文/王黎黎 王飓

    图1显示了一个典型的IP网络图，目前很多行业网，如金融、教育都是采用这样的结构进行组网的。这样一个网络，现有的一些路由协议，如OSPF、ISIS、RIP等虽然能指导各路由器进行报文的转发，但是对于汇聚层为环形网这样的结构来讲，在收敛速度、计算复杂度等方面不具有任何优势。针对这个问题，H3C研发人员提出了一种专门用于环形网的路由协议，不仅简单，而且具有极好的收敛速度。

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图1 一个典型的IP网络图

    下面以汇聚层的环形网络为例，详细阐述本发明的设计思路。如图2，该环形网络包括R1、R2、R3和R4这四个路由器，中间分别通过链路L1、L2、L3和L4连接，并且每个路由器连接各自的IP网络。为了方便描述，我们定义：环上每个路由器称为一个环上节点，构成环的每条链路称为一个环上连接，每个节点都有两个连接，分别称为左手连接和右手连接；每个节点有一个ID，可以选该节点的IP地址作为其ID；选择环上的一个节点作为Master，其余节点作为Slave。

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图2 环形网络

    协议的运行包括以下过程：环路发现→路由交换→快速倒换→故障检测→故障恢复。以下按顺序介绍每个过程的运行情况。

1、环路发现

    Master定期在环网上发送环路发现报文，该报文依次经过环网上的每一个节点，每一个节点将自身的相关信息记录在该报文中发送给下一个节点，最终该报文回到Master，此时Master就知道了整个环网的拓扑结构。Master将环网的拓扑结构通过环路公告报文发送给环上的每一个节点，其它节点接收到这些信息后也和Master一样获取了整个环网的拓扑信息。Master周期性的发送环路公告报文，环路上的各节点根据该报文检查网络状况，如果出现自己的ID发生变化或者自己是新加入的节点，那么就会通知Master环网的拓扑发生了改变，Master于是重新触发环路发现过程。

2、路由交换

    路由交换过程我们以R2为例进行说明（R2 连接的环下网络路由信息为IP2）。R2从自己的左手连接向R3发送路由通告报文“S=ID-R2，跳数=1，IP2”。S=ID-R2表示路由发布源为R2节点；跳数表示路由通告报文经过的节点，初始值为1，以后每经过一个节点就加1；IP2代表了所有的路由信息。R3收到该路由通告报文后，建立一张表，记录所有R2发布的路由IP2，然后再把这个报文中的跳数加1，从R3的右手连接发向R4。R4收到该通告报文后也记录下R2发布的路由。同样地，R1也记录下R2发布的路由信息。最终该通告报文回到R2。这样，环上的每一个节点都学习到了R2发布的路由信息。类似地，R1、R3、R4也在环网上发布自己的路由信息，这样环上的每一个节点都学习到了其他节点发布的路由信息。

    每个环上节点获知了环下的所有路由信息后，开始计算到达这些环下路由的最优路径。

    仍然以R2为例。首先，它知道自己的非环上学来的路由IP2；其次，是从环上其他节点学来的路由，实际上这些路由既可以从R2的左手连接到达，又可以从R2的右手连接到达。比如去往IP1，R2既可以通过右手连接经过1跳到达，也可以通过左手连接经过3跳到达。而一般最优路径是指经过最少跳数能到达目的的路由。所以，R2将右手连接L1（或者说下一跳为R1）作为主用，将左手连接L2（或者说下一跳为R3）作为备份。这样，在R2上经过计算就可以形成下表：

表1 路由下一跳备份关系表

    【其中，IP2是本地路由，在没有多点接入的情况下，只有本地的链路，没有备份；另外，到达IP4，左右跳数都是2，规定左手优先。】

3、快速倒换

    当环网出现单点故障时，各个路由器需要根据自己掌握的拓扑，计算出链路倒换表。以R2为例，计算出的倒换表如下：

表2 链路倒换表

    判断链路倒换的原则为从R2到目的网络所连接的主路径上是否包含故障链路。如果包含，则进行主备倒换。例如，R2到IP1的网络，主路径是L1，当L1故障时，则进行主备倒换；又如，R2到IP4的网络，主路径是L2-L3，当L2或L3发生故障时，则进行主备倒换。故，当发生单点故障时，经过链路倒换，所有的报文都不再经过故障路径，网络的连通性得到保证。

    R1、R3、R4和R2一样，计算出各自的链路倒换表。在链路出现故障时，根据链路倒换表快速进行倒换。

4、故障检测

    环上节点检测到链路故障后，立刻向相反的方向发送故障通告报文。以R2为例，当发现L2出现故障，立刻向L1侧R1发送故障通告报文。R1收到报文后，将报文从其右手连接发送出去，并根据链路倒换表触发路由倒换。该故障通告报文一直传递到R3。同样的，R3也可以检测到这个故障，就向L3侧（R4）发送故障通告报文。该故障通告报文一直传递到R2。收到故障通告报文的节点，根据各自的链路倒换表进行链路倒换。

5、故障恢复

    由于Master定期发送环路公告报文，当网络出现故障时，Master从其另一侧就收不到该环路公告报文，直到故障恢复。当Master收到链路公告报文后，它会发送一个链路恢复报文，通知环上各节点恢复倒换的路由，使网络恢复到正常状态。

    按照如上协议运行，即可构成简单的环网协议，以较小的代价满足环网路由和快速收敛的需要。

【专利点评】

本发明利用环形网天然冗余备份的拓扑特点，结合IP快速重路由的思想，提出了一种简便有效的路由实现方案。本发明的环网路由方案算法极其简单，能够实现具有环形拓扑的整个网络的路由快速收敛。当环网任何一条链路出现故障时，故障检测时间、故障通告时间、尤其是快速倒换时间都可以控制在毫秒级，因而使得整个网络的路由收敛速度可以控制在毫秒级。

目前，H3C在路由技术方面已申请专利数百件，其中不乏像本篇这样的全新创作。