СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЗАМЕНЯЮЩИХ МАРШРУТОВ В КАЧЕСТВЕ БЫСТРОЙ РЕАКЦИИ НА СБОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ МЕЖДУ ДВУМЯ ДОМЕНАМИ МАРШРУТИЗАЦИИ Российский патент 2010 года по МПК H04L12/56 

Изобретение касается способа обеспечения заменяющих маршрутов в качестве быстрой реакции на сбой линии связи между двумя доменами маршрутизации в пакетно-ориентированной сети.

Изобретение относится к области Интернет-технологий или, более конкретно, к области способов маршрутизации в пакетно-ориентированных сетях и направлено на передачу данных в условиях реального времени.

Вероятно, самое важное в настоящее время развитие в области сетей относится к конвергенции сетей речевой связи и передачи данных. Важным сценарием будущего является то, что данные, речь и видеоинформация о пакетно-ориентированной сети будут передаваться по пакетно-ориентированной сети, причем вновь разработанные сетевые технологии будут обеспечивать соблюдение признаков требований для различных классов трафика. Будущие сети для различных типов трафика будут работать пакетно-ориентированным образом. Современные действия по разработке касаются передачи речевой информации по обычным сетям, применяемым для трафика данных, прежде всего сетям, основанным на Интернет-протоколе (IP).

Для того чтобы обеспечить возможность передачи речи по пакетным сетям и, в частности, по сетям IP-протокола с качеством, которое соответствует передаче речи по сетям с коммутацией каналов, параметры качества, как, например, задержка пакетов данных или флуктуации, должны поддерживаться в узких границах. При передаче речи большим значением для качества предлагаемых услуг является то, что значения времен задержек не должны существенно превышать 150 мс. Чтобы обеспечить соответственно малую задержку, разрабатывают улучшенные маршрутизаторы и алгоритмы маршрутизации, которые должны обеспечивать более быструю обработку пакетов данных. При маршрутизации по IP-сетям обычно различают внутридоменную маршрутизацию и междоменную маршрутизацию. При передаче через Интернет обычно используются сети - при этом также имеются в виду частичные сети, домены или так называемые автономные системы - различных сетевых провайдеров. Сетевые провайдеры несут ответственность за маршрутизацию внутри доменов, которые относятся к их зоне ответственности. Внутри этих доменов они пользуются свободой в согласовании произвольным образом способа действий при маршрутизации по собственному желанию, если только могут поддерживаться признаки качества услуги. Иной представляется ситуация при маршрутизации между различными доменами, при которой различные доменные провайдеры вступают в соединение друг с другом. Междоменная маршрутизация усложняется за счет того, что, с одной стороны, должны определяться по возможности оптимальные маршруты по различным доменам к цели, а с другой стороны, доменные провайдеры могут применять локальные стратегии, которые влияют на глобальное вычисление оптимальных маршрутов по объективным критериям. Например, одна стратегия состоит в том, чтобы для трафика определенного происхождения избегать доменов сетевых провайдеров определенной страны. Эта стратегия, однако, как правило, известна не всем сетевым провайдерам с доменами, через которые маршрутизируется трафик, то есть сетевой провайдер должен локально принимать решение относительно доменов, в которые он посылает трафик, не имея в распоряжении полной информации об оптимальном маршруте в смысле метрики. Стратегии часто также определяются английским термином «Policies» (политика, стратегия, образ действия).

Для маршрутизации между различными доменами применяются так называемые протоколы внешней маршрутизации или внешние шлюзовые протоколы (реализующие пересылку маршрутной информации на маршрутизаторы, которые соединяют между собой автономные системы) EGP. В Интернете в настоящее время чаще всего применяется описанный более точно в документе RFC (запрос на комментарий - документ, рассматриваемый в качестве стандарта) 1771 протокол BGP (пограничный шлюзовой протокол). Пограничный шлюзовой протокол является так называемым протоколом вектора маршрута. BGP-узел (в англоязычной литературе часто можно встретить выражение «BGP-Speaker») информируется своими соседними BGP-узлами о возможных маршрутах к целям, достижимым через соответствующие соседние BGP-узлы. На основе также сообщенных свойств маршрутов (атрибутов маршрутов) BGP-узел получает соответственно оптимальный с его локальной точки зрения маршрут к достижимым целям. В рамках BGP-протокола между BGP-узлами производится обмен сообщениями четырех типов, в числе которых так называемое сообщение обновления и изменения, с помощью которого информация о маршруте распространяется по всей сети, и которое позволяет соответственно оптимизировать изменения топологии. Посылка сообщений актуализации приводит обычно к согласованию информации маршрутов во всех BGP-узлах сети в смысле маршрутизации, оптимизированной согласно локально имеющейся информации. Наряду с ними имеют значение так называемые сообщения подтверждения активности, с помощью которых BGP-узел объявляет своим соседям о своей работоспособности. При отсутствии этих сообщений соседние BGP-узлы исходят из того, что линия связи с BGP-узлом неисправна.

Распространение информации о топологии с помощью BGP-протокола имеет недостаток, заключающийся в том, что при частых регистрациях изменений возникает значительная нагрузка из-за распространяющихся по сети сообщений для указания изменений, и что сеть не достигает сходимости, если сообщения об изменениях следуют друг за другом очень быстро. К решению этой проблемы, заключающейся в том, что сеть не достигает сходимости, или в том, что междоменная маршрутизация неустойчива, подошли посредством использования так называемого «принципа ограничения расхождения маршрута». Идея в отношении данной концепции состоит в том, чтобы указание изменения BGP-узлом облагать санкцией. При приеме сообщения об изменении параметр ослабления повышается, и, при превышении порога параметром ослабления, сообщения об изменении игнорируются. Параметр ослабления спадает экспоненциально во времени. Вследствие этого, сообщения об изменении игнорируются BGP-узлами, если значение ослабления не спадает ниже нижнего порога (порога возобновления использования), однако этот способ имеет недостаток, заключающийся в том, что он несет с собой опасность потенциальной потери соединения, что недопустимо для трафика реального времени.

В документе ЕР 1453250 описано решение, заключающееся в том, что BGP-протокол дополняется способом для быстрой реакции на сбои линий связи при междоменной маршрутизации. Это решение предусматривает обеспечение заменяющих маршрутов, причем не требуется никакое предшествующее распространение сообщений об изменении через всю сеть. Изменение маршрута предпринимается только вдоль заменяющего маршрута. Это ограниченное переключение маршрута обеспечивает быструю реакцию на помехи. При продолжающихся помехах (устойчивая неисправность) может дополнительно проводиться согласование топологии в сети посредством BGP-протокола.

Задачей изобретения является улучшение обеспечения заменяющих маршрутов в качестве реакции на сбои линии связи при междоменной маршрутизации.

Эта задача решается способом по пункту 1 формулы изобретения.

Изобретение нацелено на обеспечение доступности заменяющих маршрутов при помехе междоменной маршрутизации из-за сбоя линии связи. Подобные заменяющие маршруты могут, например, вычисляться посредством внешнего шлюзового протокола - EGP и поддерживаться в междоменных маршрутизаторах. В соответствии с изобретением после установления сбоя в линии связи при отсутствии имеющегося заменяющего маршрута направляется запрос на соседний междоменный маршрутизатор.

Если от соседнего междоменного маршрутизатора сообщается о заменяющем маршруте, то последний может применяться для междоменной маршрутизации в смысле обхода неисправной линии связи. При этом междоменная маршрутизация устанавливается вдоль этого заменяющего маршрута таким образом, что пакеты данных, которые обычно маршрутизировались бы через неисправную линию связи, маршрутизируются к своей цели по заменяющему маршруту (например, указанному посредством одного или нескольких префиксов целевой сети).

Под сбоем линии связи при этом понимается любая помеха, которая прерывает соединение или связность между двумя доменами маршрутизации. Домен маршрутизации (в литературе также встречаются такие термины, как «автономная система», или «частичная сеть», или «подсеть») характеризуется собственно маршрутизацией внутри домена. Например, внутри домена пакеты маршрутизируются посредством протокола OSPF («первыми открываются кратчайшие маршруты», протокол предпочтения кратчайшего пути). Изобретение касается, напротив, маршрутизации между доменами (междоменной маршрутизации), причем исходят из способа обеспечения заменяющего маршрута, чтобы иметь возможность быстро и более стабильно (по сравнению с изменениями топологии по BGP-протоколу) реагировать на сбои линий связи между доменами. При этом сбой линии связи устанавливается доменом маршрутизации. Это осуществляется маршрутизатором домена маршрутизации, который оснащен программным обеспечением протокола для междоменной маршрутизации. Подобные маршрутизаторы далее упоминаются как междоменный маршрутизатор, EGP- маршрутизатор или EGP-узел. После обеспечения заменяющего маршрута распространяется сообщение о сбое линии связи, однако, не по всей сети (как в случае BGP-протокола), а только вдоль заменяющего маршрута. Маршрутизаторы, которые получают сообщение, устанавливают свою междоменную маршрутизацию для маршрутизации вдоль заменяющего маршрута. Это происходит, например, путем изменения таблиц маршрутизации междоменными маршрутизаторами, принадлежащими к доменам, расположенным на заменяющем маршруте.

В соответствии с изобретением, после установления сбоя линии связи, междоменными маршрутизаторами проверяется, имеется для маршрутизатора заменяющий маршрут. Если его нет, то на соседний междоменный маршрутизатор направляется сообщение запроса, посредством которого запрашивается передача, по меньшей мере, одного заменяющего маршрута. Это сообщение запроса содержит, например, информацию о неисправной линии связи и о цели, которая должна быть достигнута, так что междоменный маршрутизатор, принявший сообщение, может искать маршрут к цели, который позволяет избежать эту линию связи. При наличии заменяющего маршрута в соседнем междоменном маршрутизаторе о нем сообщается в рамках ответного сообщения. При наличии нескольких заменяющих маршрутов может сообщаться обо всех них или о самых благоприятных в соответствии с подходящими критериями (метрика, ширина полосы, доступность). Эта концепция может расширяться тем, что также посылается ответное сообщение, если не имеется никакого заменяющего маршрута, чтобы сообщить запрашивающему междоменному маршрутизатору этот результат на его запрос.

Соседние междоменные маршрутизаторы представляют собой междоменные маршрутизаторы, которые могут осуществлять связь между собой без использования коммутации посредством другого междоменного маршрутизатора. Принципиально, соседние междоменные маршрутизаторы могут находиться в одной и той же автономной системе или в различных автономных системах. Они могут соединяться непосредственно линией связи или через другой маршрутизатор, не поддерживающий междоменную маршрутизацию.

Изобретение расширяет принцип, известный из документа ЕР 1453250. Заменяющие маршруты для междоменной маршрутизации, избегающей сбоя линии связи, могут в соответствии с изобретением также получаться и применяться, если они к моменту времени распознавания помехи имеются только в соседнем междоменном маршрутизаторе.

При отсутствии заменяющего маршрута целесообразно послать сообщения запроса на все достижимые соседние внутренние BGP-маршрутизаторы (сбой линии связи может привести к недостижимости соседнего EGP-маршрутизатора).

Так как фактор времени при реакции на помеху играет важную роль, она не должна из-за ожидания сообщения о заменяющем маршруте слишком сильно задерживаться. Поэтому в соответствии с дальнейшим развитием предложено ввести датчик времени или таймер, и при истечении времени установки таймера учитывать только поступившие перед этим заменяющие маршруты. Например, после истечения времени установки таймера из сообщенных заменяющих маршрутов может осуществляться выбор наиболее благоприятного в соответствии с некоторыми критериями, например метрики и доступности. Другим способом является применение первого сообщенного в течение времени установки таймера заменяющего маршрута, чтобы минимизировать задержку, вызванную сбоем линии связи. Если за время установки таймера ни о каком заменяющем маршруте не сообщается от соседнего EGP-маршрутизатора, то может выполняться реагирование на помеху согласно применяемому EGP-протоколу, например согласование топологии посредством BGP-протокола.

Изобретение также относится к маршрутизатору, который выполнен с возможностью осуществления связи с другими маршрутизаторами посредством EGP-протокола (EGP-маршрутизаторами) и дополнительно содержит средства для осуществления соответствующего изобретению способа (в частности, для посылки/приема/оценки сообщений запроса и ответа). Эти средства могут включать в себя как аппаратные средства (центральный процессорный блок - CPU, специализированную интегральную схему - ASIC), так и средства программного обеспечения (компьютерные программы, протоколы связи).

Далее изобретение поясняется более подробно на примере осуществления со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

фиг.1 - реакция согласно BGP-протоколу при сбое линии связи с междоменной маршрутизацией BGP-протокола;

фиг.2 - реакция на сбой линии связи путем обеспечения заменяющего маршрута;

фиг.3 - сетевая конфигурация с соседними междоменными маршрутизаторами BGP-протокола;

фиг.4 - обмен сообщениями для сообщения о заменяющих маршрутах.

Со ссылками на фиг.1 и 2 поясняется принцип применения заменяющих маршрутов при междоменной маршрутизации, как он описан также в документе ЕР 1453250. При этом исходят из применения BGP-протокола в качестве EGP-протокола.

На фиг.1 показано 11 автономных систем или доменов маршрутизации от AS-1 до AS-11, а также линии связи, соединяющие автономные системы друг с другом. Автономные системы осуществляют связь между собой с применением BGP-протокола, причем отдельные маршрутизаторы автономных систем оснащены соответствующими функциями протокола. При этом речь идет о BGP-Speaker или BGP-узлах. С помощью этих BGP-узлов автономные системы обмениваются друг с другом сообщениями, которые либо подтверждают сохраненное состояние, либо сообщают об изменении, которое должно учитываться при маршрутизации. На фиг.1 показано, каким образом выполняется реакция на сбой линии связи согласно BGP-протоколу. В линии связи между автономными системами AS-6 и AS-8 возникла помеха. Реакция на эту помеху обозначена стрелками - так называемые сообщения обновления распространяются по всей сети, или 11 автономных систем AS-1, …, AS-11 получают сообщения обновления, которые вызывают в них новое вычисление оптимальных маршрутов в смысле локальной метрики.

На фиг.2 показана та же самая сетевая конфигурация из автономных систем, что и на фиг.1. На фиг.2 представлена быстрая, обеспечивающая заменяющий маршрут реакция на сбой линии связи между автономными системами AS-6 и AS-8. Посылаются сообщения к автономным системам, которые расположены на заменяющих маршрутах для маршрутов, которые ведут через линию связи с помехой. Автономная система AS-8 посылает сообщения о сбое линии связи к автономной системе AS-7, а эта, в свою очередь, - к автономной системе AS-5. Так как автономная система AS-8 через автономные системы AS-7 и AS-5 может достичь всех автономных систем, показанных на правой половине чертежа, то есть автономных систем от AS-1 до AS-4 и AS-6, то от автономной системы AS-5 не требуется принятое от автономной системы AS-8 сообщение о сбое линии связи распространять далее. Аналогичным образом, автономная система AS-6 посылает сообщения к автономной системе AS-5. Последняя информирует затем автономную систему AS-7. Данным сбоем линии связи затронуты, таким образом, автономные системы от AS-5 до AS-8, которые обеспечивают или идентифицируют заменяющие маршруты для маршрута, проходящего через неисправную линию связи. В противоположность показанной на фиг.1 реакции посредством BGP-протокола, не требуется распространять никакие сообщения по всей сети. Как показано на чертеже, автономные системы от AS-1 до AS-4 и от AS-9 до AS-11 не получают никаких сообщений о сбое линии связи, и им не требуется проводить никаких согласований.

На фиг.3 показана Интернет-топология. Здесь в виде облаков показаны автономные системы (AS), а именно AS-1, AS-2 и AS-3. Эта Интернет-топология может рассматриваться как фрагмент представления на фиг.1 и фиг.2 (при этом на фиг.1 и фиг.2 следовало бы добавить соединение между автономными системами AS-1 и AS-2). Эти автономные системы обмениваются своей информацией о достижимости (маршрутах) посредством BGP-протокола. Маршрутизаторы R1, R2 и R3 в автономных системах являются BGP-маршрутизаторами, то есть они могут осуществлять связь с другими BGP-узлами посредством BGP-протокола. Если теперь, как показано на фиг.1, происходит сбой в соединении между автономными системами AS-1 и AS-3, то необходимо найти новый маршрут к автономной системе AS-3, чтобы восстановить связность.

Сценарий описывается с позиции автономной системы AS-1. Здесь маршрутизатору R3 в автономной системе AS-1, которая сначала установила сбой линии связи, не известен альтернативный маршрут к автономной системе AS-3. Напротив, маршрутизатору R2 в автономной системе AS-1 известен маршрут к автономной системе AS-2 через автономную систему AS-3. Стандартизованный режим работы согласно BGP-протоколу предусматривал бы распространение данных о недостижимости, и глобальная сеть Интернет была бы поставлена в известность об этом сбое. С помощью предложенного здесь механизма маршрутизатор R3 в автономной системе AS-1 может запросить соседние маршрутизаторы R1 и R2 в автономной системе AS-1, известен ли им альтернативный маршрут. Подобные запросы показаны на фиг.4 стрелками. При этом заменяющие маршруты обозначены как FaSRo-маршрут (маршрут быстро оцененной переадресации). Как показано на фиг.4, множество соседних маршрутизаторов BGP-протокола может опрашиваться о заменяющем маршруте (на фиг.4 от R1 до Rn). Далее показано, что назад посылается ответное сообщение (ответ на запрос о FaSRo-маршруте) от маршрутизатора R4 BGP-протокола (на фиг.3 не показано). Этот ответ следует в пределах максимального временного интервала, во время которого ответы принимаются во внимание (интервал ответа). Маршрутизатор R1 BGP-протокола предпринимает затем маршрутизацию согласно этому заменяющему маршруту. Если в течение интервала ответа не поступает никакого ответа от маршрутизаторов, то BGP-протокол применяет присущий ему механизм и распространяет изменение по глобальной сети Интернет. Как описано в документе ЕР 1453250, механизм BGP-протокола может применяться дополнительным образом в случае продолжительного бездействия линии связи (устойчивая неисправность).

Изобретение касается способа обеспечения заменяющих маршрутов в качестве быстрой реакции на сбой линии связи между двумя доменами (AS1, AS2) маршрутизации в пакетно-ориентированной сети. После распознавания сбоя линии связи, для прерванного из-за этого маршрута обеспечиваются заменяющие маршруты посредством локального выбора альтернативных маршрутов распространения сообщений вдоль заменяющих маршрутов. Для обеспечения заменяющих маршрутов междоменным маршрутизатором (R3) проверяется, имеется ли в маршрутизаторе заменяющий маршрут. При отсутствии заменяющего маршрута посылается сообщение запроса в, по меньшей мере, один соседний междоменный маршрутизатор (R2, R3), посредством которого запрашивается уведомление о, по меньшей мере, одном заменяющем маршруте. При наличии заменяющего маршрута в соседнем междоменном маршрутизаторе (R2, R3) о нем сообщается в рамках ответного сообщения междоменному маршрутизатору (R1). Изобретение обеспечивает улучшенное предоставление заменяющих маршрутов в качестве реакции на помехи при междоменной маршрутизации, что и является техническим результатом. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ обеспечения заменяющих маршрутов в качестве быстрой реакции на сбой линии связи между двумя доменами (AS1 AS2) маршрутизации в пакетно-ориентированной сети, при котором
устанавливается сбой линии связи посредством одного из доменов (AS1) маршрутизации,
для, по меньшей мере, одного маршрута к некоторому целевому пункту, ведущего через неисправную линию связи, обеспечивается, по меньшей мере, один заменяющий маршрут к целевому пункту, при этом
уведомляются домены (AS2, AS3) маршрутизации, расположенные на заменяющем маршруте, и
уведомленные домены (AS2, AS3) маршрутизации, которые расположены на заменяющем маршруте, устанавливают свою междоменную маршрутизацию в соответствии с маршрутизацией к целевому пункту вдоль заменяющего маршрута, пока все домены (AS2, AS3) маршрутизации на заменяющем маршруте не установят свою междоменную маршрутизацию в соответствии с маршрутизацией к целевому пункту вдоль заменяющего маршрута,
отличающийся тем, что
сбой устанавливается междоменным маршрутизатором (R3),
междоменным маршрутизатором (R3) проверяется, сохранен ли в маршрутизаторе заменяющий маршрут,
при отсутствии заменяющего маршрута в маршрутизаторе посылается сообщение запроса в, по меньшей мере, один соседний междоменный маршрутизатор (R2, R3), посредством которого запрашивается уведомление о, по меньшей мере, одном заменяющем маршруте, и
при наличии заменяющего маршрута в соседнем междоменном маршрутизаторе (R2, R3) о нем сообщается в рамках ответного сообщения междоменному маршрутизатору (R1).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сообщения запроса посылаются на все достижимые соседние междоменные маршрутизаторы (R2, R3).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что
при посылке, по меньшей мере, одного сообщения запроса запускается датчик времени и
для междоменной маршрутизации к целевому пункту учитываются только заменяющие маршруты, сообщенные до истечения времени установки датчика времени.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что
если никакой заменяющий маршрут не сообщается до истечения времени установки датчика времени, то выполняется согласование междоменной маршрутизации, учитывающее сбой линии связи, посредством пограничного шлюзового протокола.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что
при посылке, по меньшей мере, одного сообщения запроса запускается датчик времени и
для междоменной маршрутизации к целевому пункту учитываются только заменяющие маршруты, сообщенные до истечения времени установки датчика времени.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что если никакой заменяющий маршрут не сообщается до истечения времени установки датчика времени, то выполняется согласование междоменной маршрутизации, учитывающее сбой линии связи, посредством пограничного шлюзового протокола.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что сообщение запроса содержит информацию о неисправной линии связи.

8. Междоменный маршрутизатор (R1), который выполнен с возможностью выполнения способа по любому из пп.1-7.