本发明提供了一种在现有互联网中接入网络主机标识平面路由方法及系统,其中所述方法包括步骤:接入路由器节点加入接入网络;接入路由器通过相容哈希算法确定接入网内指定接入路由器位置并向其汇报接入终端的主机-位置关系;接入路由器通过建立隧道为接入网络内接入终端转发数据包;接入路由器将到达接入网络外部的数据包转发至接入交换路由器;接入路由器节点退出接入网络。所述系统包括接入终端、接入路由器、接入交换路由器。本发明的实施例通过为网络接入终端分配变长主机标识HID,并通过所述路由方式与相同或不同接入网络内接入终端发送和接收数据,减少接入路由器维护的主机标识路由表条目。
1.接入网络主机标识平面路由方法,其特征在于,包括步骤:A、接入路由器节点加入接入网络的过程;B、接入路由器汇报接入终端的主机-位置关系;C、接入路由器为接入网络内接入终端转发数据包;D、接入路由器将到达接入网络外部的数据包转发至接入交换路由器;E、接入路由器节点退出接入网络的过程。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤A具体包括步骤:A1、新接入路由器加入网络,通过链路状态路由协议建立接入路由器之间的路由可达性和逻辑连接状态维护;A2、新接入路由器在接入网络中寻找自身的后继接入路由器,并向该后继路由器通告自身的加入;A3、后继路由器遍历本机存储的主机-位置关系管理列表,将其中存储关系发生改变的通过通告消息发送给新加入的节点。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤B具体包括步骤:B1、主机向其接入的接入路由器汇报自身身份信息;B2、接入路由器为接入终端生成主机标识与接入路由器位置对应关系信息;B3、接入路由器通过相容哈希算法H确定管理该主机-位置对应关系的指定接入路由器;B4、接入路由器将该主机-位置对应关系汇报给该指定接入路由器。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤C具体包括步骤:C1、接入路由器依据数据包目的主机标识、通过相容哈希算法H确定管理该主机标识的指定接入路由器位置;C2、接入路由器将数据包转发给该指定接入路由器;C3、指定接入路由器通过查询自身负责管理的主机-位置对应关系存储单元,确定接入该接入终端的接入路由器位置;C4、指定接入路由器将数据包转发给该接入终端的接入路由器;C5、该接入终端的接入路由器查询本地接入的主机-位置对应关系存储单元,确定目的接入终端接入该接入终端的接入路由器接口;C6、该接入终端的接入路由器将数据包转发给目的接入终端;
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤C2具体包括步骤:C21、对于接入路由器,若接收到的数据包来自用户接口,则跳转到步骤C22;若接收到的数据包来自路由器接口,则跳转到步骤C23;C22、以数据包目的HID为索引,查找本地路由表,若命中,则转发至相应接口,转发过程结束;若未命中,则通过哈希函数H生成指定接入路由器位置信息,H(HID)=R,并将数据包以隧道方式转发至该指定接入路由器,跳转到步骤C25;C23、若数据包来自隧道,则跳转到步骤C24;若数据包不是来自隧道,以数据包目的HID为索引,查找本地路由表,若命中,则转发至相应接口;若未命中,则丢弃该数据包,跳转到步骤C25;C24、将隧道数据包解封装,以数据包原HID为索引,查询本地路由表,若命中,则转发至相应接口;若未命中,则查询负责管理的主机-位置关系列表,若命中,则以隧道方式转发至相应接入路由器,若未命中,则以隧道方式转发至接入交换路由器,跳转到步骤C25;C25、转发过程结束。
6.根据权利要求1所述的接入网络主机标识平面路由方法,其特征在于,所述步骤E具体包括步骤:E1、某接入路由器从网络中退出,通过链路状态路由协议使接入网络中其他接入路由器从邻居列表中清除该路由器,并调整接入路由器间的路由可达性和逻辑连接状态维护;E2、接入网络中其他接入路由器将退出的路由器节点从本机路由器邻居列表中清除;E3、接入网络中其他接入路由器遍历自身的本地管理主机-位置关系列表,将原本由退出节点负责管理的主机-位置对应关系重新注册到退出路由器节点的后继路由器上。
7.接入网络主机标识平面路由系统,其特征在于,包括接入终端、接入路由器、接入交换路由器;所述接入终端,向接入路由器发送自身身份消息;所述接入路由器,与接入终端及其他接入路由器相连,为主机代理生成并负责存储主机-位置对应关系,向指定接入路由器注册主机-位置关系,为其他接入路由器提供主机-位置查询服务,与其他接入路由器构成路由器链路状态维护区域,通过底层路由协议维护可达性;所述接入交换路由器,作为接入网络的网关路由器,接收并转发去往所有其他接入网络的数据流量,与其他接入路由器构成路由器链路状态维护区域,通过底层路由协议维护可达性。
8.根据权利要求7所述的接入网络主机标识平面路由系统,其特征在于,所述的接入终端包括变长的主机标识编址结构、与接入路由器交互自身身份信息的数据收发单元。
9.根据权利要求7所述的接入网络主机标识平面路由系统,其特征在于,所述的接入路由器包括终端通信单元、主机-位置关系生成单元、存储单元、主机-位置关系通告单元、主机-位置关系查询服务单元、链路状态维护单元、路由可达性维护单元和数据转发单元;所述终端通信单元,用于与接入终端交互终端身份信息;所述主机-位置关系生成单元,用于为接入路由器管理的接入终端绑定主机标识及其对应的接入路由器位置关系;所述存储单元,用于存储由本接入路由器负责接入本地接入网络的接入终端HID与其自身位置的对应关系、存储根据相容哈希算法H确定的由本接入路由器负责提供查询服务的主机-位置对应关系;所述主机-位置关系通告单元,用于在第一次收到关于某条目主机-位置关系查询消息后,向发起查询的接入路由器通告该对应关系,优化转发路径;所述主机-位置关系查询服务单元,用于通过相容哈希算法H计算主机标识对应的接入路由器位置并将该主机-位置对应关系汇报给该指定接入路由器,并在转发数据包时向该接入路由器查询目的主机-位置对应关系,同时处理其他接入路由器发送的主机-位置关系查询消息;所述链路状态维护单元,用于与其他接入路由器交互链路状态和路由器标识符信息,形成接入网络路由器间拓扑数据库;所述路由可达性维护单元,用于基于接入网络路由器间拓扑数据库计算到达各接入路由器的路由条目,维护路由器间的路由可达性;所述数据转发单元,用于转发接入终端发出的域内及域外数据包、其他接入路由器发送的数据包及接入路由器之间的主机-位置关系查询和汇报数据包。技术领域
本发明涉及接入网络主机标识平面路由方法及系统,是一种基于分布式哈希表算法的平面标识路由方式,是一种接入网络支持变长主机标识数据通信的方法,属于数据通信领域。
背景技术
在路由体系结构及路由转发方式研究领域当中,平面化路由方式已经成为国内外的研究热点。随着现有网络最长前缀匹配的路由查找方式遭遇越来越多的可扩展性质疑,人们倾向于把平面化路由方式(包括主机路由、源路由和结构化DHT网络路由方式)作为解决路由可扩展性问题的一种方法。SEATTLE(Axa0Scalablexa0Ethernetxa0Architecturexa0forxa0Largexa0Enterprises,Princetonxa0University)给出了一种在大型以太网当中应用DHT算法进行数据包交换的方法。以太网交换相对现有IP路由网络要更加容易配置、实施和管理,但是可扩展性却不如IP路由网络优越。SEATTLE通过实施平面化的编址结构,保证了大型企业网络的即插即用功能,并通过最短路径路由和基于分布式哈希算法的主机信息解析机制保证系统的可用性和可扩展性。但SEATTLE的工作仅仅停留在交换层面上,并没有提供有效的路由转发机制。ROFL(Routingxa0Onxa0Flatxa0Labels)给出了一种在互联网中利用平面化主机标识编址的平面路由方法。ROFL提出为保证未来网络路由体系的可扩展性,路由可以直接基于网络中主机的标识符,这样同时可以消除任何路由机制依靠的网络层协议来确定网络的位置。ROFL并给出仿真结果和分析,但该方法的全网可扩展性仍有待讨论;Compactxa0Routing对现有平面化路由方法及层次结构路由方式进行总结和分类,Compactxa0Routing讨论了对于现有互联网路由体系的诸多改进机制并给出针对Stretch,Path等属性的算法评估和证明,但其相关工作更多的停留在理论层面,所提出的具体实施方法和步骤有待完善。
发明内容
本发明的目的在于在接入网络中的终端主机标识采用无结构化的平面标识分配方案下,提供一种取代传统路由器基于网络前缀进行路由转发的机制。本发明提出基于平面化标识空间的接入网络路由方案,旨在接入网络当中为采用无结构化主机标识的主机提供路由可达信息,完成数据包在接入网络当中的快速、准确转发。本发明采取的技术方案是,接入网络主机标识平面路由方法包括步骤:A、接入路由器节点加入接入网络的过程;B、接入路由器汇报接入终端的主机-位置关系;C、接入路由器为接入网络内接入终端转发数据包:D、接入路由器将到达接入网络外部的数据包转发至接入交换路由器;E、接入路由器节点退出接入网络的过程;接入网络主机标识平面路由系统,包括向接入路由器发送自身身份消息的接入终端、接入路由器、接入交换路由器;其中接入路由器与接入终端及其他接入路由器相连,为主机代理生成并负责存储主机-位置对应关系,向指定接入路由器注册主机-位置关系,为其他接入路由器提供主机-位置查询服务,与其他接入路由器构成路由器链路状态维护区域,通过底层路由协议维护可达性;所述接入交换路由器,作为接入网络的网关路由器,接收并转发去往所有其他接入网络的数据流量,与其他接入路由器构成路由器链路状态维护区域,通过底层路由协议维护可达性。本发明产生的有益效果是:1通过hash算法支持变长主机标识的路由机制,现有路由机制或者继续依靠最长前缀匹配方式进行路由,变长主机标识无法引入到网络当中,本发明的改进之处是提出在接入网络中支持变长主机标识数据通信的方法;2现有网络依靠最长前缀匹配方法路由,无法对于平面化标识空间提供良好支持。本发明将提出在接入网络中支持平面化主机标识的路由机制;3现有路由机制对网络中终端的移动性提供较少支持。本发明通过hash算法与最短路径查找算法的结合在接入网络中支持主机的微移动。
附图说明
图1是实施例一的接入网络主机标识平面路由拓扑示意图;图2是实施例一的接入网络平面路由数据流向示意图;图3是实施例三所述的接入网络主机标识平面路由路由器数据转发过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例一:首先介绍本实施例所用到的一些术语:主机标识(HID):仅用于接入网络,代表接入终端或子网的公开身份,无论终端移动是否移动到不同接入点,该标识不发生变化。为简单描述和方便讨论问题,本实施例假定每个终端仅拥有一个全球唯一的HID。接入路由器:仅在接入网络中出现,与接入终端及其他接入路由器相连,为主机代理生成并存储主机-位置关系,并向指定接入路由器注册主机-位置关系,向其他接入路由器提供主机-位置查询服务,与其他接入路由器构成路由器链路状态维护区域,通过底层路由协议维护可达性;接入交换路由器(ASR):用在接入网络和核心网络边缘,作为接入网络网关路由器,接收并转发去往所有其他接入网络的数据流量,与其他接入路由器构成路由器链路状态维护区域,通过底层路由协议维护可达性。如图1所示,本实施例中,接入网络主机标识平面路由系统,包括接入终端、接入路由器、接入交换路由器;其中接入终端,向接入路由器发送自身身份消息;接入路由器与接入终端及其他接入路由器相连,为主机代理生成并负责存储主机-位置对应关系,向指定接入路由器注册主机-位置关系,为其他接入路由器提供主机-位置查询服务,与其他接入路由器构成路由器链路状态维护区域,通过底层路由协议维护可达性;所述接入交换路由器,作为接入网络的网关路由器,接收并转发去往所有其他接入网络的数据流量,与其他接入路由器构成路由器链路状态维护区域,通过底层路由协议维护可达性。上述接入终端包括变长的主机标识编址结构、与接入路由器交互自身身份信息的数据收发单元。本发明的实现过程可以概括为如下两个阶段,控制消息传送阶段和数据传输阶段,具体体现如图2所示,在该图中出现有接收端(Receiver)、发送端(Sender)、目的接入路由器Dest、源接入路由器Src、指定接入路由器DAR,图中每一个箭头对应一个步骤,具体工作过程如下:S101、Receiver向其接入的接入路由器汇报自身身份信息;Dest为Receiver生成HID与接入路由器位置对应关系(Receiver,Dest);Dest通过相容哈希算法H确定管理该主机-位置对应关系的指定接入路由器DAR;S102、Dest将该主机-位置对应关系汇报给DAR;S103、Sender向其接入路由器发送目的地为Dest的数据包;Src通过相容哈希算法H确定管理该主机-位置对应关系的指定接入路由器DAR的位置;S104、Src将数据包发送给DAR;DAR通过查询自身主机-位置对应关系存储单元,确定接入Receiver的目的接入路由器Dest的位置;S105、DAR将数据包转发给Dest;S106、DAR同时向Src回送一个通告消息,告知Receiver在网络中与其真实接入位置的对应关系;S107、Src接收到DAR的通告消息,将后续到达Receiver的数据包直接转发到Dest;Dest接收到到达Receiver的数据包,查询本地接入的主机-位置对应关系存储单元,确定接入Receiver的接口;S108、Dest将数据包转发给Receiver;Receiver接入终端接收到数据包后依据应用程序指示结束通信过程或向发送端发送回复或确认数据包。综上述内容概括接入网络主机标识平面路由方法,包括以下步骤:A、接入路由器节点加入接入网络的过程;B、接入路由器汇报接入终端的主机-位置关系;C、接入路由器为接入网络内接入终端转发数据包;D、接入路由器将到达接入网络外部的数据包转发至接入交换路由器;E、接入路由器节点退出接入网络的过程。上述步骤A具体包括步骤:A1、新接入路由器加入网络,通过链路状态路由协议建立接入路由器之间的路由可达性和逻辑连接状态维护;A2、新接入路由器在接入网络中寻找自身的后继接入路由器,并向该后继路由器通告自身的加入;A3、后继路由器遍历本机存储的主机-位置关系管理列表,将其中存储关系发生改变的(新节点加入后由新节点负责存储的对应关系)通过通告消息发送给新加入的节点;上述步骤B具体包括步骤:B1、主机向其接入的接入路由器汇报自身身份信息;B2、接入路由器为接入终端生成主机HID与接入路由器位置对应关系信息;B3、接入路由器通过相容哈希算法H确定管理该主机-位置对应关系的指定接入路由器;B4、接入路由器将该主机-位置对应关系汇报给该指定接入路由器;上述步骤C具体包括步骤:C1、接入路由器依据数据包目的主机标识、通过相容哈希算法H确定管理该主机标识的指定接入路由器位置R;C2、接入路由器将数据包转发给该指定接入路由器R;C3、指定接入路由器R通过查询自身负责管理的主机-位置对应关系存储单元,确定接入该接入终端的接入路由器位置Rd;C4、接入路由器R将数据包转发给该接入路由器Rd;C5、接入路由器Rd查询本地接入的主机-位置对应关系存储单元,确定目的接入终端接入Rd接口;C6、接入路由器Rd将数据包转发给目的接入终端;上述步骤E具体包括步骤:E1、某接入路由器从网络中退出,通过链路状态路由协议使接入网络中其他接入路由器从邻居列表中清除该路由器,并调整接入路由器间的路由可达性和逻辑连接状态维护;E2、接入网络中其他接入路由器将退出的路由器节点从本机路由器邻居列表中清除;E3、接入网络中其他接入路由器遍历自身的本地管理主机-位置关系列表,将原本由退出节点负责管理的主机-位置对应关系重新注册到退出路由器节点的后继路由器上。实施例二:本实施例是在实施例一的基础上关于接入路由器的改进。本实施例中接入路由器包括终端通信单元、主机-位置关系生成单元、存储单元、主机-位置关系通告单元、主机-位置关系查询服务单元、链路状态维护单元、路由可达性维护单元和数据转发单元;终端通信单元的作用在于与接入终端交互终端身份信息;主机-位置关系生成单元的作用在于为由接入路由器接入的终端绑定主机标识HID及其对应的接入路由器位置关系;存储单元的作用在于存储由本接入路由器负责接入本地接入网络的接入终端HID与其自身位置的对应关系以及根据相容哈希算法H确定的由本接入路由器负责提供查询服务的主机-位置对应关系;所述主机-位置关系通告单元,用于在第一次收到关于某条目主机-位置关系查询消息后,向发起查询的接入路由器通告该对应关系,优化转发路径;主机-位置关系查询服务单元的作用在于通过相容哈希算法H计算主机标识HID对应的接入路由器位置并将该主机-位置对应关系汇报给该指定接入路由器,并在转发数据包时向相应指定接入路由器查询目的主机-位置对应关系,同时处理其他接入路由器发送的主机-位置关系查询消息;链路状态维护单元的作用在于与其他接入路由器交互链路状态和路由器标识符信息,形成接入网络路由器间拓扑数据库;路由可达性维护单元的作用在于基于接入网络路由器间拓扑数据库计算到达各接入路由器的路由条目,维护路由器间的路由可达性;数据转发单元的作用在于转发接入终端发出的域内及域外数据包、其他接入路由器发送的数据包及接入路由器之间的主机-位置关系查询和汇报数据包。实施例三:本实施例是对实施例一关于接入网络主机标识平面路由方法中步骤C2过程的改进。改进之处在于步骤C2具体包括以下步骤,如图3所示:S21、对于接入路由器,若接收到的数据包来自用户接口,则跳转到步骤S22;若接收到的数据包来自路由器接口,则跳转到步骤S23;S22、以数据包目的HID为索引,查找本地路由表,若命中,则转发至相应接口,转发过程结束;若未命中,则通过哈希函数H生成指定接入路由器位置信息,H(HID)=R,并将数据包以隧道方式转发至该指定接入路由器R(在自身与指定接入路由器之间建立隧道),跳转到步骤S25;S23、若数据包来自隧道,则跳转到步骤S24;若数据包不是来自隧道,以数据包目的HID为索引,查找本地路由表,若命中,则转发至相应接口;若未命中,则丢弃该数据包,跳转到步骤S25;S24、将隧道数据包解封装,以数据包原HID为索引,查询本地路由表,若命中,则转发至相应接口;若未命中,则查询负责管理的主机-位置关系列表,若命中,则以隧道方式转发至相应接入路由器,若未命中,则以隧道方式转发至接入交换路由器ASR,跳转到步骤S25;S25、转发过程结束。