用于wan ip骨干的缩合核心能量高效架构的利记博彩app
【专利摘要】一种用于广域网（WAN）因特网协议（IP）骨干的能量高效架构，其中缩合核心装置对不同存在点（PoP）的接入路由器间的分组进行路由，其中，PoP不需要包括核心路由器。
【专利说明】用于WAN IP骨干的缩合核心能量高效架构
【技术领域】
[0001]概括地，本发明涉及通信网络，并且更具体地而非限于，涉及用于路由分组的改进架构。
【背景技术】
[0002]在通常部署的广域网(WAN)因特网互联协议(IP)骨干架构中，网络包括位置上邻近于各自区域网络的多个地理上分布的存在点(PoP)。每个PoP向客户区域网络(如，城域网或企业网)提供通信服务，并将这些区域网络连接到其它PoP。将PoP进行互联的骨干网络通常包括的长距离光链路的部分连接网状结构。每个PoP本身是包括核心和接入路由器的网状网。PoP接入路由器向客户提供连通性，并且核心路由器在接入路由器和其它PoP的核心/接入路由器之间提供连通性。
[0003]由于形成WAN骨干网的光网状结构的部分连通性，源-目的地对之间的网络路径可能跨越多个PoP，并穿过多个核心路由器。例如，图1示出了 POP120-A的内部结构，以及PoP与其附着的区域网络IlO-S以及与其它PoP120的连通性。在该传统设置中，从由第一PoP120-A服务的区域网络行进到由第二 PoP120-B服务的远程区域网络的数据分组穿过多个核心路由器:在每个PoP120-A和PoP120-B中的至少一个核心路由器，并且然后是几个中间PoP中的核心路由器，其中每个中间PoP有可能有多个核心路由器。
【发明内容】
[0004]通过本发明的一种用于广域网(WAN)因特网协议(IP)骨干的能量高效结构来解决现有技术的许多缺陷，其中缩合(condensed)核心设备对不同存在点(PoP, Points ofpresence)的接入路由器之间的分组进行路由，其中PoP不需要包含核心路由器。
[0005]在一个实施例中，一种用于对不同存在点(PoP)的接入路由器之间的分组进行路由的缩合核心设备，所述设备包括多个入口路由器，每个入口路由器被配置为从一个或多个接入路由器接收分组，确定与每个接收的分组相关联的目的地地址，并且将每个分组映射到在与所述目的地地址相关联的接入路由器处终止的多条路径中的一条或多条路径；多个核心传输(transport)交换机，每个核心传输交换机支持多条路径；以及多个出口交换机，每个出口交换机被配置为经由出口交换机和一个或多个核心传输交换机所支持的路径将在出口交换机处接收的分组传递(convey)到一个或多个接入路由器。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]通过结合附图来考虑下面的详细描述可以容易地理解本发明的启示，其中:
[0007]图1示出通过现有核心路由系统路由的通信路径的高级框图；
[0008]图2示出根据一个实施例配置的核心路由系统的高级框图；
[0009]图3示出根据一个实施例的支持多个区域网络和缩合核心之间通信的PoP的高级框图；[0010]图4示出根据一个实施例的缩合核心的高级框图；
[0011]图5示出根据一个实施例的提供故障恢复(fault resilient)的缩合核心的高级框图；
[0012]图6示出根据一个实施例的一种方法的流程图；
[0013]图7示出根据一个实施例的排队结构和基于链路的背压机制的流程图；
[0014]图8示出根据一个实施例的包括多个互联网服务提供商(ISP)的网络的高级框图；
[0015]图9示出根据一个实施例的缩合核心线卡(CCLC)的高级框图；以及
[0016]图10示出根据一个实施例的核心传输交换机(CTS)的高级框图。
[0017]为便于理解，在可能的地方使用相同的附图标记指代图中共有的相同元件。
【具体实施方式】
[0018]将主要在适用于在PoP之间传递核心业务的缩合核心(CC)设备的上下文内来描述本发明，但是本领域的技术人员和受此处教导启示的技术人员会认识到本发明还可应用到业务路由拓扑、网络、方法以及受益于对传统路由结构的降低的依赖、降低的能量消耗、每条通路的确定数量的跳数、以及这里描述的其它特征的内容。
[0019]本发明的一部分在于发明人对IP路由器的认识，其中所述IP路由器是分组网络的能量低效的构件。IP路由器中主要的能量消耗源包括(a)执行分组处理的数据路径硬件装置，(b)路由表的存储所需的片外存储器，(C)缓冲数据分组所需的片外存储器，以及(d)上述存储器和分组处理设备之间的互联线路。
[0020]图2示出根据一个实施例配置的核心路由系统的高级框图。图2的核心路由系统示例性地提供用于WAN IP骨干的故障恢复、能量高效的结构。在各种实施例中，该结构可用于利用地理缩合分组交换核心替代典型的当前部署的部分连接的PoP网状结构(mesh)。即，不是使用部署在多个存在点中的每个存在点的核心路由器实现的核心，而是实现集中式的“缩合核心”(CC)。
[0021]具体地，图2示出表示为区域Rl到R14 (即210-1到210-14)的多个区域210，其中，存在点(PoP)220支持每个区域。具体地，被表示为PoP A到H(即220-A到220-H)的多个PoP220中的每个，与一个或多个区域210关联或支持一个或多个区域210。每个PoP220用于支持位于一个或多个各自支持的区域210内的网络元件和位于其它区域的网络元件之间(即，其它PoPs支持的区域中的网络元件)的业务。PoP220中的每一个经由至少两个节点不相交的远程或长距的传送路径230和240连接到缩合核心(CC) 250。
[0022]注意的是，图2示出的核心路由系统200的PoP220只包括接入路由器而不包括IP核心路由器。在此种方式中，核心路由系统200内的每个端到端网络路径由确定数目的IP路由元件支持。例如，在一个实施例中，三个IP路由元件用于支持核心路由系统200中任意的端到端网络路径；即，位于源PoP的IP路由元件(接入路由器)、位于目的地PoP的IP路由元件(接入路由器)，以及位于缩合核心250边界的IP路由元件(缩合核心入口路由器)。
[0023]缩合核心(CC)250提供用于连接各种PoP220的故障恢复、能量高效的WAN骨干架构。如图3和图4所示，CC250有利地使PoP220通过用直接连接到每个PoP的接入路由器的单个虚拟IP核心路由器替换典型的全部或部分光PoP互联网状结构以避免使用IP核心路由器成为可能。
[0024]图3示出根据一个实施例的支持在多个区域网络和缩合核心之间的通信的PoP的高级框图，例如上面关于图2所描述的。
[0025]具体地，PoP320示例性地包括三个表示为AR-1，AR-2和AR-3的接入路由器AR。每个接入路由器AR经由各自的短程或长距离通信链路与一个或多个区域网络310通信。接入路由器AR还经由短距离通信链路互相通信。每个接入路由器AR-1到AR-3经由各自的上行和下行长距离通信链路330/340与缩合核心(CC) 350的各自端口 351通信。
[0026]在各种实施例中，缩合核心是地理上邻近和/或与POP中的一个相集成的。
[0027]图4示出根据一个实施例的缩合核心的高级框图，例如上面关于图2-3所描述的。具体地，缩合核心400包括:多个用于接收来自输入长距离连接的数据的入口设备451，多个用于传送数据至输出长距离连接的出口设备452，以及多个用于在入口设备451和出口设备452之间选择性地交换数据的交换设备453。在各种实施例中，入口设备451、出口设备452和交换设备453均在位置上相互邻近以形成本地连接区域，使得上述设备之间的互联路径可由短距离通信链路来支持。
[0028]在一个实施例中,缩合核心包括缩合核心线卡(CCLC)的周界,其通过表示为核心传输交换机(CTS)的交换设备的网络进行互联。可以按功能上类似于路由器线卡的方式实现CCLC，其中每个CCLC包括分组处理器、具有分组缓冲器的业务管理器等。
[0029]对入口设备451 (例如，CCLC)从PoP接收的每个分组进行分类并且与隧道的标签相关联，以形成被称为缩合核心帧的数据单元。隧道指定从入口设备或CCLC的输入端口到出口设备或CCLC的输出端口的通过缩合核心的帧路径。出口设备或CCLC剥除帧的标签并将得到的分组转发到其目的地接入路由器。在入口设备或CCLC处，可以检查分组，并且该分组的目的地接入路由器的身份可有助于对所分配的隧道标签的选择。分组的目的地地址可构成用于选择所分配的隧道的唯一标准或用于选择所分配的隧道的多个标准中的一个。
[0030]每个入口 /出口设备或CCLC连接到至少一个CTS ;例如出于冗余的目的，各种实施例使用多个CTS。CTS形成互联所有入口 /出口设备或CCLC的网状网络。
[0031]在一个实施例中，每个CCLC充当缩合核心隧道的起始端的具有IP路由能力的入口 CCLC，并且充当缩合核心隧道的终止端的没有IP路由能力的出口 CCLC。
[0032]在一个实施例中，每个CTS包括高容量的单芯片交换机，其基于包含在数据帧报头的隧道标签来转发数据帧。在本实施例中，可使用已知的隧道技术，例如多协议标签交换(MPLS)。可选地，私有方案也可用于定义标签的格式和用于标签分配和分发的信令机制。依据实施例，帧格式可要求所有的帧具有相同的大小或可允许不同的大小。
[0033]在各种实施例中，缩合核心适应于被网络管理系统定义为分布式路由器并且作为分布式路由器进行管理。
[0034]图5示出根据一个实施例的提供故障恢复的缩合核心的高级框图，如上面关于图2-4所描述的。具体地，缩合核心500类似于上面关于图4所描述的缩合核心400，除了缩合核心500通过在每对入口和出口设备或CCLC之间使用至少两条节点不相交的路径来
提供故障恢复。
[0035]具体地，参照图5，出于这种讨论的目的，假定在多个入口设备451中的任意一个处接收的数据指定经由特定的出口设备进行传输；即出口设备452-3。可以看出的是，任意Λ 口设备451接收的业务经由各自的主用路径P或各自的备用路径B中的一个或两个通过形成缩合核心500的各种核心传输交换机453被路由到出口设备452-3。
[0036]参照图5，主用路径P用实线箭头示出，而备用路径B用虚线箭头示出。具体地，与入口设备451-1相关联的主用路径包括CTS453-1，-2和_4，而备用路径包括CTS453-8，-9和-4 ;与入口设备451-2相关联的主用路径包括CTS453-8，-9和_4，而备用路径包括CTS453-7，-6和-5 ;与入口设备451-3相关联的主用路径包括CTS453-8，-9和_4，而备用路径包括CTS453-7，-6和-5 ；以及与入口设备451-4相关联的主用路径包括CTS453-7，-9和_4，而备用路径包括CTS453-6和-5 (即，两跳的备用路径)。
[0037]在上面所描述的实施例的上下文内，仅使用接入路由器来实现每个PoP，而将CC实现为由CTS网状结构互联的入口路由器的周界。因此，所有的PoP经由一个入口路由器和CC内的核心传输交换机的网状结构进行互联，其中，核心传输交换机自身使用短距离通信链路互联。
[0038]通常来说，在缩合核心内部，CTS基于其隧道标签来交换每个帧。每个隧道起始于面向核心的入口 CCLC的接口，其中，根据缩合核心所采用的格式来描述并封装所述帧，并且每个隧道终止于面向PoP的出口 CCLC的接口，其中，剥除帧的封装并恢复原始的IP分组。由于每个隧道终接在直接面向PoP接入路由器的网络接口，因此出口 CCLC不执行任何IP功能(即，不需检查或检验各个IP分组的IP报头)，并且由于这个原因，在逻辑上称出口CCLC为出口交换机。因此，利用根据各种实施例配置的WAN骨干，PoP之间的数据分组穿越不超过三个IP路由器(网络节点，其中该节点对分组进行处理，并且根据他们的IP报头的内容对分组进行路由)；即，源PoP的接入路由器，缩合核心边缘的入口 CCLC，以及目的地POP的接入路由器。这种条件保证用于支撑PoP之间业务的整体负载所需的IP转发能力的最小化，从而大大减少运行WAN骨干所需的能量。
[0039]在各种实施例中，至少一些隧道终止在目的地PoP接入路由器而非面向PoP的出口 CCLC的接口。在这些实施例中，支持隧道CTS可以在合适时经由长距离链路或短距离链路耦合到目的地PoP。
[0040]缩合核心中的隧道和数据格式
[0041]在各种实施例中，在CC中的CTS不执行IP路由功能；相反，每个CTS根据帧报头中携带的隧道标签来转发每个数据帧。在给定的CTS中，每个不同的标签识别不同的隧道，该标签最后在通过WAN骨干互联的PoP中的一个POP处映射到目的地接入路由器。映射该标签的目的地接入路由器通过光通路直接连接到出口缩合核心线卡(CCLC)的输出接口。不直接连接到CCLC的接入路由器在缩合核心中没有相应的标签。
[0042]图6示出根据一个实施例的方法的流程图。具体地，图6的方法600涉及根据一个实施例的针对入口路由设备或CCLC的分组处理。
[0043]在步骤610，入口路由设备或CCLC检查新接收的分组，并且在步骤620，识别分组的目的地地址或目的地PoP。即，参照框625，可以检查新接收的分组内的报头信息或有效载荷信息或与新接收的分组相关联的报头信息或有效载荷信息，以识别危险数据、分组标识数据、业务流数据和/或其它数据。
[0044]在步骤630，响应于所识别的目的地地址或PoP，将分组映射到合适的隧道标签。即，参照框635，获取存储在本地CCLC标签数据库或其它标签数据库中的信息，以识别合适的隧道和/或与目的地地址或PoP相关联的标签。
[0045]在步骤640，该分组被单独地或与其它分组一起以帧的格式封装，以便经由一个或多个隧道递送到目的地地址或PoP。参照框645，帧格式可包括固定帧大小格式、可变帧大小格式、包含单个分组的帧、包含多个分组的帧、包含部分分组的多个帧和/或任意其它适合穿越缩合核心CTS网络的帧格式中的任意一种。
[0046]在步骤650，在缩合核心内，CCLC根据合适的路径、标签和/或隧道信息传送一个或多个帧至一个或多个CTS。
[0047]通常来说，入口路由设备或CCLC使用它的IP路由能力来识别每个进入分组的目的地接入路由器，并且因此将每个分组映射到合适的隧道标签。入口路由设备或CCLC包括将进入分组封装成参考帧格式所需要的分组排队和处理设备。
[0048]缩合核心所采用的帧格式定义:帧可以由单个分组组成或可以包括多个分组，例如最多为固定或最大帧大小。将多个分组汇聚成更大的帧具有优点和缺点。主要是能量节省和根据时延和吞吐量的网络性能(由于在形成完整帧和准备好离开入口 CCLC传输前需要等待更多分组，单个分组可能经受他们排队时延的延长)之间的权衡，其中，可通过降低必须执行帧处理操作所处的频率来获得能量节省。
[0049]出口设备或CCLC示例性地根据帧报头中的隧道标签将每个进入帧映射到其输出端口中的一个。在识别输出端口后，出口 CCLC剥除帧的报头，剥去在多分组帧的情况下，在输出端口前面单独地对原始IP分组进行排队。
[0050]CTS是入口和出口 CCLC之间的互联网络的单个构件。为将来自入口设备或CCLC的分组转发到出口设备或CCLC，CTS使用较小的表来将隧道标签映射到输出接口。由CTS处理的隧道标签的数量，也是穿越单个CTS的隧道数量，通常无需超过直接连接到缩合核心的接入路由器的数量N。
[0051]减少的存储器的实施例
[0052]在各种实施例中，为最大化CTS的能量效率，片外分组缓冲存储器从CTS中完全移除。为帮助使得缓冲存储器的移除而不会过度地损害穿过缩合核心的业务吞吐量，CTS与它邻近的CTS和CCLC实例交换背压(backpressure)信号。邻近节点间背压信号的传播时延定义CTS为了避免分组丢失所必须提供的缓冲区的数量。相反地，在CTS中可在片上实现的缓冲存储器的最大尺寸，以及CTS的汇聚转发能力定义CTS与其邻近的CTS和CCLS实例之间的最大接受距离。
[0053]为示例的目的，假定片上缓冲存储器的尺寸选为BMax=32MB，其中，一半的缓冲空间被分配用于减轻背压传播延迟的影响(ABMax=16MB)，其中汇聚转发能力为C=ITbps,以及在互联链路中数据信号传播速度为ν=2.108πι/8，那么与背压传播的延迟相兼容的CTS输入链路的最大长度由以下公式给出:
[0054]
【权利要求】
1.一种用于对接入路由器间的分组进行路由的缩合核心装置，包括: 至少一个入口路由器，每个入口路由器被配置为从一个或多个接入路由器接收分组，确定与每个接收分组关联的目的地地址，并且将每个分组映射到在与所述目的地地址相关联的接入路由器处终止的多条路径中的一条或多条路径；以及 多个地理上邻近的核心传输交换机，每个核心传输交换机支持多条路径。
2.根据权利要求12所述的缩合核心装置，还包括多个出口交换机，每个出口交换机被配置为经由所述出口交换机和一个或多个核心传输交换机所支持的路径向一个或多个接入路由器传递在所述出口交换机处接收的分组； 其中，所述入口路由器经由长距离连接与各自的接入路由器进行通信，所述入口路由器经由短程链路与所述核心传输交换机进行通信，所述核心传输交换机经由短程链路与其它核心传输交换机进行通信并且经由短程链路与所述出口交换机进行通信，以及所述出口交换机经由长距离连接与目的地接入路由器进行通信。
3.根据权利要求1所述的缩合核心装置，其中每个接入路由器支持与公共存在点(PoP)相关联的一个或多个区域网络。
4.根据权利要求1所述的缩合核心装置，其中仅由所述入口路由器来检查到达入口路由器的每个分组的IP报头，并且其中所述路径包括标签交换路径或安全隧道中的任意一个。
5.根据权利要求1所述的缩合核心装置，其中所述装置适用于由网络管理系统当做分布式路由器来管理。
6.根据权利要求1所述的缩合核心装置，其中至少一些分组经由主用路径和备用路径中的一个或两者通过所述缩合核心来`传递。
7.根据权利要求12所述的缩合核心装置，其中所述核心传输交换机向所述入口路由器提供流控制信息，所述入口路由器和核心传输交换机使用所述流控制信息以调整将分组递送到各自路径的顺序。
8.根据权利要求1所述的缩合核心装置，其中实现所述核心传输交换机的分组缓冲的存储器与分组处理逻辑集成在单个电子组件中。
9.用于对接入路由器间的分组进行路由的缩合核心装置，包括: 至少一个入口路由器，每个入口路由器被配置为从一个或多个接入路由器接收分组，确定与每个接收分组相关联的目的地地址，并且将每个分组映射到在与所述目的地地址相关联的接入路由器处终止的多条路径中的一条或多条路径； 多个核心传输交换机，每个核心传输交换机支持多条路径；以及 至少一个出口交换机，每个出口交换机被配置为经由所述出口交换机和一个或多个核心传输交换机所支持的路径向一个或多个接入路由器传递在所述出口交换机处接收的分组。
10.一种用于对接入路由器间的分组进行路由的方法，包括: 在一个或多个入口路由器接收与源接入路由器相关联的分组； 确定与每个接收分组相关联的目的地地址； 将每个分组映射至在与所述目的地地址相关联的接入路由器处终止的多条路径中的一条或多条路径；以及将每个分组传送至支持每个映射路径的预定数量的地理上邻近的核心传输交换机中相应的第一个核心传输交 换机。
【文档编号】H04L12/931GK103503389SQ201280018535
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月11日 优先权日:2011年4月15日
【发明者】Y·贝尔贾拉诺, A·弗朗希尼 申请人:阿尔卡特朗讯公司