径计算的过程中，每个PCE将获知哪个PCE拥有每个对应于所计算的路径的节点/链路的LSA。PCE所有者(拥有给定LSA的PCE)概念对于允许在若干PCE之间共享并行计算，同时还保证该计算是精确的且在多个PCE之间以一致的方式来执行是关键的。

PCE客户端(PCC)可向PCE请求路径计算，PCC例如是，请求MPLS-TE LSP路径的隧道头端路由器，软件定义网络(SDN)的情境/结构中请求网络中的一组网络资源和路径的应用元件等。根据这里的技术，当被PCC请求时，PCE使用其TED的本地副本和一些路径计算算法(例如，具有全局优化的约束SPF)来计算路径。在计算的过程中，PCE检查对应于所计算的路径穿过的节点/链路的LSA。

基于上述DHT操作，计算PCE将知道哪些是描述由正在被计算的路径穿过的节点/链路的每个LSA的PCE所有者。为了避免资源预留的竞争，这里的技术从LSA的PCE所有者请求资源(根据TED划分规则)。也就是说，当计算结果是不被计算PCE拥有的LSA时，则计算PCE将在DHT覆盖中寻找该LSA的PCE所有者。然后计算PCE请求该PCE所有者允许使用LSA中所述的资源。以这种方式，PCE所有者负责网络中给定节点/链路的资源，并保证当多个PCE同时计算路径时没有竞争(争夺同一组资源)发生。

作为说明地，针对资源的请求可使用在计算PCE和PCE所有者之间发送的DHT消息来执行，如参考图6A-6B所述。特别地，如图6A所示，请求消息600可包括头610(用于通过网络来转发消息)，和包括各种字段的有效载荷620。根据请求消息的示例格式，这样的字段可包括LSA-ID622、链路ID 624、用于所请求的资源的字段626、以及其他数据628。PCE所有者基于其TED的本地知识来检查资源的可用性，并通过答复消息650进行答复，该答复消息650包含报头660和有效载荷670，有效载荷670包括LSA-ID 672(原请求中所找到的)、链路ID 674(原请求中所找到的)、所请求的资源676(原请求中所找到的)、用于有效可用资源的字段678、状态字段680(例如，“ok”/允许或“nok”/禁止)，以及任意其他适当的字段682。

特别地，如果资源是可用的，则PCE所有者将这些资源标记为预分配，并且维持该状态一段给定的(控制的)时间。因此，该资源针对该特定请求被暂时锁定可配置的一段时间，并且一旦LSP被报告为发出信号(完成)，则该资源将被解锁。该报告可由计算PCE向PCE所有者执行。或者，PCC可直接向PCE所有者报告LSP的状态，从而确认资源利用。(注意，这可能需要对于答复PCE向请求PCC提供PCE所有者的地址的PCEP协议的扩展)。

但是，如果资源不可用，PCE所有者用同样的消息来答复，该消息包括资源请求的失败状态和有效可用资源678。例如，如果预留是10MB而可用带宽是8MB，则PCE所有者可用8MB值答复，以通知计算PCE有效资源可用性。该信息可被请求PCE用作计算“最接近匹配”LSP或其他目的(例如，基于精确度等级来配置刷新定时器)的后备选择。

计算PCE针对所计算的路径中穿过的所有节点/链路重复相同的处理，并且每个有关的PCE所有者将进行相同的资源验证处理。一旦计算PCE完成了计算，其应当接收到来自所有PCE所有者的所有资源可用性确认。计算PCE向其客户端(PCC，例如，隧道头端或应用元件)提供所计算的路径，并且PCC(例如，通过RSVP)发送信号通知该路径，并且可以向PCE报告状态。例如，一旦该路径由PCC发送信号通知且其状态被报告给计算PCE，则计算PCE可向LSA的每个PCE所有者确认资源利用，使得资源现在针对该LSP被锁定/分配。同时，网络中的路由器根据其传统的阈值配置/设置来更新其LSA(例如，OSPF/ISIS)。

根据这里的一个或多个实施例，一旦LSP被PCC发送信号通知，其也被报告给PCE，则使得该PCE可将LSP状态***LSP状态表中。也就是所，LSP状态表包括由网络中所有已知的LSP的所有独立状态组成的DHT覆盖中的表，并且填充有所有协作的PCE。因此，每个PCE具有穿过全局LSP状态表从而取回所有LSP的状态的能力。注意，如上所述，每个PCE还维护全局LSP状态表的本地副本(被计算算法用于服务新的请求的)。

如果PCE故障或从DHT环中消失，则原来由该故障PCE***的所有状态被保留在每个其他PCE所存储的本地副本中。当PCE故障时，该故障PCE留下的地址空间的新的所有者将把状态重新***DHT全局状态表中。值得注意的是，在PCE故障的情况下，虽然资源被暂时锁定，但是不适当的状态预留可能存在于TED中；这不是问题，因为LSP建立可能失败，从而导致IGP更新，以用于更新TED。换句话说，当PCE故障时，DHT程序将更新该环，并且剩余的PCE将重新组成DHT覆盖，并且重新划分它们的地址空间。这对TED的划分也有影响：每个PCE将重新划分整个TED，并且每个PCE所有者将获知它拥有哪组LSA。一旦DHT覆盖被更新，则全局状态表可被剩余PCE根据其新的地址空间和本地LSP状态表副本来更新。

当新的PCE被***DHT覆盖中时，新的PCE根据DHT程序将其自身***DHT覆盖中，并且获得DHT覆盖地址空间的一部分。每个PCE重新划分TED，并且每个PCE所有者将获知其拥有的LSA组是什么。因此，新的PCE获得它的TED部分的所有权，并且获得LSP状态表的本地副本。

显然，根据这里的一个或多个具体实施例，本技术还可通过观察活动状态PCE的负载，并且通过允许超载PCE使用由于IGP扩展而得知的关于负责管理DHT环的自举节点的信息来请求候选PCE加入DSPO来动态调整活动状态PCE的数量，来确定在任意给定时刻DHT环中具有的活动状态PCE的适当数量。这里的技术还允许其负载穿过低阈值的活动状态PCE的动态移除，以保持活动的PCE的数量尽可能最小。

为了增加上述分布式状态PCE覆盖(DSPO)的可伸缩性，这里描述了允许PCE根据动态PCE负载动态加入或离开DSPO的机制。特别地，每个PCE可(利用新的DHT消息)向DSPO报告其当前负载，使得DSPO中每个协作的PCE具有每个其他PCE的负载的可见性。负载更新可使用活动PCE之间的对等连接网来定期提供。

通常，如这里所述，DSPO服务信息可在加入DHT覆盖的节点之间进行通告，例如，自举节点地址(该自举节点由节点在加入DHT覆盖时使用)等。一旦检测到PCE上的高计算负载，这里的技术提供来自PCE的请求其他候选状态PCE加入服务(活动)PCE组(因此，加入被所有状态PCE使用的DSPO)的拥塞状态的通知。最后，这里的技术描述了发送信号通知负责特定DSPO的自举节点的机制。

在其初始状态中，(DHT)DSPO自举节点通告DSPO信息，例如，在IS-IS的新的“GenApp”Sub-TLV中(例如，如在由Ginsberg等名称为“Advertising Generic Information in IS-IS“(在IS-IS中通告通用信息)<draft-ietf-isis-genapp>”的IETF互联网草案中所指定的那样)。GenAppTLV(或Sub-TLV)可让候选PCE知道从哪里请求DHT地址以进入DSPO。此外，PCE节点最初可被(例如，静态地)配置为候选PCE。每个候选PCE将其PCE功能通告到IGP(OSPF/ISIS)中的性能TLV中。

对于将候选PCE添加到已建立的DSPO中(也就是说，使候选PCE成为活动PCE)，示意性的算法确定所定义的条件中的一个(例如，活动PCE的负载超过给定高端可配置阈值)何时满足，活动PCE中的一个(动态选择的，例如具有较高ID的PCE)可决定请求从候选PCE列表中取出的额外的活动PCE。所选的候选PCE通过检查先前(例如，通过IGP(OSPF/ISIS)中的GenApp TLV)接收到的DSPO信息来加入DSPO。在该阶段，候选PCE在IGP(性能TLV)中将其自身通告为活动PCE。

相反，对于活动PCE的移除，每个活动PCE知道每个其他活动PCE的负载。基于某些条件(例如，低CPU使用率、低计算和状态数)，活动PCE可动态决定离开DSPO并且将其状态移动到候选PCE(例如，具有最低负载的PCE)。(自)选择的活动PCE离开DSPO，并且DSPO根据以上DSPO体系结构中所述的覆盖维护程序来更新其自身。

图7示出了根据这里所述的一个或多个实施例，用于建立分布式代理覆盖体系结构的示例性简化程序700。程序700可开始于步骤705，并继续到步骤710，其中，如上面详细描述的那样，特定设备(例如，PCE)维护本地拥有的隧道状态表，并且还在步骤715加入DHT环。一旦在该环中，在步骤720中该设备与DHT环的其他设备共享本地拥有的隧道状态表，则DHT拥有的隧道状态表在环中被建立。注意，每个PCE可建立DHT知道的隧道状态表的本地副本，因此允许PCE知道网络的当前状态，即使在DHT环或连接到它的PCE中的一个发生故障的情况下也是如此。在步骤725中，特定设备(以及每个设备)根据DHT环确定TED500的特定部分的LSA的所有权，如上详细说明。例如，该设备可对每个LSA的标识符执行DHT散列，以将LSA映射到DHT环的每个设备。

根据这里的技术，在步骤730中，例如，响应于PCC请求或其他原因，该设备可使用本地TED来计算隧道的路径。基于确定所计算的路径基于的LSA的所有权，在步骤735中，计算设备可请求允许使用沿所计算的路径的资源，该资源在特定LSA中从这些特定LSA的其他所有者通告(即，当该资源不被该特定设备拥有时)。程序700结束于步骤740，显然，通过更新表的选项来执行进一步的路径计算等。

此外，图8示出了根据这里所述的一个或多个实施例，用于建立分布式代理覆盖体系结构的示例性简化程序800，特别是从PCE-PCC通信的视角。程序800可开始于步骤805(例如，上面的程序700完成后)，并继续到步骤810，其中，如上面详细描述的那样，特定设备(例如，PCE)将所计算的路径发送给请求客户端。在步骤815中接收隧道建立的确认时，该设备在步骤820中更新其本地拥有的隧道状态表和DHT拥有的隧道状态表。然后，程序800可在步骤825结束。

此外，图9示出了根据这里所述的一个或多个实施例，用于建立分布式代理覆盖体系结构的另一示例性简化程序900，特别是从所有者设备的视角。程序900可开始于步骤905，并继续到步骤910，其中，如上面详细描述的那样，所有者设备从另一设备接收允许使用沿其他设备所计算的路径的、被该特定所有者设备所拥有的资源的请求。如上面详细描述的那样，所有者设备可在步骤915中响应请求，例如，用指示“ok”或“nok”的答复消息650。然后，示意性程序900可在步骤920中而结束，直到另一允许请求。

最后，图10示出了根据这里所述的一个或多个实施例，用于建立分布式代理覆盖体系结构的又一示例性简化程序1000，特别是用于从DHT环中添加和移除代理设备。程序1000可开始于步骤1005，并继续到步骤1010，其中，如上面详细描述的那样，管理设备(例如，自举节点、网络管理服务器等)确定DHT环中的活动设备上的负载，并且在步骤1015中，如果“过高”(大于第一阈值)，可在步骤1020中向DHT环添加一个或多个额外的候选设备。另一方面，如果在步骤1025中，负载“过低”(小于第二阈值)，则在步骤1030中，一个或多个设备可从DHT环中移除，如上所述。程序1000示意性地结束于步骤1035，但是，显然具有基于所观察的网络状态来随时间动态添加或移除设备(代理)的选项。

应该注意的是，如上所述，虽然程序700-1000中的某些步骤可以是可选的，但是图7-10所示的步骤仅仅是用于说明的示例，并且某些其他步骤可依预期而被添加或排除。此外，虽然步骤的具体顺序被示出，但是该排序只是示意性的，并且步骤的任意适当的排列可在不偏离这里的实施例的范围的情况下被使用。此外，虽然程序700-1000被分别描述，但是来自每个程序的某些步骤可被合并到每个其他程序中，并且这些程序不意味着相互排斥。

因此，这里所述的技术提供了分布式代理覆盖体系结构，特别是分布式状态PCE覆盖(DSPO)体系结构。特别地，本技术在这里指定允许多个代理(例如，PCE)共享对数据库的访问并且使用DHT环来管理对公共资源的并发访问的体系结构，因此创建了强健且可伸缩的多代理(例如，多PCE)体系结构。此外，本技术在这里允许分布式状态PCE体系结构通过允许跨多个PCE的路径计算的负载共享来在路由域中进行伸缩，而仍然保证一致且精确的隧道状态信息。此外，本技术动态确定在任意时刻活动代理(例如，PCE)的最佳数量，从而优化整个体系结构，并且确定代理的最佳数量以避免代理上的拥塞，同时最小化活动代理的数量以降低整体费用。

虽然这里示出和描述了提供了状态PCE体系结构的增强操作的示意性实施例，当时应该理解的是，可在这里的实施例的精神和范围内做出各种其他适应和修改。例如，实施例在这里关于MPLS TE-LSP和其他各种协议被示出和描述。但是，在其更广泛的概念中的实施例不被如此限制，而是实际上可被用于PCE可以负责的任意功能。例如其他类型的隧道，其他类型的路径计算等。此外，如上所述，这里所述的体系结构不需要限制于状态PCE，而是可被应用于其他类型的技术，例如MPLS-TE隧道的L3流量工程(隧道计算机)，光层技术(光路计算机)，SDN体系结构/设备等。

以上描述被指向具体实施例。但是，显然其他变体和修改可针对所述实施例而做出，以达到它们的优势中的一些或全部。例如，明显预期的是，这里所述的组件和/或元件能够被实现为存储在有形的(非暂时性)计算机可读介质(例如，磁盘/CD/RAM/EEPROM/等)上、具有在计算机上执行的程序指令的软件，硬件，固件或它们的组合。因此，该描述仅仅是作为示例，而不限制这里的实施例的范围。因此，所附权利要求的目的是覆盖这里的实施例的真正精神和范围内带来的所有这样的变体和修改。

Claims

1.一种方法，包括：

在计算机网络中的特定设备上维护本地拥有的隧道状态表；

加入分布式散列表DHT环；

与所述DHT环的其他设备共享所述本地拥有的隧道状态表，以建立DHT拥有的隧道状态表；

根据所述DHT环来确定所述特定设备对流量工程数据库TED的特定部分的链路状态通告LSA的所有权；

由所述特定设备使用本地TED来计算隧道的路径；以及

当沿所计算的路径的资源不被所述特定设备拥有时，请求允许使用所述资源，其中所述资源是在特定LSA中从这些特定LSA的所有者通告的。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

向请求客户端发送所计算的路径。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

接收隧道建立的确认；以及

更新所述本地拥有的隧道状态表和DHT拥有的隧道状态表。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

从另一设备接收允许使用沿另一条所计算的路径的、被所述特定设备所拥有的资源的请求；以及

响应所述请求。

5.如权利要求1所述的方法，其中确定所有权包括：

对每个LSA的标识符执行DHT散列，以将LSA映射到所述DHT环的每个设备。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

确定所述DHT环中的活动设备上的负载；

响应于所述负载大于第一阈值，向DHT环添加一个或多个额外的候选设备。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

响应于所述负载小于第二阈值，从DHT环移除一个或多个设备。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述DHT环的设备从由以下各项组成的集合中选择：路径计算单元(PCE)、隧道计算机、光路计算机、以及软件定义网络(SDN)设备。

9.一种装置，包括：

一个或多个网络接口，作为计算机网络中的特定设备进行通信；

处理器，耦合到所述网络接口并且适于执行一个或多个处理；以及

存储器，被配置为存储可由所述处理器执行的处理，所述处理在被执行时可操作来：

维护本地拥有的隧道状态表；

加入分布式散列表DHT环；

使用本地TED来计算隧道的路径；并且

10.如权利要求9所述的装置，其中所述处理在被执行时可进一步操作来：

向请求客户端发送所计算的路径。

11.如权利要求9所述的装置，其中所述处理在被执行时可进一步操作来：

接收隧道建立的确认；并且

更新所述本地拥有的隧道状态表和DHT拥有的隧道状态表。

12.如权利要求9所述的装置，其中所述处理在被执行时可进一步操作来：

响应所述请求。

13.如权利要求9所述的装置，其中所述处理在被执行以确定所有权时可进一步操作来：

14.如权利要求9所述的装置，其中所述装置从由以下各项组成的集合中选择：路径计算单元(PCE)、隧道计算机、光路计算机、以及软件定义网络(SDN)设备。

15.一种在其上具有编码的软件的有形的、非暂时性的、计算机可读介质，所述软件在由特定设备上的处理器执行时可操作来：

维护本地拥有的隧道状态表；

加入分布式散列表DHT环；

使用本地TED来计算隧道的路径；并且

16.如权利要求15所述的计算机可读介质，其中所述软件在被执行时可进一步操作来：

向请求客户端发送所计算的路径。

17.如权利要求15所述的计算机可读介质，其中所述软件在被执行时可进一步操作来：

接收隧道建立的确认；并且

更新所述本地拥有的隧道状态表和DHT拥有的隧道状态表。

18.如权利要求15所述的计算机可读介质，其中所述软件在被执行时可进一步操作来：

响应所述请求。

19.如权利要求15所述的计算机可读介质，其中所述软件在被执行以确定所有权时可进一步操作来：

20.如权利要求15所述的计算机可读介质，其中所述特定设备从由以下各项组成的集合中选择：路径计算单元(PCE)、隧道计算机、光路计算机、以及软件定义网络(SDN)设备。