CN101133408B - 穿过一组自治系统的最短域间流量工程标签交换路径计算 - Google Patents

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Abstract

一种技术为计算机网络中从本地域中的头端节点到远程域中的尾端节点的流量工程(TE)标签交换路径(LSP)计算最短路径。该新颖路径计算技术确定TE-LSP要到达尾端节点(例如，沿“域路由”)可以穿越的不同远程域的集合。一旦可能的路由的集合被确定，头端节点就将路径计算请求发送到其本地域中的一个或多个路径计算元件(PCE)，请求为每个域路由计算路径。当接收到对每个可能的域路由的路径响应时，头端节点选择最佳(最短)路径，并且相应地建立TE-LSP。

Description

穿过一组自治系统的最短域间流量工程标签交换路径计算
技术领域
本发明涉及计算机网络，更具体地说，涉及为穿过计算机网络中的自治系统的流量工程(TE)标签交换路径(LSP)计算最短路径。
背景技术
计算机网络是由通信链路和网段互连的地理上分布的节点的集合，通信链路和网段用于在诸如个人计算机和工作站之类的末端节点之间传输数据。许多类型的网络是可用的，其类型范围从局域网(LAN)到广域网(WAN)不等。LAN一般通过位于同一个总的物理位置(例如建筑物或校园)中的专用私有通信链路连接节点。另一方面，WAN一般通过长距离通信链路连接地理上分散的节点，所述长距离通信链路例如是公共载波电话线、光路、同步光网络(SONET)或同步数字层级体系(SDH)链路。因特网是连接全世界的不同网络的WAN的一个示例，其提供了各种网络上的节点之间的全球通信。节点一般通过根据预定义协议交换离散数据分组或帧来经由网络通信，所述预定义协议例如是传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)。在这种上下文中，协议由定义节点彼此之间如何交互的一组规则构成。计算机网络还可以由诸如路由器之类的中间网络节点互连，以扩展每个网络的有效“大小”。
由于可以证明互连的计算机网络的管理是很繁重的，因此较小的计算机网络群组可以被维护作为路由域或自治系统。自治系统(AS)内的网络一般通过传统的被配置为执行域内路由协议的“域内”路由器耦合在一起，并且通常受制于一个共同的权力机构。为了提高路由可缩放性，服务提供商(例如ISP)可以将AS划分为多个“区域”。然而，可能希望增大能够交换数据的节点的数目；在这种情况下，执行域间路由协议的域间路由器被用于互连各种AS的节点。而且，可能希望互连工作在不同管理域下的各种AS。这里所用的AS通常被称为“域(domain)”，并且将不同域互连在一起的路由器通常被称为“边界路由器”。
域间路由协议的示例是边界网关协议版本4(BGP)，其通过在系统中的邻近域间路由器之间交换路由和可到达性信息来执行域(AS)间的路由。相邻(adjacency)是一种在选定的邻近(对等)路由器之间形成的关系，其目的是交换路由信息消息并提取网络拓扑。由BGP对等路由器(BGP讲者(speaker)或BGP节点)交换的路由信息一般包括目的地地址前缀，即，目的地地址中被路由协议用来进行路由(“下一跳”)判决的部分。这种目的地地址的示例包括IP版本4(IPv4)和版本6(IPv6)地址。BGP通常工作在诸如TCP之类的可靠的传输协议上，以建立TCP连接/会话。BGP协议是公知的，并且在1995年3月公布的题为“ABorder Gateway Protocol 4(BGP-4)”的注释请求(RFC)1771中有一般描述。
中间网络节点经常将其路由信息存储在由路由信息库(RIB)维护和管理的路由表中。路由表是一种可搜索数据结构，其中网络地址被映射到其关联路由信息。然而，本领域技术人员将理解路由表不需要被组织为表，而是也可以是另一类型的可搜索数据结构。尽管中间网络节点的路由表可以被配置具有预定的一组路由信息，但是该节点也可以在其发送和接收数据分组时动态获取(“学习”)网络路由信息。当在中间网络节点处接收到分组时，分组的目的地地址(例如存储在分组的头部中)可以用于标识包含与接收到的分组相关联的路由信息的路由表条目。分组的路由信息指示分组的下一跳地址等等。
为了确保其路由表包含最新的域间路由信息，中间网络节点可以与其他中间节点协作以散布代表当前网络拓扑的路由信息。一般而言，通过通告BGP更新消息或者说“BGP通告”在互连的中间网络BGP节点之间散布路由信息。这里所用的BGP通告通常描述BGP路由协议用来在互连的BGP节点(即，路由器和交换机)之间传输路由信息的任何消息。在工作中，远程BGP节点(例如属于远程域)可以与本地BGP节点(例如属于本地域)建立BGP会话，并将所生成的BGP通告发送到本地BGP节点。其后，本地BGP节点可以接收被发送的BGP通告，并基于包含在接收到的BGP通告中的路由信息更新其路由表。注意，本地域与远程域之间的(域间)BGP会话是外部BGP(eBGP)会话。本地BGP节点可以然后将接收到的BGP通告发送到本地域中的其他BGP节点，直到本地域中的每个互连的BGP节点都已接收到BGP通告并更新其本地路由表为止。注意，域中的(域内)BGP会话是内部BGP(iBGP)会话。域(例如AS)中的BGP节点一般经由完全网状的iBGP会话安排连接，以保证所有的BGP节点都接收到来自AS中的其他BGP节点的通告。注意，eBGP和iBGP在此被一般地称为“BGP”。
在实际中，每个BGP节点一般生成并散布这样的BGP通告，其路由信息包括为了到达远程域中的某些目的地地址前缀必须穿越的域(AS)的集合，等等。具体而言，域的集合通常被发送为BGP通告中的AS的有序或无序集合。当BGP节点在其域中通告前缀时，发起BGP节点将远程域的标识(AS号码)插入到BGP通告中。在转发BGP通告之前，每个后续域中的BGP节点都将其AS号码加入必须穿越的域的集合。这样，每个接收到某些目的地地址前缀的BGP通告的BGP节点了解要到达起始域中的前缀必须横跨的域的集合，或者通向前缀的“域路由”。注意，当BGP节点接收到来自多个域的描述通向同一目的地的不同域路由的通告时，该节点选择用于到达该目的地(前缀)的单个最佳域路由。一旦选定，节点就使用BGP将最佳域路由传播到其近邻。该决定是基于包含在BGP通告和其他BGP可配置要素(例如策略)中的诸如要穿越的域的数目之类的属性值的。
域内路由协议或内部网关协议(IGP)的示例是开放最短路径优先(OSPF)路由协议和中间系统到中间系统(IS-IS)路由协议。OSPF和IS-IS协议是基于链路状态技术的，因此被统称为链路状态路由协议。链路状态协议定义了路由信息和网络拓扑信息在域中被交换和处理的方式。该信息通常涉及域内路由器的本地状态(例如，路由器的可用接口和可达的近邻或相邻)。OSPF协议在1998年4月的题为“OSPF Version 2”的RFC 2328中有所描述，用在IP上下文中的IS-IS协议在1990年12月的题为“Use of OSI IS-IS for routing in TCP/IP and Dual Environments”的RFC1195中有所描述，这两篇RFC都通过引用而结合于此。
链路状态协议通常用于散布代表特定域(例如，本地域)的当前网络拓扑的域内路由信息。例如，假定中间网络节点(IGP节点)检测到其邻近节点(即，相邻网络节点)之一变得不可用，例如由于链路故障或邻近节点“离线”等等。在这种情形下，IGP节点可以更新存储在其路由表中的路由信息，以确保数据分组不被路由到不可用的网络节点。此外，IGP节点还可以将该网络拓扑的变化传输给其他IGP节点以使得其也可以更新它们的本地路由表并绕过不可用节点。以这种方式，每个中间网络节点“知道”拓扑的变化。
在实际中，每个IGP节点一般根据诸如链路状态协议(例如，IS-IS，或OSPF)之类的预定网络通信协议来生成IGP通告并将这些IGP通告散布(“流播(flood)”)到邻近IGP节点(例如，属于本地域)。传统的链路状态协议使用链路状态通告或链路状态分组作为IGP通告，其中路由信息包括中间节点的邻近网络节点的列表以及与每个近邻相关联的一个或多个“成本”值。这里所用的与邻近节点相关联的成本值是用于确定与该节点进行通信的相对难易程度的任意度量。例如，成本值可以按照到达邻近节点所需的跳数、分组到达邻近节点的平均时间、耦合到邻近节点的网络链路上的可用带宽或网络流量的量等等方面来量度。
IGP通告通常被流播，直到每个中间网络IGP节点已经从每个其他互连的中间节点接收到IGP通告为止。注意，BGP节点也可以被配置为IGP节点，使得经由BGP通告接收到的某些信息(例如，远程域中的前缀)可以按照IGP通告转发到IGP节点。然后，每个IGP节点(例如，链路状态协议中的)可以通过聚集所接收的邻近节点列表和成本值来构造相同的网络拓扑“视图”。为此，每个IGP节点可以将该接收到的路由信息输入到“最短路径优先”(SPF)计算中，该计算确定将中间节点与每个其他网络节点相耦合的最低成本网络路径。例如，Dijkstra算法是一种用于执行这种SPF计算的传统技术，在1999年9月公布的Radia Perlman的教科书“Interconnections Second Edition”的12.2.4部分中有更详细的描述，该书通过引用而全文结合于此。每个IGP节点基于其SPF计算的结果更新存储在其本地路由表中的路由信息。更具体而言，RIB更新路由表以将目的地节点与关联到SPF计算所确定的到达这些节点的最低成本路径的下一跳接口联系起来。
多协议标签交换(MPLS)流量工程已被开发出来以满足诸如有保证可用带宽或快速恢复之类的数据联网需求。MPLS流量工程采用了现代标签交换技术来构建通过标签交换路由器(LSR)的IP/MPLS网络的有保证带宽端到端隧道。这些隧道是一类标签交换路径(LSP)，因而通常被称为MPLS流量工程(TE)LSP。MPLS TE的示例可以在2001年12月的题为“RSVP-TE：Extensions to RSVP for LSP Tunnels”的RFC 3209、2004年6月的题为“Intermediate-System-to-Intermediate-System(IS-IS)Extensionsfor Traffic Engineering(TE)”的RFC 3784以及2003年9月的题为“TrafficEngineering(TE)Extensions to OSPF Version 2”的RFC 3630中找到，这些RFC的内容通过引用而整体结合于此。
从头端LSR到尾端LSR的MPLS TE-LSP的建立涉及计算通过LSR的网络的路径。在最优情况下，所计算出的路径是在某种度量下测得的“最短”路径，其满足所有相关的LSP流量工程约束，例如所需带宽、“相似性(affinity)”(用于避免或包括某些链路的管理约束)等等。路径计算或者可以由头端LSR执行，或者可以由不共处于头端LSR上的充当路径计算元件(PCE)的某个其他实体执行。头端LSR(或PCE)使用其关于每条链路上的可用资源和网络拓扑的知识来根据LSP流量工程约束执行路径计算。可以使用各种路径计算方法，包括CSPF(约束最短路径优先)。MPLS TE-LSP可以被配置在单个域(例如，区域、级别或AS)内，或者也可以跨越多个域(例如多个区域、级别或AS)。
PCE是有能力计算其在AS或区域中知道的任何节点之间的路径的实体。PCE之所以特别有用是因为它们更加了解它们的AS或区域内的网络流量和路径选择，因此可被用于更好的路径计算。头端LSR还可以作为路径计算客户端(PCC)工作，该PCC被配置用于向PCE发送路径计算请求并接收带有计算出的路径的响应，该响应可能考虑到了来自其他PCC的其他路径计算请求。重要的是要注意，当一个PCE向另一PCE发送请求时，它充当PCC。PCE传统上对其周围的一个或多个区域、级别或AS外部具有有限的可见性或不具有可见性。PCC可以通过管理员的预配置或利用PCE发现(PCED)消息(“通告”)而得知PCE的存在，所述PCED消息是从PCE在其区域内或穿过整个AS发送的，用于通告其服务。
在跨过域边界时出现的一个困难是在头端LSR处的路径计算需要跨头端和尾端LSR之间的整个网络的网络拓扑和资源的知识。然而服务提供商一般不跨域边界彼此共享该信息。具体而言，网络拓扑和资源信息通常并不流过域边界，即使单个服务提供商可以操作所有区域也是如此。头端LSR或任何单个PCE都没有足够的知识来计算路径，其中，如果目的地未驻留在直接连接的域中，则LSR或PCE可能没有所需的知识。因此，要计算域间TE-LSP需要MPLS流量工程路径计算技术。
为了扩展MPLS TE-LSP跨域边界，PCE的使用可以被配置为分布式系统，其中多个PCE协同计算端到端路径(也被称为“多PCE路径计算”)。这种分布式PCE体系结构的示例在2003年9月18日由Vasseur等人提交的题为“COMPUTING INTER-AUTONOMOUS SYSTEM MPLSTRAFFIC ENGINEERING LSP PATHS”的共同拥有、共同未决的美国专利申请No.10/767,574中有所描述，该申请的内容通过引用而整体结合于此。在分布式PCE体系结构中，计算路径所需的可视性被在相邻域之间扩展以使得PCE可以通过在保留跨域的机密性(例如当适用于AS时)的同时交换虚拟最短路径树(VSPT)来协作计算跨多个域的路径。
某些应用可能结合了单向数据流，该单向数据流被配置为根据某一“服务质量”(QoS)将时间敏感流量从计算机网络中的源(发送者)传送到网络中的目的地(接收者)。这里，网络资源可以被预留用于单向流以确保维持与数据流相关联的QoS。资源预留协议(RSVP)是一种使应用能够预留资源以为其数据流获得特殊QoS的网络控制协议。RSVP与路由协议结合工作，以便例如为计算机网络中的数据流预留资源从而建立该数据流所需的QoS水平。RSVP在R.Braden等人的“ResourceReSerVation Protocol(RSVP)”的RFC 2205中定义。在流量工程应用的情况下，RSVP信令被用于建立TE-LSP，并向沿着遵循这组所需约束的TE-LSP(其路径可能已通过各种方式计算出)的诸如边界路由器之类的路由器传送各种TE-LSP属性。
因为BGP节点可以基于诸如到达目的地或策略要穿越的域数之类的某些属性来通告最佳域路由，所以用于跨多个域的TE-LSP的基于PCE的路径计算技术通常限于基于BGP标准来穿越“最佳”域路由。结果，路径计算技术当前依赖于基于树的域结构的假设(对每个目的地前缀都有一个已知的域路由)或者手动设置的要穿越的域的集合(例如，通过具有所需域路由的知识的管理员)。然而，在某些环境下，对于从源到目的地的给定TE-LSP的“最佳”路径(例如，基于不同的成本度量)可以经由与通过BGP通告的域路由不同的域路由。因此，仍然需要这样一种技术，其高效地确定通向TE-LSP的尾端节点的域路由集合，并生成对每个可能的域路由的路径计算请求，以便基于TE-LSP度量来选择从源到目的地的最短路径。
发明内容
本发明针对一种用于为计算机网络中从本地域中的头端节点到远程域中的尾端节点的流量工程(TE)标签交换路径(LSP)计算最短路径的技术。该新颖的路径计算技术确定TE-LSP要到达尾端节点(例如，沿“域路由”)可以穿越的不同远程域的集合。一旦可能的路由的集合被确定，头端节点就将路径计算请求发送到其本地域中的一个或多个路径计算元件(PCE)，请求为每个域路由计算路径。当接收到对每个可能的域路由的路径响应时，头端节点选择最佳(最短)路径，并且相应地建立TE-LSP。
在这里描述的示例性实施例中，利用边界网关协议(BGP)消息的扩展来确定域路由。远程域的BGP节点通过跨域传送的BGP消息(“BGP通告”)将通向各种前缀(例如，通向包含尾端节点的前缀)的域路由传播(通告)到本地BGP节点。所述扩展使得BGP通告除了可以通告由通告BGP节点通告的最佳域路由之外还可以通告所有可能的域路由。
根据本发明的一个方面，头端节点接收包含可能的域路由的BGP通告，并且确定通向尾端节点(例如，通向尾端节点的前缀)的域路由的集合。注意，头端节点可以基于策略排除域路由，并且还可以排除如下域路由，如果这些域路由是其他域路由的超集的话(即，包括某个其他域路由中除一个或多个其他域之外的所有域)。头端节点为每个剩余的域路由生成路径计算请求，并且将这些请求发送到适当的PCE(即，处理对特定域路由的请求的PCE)。
在这里描述的示例性实施例中，根据资源预留协议(RSVP)TE信令消息来发送路径计算请求。头端节点将如BGP通告所发现的域路由信息插入到路径计算请求中，并且将该请求发送到适当的PCE。注意，路径计算请求包括用于传递域路由信息的类型/长度/值(TLV)的编码格式。一个或多个PCE然后基于请求内的信息来为每个域路由计算最短路径，而不管被PCE一般用于路径计算的域路由。
根据本发明的另一个方面，头端节点接收对路径计算请求的响应，其中每个响应包含相应域路由的最短路径(例如，基于某一度量或“成本”)。头端节点然后选择通向尾端节点的最短路径，并相应地建立TE-LSP。注意，头端节点可以被配置为在选择最短路径之前的一段时间内接收响应。另外，从未被选择的其他域路由得到的路径可以被存储用作备份路径或其他用途。
有利地，新颖的技术为计算机网络中从本地域中的头端节点到远程域中的尾端节点的TE-LSP计算最短路径。通过确定通向尾端节点的域路由的集合，创造性的技术提供了一种用于为每个可能的域路由生成路径计算请求并选择包含在对该请求的响应中的最短路径的高效机制。特别地，本发明通过多个域路由的选择来提供最短路径，而不是仅通过可能是或者可能不是最佳路由的传统域路由来提供最短路径。
附图说明
本发明的以上和其他的优点可通过参考下面结合附图的描述得以更好地理解，在附图中相似的标号指示相同或功能类似的元件，附图中：
图1是可以根据本发明使用的自治系统的示例性计算机网络的示意性框图；
图2是可以结合本发明有利地使用的示例性路由器的示意性框图；
图3是可以被路由器发送的示例性BGP通告的示意性框图；
图4是可以结合本发明有利地使用的RSVP路径通信请求的一部分的示意框图；
图5是根据本发明的可以用于发送可能的域路由的示例性NLRI条目；
图6是图示可以结合本发明有利地使用的域路由对象的示意性框图；并且
图7是图示根据本发明的用于计算最短域间路径的步骤序列的流程图。
具体实施方式
图1是包括自治系统AS1和AS5的示例性计算机网络100的示意性框图，其中如图所示自治系统AS1和AS5通过自治系统AS2、AS3和AS4互连。自治系统(AS)在这里被定义为网络内的一组中间节点(例如域内路由器)，它们受制于同一机构并执行一个或多个域内路由协议。虽然每个AS被示为自治系统，但本领域技术人员将意识到，AS也可被配置为路由域或其他网络或子网。自治系统AS1包括诸如边界路由器ASBR1和ASBR2之类的域内路由器，通过这些边界路由器，通信(例如数据分组)可进入该AS和离开该AS到AS2和AS4的其他AS边界路由器(未示出)。此外，在AS1和AS5内，分别存在示例性的域内路由器A和B。本领域技术人员将会理解，在AS中可以使用任何数目的路由器，并且在以各种其他配置互连的网络100中可以包含任何数目的AS。这些示例仅仅是描述性的，并且这里的视图是出于简化目的而示出的。
数据分组可以利用预定的网络通信协议在自治系统AS1-AS5之间交换，所述网络通信协议例如是传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)、用户数据报协议(UDP)、异步传输模式(ATM)协议、帧中继协议、因特网分组交换(IPX)协议等等。路由信息可以通过使用链路状态通告或链路状态分组而利用预定的“内部”网关协议(IGP)在AS内的路由器间被分发，所述IGP例如是传统的距离向量协议或说明性的链路状态协议。另外，包含网络路由信息的数据分组可以利用“外部”网关协议在自治系统AS1-AS5间被交换，所述“外部”网关协议例如是在此进一步描述的边界网关协议(BGP)。
图2是可以结合本发明有利地使用作为域内路由器或边界路由器的示例性路由器200的示意性框图。该路由器包括通过系统总线250互连的多个网络接口210、处理器220和存储器240。网络接口210包含用于通过耦合到网络100的物理链路传输数据的机械的、电的和信令电路。网络接口可以被配置为利用多种不同通信协议发送和/或接收数据，这些协议尤其包括TCP/IP、UDP、ATM、同步光网络(SONET)、无线协议、帧中继、以太网、光纤分布数据接口(FDDI)等等。
存储器240包括多个用于存储与本发明相关联的软件程序和数据结构的存储单元，这些存储单元可由处理器220和网络接口210寻址。处理器220可包括适合于执行软件程序并操作数据结构的必要元件或逻辑。路由器操作系统242(其某些部分一般驻留在存储器240中并由处理器执行)在功能上通过调用支持在路由器上执行的软件过程和/或服务的网络操作等等，来组织路由器。这些软件过程和/或服务包括PCC/PCE过程245、路由服务247、TE服务244和RSVP服务249。本领域技术人员将清楚，其他处理器和存储器装置(包括各种计算机可读介质)可以用于存储和执行与这里描述的创造性技术有关的程序指令。
路由服务247包含由处理器220执行的用于执行由一种或多种路由协议(例如IGP和BGP)提供的功能的计算机可执行指令。这些功能可以被配置为管理包含例如用于进行转发判决的数据的转发信息数据库(未示出)。TE服务244包含根据本发明用于操作TE功能的计算机可执行指令。流量工程的示例在如上面所结合的RFC 3209、RFC 3784和RFC 3630中有所描述，并且在2003年1月的题为“Generalized Multi-Protocol LabelSwitching(GMPLS)Signaling Resource ReSerVation Protocol-TrafficEngineering(RSVP-TE)”的RFC 3473中有所描述，RFC 3473通过引用而整体结合于此。RSVP服务249包含根据本发明用于实现RSVP和处理RSVP消息的计算机可执行指令。RSVP在题为“Resource ReSerVationProtocol(RSVP)”的RFC2205以及题为“RSVP-TE：Extensions to RSVP forLSP Tunnels”的RFC 3209中有所描述，这两篇RFC都如上面所结合。
网络可到达性信息可以利用BGP通告在路由器200之间传输。例如，假定在AS内建立了新的地址前缀，或者在两个或多个AS之间创建了新的连接。一旦网络状态的改变被能够实现BGP的路由器之一检测到，该路由器就可以发送BGP通告，将改变传输到其他AS。
图3图示了可由能够实现BGP的路由器200发送的示例性BGP通告300。作为示例，BGP通告300是BGP更新消息。分组包括BGP头部310、不可行的路由长度字段320、不可到达路由(withdrawn route)330、总路径属性长度字段340、路径属性350，以及网络层可到达性信息(NLRI)360。BGP头部310包含BGP消息的类型(例如，更新消息)、消息的总长度，以及诸如可预测认证数据之类的其他已知信息。不可行的路由长度字段320表示不可到达路由330的可变长度，所述不可到达路由330包含不再被通告BGP节点使用(或通告)的路由的列表。注意，如果更新消息300仅通告可行路由，则不可到达路由字段330无需存在。
总路径属性长度字段340指示路径属性350的可变长度。路径属性域350包含具有属性类型、属性长度和属性值的一连串可选的路径属性，例如AS_PATH属性355等等。AS_PATH属性355是公知的强制属性，其标识BGP更新消息300中所携带的路由信息已经经过的AS(即域路由)。该属性的组成部分包括可被配置为无序AS集合(“AS_SET”)或有序AS序列(“AS_SEQUENCE”)的路径段。每个路径段是由类型(AS_SET或AS_SEQUENCE)、长度(路径段中的AS的数目)和路径段字段表示的，所述路径段字段包含一个或多个AS号码(即每个AS的唯一标识)，每个AS号码被编码为双八位组(16位)数字。注意，当来自每个AS的BGP节点接收BGP更新消息300时，其在将消息300发送到另一个AS(但不是发送到同一AS中的其他BGP节点)之前将其自己的AS号码附于AS_PATH属性集合或序列，从而用适当的值填充AS_PATH属性355。
网络层可到达性信息(NLRI)字段360包含地址前缀的列表，该列表的长度是利用包含在BGP头部310中的BGP消息300的总长度来计算的。NLRI字段360中的可到达性信息包括一个或多个包含长度字段366的编码条目500，所述长度字段366表示前缀字段368的长度。前缀字段368包含经由在BGP更新消息300的AS_PATH属性355中发现的通告域路由可到达的目的地地址前缀。注意，零长度的前缀368指示与所有目的地地址相匹配的前缀。BGP更新消息300至多可以向一组目的地前缀通告一个路由，并且所有的路径属性350都必须应用于包含在NLRI字段360中的整组目的地前缀。
在一个实施例中，这里描述的路由器是实现多协议标签交换(MPLS)并作为标签交换路由器(LSR)工作的IP路由器。在一种简单的MPLS场景中，在网络的入口处，在将每个传入的分组转发到下一跳路由器之前，基于该分组的转发等价类向其分配标签。在每个路由器处，通过利用在传入分组中找到的标签作为参考查阅包括该信息的标签转发表来确定转发选择和新的替换标签。在网络的出口(或其前一跳)处，基于传入的标签来进行转发判决，但是在分组被发送到下一跳上时可以选择不包括标签。
以这种方式穿越网络的分组所经过的路径被称为标签交换路径(LSP)或流量工程(TE)-LSP。TE-LSP的建立需要计算路径、沿该路径发送信令，以及沿该路径修改转发表。MPLS TE建立了在某些条件下具有有保证的带宽的LSP。作为示例，可以通过使用RSVP协议特别是RSVP TE信令消息来向TE-LSP发信号。
虽然这里描述的示例性实施例针对MPLS，但是还应当注意，本发明可以有利地应用到通用MPLS(GMPLS)，其不仅与基于分组和信元的网络相关，还与时分复用(TDM)和光网络相关。GMPLS是公知的，并且在2004年10月的题为“Generalized Multi-Protocol Label Switching(GMPLS)Architecture”的RFC 3945以及题为“Generalized Multi-ProtocolLabel Switching(GMPLS)Extensions for Synchronous Optical Network(SONET)and Synchronous Digital Hierarchy(SDH)Control”的RFC 3946中有所描述，这两个RFC的全部内容通过引用而结合于此。
为了计算跨多个域的路径，前面结合的序列号为10/767,574的美国申请描述了在分布式路径计算元件(PCE)体系结构中使用虚拟最短路径树(VSPT)算法，其中域间TE-LSP的计算涉及多个PCE。作为替代，用于分布式PCE体系结构中的域间TE-LSP的转发路径计算技术(即从头端节点到尾端节点)在Vasseur等人于2005年2月2日提交的题为“INTER-DOMAIN PATH COMPUTATION TECHNIQUE”的共同拥有、共同未决的序列号为11/049,587的美国专利申请中有所描述，其全部内容通过引用而结合于此。注意，本领域的技术人员将清楚其他方法也可以用于计算TE-LSP(例如，宽松跳(loose hop)、显式路径等等)，并且这种方法在本发明的范围内。
作为一个示例，假定图1所示的所有边界路由器(ASBR1-2)都是能够实现PCE的边界路由器。本地PCE的地址可以手工配置。或者，利用例如根据2004年7月公布的Vasseur等人的“OSPF MPLS TrafficEngineering Capabilities(draft-vasseur-ospf-te-caps.txt)”的路径计算元件发现(PCED)技术，PCE可以通过在域内流播(flooding)来通告其自身，上述公布通过引用而结合于此。PCED消息可以包括PCE的地址和PCE能力的指示等等，PCE能力例如是计算本地路径、区域间路径、AS间路径、多域路径、多样路径等等的能力。可以通过静态配置或本领域技术人员所能够容易设计的其他方法来获得其他PCE地址的知识。注意，一种用于在域中存在多个PCE的情况下选择要使用的PCE的技术在Vasseur等人于2004年11月5日提交的题为“TECHNIQUE FOR SELECTING A PATHCOMPUTATION ELEMENT”的共同拥有、共同未决的序列号为10/983,280的美国专利申请中有所描述，上述申请的全部内容通过引用而结合于此。
PCC与PCE之间的路径计算请求(和响应)可以根据在2004年7月的Vasseur等人的因特网草案“RSVP Path Computation Request and ReplyMessages<draft-vasseur-mpls-computation-rsvp-05.txt>”中规定的协议进行交换，上述草案通过引用而全文结合于此。根据RSVP，为了请求从头端节点到尾端节点的TE-LSP(数据流)，头端节点(PCC)可以向本地PCE发送路径计算请求。路径计算请求可以包含关于所请求的数据流的各种信息，这些信息例如包括该数据流的流量特性。图4是可以结合本发明有利地使用的RSVP路径通信请求400的某些部分的示意性框图。消息400包含公共头部410、请求ID对象415、发送者模板对象420和流量规范(Tspec)对象430等等。应当注意，消息400可以包含其他对象，这些对象包括新颖域路由对象600(下面有进一步描述)。应当明白RSVP的使用仅充当一个示例，并明白根据本发明可以使用其他通信协议。
本发明涉及一种用于为计算机网络中的从本地域中的头端节点到远程域中的尾端节点的流量工程(TE)标签交换路径(LSP)计算最短路径的技术。该新颖路径计算技术确定TE-LSP要到达尾端节点(例如，沿“域路由”)可以穿越通过的不同远程域的集合。一旦可能路由的集合被确定，则头端节点向其本地域中的一个或多个路径计算元件(PCE)发送路径计算请求，请求为每个域路由计算路径。当接收到每个可能的域路由的路径响应时，头端节点选择最佳(最短)路径，并且相应地建立TE-LSP。
在这里描述的示例性实施例中，利用边界网关协议(BGP)消息的扩展来确定域路由。远程域的BGP节点通过跨域传送的BGP消息(“BGP通告”)300将通向各种前缀(例如，通向包含尾端节点的前缀)的域路由传播(通告)到本地BGP节点。所述扩展使得BGP通告除了可以通告由通告BGP节点通告的最佳域路由之外还可以通告所有可能的域路由。
图5是根据本发明的可以用于发送可能的域路由的示例性NLRI条目500。NLRI条目的扩展(如图3原来所示)仍包括如上所述的长度字段566和前缀字段568。另外，扩展包括标志字段562和标识符字段564。标志字段562包含关于当前BGP通告300是否包括最佳路径(例如，BGP将选择用于通告的路径)、第一个发送的路径(故接收BGP节点知道要期待更多的可能域路由)、最后一个发送的路径(故接收BGP节点知道不要期待更多的可能域路由)等等的域路由(AS_PATH355)的指示。标识符字段564还包含每个路径的唯一标识，使得接收节点可以区分路径。注意，因为每个BGP通告300在AS_PATH属性355中仅包含一个可能的域路由，故不同的BGP通告包含可能的域路由中的每一个。NLRI条目500的扩展和其在BGP中通告多个路径的用途在2002年11月公布的Walton等人的“Advertisement of Multiple Paths in BGP<draft-walton-bgp-add-paths-01.txt>”中有进一步描述，该公布的全部内容通过引用而结合于此。本领域技术人员将理解到其他技术也可以用于发送通向前缀的多个域路由，并且这些技术在本发明的范围内。上面定义的扩展仅仅是示例。
参照图1，头端节点(节点A)接收BGP通告300(例如，来自ASBR1和ASBR2)，BGP通告300通告通向AS5中的地址前缀的域路由，AS5包含尾端节点(节点B)。根据BGP的“最佳路径”(即最少数目的域)是这里如域路由{1，4，5}表示的从AS1到AS4再到AS5的域路由。作为示例，网络100的从AS1到AS5的剩余通告域路由是：{1，2，3，5}；{1，2，4，5}；{1，2，3，4，5}；{1，2，4，3，5}；{1，4，2，3，5}；以及{1，4，3，5}。
根据本发明的一个方面，头端节点接收包含可能的域路由的BGP通告，并且确定通向尾端节点(例如，通向尾端节点的前缀)的域路由的集合。头端节点(节点A)可被配置为能够实现BGP的节点。这样，头端节点可以从另一个域(例如，AS2)直接接收作为eBGP消息的BGP通告300，或者也可以通过iBGP消息从其域(AS1)内的另一个能够实现BGP的节点(例如从ASBR1)接收通告。
注意，头端节点可以基于策略排除域路由，并且还可以排除如下域路由，如果该域路由是其他域路由的超集的话(即，包括某个其他域路由中的所有域，还包括一个或多个其他域)。例如，再次参照图1的可能域路由，假定未应用基于策略的排除(如本领域技术人员将会理解的)，则所有可能的域路由都保留。然而，可能希望从可能的域路由的列表进一步排除任何超集以避免多余的路径计算流量。例如，因为域路由{1，4，5}是最短的域路由(即，具有最少数目的域)，所以任何穿越域1、4、5以及其他域的域路由可被认为是更长的域路由。以这种方式，{1，2，4，5}、{1，2，3，4，5}、{1，2，4，3，5}、{1，4，2，3，5}和{1，4，3，5}这些域路由都包含域1、4和5，并因此是(注意，子集{1，4，5}的)超集并可以被排除。剩余的域路由然后包括{1，4，5}和{1，2，3，5}。注意，本领域技术人员将会理解，超集可能已被先前的域以相同方式排除，并且头端节点可能仅接收到通向尾端节点的域路由的超集(若有的话)的一部分。
头端节点为每个剩余的域路由生成路径计算请求，并且将这些请求发送到适当的PCE(即，处理对特定域路由的请求的PCE)。例如，再次假定ASBR1和ASBR2是能够实现PCE的节点，ASBR1可能更适于接收对于以AS2开始的域路由的路径计算请求，而ASBR2可能更适于对于以AS4开始的域路由的路径计算请求。如上面提到，用于选择PCE的技术在上面引用的序列号为10/983,280的美国专利申请中有进一步描述。
在这里描述的示例性实施例中，根据诸如路径计算请求400之类的RSVP TE信令消息来发送路径计算请求。头端节点将如BGP通告300所发现的域路由信息插入到路径计算请求400中，并且将该请求发送到适当的PCE。注意，路径计算请求400包括类型/长度/值(TLV)被编码的格式，用于传递域路由信息。例如域路由对象600。图6是图示可以结合本发明有利地使用的利用TLV编码的域路由对象600的示意性框图。TLV编码格式是一种用于在诸如路由器之类的节点之间传输信息的一般方式。TLV“属性”600被用来标识正被传输(传递)的信息的类型(T)、要被传递的信息的长度(L)和所传递的实际信息的值(V)。长度字段610中所包含的长度(L)参数一般是特定于实现方式的，并且可以表示从属性600的类型字段605的开始处起到结尾的长度。但是，长度一般表示值(V)字段615的长度，而不表示类型(T)或长度(L)字段的长度。具体而言，根据本发明，值字段615对所需域路由(例如，{1，4，5}和{1，2，3，5})中的域(AS)的有序列表进行编码。本领域技术人员将会理解，不但有序列表可以采用与AS_PATH属性355类似的格式，而且在本发明范围内可以使用其他的格式和配置。
一个或多个PCE然后基于请求内的信息来为每个域路由计算最短路径，而不管一般用于由PCE进行的路径计算的域路由。如上所述，路径计算请求400包含域的有序列表，从而“强制”了路径计算的路由。当PCE接收到请求400时，其检查域路由对象600的内容并确定路径计算请求400接着将被发送到哪个域。以这种方式，每个路径计算请求400穿越通向尾端节点的适当的域路由，使得选定用于供BGP使用的域路由仅是可能的多个选择之一。用于计算跨多个AS的路径的方法对本领域技术人员是已知的，并且在上面引用的序列号为10/767,574和11/049,587的美国申请中有进一步描述。
根据本发明的另一个方面，头端节点接收对路径计算请求的响应(即路径计算回复)，其中每个响应包含相应域路由的最短路径(例如，基于某一度量或“成本”)。将每个接收到的域路由路径和其相应的成本值存储在头端节点的存储器240中，直到已经接收到所有的响应为止。头端节点然后选择通向尾端节点的最短路径，并相应地建立TE-LSP。作为示例，头端节点利用为本领域技术人员已知并且在这里描述的RSVP TE信令消息来建立TE-LSP。
注意，头端节点可以被配置为在选择最短路径之前的一段时间内接收响应。在一些环境下，可能存在大量的域路由，或者网络内的各种连接可能会出故障(不起作用)或拥塞(由于大量流量而变得更慢)。为了解决这种问题，头端节点可以使用可配置的定时器，其中在选择最短路径时只有那些在定时器到期之前接收到的响应将被考虑。例如，如果存在10条域路径，则头端发出10个路径计算请求。假定当定时器到期时，只有八个响应已经回到头端节点。在这种情况下，头端节点基于这八个响应来选择最短路径。此外，任何在定时器到期之后接收到的响应可以被认为是无效的，或者被与所选择的路径相比较以确定新接收到的响应是否是更短的路径(例如，短某个可配置的量)。另外，从未被选择的其他域路由得到的(在定时器到期之前或之后)路径可以被存储用作备份路径或其他用途。例如，未被选择的路径可以被存储在存储器240中，用于备份路径(例如用于MPLS TE快速重新路由)、负载均衡或者其他为本领域技术人员已知的多路径用途。
TE-LSP的重新优化可以被配置为沿着建立的路径和任何未被选择的路径进行重新优化。重新优化可以是基于定时器的(例如，每分钟、小时、周等等)，或是基于事件的(例如恢复或添加的链路)。重新优化的技术和触发对本领域技术人员是已知的，并且这种技术可以根据本发明使用。即，当沿着每个域路由对TE-LSP进行重新优化并发送路径计算请求时，头端节点再次根据这里描述的方法来选择最短的返回路径。
图7是图示根据本发明的用于计算最短域间路径的步骤序列的流程图。序列700在步骤705处开始并且继续进行到步骤710，在步骤710处头端节点(节点A)确定通向尾端节点(节点B)的域路由的集合。在步骤715处，头端节点如上面描述可以基于本地策略排除任何域路由，并且还可以排除是其他域路由的超集的任何域路由。一旦一组剩余域路由存在，头端节点就在步骤720中为每个剩余的域路由生成路径计算请求400。在步骤725处，路径计算请求400被发送到适当的一个或多个PCE(ASBR1)，用于根据位于请求内的域路由对象600中的域路由来进行路径计算。一个或多个PCE基于规定的域路由来执行对通向尾端节点的路径的传统计算，并且将响应返回到每个源路由的头端节点，并且在步骤730处，头端节点接收到对路径计算请求的响应。注意，头端节点可以接收对所有路径计算请求的响应，或者其也可以使用如上所述的定时器。当接收到响应时，头端节点在步骤735处例如基于某些度量(成本)来选择通向尾端节点的最短路径，并且在步骤740处，头端节点根据为本领域技术人员已知的传统方法沿着所选择的最短路径来建立通向尾端节点的TE-LSP。序列在步骤745处结束。
有利地，该新颖技术为计算机网络中从本地域中的头端节点到远程域中的尾端节点的TE-LSP计算最短路径。通过确定通向尾端节点的域路由的集合，该创造性技术提供了一种用于为每个可能的域路由生成路径计算请求并选择包含在对该请求的响应中的最短路径的高效机制。特别地，本发明通过多个域路由的选择来提供最短路径，而不是仅通过一般用于路径计算的可能是或者可能不是最佳路由的域路由来提供最短路径。
虽然已经示出并描述了为从本地域中的头端节点到远程域中的尾端节点的TE-LSP计算最短路径的示例性实施例，但是将理解在本发明的精神和范围内可以进行各种其他改动和修改。例如，虽然上面的描述描述了在头端节点处执行该技术，但是本发明还可以结合PCE来有利地使用。注意，本发明在此已被示出和描述利用BGP消息和BGP的扩展将可能的域路由发送到能够实现BGP的节点。但是，本发明按照其更广泛的意义不这样受限，并且事实上可以与IGP节点一起使用。例如，可能的域路由可以被包含在IGP消息的已知扩展中。另外，本领域技术人员将会理解，可以采取各种措施来解决某些与传播通过整个网络的多个域路由以及为之生成路径计算请求的域路由的数目的有关的可缩放性。这些措施包括使用访问列表、共同体(community)，或者将多个域路由的传送限于选定数目的尾端节点前缀(例如某些路由器的环回(loop-back)地址)等等。
上面的描述针对本发明的特定实施例。但是，显而易见的是，可以对所述实施例执行其他变化和修改，同时仍实现本发明的某些或全部优点。例如，可以明确设想，本发明的教导可被实现为软件(包括具有在计算机上执行的程序指令的计算机可读介质)、硬件、固件或它们的组合。另外，电磁信号可以被生成，以通过例如无线数据链路或数据网络(例如因特网)来传送实现本发明的多个方面的计算机可执行指令。因此，这里的描述将仅被视为示例性的，而并非限制本发明的范围。因此，所附权利要求书的目的是要覆盖落入本发明的真正精神和范围内的所有这样的变化和修改。

Claims (19)

1.一种用于为计算机网络中从本地域中的头端节点到远程域中的尾端节点的流量工程(TE)标签交换路径(LSP)计算最短路径的方法，所述方法包括：
确定通向所述尾端节点的多个不同的域路由，每个域路由指示所述TE-LSP要到达所述尾端节点可以穿越的远程域；
将多个不同的路径计算请求发送到所述本地域中的一个或多个路径计算元件(PCE)，每个路径计算请求请求为所述多个域路由中的不同域路由计算路径；
接收对每个不同域路由的所述路径计算请求的一个或多个路径响应；以及
从所述路径响应中选择最佳路径。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述最佳路径是最短的路径。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：沿着所述最佳路径建立TE-LSP。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定步骤还包括：从边界网关协议(BGP)通告学习所述域路由。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述域路由被包含在所述BGP通告的扩展中。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：基于策略从所述选择中排除一个或多个域路由。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：从所述选择排除一个或多个域路由，如果这些域路由是其他域路由的超集的话。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：启动定时器，其中所述选择步骤是在所述定时器到期之后执行的。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：使用除所述最佳路径之外的路径作为备用路径。
10.一种用于为计算机网络中从本地域中的头端节点到远程域中的尾端节点的流量工程(TE)标签交换路径(LSP)计算最短路径的系统，所述系统包括：
边界网关协议(BGP)节点，适用于对通向所述尾端节点的多个不同的域路由进行接收和通告，每个域路由指示所述TE-LSP要到达所述尾端节点可以穿越的远程域；
一个或多个路径计算元件(PCE)，适用于接收路径计算请求；以及
头端节点，适用于：i)确定通向所述尾端节点的所述多个不同的域路由；ii)将多个不同的路径计算请求发送到所述本地域中的所述一个或多个PCE，每个路径计算请求请求为所述多个域路由中的不同域路由计算路径；iii)接收对每个不同域路由的所述路径计算请求的一个或多个路径响应；以及iv)从所述一个或多个路径响应中选择最佳路径。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述最佳路径是最短的路径。
12.如权利要求10所述的系统，还包括：沿着所述最佳路径建立的TE-LSP。
13.如权利要求10所述的系统，还包括：BGP通告，其适用于向所述尾端节点通告所述多个域路由。
14.如权利要求13所述的系统，还包括：所述BGP通告的扩展，其适用于包含所述域路由。
15.如权利要求10所述的系统，其中，所述头端节点还适用于基于策略从选择排除一个或多个域路由。
16.如权利要求10所述的系统，其中，所述头端节点还适用于从选择排除一个或多个域路由，如果这些域路由是其他域路由的超集的话。
17.如权利要求10所述的系统，还包括：定时器，其中所述最佳路径的选择是在所述定时器到期之后执行的。
18.如权利要求10所述的系统，还包括：所述头端节点中的存储器，用于将除所述最佳路径之外的路径存储作为备用路径。
19.一种用于为计算机网络中从本地域中的头端节点到远程域中的尾端节点的流量工程(TE)标签交换路径(LSP)计算最短路径的设备，所述设备包括：
用于确定通向所述尾端节点的多个不同的域路由的装置，每个域路由指示TE-LSP要到达所述尾端节点可以穿越的远程域；
用于将多个不同的路径计算请求发送到所述本地域中的一个或多个路径计算元件(PCE)的装置，每个路径计算请求请求为所述多个域路由中的不同域路由计算路径；
用于接收对每个不同域路由的所述路径计算请求的一个或多个路径响应的装置；以及
用于从所述路径响应中选择最佳路径的装置。
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