CN101425975A - 一种基于bgp虚拟下一跳的ip骨干网络流量负载均衡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于BGP虚拟下一跳的IP骨干网络流量负载均衡的方法，包括：为每个区域分配一个虚拟的管理IP地址；在所述每个区域的多台汇聚路由器上分别配置静态路由，并将所述静态路由注入IGP路由表中；以及将发送至路由反射器中的BGP路由信息中的NextHop属性更改为所述虚拟的管理IP地址，以使核心路由器根据所述路由反射器转发的所述BGP路由信息中的所述虚拟的管理IP地址进行路由设定。根据本发明的方法，通过为同一区域的BGP路由设置同一个虚拟管理IP地址作为BGP Nexthop属性的下一跳信息，能利用路由器的多路由迭代实现在标准IP骨干网网络均衡模型下的达到虚拟管理IP地址的负载均衡。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信网络领域，具体地，涉及IP骨干网络的流量负载均衡方法。
背景技术
目前的IP骨干网络可分为两个层面，一为数据转发平面，二为路由转发平面，其中数据转发平面是由网元及网元之间的物理线路组成。图1示出了目前的IP骨干网络最常见的网络模型。为了子区域1与子区域2之间的互访，在考虑网络冗余的基础上在区域边缘设置两台汇聚路由器。同时在骨干网络中设置核心路由器，用于转发骨干网内的互访流量。该核心路由器与各子区域的汇聚路由器进行全连接。由汇聚路由器、核心路由器和它们之间的线路组成的网络可认为是数据转发平面。
而路由转发平面是为了满足区域间的路由信息能在网络中的所有路由器相互传递而逻辑建立的路由器与路由器的组织关系。以图1为实例，为了实现子区域1与子区域2之间的路由通达，使用了两种动态路由协议来实现。其中，IGP(内部网关协议)路由协议用于传递网元设备的管理地址、互联地址路由信息，为IBGP(内部边界网关协议)路由协议提供下一跳可达的基础，以IBGP路由协议作为网内业务路由信息的主要运载路由协议。而BGP(边界网关协议)路由协议由于存在不转发任何从IBGP邻居接收到的BGP信息的限制，因此一般在大型的IP骨干网络中都会设置BGP路由反射器(RR)。BGP路由反射器的设立除了解决IBGP不转发IBGP路由的限制外，还减少了BGP邻居的数目，提高了BGP路由信息转发效率，减少网络中重复用途的BGP信息包的传播。路由反射器可以与实际承载业务流量的核心路由器合设，也可以单独设定只用于路由发布控制。RR路由反射器一般在骨干网的中间放置，到达各对称节点(如同一区域两边缘路由器)的代价(Metric)均是一致的。
由于在路由转发平面使用了BGP路由协议，而BGP路由协议具有选择最优路由的特性，因此BGP协议必然会选择一条最优的路由，所以图1的网络模型在网络中对于路由转发平面只会选择出一条路由作为到达某区域的最优路由，而数据转发平面存在两条到该区域的通路。由于路由转发平面的路由偏向可能引起数据转发平面的流量偏向，因此可能导致区域上行核心路由器的两条链路中，一条链路的带宽使用率极高，而另一条链路则处于空闲的状态。随着IP化的演进、网络流量也会激增，这种流量的偏向极大地困扰着网络运营商。需要通过更有效的方式去解决这种因路由偏向而产生的流量偏向问题。
虽然目前业界的路由器产品都可通过配置EBGP MulitHop来规避BGP只选择一条最优路由的问题，但多数只针对于EBGP，而IBGP一般是不提供相关的功能。因此这种BGP设计上的特性往往会产生BGP路由偏向的问题。以下列出BGP选择最优路由的次序列表：
表1 BGP最优路由选择顺序列表
图2示出了路由转向平面的逻辑示意图，其中，以路由反射器RR作为BGP路由转发和传递的汇聚点，所有BGP路由信息都通过RR转发。而路由器仅将最优的BGP路由转发给邻居的路由器，所以路由反射器RR也只会把一条BGP最优路由转发给其它的BGP邻居。由于同一个区域应该是有两条来自于不由汇聚路由器的BGP路由，但通过了路由反射器RR转发后只剩下了一条，这样的现象就称为BGP路由的偏向。
图3示出了路由平面中BGP路由偏向的产生过程。在步骤301，同一区域的汇聚路由器向BGP路由反射器(RR)发布相关的区域的汇聚BGP路由。两台汇聚路由器所发布的汇聚路由的路由条目、子网掩码长度、Metric值、Localprefence值、Weight值、Origin值、IGPMetric值(基于图1的实例)的参数默认均是一致的，只是Router-ID的属性因不同路由器而有所差别。在常规配置中，以设备的管理地址作为BGP的Router-ID。在步骤302，路由反射器RR分别接收到来自于同一个区域但不同汇聚路由器产生的相同路由条目的信息，这两条路由信息中路由条目、子网掩码长度、Metric值、Localprefence值、Weight值、Origin值、IGPMetric值的参数默认均是一致的，所以只能使用顺序9的“Router-ID较小的路由作为最优的路由”作为选择最优路由的基准。在步骤303，路由反射器RR会选择Router-ID小的汇聚路由器发来的路由当作为到达目的地址网段最优的路由唯一地向全网播布，播布的对象包括核心路由器和其它区域的汇聚路由器。全网的路由器只会知道到达该目的地是必须通过Router-ID较小的汇聚路由器。核心路由器也会只收到Router-ID小的路由器发出的BGP路由信息。在步骤304，路由反射器RR会选择Router-ID小的汇聚路由器发来的路由当作为到达目的地址网段最优的路由唯一地向全网播布，播布的对象包括核心路由器和其它区域的汇聚路由器。全网的路由器只会知道到达该目的地是必须通过Router-ID较小的汇聚路由器。其它区域的汇聚路由器也会只收到Router-ID小的路由器发出的BGP路由信息。路由器在对BGP路由条目进行出端口选择是通过BGP信息中的Next-hop属性。BGP路由信息中的NextHop属性默认与始发源设备的Router-ID相一致。
图4示出了数据转发平面因BGP路由偏向而引起流量偏向的情况。从区域2向区域1访问的流量平均地加载到区域2的汇聚路由器，由于区域2到达核心路由器的链路代价都是等价的，所以区域2的汇聚路由器各把50％的流量分配到两边到达核心路由器的线路上。核心路由器只有“Router-Id小路由器”发来的路由，所以只会选择到达“Router-ID较小路由器”的线路，也正如图4所示，把100％的流量加载到一边的链路上，而另一边的链路并没有流量，而引起了流量转发的偏向。
图5示出了流量转发平面因BGP路由偏向而引起流量转发偏向的产生过程。在步骤501，其它区域的汇聚路由器在根据收到的BGP路由信息中的NextHop属性选择出端口，在其它汇聚路由器只能接收到“Router-Id较小路由器”发出来的BGP路由，而该BGP路由的NextHop信息默认与始发源的Router-Id一致。从汇聚路由器到达Router-ID较小的路由器只会选择直连核心路由器的链路，因为这样才是最快、路径代价最小到达目的地路由器。在步骤502，IP网络是寻路行为为“Hop-by-Hop”，在核心路由器同样会进行与汇聚路由器一样的过程。核心路由器也只能接收到“Router-Id较小路由器”发出来的BGP路由，所以进行出端口选择的依据也是选择一下最快、路径代价最小的到达“Router-ID较小路由器”的路径。很显然核心路由器只会选择与“Router-Id较小路由器”直连的链路作为出端口链路，所以100％的流量都会加载在一条链路上而另一条链路不会承载任何的流量。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术中存在的上述缺陷，从而在BGP路由偏向的情况下，使核心路由器能选择到达同一区域的两条等价链路，以达到负载均衡的效果。
为此，本发明提供了一种基于BGP虚拟下一跳的IP骨干网络流量负载均衡的方法，包括：为每个区域分配一个虚拟的管理IP地址；在所述每个区域的多台汇聚路由器上分别配置静态路由，并将所述静态路由注入IGP路由表中，其中，所述静态路由的目的地址为相应区域的虚拟的管理IP地址，而所述静态路由的下一跳IP指向所述相应区域内部的互联IP地址；以及将发送至路由反射器中的BGP路由信息中的NextHop属性更改为所述虚拟的管理IP地址，以使核心路由器根据所述路由反射器转发的所述BGP路由信息中的所述虚拟的管理IP地址进行路由设定。
根据本发明的方法，通过为同一区域的BGP路由设置同一个虚拟管理IP地址作为BGP Nexthop属性的下一跳信息，使核心路由器访问一个区域的流量能均衡负载在两条汇聚链路上，从而利用路由器的多路由迭代实现在标准IP骨干网网络均衡模型下的达到虚拟管理IP地址的负载均衡。
附图说明
图1示出了目前的IP骨干网络最常见的网络模型；
图2示出了路由转向平面的逻辑示意图；
图3示出了路由平面中BGP路由偏向的产生过程；
图4示出了数据转发平面因BGP路由偏向而引起流量偏向的情况；
图5示出了流量转发平面因BGP路由偏向而引起流量转发偏向的产生过程；
图6示出了根据本发明的示例性实施方式基于BGP虚拟下一跳地址实现IP骨干网络流量负载均衡的步骤；
图7示出了通过将BGP属性中NextHop属性更改为虚拟的管理IP地址，核心路由器分别通过两台汇聚路由器到达同一个区域以达到流量负载均衡的方法的示例性流程图；以及
图8示出了根据本发明实施方式的数据转发平面的流量情况。
具体实施方式
根据本发明，通过将源BGP路由信息中的Nexthop属性更改为虚拟管理IP地址，在出现BGP路由信息偏向情况下，路由器使用作为循路依据选择下一跳端口。通过将设定的静态路由注入IGP路由协议，利用虚拟管理IP地址和路由信息的多重迭代计算出各路由器到达区域虚拟管理IP地址的、等价于各路由器到达两个汇聚路由器的路径，从而在通用的IP骨干网标准模型下能实现流量的负载均衡。
图6示出了根据本发明的示例性实施方式基于BGP虚拟下一跳地址实现IP骨干网络流量负载均衡的步骤。
在步骤601，为每一个区域分配一个虚拟的管理IP地址。比较合理的情况是，单独分配一段未使用的公网IP地址作为虚拟管理IP地址，并为每一个区域分配其中的一个虚拟管理IP地址，每个虚拟管理IP地址的子网掩码均为32位。这种将BGP路由信息中的NextHop属性更改为虚拟管理IP地址的方法可称为BGP虚拟下一跳。
在步骤602，在同一个区域的两台汇聚路由器上配置静态路由。这些静态路由的目的地址为虚拟管理IP，而静态路由的下一跳IP指向区域内部的互联IP。
在步骤603，在区域的两台汇聚路由器上把配置的这些虚拟管理IP的静态路由注入至IGP路由表中。这样，便提供了到达区域的虚拟管理IP地址的可达路由。
在步骤604，在其它区域进行验证测试，确定通过IGP路由协议学习到的关于某区域的虚拟管理IP地址的路由信息，并确定该路由信息是可达的。如果没有收到相关的IGP路由信息，则需要确认步骤603是否完成。
在步骤605，在同一区域的两台汇聚路由器处，通过策略更改发至路由反射器(RR)的BGP路由信息中的Nexthop属性。把Nexthop属性设定为本区域的虚拟管理IP地址。根据BGP路由信息，路由器会根据Nexthop来选择数据包的出端口，进行路由选择的设定。
在步骤606，在路由反射器(RR)上进行验证，确定接收到的同一区域两台汇聚路由器发来的同一段路由信息的Nexthop属性是否已经更改为该区域的虚拟管理IP地址。同时在其它区域进行验证测试，确定从路由反射器转发过来该区域的路由信息的Nexthop属性。
图7示出了通过将BGP属性中NextHop属性更改为虚拟的管理IP地址(虚拟下一跳技术)，核心路由器分别通过两台汇聚路由器到达同一个区域以达到流量负载均衡的方法的示例性流程图。
在步骤701，同一区域的两台汇聚路由器把虚拟管理IP地址注入到IGP路由协议中。核心路由器通过IGP路由协议学习到两条虚拟管理IP地址的路由信息，这两条虚拟管理IP地址路由是在通过同一区域的两台汇聚路由器处学习得到的。由于同一区域的两台汇聚路由器和核心路由器之间是通过均衡的链路连接，所以核心路由器与汇聚路由器1和核心路由器到汇聚路由器2的IGP代价是等价的。所以核心路由器通过汇聚路由器1到虚拟管理IP地址和核心路由器通过汇聚路由器2到虚拟管理IP地址都是一样的。
在步骤702，路由反射器(RR)接收到两台同一区域的汇聚路由器的相同路由时会进行最优路由的选择。根据表1的规则，路由反射器(RR)会以Router-ID的大小去选择最优的路由。这样，路由反射器(RR)会把这条最优的路由分发到其它的路由器(如核心路由器)。所以，在骨干网的其它路由器只会学习到Router-ID小的BGP路由。这正如图2中的BGP路由偏向。
步骤703，在核心路由器进行下一跳端口的选择依据是通过BGP路由的Nexthop属性进行选择。虽然核心路由器还是会因为BGP最优路由选择的问题而引起BGP路由偏向，但由于更改了BGP路由信息的Nexthop信息为一个虚拟管理IP地址，在进行核心路由器在选择出端口时也是就依据到达该虚拟管理IP地址的最佳路径。由步骤701的原因，核心路由器到达虚拟管理IP地址既可使用连接汇聚路由器1的线路也可使用汇聚路由器2的线路，以致于达到同一个区域的流量负载均衡。
参见图8，示出了根据本发明实施方式的数据转发平面的流量情况。
本发明示例性实施方式中，以两个子区域之间的路由为例进行了说明，但是，本领域技术人员应该认识到，上述的子区域也可为更多个。本发明示例性实施方式中，以每个子区域具有两个汇聚路由器为例进行了说明，但是，本领域技术人员应该认识到，上述的汇聚路由器也可为更多个。
上述实施方式仅为示例性而非限制性的，通过阅读本说明书，本领域技术人员可对上述实施方式做出各种修改和变化，而并不脱离本发明的精神和范围。本发明的保护范围仅由权利要求书限定。
Claims (8)
1.一种基于BGP虚拟下一跳的IP骨干网络流量负载均衡的方法，包括：
为每个区域分配一个虚拟的管理IP地址；
在所述每个区域的多台汇聚路由器上分别配置静态路由，并将所述静态路由注入IGP路由表中，其中，所述静态路由的目的地址为相应区域的虚拟的管理IP地址，而所述静态路由的下一跳IP指向所述相应区域内部的互联IP地址；以及
将发送至路由反射器中的BGP路由信息中的NextHop属性更改为所述虚拟的管理IP地址，以使核心路由器根据所述路由反射器转发的所述BGP路由信息中的所述虚拟的管理IP地址进行路由设定。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述静态路由注入所述IGP路由表中之后，对其它区域进行验证测试，以通过IGP路由协议获得关于所述相应区域的虚拟的管理IP地址的路由信息，并确定所述路由信息是否为可达的。
3.如权利要求2所述的方法，其中，如果所述路由信息不可达，则检查是否已将所述静态路由注入所述IGP路由表中。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在将所述BGP路由信息中NextHop属性更改为所述虚拟的管理IP地址之后，在所述路由反射器上验证，确认接收到的来自同一区域的所述多台汇聚路由器发来的同一段路由信息的NextHop属性是否均已更改为该区域的所述虚拟的管理IP地址；以及
在其它区域进行验证，确定由所述路由反射器转发的所述路由信息的NextHop属性。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述路由设定包括：
通过所述BGP路由信息中的所述虚拟的管理IP地址选择相应的区域；
根据所述区域的IGP路由表中的所述静态路由，均衡地选择流量传输路径。
6.如权利要求5所述的方法，其中，通过多重迭代实现对所述流量传输路径的均衡选择。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述每个区域的多台汇聚路由器和所述核心路由器之间通过均衡的链路连接。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述每个区域具有两个汇聚路由器。
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