CN104521192B

CN104521192B - 用于网络拓扑结构中的链路状态协议的洪泛优化的技术

Info

Publication number: CN104521192B
Application number: CN201380041986.0A
Authority: CN
Inventors: 西纳·米尔托拉比; 阿沛·罗伊
Original assignee: Cisco Technology Inc
Current assignee: Cisco Technology Inc
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2018-01-26
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: US20140043956A1; US9608900B2; EP2883334B1; CN104521192A; WO2014025671A1; EP2883334A1

Abstract

提供了用于在网络中生成有效的洪泛树路径的技术。在网络中的节点设备处，单播消息被发送到网络中的多个节点设备。节点设备获取与网络中的每个节点设备相关联的标识符。标识符包含指示每个节点设备的节点连接的信息。随后标识选定节点设备。选定节点设备是具有最低标识符值的网络中的一个节点设备，最低标识符值指示被连接到网络中的选定节点的节点设备的最低数量。选定节点被分类为根洪泛树节点设备。通过执行从选定节点到网络中的多个节点设备的最短路径优先操作来生成洪泛树。

Description

用于网络拓扑结构中的链路状态协议的洪泛优化的技术

技术领域

本公开涉及评估网络拓扑结构以优化分组分布。

背景技术

链路状态协议(LSP)消息使用可靠的洪泛来传播网络内的链路状态信息。这些LSP消息被逐跳(hop-by-hop)在网络内分发，从而使得LSP分组被从网络节点发送到网络中的每个邻近的邻节点。由于网络内的LSP消息分发技术是低效的和冗余的，这些技术具有可扩展性限制。

附图说明

图1示出了包括多个网络节点和用于在网络中有效地分发分组的洪泛树路径的示例网络。

图2示出了被配置为在网络中生成洪泛树路径的网络节点的示例框图。

图3示出了可由网络节点访问以将网络中的选定节点标识为根洪泛树节点的节点标识符数据库。

图4示出了描绘了由一个或多个网络节点执行的选择根洪泛树节点、并且在网络中生成洪泛树路径的操作的示例流程图。

具体实施方式

概述

提供了用于在网络中生成有效的洪泛树路径的技术。这些技术可以被体现为方法、装置和执行该方法的计算机可读存储介质中的指令。在网络中的节点设备处，单播消息被发送到网络中的多个节点设备。节点设备获取与网络中的每个节点设备相关联的标识符。标识符包含指示每个节点设备的节点连接的信息。随后标识选定节点设备。选定节点设备是具有最低标识符值的网络中的一个节点设备，最低标识符值指示被连接到网络中的选定节点的节点设备的最低数量。选定节点被分类为根洪泛树节点设备。通过执行从选定节点到网络中的多个节点设备的最短路径优先操作来生成洪泛树。

示例实施例

本文描述的技术涉及生成网络内的最佳洪泛树通信路径，以用于到网络节点的分组通信。网络内的一个或多个网络节点可以执行这些技术。示例***/拓扑结构100被示出在图1中。拓扑结构100(在下文中称为“网络拓扑结构”或“网络”)包括多个网络节点设备(在下文中称为“网络节点”或“节点”)102(1)-102(6)(也相应地被称为“节点1”-“节点6”)。网络节点102(1)-102(6)通过一个或多个网络链路被相互连接。例如，在全网状网络(未在图1中示出)中，每个网络节点通过相应的网络链路被连接到每个其它网络节点。在另一示例中，在部分网状网络中(在图1中示出)，每个网络节点可以被连接到一个或多个(但不是全部)其它网络节点。应该理解的是网络100可以是包括多个网络节点的任何网络拓扑结构(例如，全网状网络、部分网状网络、环形网络拓扑结构、克洛斯网络等)。为了简单起见，部分网状网络仅作为示例被示出。

分组(例如，链路状态分组、广播分组等)可以沿一个或多个网络链路被发送到节点102(1)-102(6)。通常，分组可以被广播到网络100中的所有节点102(1)-102(6)。例如，与网络更新、管理和拓扑结构/架构等相关的信息可能需要被分发到所有节点102(1)-102(6)。如本文的技术所描述的，网络100中的洪泛树路径(“洪泛树”)可以由一个或多个节点102(1)-102(6)生成，以确保具有这样的信息的分组能够有效到达网络100中的所有节点。例如，根据本文所描述的技术，如图1中所示，节点102(1)-102(6)中的一个节点(例如，节点102(3))可以被选择作为洪泛树的根节点。应该理解的是网络100中可以生成不止一个洪泛树，其中每个洪泛树具有相应的根节点。

图1示出了两种类型的网络链路：洪泛树网络链路和非洪泛树网络链路。洪泛树网络链路由实线描绘在图1中，而非洪泛树网络链路由虚线描绘在图1中。洪泛树链路和非洪泛树链路可以是彼此相似的。例如，网络链路可以是以太网或能够发送数据分组到网络节点和从网络节点接收数据分组的其它网络链路。如本文所述，网络链路作为洪泛树网络链路或非洪泛树网络链路的分类作为用于生成洪泛树的过程的一部分由一个或多个节点102(1)-102(6)执行。

现在参照图2，图2示出了节点102(1)-102(6)中的一个节点的示例框图。框图通常作为网络节点设备以标号102被示出，但应该理解的是此框图可以代表节点102(1)-102(6)中的任何节点。网络节点设备102包括网络接口单元202、交换机单元204、处理器206和存储器208(以及其它组件)。网络接口单元202被配置为接收网络100中从其它节点设备被发送的通信(例如，数据分组)，并且通过一个或多个网络链路将网络100中的通信发送到其它节点设备。网络接口单元202被耦接到交换机单元204。交换机单元204被配置为在从网络100中的其它网络节点接收的分组上执行分组交换/转发操作。另外，交换机单元204被配置为选择网络100中的网络节点以作为由网络节点102生成的洪泛树的根节点进行操作。交换机单元204可以被实现在一个或多个专用集成电路中。

交换机单元204被耦接到处理器206。如本文所述，处理器206是例如被配置为执行用于执行网络节点102的各种操作和任务的程序逻辑指令(即，软件)的微处理器或微控制器。例如，处理器206被配置为执行洪泛树选择过程逻辑210以在网络100中生成洪泛树和为洪泛树选择根节点。处理器206的功能可以由被编码在一个或多个有形的计算机可读存储介质或设备(例如，存储设备光盘、数字视频光盘、闪速存储器驱动等和诸如专用集成电路、数字信号处理器指令、由处理器执行的软件之类的嵌入式逻辑等)中的逻辑来执行。

存储器208可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质设备、光学存储介质设备、闪速存储器设备、电学的、光学的、或其它物理的/有形的(非暂态)存储器存储设备。存储器208存储用于洪泛树选择过程逻辑210的软件指令。存储器208也可以托管节点标识符数据库(“数据库”)214，标识符数据库(“数据库”)214存储例如网络100中的每个节点102(1)-102(6)的节点连接性信息。因此，通常，存储器206可以包括用包括计算机可执行指令的软件编码的一个或多个计算机可读存储介质(例如，存储器存储设备)，并且当软件被执行(例如，被处理器206执行)时，软件能操作执行针对洪泛树选择过程逻辑210所描述的操作。

洪泛树选择过程逻辑210可以采取诸如固定逻辑或可编程逻辑(例如，由处理器执行的计算机指令/软件)、或它们的组合之类的多种形式中的任何形式，并且处理器206可以是包括固定数字逻辑的专用集成电路(ASIC)，以便被编码在一个或多个有形的计算机可读存储介质或存储设备中用于执行。

在另一示例中，处理器206可以通过固定或可编程数字逻辑集成电路中的数字逻辑门来体现，数字逻辑门被配置为执行洪泛树选择过程逻辑210。通常，洪泛树选择过程逻辑210可以被体现在用包括计算机可执行指令的软件编码的一个或多个计算机可读存储介质中，并且当软件被执行时能操作执行后面描述的操作。

通常，一个或多个节点102(1)-102(6)可以被标识为网络100中的洪泛树的根节点。网络100中的洪泛树允许网络100内的分组的有效的路由。换言之，旨在被分发到所有节点102(1)-102(6)的分组可以沿生成的洪泛树路径穿过网络100，以确保每个节点接收分组而不用穿过不必要的或冗余的网络链路。这些技术改善了现有的洪泛技术，其指示分组从每个节点被发送到网络中的所有邻近节点。因此，现有的技术可能导致节点多次穿过冗余的网络链路接收分组，因此针对大量的网络节点限制了网络的可扩展性。本文描述的技术通过利用洪泛树有效地将分组路由到网络中的所有节点而缓解了这些问题。本文描述的洪泛树可以是跨越网络中的所有节点的给定节点处的共享树。在一个示例中，洪泛树是广播树，例如，在FabricPath网络拓扑结构中。另外，可以由节点102(1)-102(6)中的任何节点生成不止一个洪泛树(例如，配置为网络用户或管理员)。

为了选择网络100中的洪泛树路径，每个节点102(1)-102(6)被配置为收集和访问与网络100中的每个其它节点相关联的节点连接性信息(例如，从可由节点102(1)-102(6)访问的节点标识符数据库214)。基于节点连接性信息，节点102(1)-102(6)可以判定将哪个节点分类或选择为洪泛树的根节点(例如，“根洪泛树节点设备”)。在判定了洪泛树的根节点后，节点102(1)-102(6)可以通过从根洪泛树节点到网络中的多个节点设备执行最短路径优先(SPF)操作来判定洪泛树路径。

现在参照图3。图3示出了节点标识符数据库214，其通过每个节点102(1)-102(6)被存储和/或可由每个节点102(1)-102(6)访问。例如，节点标识符数据库214可以为了每个节点102(1)-102(6)(如上面连同图2所述)被存储或可以远程地被存储从而使得每个节点102(1)-102(6)能够访问数据库213的内容。另外，每个节点102(1)-102(6)能够用节点连接性信息更新数据库214。例如，如果网络100的拓扑结构改变了，每个节点102(1)-102(6)可以更新数据库214中的节点连接性信息以反映网络拓扑结构中的改变。

如图1中所示，每个节点102(1)-102(6)可以被连接到网络100中的其它节点。针对每个节点102(1)-102(6)该节点连接性信息被存储在数据库214中，如图3中所示。另外，每个节点102(1)-102(6)具有相应的标识符值，其指示被连接到节点102(1)-102(6)中的每个节点的节点的数量。具有低标识符值的节点可以指示被分类为洪泛树的根节点的高优先级，而具有高标识符值的节点可以指示被分类为洪泛树的根节点的低优先级。例如，数据库214示出了被连接到节点2、节点4和节点5的节点1具有标识符值“3”(代表节点1直接被连接到的每个节点)。标识符值可以是交换机标识符(“交换机ID”)，其可以在给定节点和被附加到网络100中的给定节点的节点之间在标准SPF计算期间被计算。

如所示出的，数据库214对指示针对网络中的每个节点102(1)-102(6)的节点连接和相应的标识符的数据进行存储。在一个示例中，为了在网络100中生成洪泛树路径，具有最低的标识符值的网络节点可以被标识和选择(例如，通过节点102(1)-102(6)中的任何节点)作为洪泛树的根节点。当为洪泛树选择了根节点后，洪泛树路径可以通过计算从洪泛树的根节点的最短路径树来生成。例如，迪科斯彻(Djikstra)算法或任何其它的最短路径树算法可以被用于从洪泛树的根节点判定洪泛树。

例如，如图1和图3中所示，由于节点3具有最低的标识符值，因此节点3被选择作为洪泛树的根节点。因此，在节点3被选择作为洪泛树的根节点后，最短路径树算法被应用于判定源自节点3并且到达网络中的所有节点的SPF。该SPF定义网络中的洪泛树。在图1中，例如，来自节点3的SPF被定义为如下(并且针对图1中的洪泛树网络链路通过实线描绘)：

节点3-节点4

节点3-节点6-节点5

节点3-节点6-节点2-节点1

因此，洪泛树路径源自节点3并且该路径通过下面的上述SPF路径到达网络中的每个节点。如果分组被分发到网络中的所有节点(例如，链路状态分组、广播分组等)，该分组可以穿过上述洪泛树到达网络100中的所有节点，而无需到网络节点的任何冗余的分组分发。换言之，分组可以使用小于无洪泛树的情况下将被使用的网络链路的数量的网络100中的网络链路的数量通过洪泛树路径被发送到网络中的所有节点。

在一个或多个链路故障或网络100中的其它网络中断事件发生的情况下，洪泛树可以被更新以使得到达与网络中断事件相关联的节点设备的网络连接成为可能。例如，如果非洪泛树网络链路从网络100中被移除，则洪泛树路径可能不被改变，这是由于即使具有非洪泛树网络链路的移除，分组洪泛仍可以在洪泛树上对网络节点发生。然而，如果洪泛树网络链路从网络100中被移除，则洪泛分组可以沿洪泛树路径被分发直到到达被移除的网络链路。在分组不能进一步穿过原始的洪泛树之后(由于被移除的链路)，接收分组的最后的节点将执行判定到网络100中的剩余节点的SPF路径的新的SPF操作。因此，响应于洪泛树网络链路的移除，两个(或多个)洪泛树将驻留在网络100内：被定义为直到被移除的链路为止的原始洪泛树的第一洪泛树，以及被定义为从接收第一洪泛树中的分组的最后节点到网络中的剩余节点的新SPF的第二洪泛树。换言之，接收第一洪泛树中的分组的最后节点将被分类为新洪泛树的根节点并且新洪泛树将通过执行来自新根节点的新的SPF操作来生成。

应该理解的是网络100中可以有不止一个洪泛树。如果一个洪泛树中的链路故障发生时，其中节点丢失到洪泛树的路径，则另一洪泛树在网络100内递送分组。即如果有两个洪泛树，当分组在网络100中被洪泛时，它们在两个洪泛树上都被洪泛。

例如，如果网络中有一个洪泛树，响应于链路故障，网络节点将运行SPF操作以查找从根节点到它自己的另一路径。因此，网络节点变成被重新连接到洪泛树。在一个示例中，新的SPF操作将返回在原始洪泛树中的一个节点处生根的相同的洪泛树，洪泛树路径改变了。换言之，响应于链路故障，洪泛树可以被重新计算，而不是计算网络100中的附加的洪泛树。

现在参照图4，图4示出了包括洪泛树选择过程逻辑210的操作的过程400，泛树选择过程逻辑210被一个或多个节点102(1)-102(6)利用来选择根节点和生成洪泛树。在操作410处，节点将单播消息发送到网络100中的多个节点设备。随后在操作415处获取了与每个节点设备相关联的标识符。标识符包含指示每个节点设备的节点连接的信息。在操作420处，一个节点设备被标识为选定节点，其具有最低标识符值(指示被连接到网络中的选定节点的节点设备的最低数量)。在操作425处，选定节点被分类为根洪泛树节点设备，并且在操作430处，通过执行从选定节点设备到网络中的多个节点设备的最短路径优先操作，洪泛树被生成。

应该理解的是上述技术结合所有实施例可以由用包括执行本文描述的方法和步骤的计算机可执行指令的软件编码的一个或多个计算机可读存储介质来执行。例如，由一个或多个网络节点102(1)-102(6)执行的操作可以由一个或多个计算机或机械可读存储介质(非暂态)或设备(由处理器执行并且包括执行本文描述的技术的软件、硬件或软件和硬件的组合)执行。

总之，提供了一种方法，包括：在网络中的节点设备处，将单播消息发送到网络中的多个节点设备；获取与每个节点设备相关联的标识符，其中标识符包含指示每个节点设备的节点连接的信息；将具有最低标识符值(指示被连接到网络中的选定节点的节点设备的最低数量)的一个节点设备标识为选定节点；将选定节点分类为根洪泛树节点设备；以及通过执行从选定节点设备到网络中的多个节点设备的最短路径优先操作来生成洪泛树。

另外，提供了一种用包括计算机可执行指令的软件编码的一个或多个计算机可读存储介质，并且当软件被执行时能操作来执行以下处理：将单播消息发送到网络中的多个节点设备；获取与每个节点设备相关联的标识符，其中标识符包含指示每个节点设备的节点连接的信息；将具有最低标识符值(指示被连接到网络中的选定节点的节点设备的最低数量)的一个节点设备标识为选定节点；将选定节点分类为根洪泛树节点设备；以及通过执行从选定节点设备到网络中的多个节点设备的最短路径优先操作来生成洪泛树。

另外，提供了一种装置，包括：网络接口单元；交换机单元，其被耦接到网络接口单元；存储器；以及处理器，其被耦接到交换机单元和存储器并且被配置为：将单播消息发送到网络中的多个节点设备；获取与每个节点设备相关联的标识符，其中标识符包含指示每个节点设备的节点连接的信息；将具有最低标识符值(指示被连接到网络中的选定节点的节点设备的最低数量)的一个节点设备标识为选定节点；将选定节点分类为根洪泛树节点设备；以及通过执行从选定节点设备到网络中的多个节点设备的最短路径优先操作来生成洪泛树。

上面的描述仅旨在举例。在不脱离本文描述的概念的范围并且在权利要求的等同范围内的情况下，可以做出各种修改和结构改变。

Claims

1.一种用于在网络中生成有效的洪泛树路径的方法，包括：

在所述网络中的多个节点设备中的节点设备处，获取与各个节点设备相关联的多个标识符，其中所述多个标识符中的每个标识符包含指示下述内容的信息：所述网络中由网络链路连接到各个节点设备的节点设备的数量；

基于所述多个标识符，选择具有指示下述内容的标识符值的节点设备：被连接到所述网络中的选定节点设备的节点设备的最低数量；

将所述选定节点设备分类为根洪泛树节点设备；

通过执行从所述选定节点设备到所述网络中的所述多个节点设备的最短路径优先操作来生成洪泛树；

使用所述选定节点设备作为根洪泛树节点设备来在所述洪泛树中发送分组；

检测所述洪泛树中的网络中断事件，所述网络中断事件包括到至少一个受影响的节点设备的移除的网络链路；

通过下述操作来更新所述洪泛树以实现到所述至少一个受影响的节点设备的一个或多个网络链路的网络连接：将所述多个节点设备中除所述选定节点设备之外的另一节点设备分类为新根洪泛树节点设备，并且通过执行从所述新根洪泛树节点设备到所述网络中的所述多个节点设备的新最短路径优先操作来生成新洪泛树；以及

使用所述新根洪泛树节点设备来在所述新洪泛树中发送所述分组；

其中，被分类为所述新根洪泛树节点设备的节点设备是所述移除的网络链路之前的最后一个节点设备；以及

其中，发送所述分组包括使用所述新洪泛树将所述分组从所述新根洪泛树节点设备转发到所述至少一个受影响的节点设备。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：将链路状态网络分组广播到所述洪泛树中的所述多个节点设备，从而使得所述链路状态网络分组被发送到所述网络中的所有节点设备。

3.如权利要求2所述的方法，其中广播包括：使用所述网络中的一些网络链路将所述链路状态网络分组广播到所述网络中的所有节点设备，其中所述网络链路的数量少于在无所述洪泛树的情况下广播所述分组时将被使用的网络链路的数量。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述洪泛树是广播树。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：

响应于所述网络中断事件，将链路状态网络分组广播到所述新洪泛树中的多个节点设备，从而使得所述链路状态网络分组被发送到所述网络中的所有节点设备。

6.如权利要求1所述的方法，其中获取包括：获取标识节点连接性的交换机标识符信息，从而使得高交换机标识符值指示所述洪泛树的低优先级根节点、并且低交换机标识符值指示所述洪泛树的高优先级根节点。

7.一种用于在网络中生成有效的洪泛树路径的设备，包括：

用于获取与所述网络中的各个节点设备相关联的多个标识符的装置，其中所述多个标识符中的每个标识符包含指示下述内容的信息：所述网络中由网络链路连接到各个节点设备的节点设备的数量；

用于基于所述多个标识符，选择具有指示下述内容的标识符值的节点设备的装置：被连接到所述网络中的选定节点设备的节点设备的最低数量；

用于将所述选定节点设备分类为根洪泛树节点设备的装置；

用于通过执行从所述选定节点设备到所述网络中的多个节点设备的最短路径优先操作来生成洪泛树的装置；

用于使用所述选定节点设备作为根洪泛树节点设备来在所述洪泛树中发送分组的装置；

用于检测所述洪泛树中的网络中断事件的装置，所述网络中断事件包括到至少一个受影响的节点设备的移除的网络链路；

用于通过下述操作来更新所述洪泛树以实现到所述至少一个受影响的节点设备的一个或多个网络链路的网络连接的装置：将所述多个节点设备中除所述选定节点设备之外的另一节点设备分类为新根洪泛树节点设备，并且通过执行从所述新根洪泛树节点设备到所述网络中的所述多个节点设备的新最短路径优先操作来生成新洪泛树；以及

用于使用所述新根洪泛树节点设备来在所述新洪泛树中发送所述分组的装置；

8.如权利要求7所述的设备，还包括用于将链路状态网络分组广播到所述洪泛树中的所述多个节点设备从而使得所述链路状态网络分组被发送到所述网络中的所有节点设备的装置。

9.如权利要求8所述的设备，其中用于将链路状态网络分组广播到所述洪泛树中的所述多个节点设备的装置包括用于使用所述网络中的一些网络链路将所述链路状态网络分组广播到所述网络中的所有节点设备的装置，其中所述网络链路的数量少于在无所述洪泛树的情况下广播所述分组时将被使用的网络链路的数量。

10.如权利要求7所述的设备，还包括：

用于响应于检测到所述网络中断事件，将链路状态网络分组广播到所述新洪泛树中的多个节点设备的装置，从而使得所述链路状态网络分组被发送到所述网络中的所有节点设备。

11.如权利要求7所述的设备，其中用于获取的装置包括用于获取标识节点连接的交换机标识符信息的装置，从而使得高交换机标识符值指示所述洪泛树的低优先级根节点、并且低交换机标识符值指示所述洪泛树的高优先级根节点。

12.一种用于在网络中生成有效的洪泛树路径的装置，包括：

网络接口单元；

交换机单元，所述交换机单元被耦接到所述网络接口单元；

存储器；以及

处理器，所述处理器被耦接到所述交换机单元和所述存储器并且被配置为：

经由所述网络接口单元获取与各个节点设备相关联的多个标识符，其中所述多个标识符中的每个标识符包含指示下述内容的信息：所述网络中由网络链路连接到各个节点设备的节点设备的数量；

将所述选定节点设备分类为根洪泛树节点设备；

通过执行从所述选定节点设备到所述网络中的多个节点设备的最短路径优先操作来生成洪泛树；

13.如权利要求12所述的装置，其中所述处理器还被配置为：将链路状态网络分组广播到所述洪泛树中的所述多个节点设备从而使得所述链路状态网络分组被发送到所述网络中的所有节点设备。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述处理器还被配置为：使用所述网络中的一些网络链路将链路状态分组广播到所述网络中的所有节点设备，其中所述网络链路的数量少于在无所述洪泛树的情况下广播所述分组时将被使用的网络链路的数量。

15.如权利要求12所述的装置，其中所述处理器还被配置为：

响应于检测到所述网络中断事件，将链路状态网络分组广播到所述新洪泛树中的多个节点设备，从而使得所述链路状态网络分组被发送到所述网络中的所有节点设备。

16.如权利要求12所述的装置，其中所述处理器还被配置为：获取标识节点连接的交换机标识符信息，从而使得高交换机标识符值指示所述洪泛树的低优先级根节点、并且低交换机标识符值指示所述洪泛树的高优先级根节点。