[发明专利]一种多层虚拟覆盖网络接入方法

说明书

技术领域

本发明属于虚拟覆盖网络接入领域，更为具体地讲，涉及一种多层虚拟覆盖网络接入方法。

背景技术

接入网是指主干网络到用户终端之间的所有设备，其长度一般为几百米到几公里，因而被形象地成为“最后一公里”。现有网络接入方法的基本接入单位是用户，利用OSI（Open System Interconnect，开放式系统互联）7层协议模型的应用层承载用户业务，将用户业务层层封装最后转发到核心主干网络中或进行本地内部转发。在OSI7层模型中的底层实现中，它们使用各自的技术来转发数据。

在接入网的数据链路层经常使用生成树协议和VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）技术来搭建二层网络，最终实现组建虚拟工作组的目的。生成树协议可以避免环路。VLAN技术是在交换局域网的基础上，采用网络管理软件组建的可跨越不同网段、不同网络的端到端的逻辑网络。一个VLAN组成一个逻辑子网，即一个逻辑广播域，它可以覆盖多个网络设备，允许处于不同地理位置的网络用户加入到一个逻辑子网中。

在接入网的网络层使用目的IP寻址方式完成网络层数据的转发。在网络层通过划分子网的方式来限制路由信息的无限制增长，同一子网的用户可以相互通信。而不同子网的用户通信需要使用三层路由设备进行数据转发。在接入网中经常使用默认路由、路由器协议交换等方式实现用户与用户、接入网到核心主干网的数据交换。

应用层各种网络服务往往是通过搭建覆盖网络（Overlay Network）实现。覆盖网络直接面向应用层用户，不考虑或很少考虑网络层和物理层的问题。覆盖网络的建立会改变底层网络的某些特性，实现底层网络的不能提供的网络服务。在覆盖网络中直接相连的两个节点，它们是逻辑上或虚拟的直接相连，这种虚拟连接可能对应着物理网络中的多条链路。

覆盖网络的组网方式多种多样，由于网络用户对服务的多样化需求，导致了不同种类的应用服务。这些应用服务在应用层被抽象为多种覆盖网络。覆盖网络的多样化造成了网络节点之间的连接关系的不同，它们或许属于从属关系，或许属于平等关系，或许属于其它关系。

现有覆盖网络的典型网络拓扑模型包括星型、树型、MESH（网格）型。图1是星型网络拓扑示意图。如图1所示，使用这种模型的应用服务是中心节点为处于边界的节点提供统一的服务，处于四周边界的节点之间没有交互的必要，它们只与中心节点交流，中心为边界节点提供数据服务或数据交换。图2是树型网络拓扑示意图。如图2所示，这种网络模型是一种分级的集中控制式网络，网络节点易于扩充，寻找路径比较方便。从一个站点传输的数据会被其他所有站点接收，适用于应用层组播应用。图3是MESH型网络拓扑示意图。如图3所示，节点之间需要全互连的应用需要用到这种网络模型，每两个节点之间都有直接的相连，可以直接进行交互。覆盖网络对网络拓扑中的节点有不同的处理能力、转发能力要求，一般越处于集中的位置能力要求越高，越处于边界的位置要求越低。如上面的星型网络拓扑中心节点需要高带宽、高网络转发能力；而MESH型网络拓扑中节点都处于相同位置，它们对网络处理能力要求相当。

虽然覆盖网络可以根据自己的需要建立虚拟网络拓扑，但是这种虚拟网络只是应用层网络。按照OSI7层网络模型自上而下的机制，应用层无法彻底改变底层网络，底层网络也无法获知应用层覆盖网络的虚拟拓扑。这就造成了如下一些问题：

A)应用层覆盖网络无法改变物理网络中的路由交换设备，这一定程度上造成了网络层的低效率。以应用层组播为例，因为它不考虑物理网络拓扑，所以应用层组播的延迟很大。

B)多个覆盖网络同时部署在某个物理网络时，有些功能在多个覆盖网络中重复出现，造成网络的冗余问题。

C)传统的应用层覆盖网络严格位于OSI7层协议模型的应用层，应用层的数据经过层层封装，到达网络层时，网络层传输的机制是使用BE（best effort）方式传输数据，当多种不同的覆盖网络同时部署在物理网络时，无法保障不同应用对交换节点的差异化要求。

除此之外，传统的接入网络覆盖相对封闭，不能满足多种接入对象的接入要求。并且当多种类型的应用部署在接入网络中时，无法做到优化配置来满足多种应用对接入网络的差异需求，不能动态调整网络，只能根据底层网络的转发规则进行数据交互，导致接入网络效率低下等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多层虚拟覆盖网络接入方法，将传统的只能在应用层构建的覆盖网络在OSI7层模型的底层网络中实现。