CN1848817A - 用于在通信网络的相邻层级的两个域之间建立连接的方法 - Google Patents

用于在通信网络的相邻层级的两个域之间建立连接的方法 Download PDF

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CN1848817A CNA2006100730211A CN200610073021A CN1848817A CN 1848817 A CN1848817 A CN 1848817A CN A2006100730211 A CNA2006100730211 A CN A2006100730211A CN 200610073021 A CN200610073021 A CN 200610073021A CN 1848817 A CN1848817 A CN 1848817A
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Abstract

本发明涉及一种用于通过至少一个专用对等设备(PP1，PP2)在包括对等设备(SP1－SP13，NP1－NP4)的通信网络的相邻层级的两个域(GSPR，LSPR)之间提供连接的方法、专用对等设备、程序模块和通信网络，其中所述至少一个专用对等设备(PP1，PP2)连接所述两个域(GSPR，LSPR)，控制所述两个域(GSPR，LSPR)之间的访问流或者业务流，用作所述两个域(GSPR，LSPR)的成员并且执行与属于所述两个域(GSPR，LSPR)的对等设备执行的任务相同的任务。

Description

用于在通信网络的相邻层级的两个域之间建立连接的方法
相关申请的交叉引用
本发明基于欧洲优先申请EP 05290832.4，在此通过引用的方式包含其内容。
技术领域
本发明涉及一种用于通过至少一个专用对等设备在包括对等设备的通信网络的相邻层级的两个域之间提供连接的方法，其中所述至少一个专用对等设备连接所述两个域，控制所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述两个域的成员，并且执行与属于所述两个域的对等设备执行的任务相同的任务；一种专用对等设备，所述专用对等设备用于在包括对等设备的通信网络的相邻层级的两个域之间提供连接，其中所述专用对等设备包括一种装置，其用于连接所述两个域，用于控制所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述两个域的成员，并且用于执行与属于所述两个域的对等设备能执行任务的相同的任务；一种在专用对等设备中执行的程序模块，所述程序模块用于在包括对等设备的通信网络的相邻层级的两个域之间提供连接，其中假如激活该程序模块，则所述专用对等设备连接所述两个域，控制所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述两个域的成员，并且执行与属于所述两个域的对等设备能执行的任务相同的任务；以及一种通信网络，所述通信网络包括对等设备和至少一个专用对等设备并且细分为至少两个域，其中所述至少一个专用对等设备连接所述通信网络的相邻层级的所述至少两个域中的两个域，控制所述至少两个域中的所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述至少两个域中的所述两个域的成员，并且执行与属于所述至少两个域中的所述两个域的对等设备能执行的任务相同的任务。
背景技术
例如语音会议或多媒体会议、即时消息、即按即说(PTT)和信息共享之类的因特网上的面向会话的通信服务以及协作服务或团体服务，对诸如应用服务提供商(ASP)、因特网服务提供商(ISP)和网络服务提供商(NSP)及企业之类的运营商的重要性日益增加。
出于竞争的原因，这些服务类型的平台解决方案在资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)方面的成本必须越来越低。运营商需要基础设施最少和零管理(zero-administration)的方法，其必须是安全的、自组织的、对攻击具有鲁棒性并且只有可能发生本地的网络故障。为了向用户提供可靠的环境，需要进行域构造。此处要解决的问题是自治组织问题和跨管理域的网络构造问题。这需要知道对等网络(peer-to-peer network)的位置。
低CAPEX/OPEX解决方案有两种主要方法。
首先，可以采用基于中央应用服务器的方法，例如MicrosoftNetmeeting(微软网络会议)，其提供目录、协同工作的工具和基于会话初始协议(SIP)或者H.323标准的基于IP(网际协议)的语音(VoIP)。在这种集中式的***中，所有的功能和信息都集中在单一的服务器上，多个客户端直接连接到该服务器。流量控制和数据流都将通过该中央服务器而发生。
其次，可以采用分布式对等网络的方法，例如Skype和Kazaa或者来自Sun公司的JXTA，其用于VoIP电话/会议、即时消息和文件共享。对等网络中的所有对等设备(如工作站)具有等同的能力和责任，并且既用作客户端也用作服务器。这不同于客户端/服务器的体系结构，在客户端/服务器的体系结构中一些计算机专门用于为其它计算机提供服务。
目前的基于中央服务器的解决方案(例如按照传统SIP模型)提供了良好的基于域的控制概念，但是它们面临着大规模扩充的问题和安全问题，原因是它们具有单一故障点，并且为网络攻击和服务攻击提供了一个中心目标。此外，中央服务器的容量和服务器网络的连接也限制了扩充能力。
诸如Skype之类的公共分布式对等方法具有对机密的和可靠的联网不提供域概念的缺点，但是另一方面因为没有必须维护的中央连接服务器，所以这种方法只需要较低的管理工作量。
因此，这两种方法在满足上述需求的方面都存在严重问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法，用于在包括对等设备的通信网络的相邻级别的不同域之间提供连接，实现自治组织和跨通信网络的不同管理域而构造通信网络。
该目的通过下述部分来实现：一种用于通过至少一个专用对等设备在包括对等设备的通信网络的相邻层级的两个域之间提供连接的方法，其中所述至少一个专用对等设备连接所述两个域，控制所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述两个域的成员，并且执行与属于所述两个域的对等设备执行的任务相同的任务；一种专用对等设备，所述专用对等设备用于在包括对等设备的通信网络的相邻层级的两个域之间提供连接，其中所述专用对等设备包括一种装置，其用于连接所述两个域，用于控制所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述两个域的成员，并且用于执行与属于所述两个域的对等设备能执行任务的相同的任务；一种在专用对等设备中执行的程序模块，所述程序模块用于在包括对等设备的通信网络的相邻层级的两个域之间提供连接，其中假如激活该程序模块，则所述专用对等设备连接所述两个域，控制所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述两个域的成员，并且执行与属于所述两个域的对等设备能执行的任务相同的任务；以及一种通信网络，所述通信网络包括对等设备和至少一个专用对等设备并且细分为至少两个域，其中所述至少一个专用对等设备连接所述通信网络的相邻层级的所述至少两个域中的两个域，控制所述至少两个域中的所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述至少两个域中的所述两个域的成员，并且执行与属于所述至少两个域中的所述两个域的对等设备能执行的任务相同的任务。
本发明的主要思想是，为了获得基于公共对等解决方案的公共分布式体系结构的优点，例如可扩充性、鲁棒性和自治性，在具有联合分层网络结构的通信网络中，除了标准对等设备(normal peer)和超级对等设备(superpeer)之外，引入了新(虚拟的)的网元，即此处称为代理对等设备的专用对等设备，其中所述公共对等解决方案如Ion Stoica等人在2001年8月的Proc.ACM SIGCOMM 2001上发表的“Chord：一种用于因特网应用的可扩充对等查找服务”(Chord：A scalable peer-to-peer lookup service for internet applications)一文中描述的分布式查找协议Chord。超对等设备与标准对等设备的区别在于：与标准对等设备相比，超对等设备功能更强大且更可靠，具有较高的网络连接带宽和/或较高的CPU能力(CPU＝中央处理单元)。此处使用术语层级( hierarchy)表示机密性的某种级别或者信息的某种级别。处于等同层级上的对等设备，即具有等同的机密性级别或者信息级别的对等设备构成一个域。相邻层级的域彼此的区别在于它们包括不同类型的对等设备，这些不同类型的对等设备具有不同的机密性级别、不同的信息级别并且/或者执行与各自层级级别有关的不同任务。
新引入的代理对等设备具有在这种通信网络的两个相邻层级级别之间进行接口连接的作用，这两个级别在此处称为本地域和全局域。但是，所描述的原理不局限于只具有两个层级级别的网络。同样，术语“本地”(local)不局限于位置或者网络拓扑。术语“本地”还可以解释为具有相同特性或者利益的团体中的虚拟邻居，如团队的成员或者公司的成员。
通过在这两个域之间确定边界，代理对等设备同时存在于两个层级级别的网络结构中，并且保证业务位置和网络完整性。这意味着本地对等设备首先尝试连接到本地域，以将业务和拓扑信息保持在内部。主要在本地域进行数据、用户和服务的存储和查找，以便例如在较高层级级别发生故障或者和因特网断开连接的情况下，在本地域中获得更好的数据一致性、服务完整性和服务连续性。为了使所提供的网络服务具有最大的可靠性，所有的机密数据和服务都保持在本地并且独立于本地域之外的域，例如私人目录和文档应该保持在本地。若对等设备仍想参与较高层级级别(此处指全局域)的服务或者为较高层级级别提供服务，例如全球语音服务，则代理对等设备对本地域和全局域之间的信息和请求的交换进行处理。以通用的方式将例如所发布的文档、语音服务用户名/号码、部门信息等每个单一服务广播的机密性级别进行分级，并且由代理服务器以同样地方式进行考虑。
和大多数对等网络一样，这种新的联合分层网络结构是由对等设备自身以自治的方式构造和维护的，并且不需要比目前的对等网络更多的管理工作量。
可以根据从属权利要求和下面的描述来总结出本发明的另外的进步。
附图说明
下面将参考附图进一步解释本发明。
图1示出了具有示例性的超对等设备环结构、具有两个域的联合分层重叠网络结构的例子。
图2示出了具有采用基本冗余概念的代理对等设备的分层域的例子。
图3示出了标准对等设备的例子，该标准对等设备为网络提供两种不同的服务，一种服务的级别为本地，并且另一种服务的级别为全局。
具体实施方式
一种可以实现本发明的通信网络包括属于第一域的对等设备和属于处于相邻层级中的第二域的对等设备。在这些对等设备中，至少一个对等设备被称为代理对等设备，其既属于第一域又属于第二域。
第一域的对等设备通过例如内网连接、局域网(LAN)连接、因特网连接或者无线局域网(WLAN)连接等有线连接或者无线连接相互连接，并且第二域的对等设备也通过这些连接相互连接。
可以通过无线连接或者有线连接经由所述对等设备中的至少一个对等设备将这两个域连接到另外的域或者固定网络或无线网络。
对等设备是可以用作客户端和服务器两者的设备，如传统的计算机、SIP电话(SIP＝会话初始协议)或者诸如个人数字助理(PDA)或智能手机(smartphone)之类的无线手持设备。
根据本发明，代理对等设备包括对等设备的功能性，属于至少两个域，并且还包括用于连接所述域的装置。此外，代理对等设备包括用于控制所述至少两个域之间的访问流或者业务流的装置。
下面将通过示例的方式参考附图详细描述根据本发明的方法。
在传统的对等***中，只存在所谓的超对等设备的单一扁平结构，例如该结构适合于实现公知的所谓Chord技术。以冗余方式将诸如电话之类的标准对等设备连接到若干超对等设备。
在图1中，示出了例如适合于实现Chord技术的域构造方法以及根据本发明作为例子实现为环结构的新的代理对等设备PP1和PP2的相关角色。
作为例子，图1中所示的根据本发明的通信网络包括4个标准对等设备NP1-NP4和13个超对等设备SP1-SP13。
将9个超对等设备SP1-SP9以这样一种方式连接：9个超对等设备SP1-SP9构成一个环结构，这个环结构称为全局域超对等设备环GPRS，即这些超对等设备SP1-SP9构造了在本例中称为全局域的域。
将6个超对等设备SP5、SP7以及SP10-SP13以这样一种方式连接：6个超对等设备SP5、SP7以及SP10-SP13构成环结构，这个环结构称为本地域超对等设备环LSPR，即这些超对等设备SP5、SP7以及SP10-SP13构造了在本例中称为本地域的域。
将标准对等设备NP1连接到超对等设备SP13，将标准对等设备NP2连接到超对等设备SP10和SP12，并且将标准对等设备NP3和NP4都连接到超对等设备SP11。
通过添加根据本发明的新的代理对等设备PP1和PP2来实现域的分隔和分层联合体系结构。带有唯一标识的超对等设备SP5和SP7在两个层级级别的超对等设备结构中同时作为代理对等设备参与作用，此处两个层级级别的超对等设备结构指全局域超对等设备环GPRS和本地域超对等设备环LSPR。代理对等设备PP1或代理对等设备PP2有两个作用。一方面，它是本地超对等设备，并且加入本地域超对等设备环LSPR，并且另一方面，它是全局超对等设备，并且加入全局域超对等设备环GPRS。本地域超对等设备环LSPR处理所有的本地服务业务，如对本地域中的服务和信息的查询和发布。全局域超对等设备环GPRS负责全局考虑，如全世界范围内通过因特网对服务器的访问。
接口代理对等设备PP1和PP2在它们自身内部组织为例如本例中的适合于实现例如Chord技术的代理对等设备环PPR。
例如，通过Chord技术将信息和服务分发给超对等设备环GSPR和LSPR中的特定超对等设备SP1-SP13。将这些超对等设备SP1-SP13连接到特定的代理对等设备PP1和PP2，这些代理对等设备PP1和PP2组织在下一个层级级别中(即在下一个域中)对信息和服务的发布或查找。因此，代理对等设备PP1和PP2将决定它们是否会将对数据和服务的发布或查找路由给另外一个域，例如路由给公众因特网。此外，如果有来自外部的查询，则代理对等设备PP1和PP2将决定它们是否会将查询路由进本地域。
在参与该新的联合分层网络结构的自治地组织的所有对等设备中，新的机制是有益的或者说是必需的。
在一个优选的实施例中，在建立引导对等设备到超对等设备的连接的情况下，该超对等设备对位于与引导对等设备相同的域中的标准对等设备和超对等设备的广播进行检查。在可适用的情况下，超对等设备将引导对等设备指向更适合的邻居。图1对给出了该特征的一个例子：在引导之后，标准对等设备NP1首先登录超对等设备SP8，所述超对等设备SP8例如通过本地对等设备高速缓存或者自举机制(在图1中由标有2的双箭头来表示)为标准对等设备NP1所知。现在，超对等设备SP8在与标准对等设备NP1相同的域中查找位置更佳的超对等设备SP10-SP13(在图1中由标有2的双箭头来表示)，并且将标准对等设备NP1指向本地超对等设备SP13以便进行连接(在图1中由标有3的双箭头来表示)。
在另一个优选的实施例中，检测对等设备在通信网络中承担的角色，并且调整其角色以适应任意网络变化。例如，假如没有可用的代理对等设备，则对等设备可以自动变成域的代理对等设备，以防止现有的代理对等设备发生超负荷情况或者以满足冗余需求。针对图1中的例子，这意味着，假如代理对等设备PP1和PP2超负荷地承担了超对等设备连接，则从本地域SP环LSPR中选择另一个合适的代理对等设备，例如超对等设备SP10。
在另一个优选的实施例中，假如对等设备例如通过参考机制、LAN广播等方式得知其它本地对等设备的情况，则这些对等设备会自动构造带有标准对等设备、超对等设备和代理对等设备，具有诸如超对等设备环和代理对等设备环之类的相应结构的本地域。这样就得到了图1所示的示例性的分层网络。
在另一个优选的实施例中，代理对等设备提供用于对多个域上的信息进行冗余存储的有效的自治机制。代理对等设备识别出其冗余状态，并且假如有必要的话就包括用于管理诸如DHT关键字(DHT＝分布式哈希(hash)表)之类的数据库信息和服务广播的另外的冗余代理对等设备。
图2示出了用于跨多个层级级别的标准对等设备NP10的全局广播的1∶1冗余的例子。
图2中所示的根据本发明的通信网络以示例的方式包括一个标准对等设备NP10、5个超对等设备SP20、SP21、SP24、SP71和SP72以及8个代理对等设备PP31-32，PP41-42，PP51-52和PP61-62。
将标准对等设备NP10连接到两个超对等设备SP71和SP72。以这样一种方式将这两个超对等设备SP71和SP72与两个代理对等设备PP61和PP62连接：这些超对等设备和代理对等设备以环结构的形式共同构造“公司DEP的本地部门”域。
以这样一种方式连接4个代理对等设备PP61、PP62、PP51和PP52：这些代理对等设备以环结构的形式构造“公司LOC的位置”域；并且以这样一种方式连接4个代理对等设备PP51、PP52、PP41和PP42：这些代理对等设备以环结构的形式构造“公司在全世界的COM”域。最后，以环结构的形式连接3个超对等设备SP20、SP21和SP24与两个代理对等设备PP31和PP32，这些对等设备属于全球因特网INT的层级级别。
标准对等设备NP10的全局广播将发生在超对等设备SP20中，这例如由根据Chord技术的哈希过程来确定。所以，标准对等设备NP10必须将通知发送到超对等设备SP20以使其自身知晓。其目的是，在这个例子中在每一个层级级别中，有两个对等设备参与该广播过程。在图2中用直线表示上传给全球因特网INT的通知流。
标准对等设备NP10将对超对等设备SP20进行寻址的关键字“#20”发送给超对等设备SP71和SP72。接着，代理对等设备PP61和PP62中的每个代理对等设备分别只从一个超对等设备SP71或者SP72接收关键字“#20”，这称为情况1并且由图2中的虚线框表示。当代理对等设备PP62只从一个超对等设备SP72接收关键字“#20”时，该代理对等设备PP62已知另一个代理对等设备(此处指代理对等设备PP61)可用作冗余代理对等设备。所以，代理对等设备PP62不需要采取任何措施以获得冗余。然后，代理对等设备PP52从两个代理对等设备PP61和PP62接收两个同样的关键字“#20”，这称为情况2并且由图2中的虚线框表示。因此，代理对等设备知道它必须结合一个新的冗余代理对等设备PP51。最后，将带有关键字“#20”的通知一方面通过代理对等设备PP51、PP41和PP31，另一方面通过代理对等设备PP52、PP42和PP32发送给全球因特网INT。此处，将全局广播存储在超对等设备SP20中，并且出于冗余的原因，还可以将该广播存储在超对等设备SP21中。
这个例子还阐明了扩充机制，其中对每个域层级级别涉及的代理对等设备的数目自动保持为两个。
在另一个优选的实施例中，以通用的方式将每个单一服务广播的机密性级别进行分级，并且由代理服务器以同样的方式进行考虑。通过考虑该信息，每个代理对等设备确定是将该信息发布给下一更高层级级别(即域)，还是将该信息保持在本地。
图3示出了向通信网络提供两种不同服务的标准对等设备NP99的一个例子，其中第一服务的级别为本地，并且第二服务的级别为全局。
图3中所示根据本发明的通信网络以示例的方式包括一个标准对等设备NP99、4个超对等设备SP15、SP45和SP82-83以及2个代理对等设备PP91-92。
将标准对等设备NP99连接到本地域的两个超对等设备SP82和SP83，其中通过分别通过代理对等设备PP91和PP92将超对等设备SP82和SP83依次连接到全局域。超对等设备SP15属于本地域并且连接到超对等设备SP82和超对等设备SP83两者，并且超对等设备SP45属于全局域并且连接到超对等设备SP91和超对等设备SP92两者。
在本地服务的服务广播SA15中和全局服务的服务广播SA45中说明描述和机密性层级。负责冗余的超对等设备SP82和SP83向通信网络发布服务广播SA15和SA45。将由服务广播SA15描述的本地服务的可搜索服务关键字S#15存储在超对等设备SP15上。通过两个代理对等设备PP91和PP92向全局域发布由SA45描述的全局服务的可搜索服务关键字S#45，并且将其存储在超对等设备SP45上。
从全局域中，用户通过代理对等设备PP91从超对等设备SP45到超对等设备SP82访问全局服务广播SA45，或者通过代理对等设备PP92从超对等设备SP45到超对等设备SP83访问全局服务广播SA45，这由虚线箭头表示。
因为在全局域中本地服务广播SA15是未知的，因此用户只从本地域中从超对等设备SP15到超对等设备SP82或到超对等设备83访问本地服务广播SA15，这由虚线箭头表示。
在另一个优选的实施例中，在IP地址改变、网络地址或端口地址转换发生失真以及网络或节点发生故障的情况下，现有的保持活动(keep-alive)机制自适应地维持代理对等设备到跨不同层级级别的通信网络的连接。此外，代理对等设备必须通过实现合适的更新消息和动态高速缓存清空来支持服务广播的有限寿命和DHT关键字。

Claims (10)

1.一种通过至少一个专用对等设备在包括对等设备的通信网络的相邻层级的两个域之间提供连接的方法，其中所述至少一个专用对等设备连接所述两个域，控制所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述两个域的成员，并且执行与属于所述两个域的对等设备执行的任务相同的任务。
2.根据权利要求1所述的方法，其中假如满足特定的网络条件，则对等设备自动成为专用对等设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其中假如对等设备意识到它有责任构造域并且了解到关于至少一个其它的也有责任构造域的对等设备的情况，则所述至少两个对等设备自动构造包括至少一个专用对等设备的所述域。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述通信网络的相邻层级的两个域具有不同的机密性级别，并且所述至少一个专用对等设备根据所述机密性级别控制所述两个域之间的访问流或者业务流。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个专用对等设备识别出其冗余状态，并且在冗余不足的情况下涉及至少一个其它的用于管理数据库信息的冗余专用对等设备。
6.根据权利要求1所述的方法，其中假如一个对等设备尝试建立到另一个对等设备的连接，则所述其它对等设备对位于比其自身位置更合适的位置的对等设备的广播进行检查，并且在位于更合适位置的对等设备存在的情况下，将引导对等设备指向所述对等设备以便进行连接。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在IP地址改变、网络地址或端口地址转换发生失真以及网络或节点发生故障的情况下，使用保持活动机制来维持专用对等设备到跨不同域的通信网络的连接。
8.一种专用对等设备，所述专用对等设备用于在包括对等设备的通信网络的相邻层级的两个域之间提供连接，其中所述专用对等设备包括一种装置，其用于连接所述两个域，用于控制所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述两个域的成员，并且用于执行与属于所述两个域的对等设备能执行的任务相同的任务。
9.一种在专用对等设备中执行的程序模块，所述程序模块用于在包括对等设备的通信网络的相邻层级的两个域之间提供连接，其中假如激活该程序模块，则所述专用对等设备连接所述两个域，控制所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述两个域的成员，并且执行与属于所述两个域的对等设备能执行的任务相同的任务。
10.一种通信网络，所述通信网络包括对等设备和至少一个专用对等设备并且细分为至少两个域，其中所述至少一个专用对等设备连接所述通信网络的相邻层级的所述至少两个域中的两个域，控制所述至少两个域中的所述两个域之间的访问流或者业务流，用作所述至少两个域中的所述两个域的成员，并且执行与属于所述至少两个域中的所述两个域的对等设备能执行的任务相同的任务。
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