CN101599898B - 多链路故障环境下采用lfa方式的路由器避免环路的方法 - Google Patents

Abstract

一种多链路故障环境下采用LFA方式的路由器避免环路的方法，因为传统LFA快速重路由方式主要用于应对单链路故障，即采用LFA方式的路由器各自计算自身路由条目的备份路由条目；对于同一目的地址，相邻路由器可能都将对方作为自身的备份下一跳；这样在发生多链路故障时，相邻路由器可能同时将对方作为自身的下一跳而造成环路。本发明较好地解决了上述LFA方式只能应对单链路故障的局限。该方法是在相邻的使用LFA方式的路由器之间建立通信流程，使得在多链路故障相继发生时，采用LFA方式快速重路由的各个相邻路由器之间能够避免出现环路现象。本发明方法的操作步骤简单、容易，无需对传统路由协议做大量修改，工程上便于部署实施。

Description

多链路故障环境下采用LFA方式的路由器避免环路的方法

技术领域

本发明涉及一种多链路故障环境下采用LFA方式的路由器避免环路的方法，确切地说，涉及一种在发生多链路故障条件下，采用环路避免备份LFA方式进行快速重路由的路由器如何避免产生环路的方法，属于IP网络通信技术领域。

背景技术

在IP网络中，当路由器检测到链路发生故障后，传统的处理方式是：

(1)发现故障的路由器将该故障消息传播到其它路由器；

(2)所有接收到该故障消息的路由器重新计算各自的路由条目；

(3)所有路由器分别更新各自的路由表。

在这一过程中流经故障链路的数据将会持续丢失。为减少数据丢失和提高网络性能，科技人员提出了快速重路由技术。

快速重路由技术的核心思想是：所有路由器对自身的每一条路由条目都提前备份另外一条路由条目，当路由器检测到与其相连接的链路发生故障后，立即使用备份路由条目替换受损的原路由条目，以实现数据的继续转发。虽然从链路发生故障到与该链路故障被检测到的这段时间内会持续丢失数据，但是快速重路由方式减少了数据包在故障传播-路由条目重新计算-路由表更新的这段时间内的丢失。

在快速重路由方式中，最为简单、实用的方式是环路避免备份LFA(loop freealternate)方式，该LFA方式的基本操作步骤为：

(1)网络中的每个路由器先计算LFA备份路由条目，也就是各个路由器假设每一条与其相连接的链路发生单链路故障时，要针对每一条链路故障都能够在自身路由表中查找到受该链路故障影响而失效的一组路由条目。

(2)对于所有受到某一条链路故障影响而失效的路由条目，计算LFA备份路由的路由器先在其其它邻居路由器中选择新的下一跳路由器，以生成备份路由条目。这样，该计算LFA备份路由的路由器对于每一条假设故障链路均可得到一组备份路由条目，从而对于自身的所有链路得到多组备份路由条目。

(3)当网络中发生链路故障、且与该故障链路相连接的路由器检测到该故障后，立即用原先得到的与该故障链路相关的一组路由条目替换受损路由条目。

(4)每个路由器在步骤(2)中选择备份下一跳路由器，进而生成备份路由条目时，要保证数据不会被回送。

关于“保证数据不会被回送”的解释如下，计算LFA备份路由的路由器选择备份下一跳路由器时，要保证该备份下一跳路由器到达目的路由器的最短路径上不包含其自身。也就是，当数据由该计算LFA备份路由的路由器交给备份下一跳路由器转发时，数据包不会由备份下一跳路由器再发送回来。

下面参见图1，以实例说明备份下一跳路由器的选择方法(网络图中的圆圈表示路由器，直线表示链路，直线上数字表示链路代价或花销；后者皆然)：

在图1中，路由器S到达路由器D的最短路径为S→D。对于路由器S的路由条目S-D，其备份的下一跳可分别在路由器A与路由器B中寻找。

(1)如果路由器S选择路由器A作为路由条目S-D失效后的备份下一跳路由器，因为路由器A到达路由器D的最短路径为A→S→D，路由器S存在于该最短路径上，所以当S→D链路发生故障后，目的地址为D的数据包由路由器S发送到路由器A后，路由器A会将该数据包回送至路由器S，造成重路由失败。

(2)如果路由器S选择路由器B作为路由条目S-D失效后的备份下一跳路由器，因为路由器B到达路由器D的最短路径为B→D，路由器S不存在于该最短路径上，所以当S→D链路发生故障后，目的地址为D的数据包由路由器S发送到路由器B后，路由器B会将该数据包直接发送至路由器D，完成数据发送。

因此，在路由器S中，对于S→D链路故障而受到影响的路由条目S-D，路由器S可使用路由器B作为备份下一跳路由器而生成备份路由条目S-B-D。这样，当S→D链路发生故障后，立即使用备份路由条目S-B-D替换受到故障影响的S-D路由条目。

目前，LFA方式主要用于应对单链路故障：当网络中发生单链路故障时，检测到链路故障的路由器会用先前计算得到的一组备份路由条目来替换受损路由条目。但是，当网络中发生多链路故障时，相邻路由器为应对各自的单链路故障而分别使用新的备份下一跳时，LFA方式在相邻路由器间可能会形成环路。

下面以图2为例，介绍在多链路故障情形下，使用LFA方式的路由器之间出现的环路现象：

在图2中，路由器A到达路由器C的路由条目为A-C，路由器B到达路由器C的路由条目为B-C。因此，对于目的路由器C：

(1)路由器A应对A→C故障的备份下一跳是路由器B，备份路由条目为A-B-C；

(2)路由器B应对B→C故障的备份下一跳是路由器A，备份路由条目为B-A-C。

所以，备份路由表如下：

路由器	应对的链路故障	原路由条目	备份路由条目
				A	A→C	A-C	A-B-C
B	B→C	B-C	B-A-C

当A→C链路或B→C链路中只有一条链路发生故障时，LFA均工作正常。

然而，在下述情形，使用LFA的路由器A和B之间会产生环路：

(1)当A→C链路中断，路由器A使用A-B-C路由条目更新自身原路由。此时，在路由器A上，目的地址为C的数据由路由器A交由路由器B转发；

(2)随后，B→C链路也发生中断，路由器B使用B-A-C路由条目更新自身原路由。此时的路由器B上，目的地址为C的数据由路由器B交由路由器A转发；

(3)对于目的地址C，路由器A与路由器B都使用对方作为自身到达路由器C的下一跳，使得A、B之间形成环路；造成到达路由器C的数据包会在两个路由器A和B之间的链路反复传送。直至IP包头中的TTL(生存时间)为零后，数据包才被丢弃。

而且，当目的地址为D的数据包在两个路由器A和B之间反复传送时，路由器A和B之间的链路带宽会因此被占用而影响网络传输性能。

因此，发生多链路故障时，在采用LFA方式进行快速重路由的路由器之间，如何避免产生环路的问题就成为业内科技人员关注的新课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多链路故障环境下采用LFA方式的路由器避免环路的方法，本发明较好地解决了传统的LFA快速重路由方式只能应对单链路故障的局限：当发生多链路故障时，相邻路由器可能同时将对方作为自身的下一跳而造成环路。该方法是在相邻路由器之间建立通信流程，使得在多链路故障发生时，采用LFA方式快速重路由的各个相邻路由器之间能够避免出现环路现象。

为了达到上述目的，本发明提供了一种多链路故障环境下采用环路避免备份LFA方式的路由器避免环路的方法，其特征在于，所述方法包括下列操作步骤：

(1)每个路由器执行初始化操作：分别清空自身的LFA备份路由表，再根据LFA备份路由条目的计算方法，分别得到各自的多组备份路由条目，其中每一组备份路由条目均对应自身的某一链路故障；然后，分别将各自计算得到的所有备份路由条目中的可用标志都设置为可用；

(2)当某一个路由器检测到链路故障时，该检测到链路故障的路由器查找是否有应对该链路故障的一组备份路由条目；如果没有备份路由条目，该检测到链路故障的路由器继续检测是否发生链路故障；且当其检测到另一链路故障时，不使用可用标志为不可用的备份路由条目来更新自身路由条目；如果有备份路由条目，则该检测到链路故障的路由器顺序执行后续步骤(3)；

(3)该检测到链路故障的路由器检查查找到的备份路由条目的可用标志，如果备份路由条目的可用标志为不可用，该检测到链路故障的路由器继续检测是否发生链路故障；且当其检测到另一链路故障时，不使用可用标志为不可用的备份路由条目来更新自身路由条目；如果查找到的备份路由条目的可用标志为可用，则该检测到链路故障的路由器顺序执行后续步骤(4)；

(4)该检测到链路故障的路由器向查找到的所有可用的备份路由条目所确定的下一跳路由器发送故障通告消息，并使用查找到的所有可用的备份路由条目更新自身路由表中受损的原路由条目；

(5)接收到所述故障通告消息的路由器，检查自身所有的备份路由条目，查询这些备份路由条目中是否存在目的地址与所述故障通告消息中的目的地址标识相同，并且下一跳路由器与发送所述故障通告消息的路由器标识相同的备份路由条目；

(6)如果接收到所述故障通告消息的路由器中存在同时满足下述两个条件的备份路由条目：目的地址与所述故障通告消息中的目的地址标识相同、并且下一跳路由器与发送所述故障通告消息的路由器标识相同，则将自身备份路由表中满足上述两个条件的备份路由条目的可用标志设置为不可用后，顺序执行后续步骤(7)；否则，直接执行后续步骤(7)；

(7)该接收到所述故障通告消息的路由器继续检测是否发生链路故障，且当其检测到另一链路故障，且准备使用备份路由条目替换受损的原路由条目时，不使用可用标志为不可用的备份路由条目。

所述故障通告消息的内容包括发送所述故障通告消息的路由器标识、目的地址标识和备份下一跳路由器标识。

本发明是一种多链路故障环境下采用LFA方式的路由器避免环路的方法，其优点是：在IP环境的多链路故障发生时，该方法是在相邻的使用LFA方式进行快速重路由的各个路由器之间建立通信流程，从而防止产生环路，提高网络性能。其中通信流程中的故障通告消息只包含发送该消息的路由器标识、目的地址标识和备份下一跳路由器标识。因此，各相邻路由器之间的通信数据增加得很少，不会对网络传输性能产生影响。

另外，本发明方法的操作步骤简单、容易，无需对传统路由协议做大量修改，工程上便于部署实施。因此，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1是传统的LFA方式备份下一跳路由器的选择方法的实例说明图。

图2是传统的LFA方式在多链路故障时会产生环路的实例说明图。

图3是本发明在多链路故障环境下采用LFA方式的路由器避免环路的方法操作步骤流程图。

图4是本发明在多链路故障环境下采用LFA方式的路由器避免环路的方法的实施例说明图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明是一种在多链路故障环境下，防止LFA方式的路由器在快速重路由时出现环路的方法，具体内容是：

每个路由器根据LFA备份路由的计算方法，得到各自的多组备份路由条目，每一组备份路由条目均对应自身的某一链路故障；并在各相邻路由器之间采用发送故障通告消息的通信机制，以防止发生环路；

路由器检测到链路故障后，先在自身备份路由表中查询到与该链路故障相关的一组备份路由条目，并向由该组备份路由条目中的每一个备份路由条目所确定的下一跳路由器发送故障通告消息；然后，该路由器立即使用该组备份路由条目替换自身受损的原路由条目；

接收到所述故障通告消息的路由器，立即将自身备份路由表中与该故障通告消息相关的备份路由条目的可用标志设置为不可用；然后，当接收到所述故障通告消息的路由器检测到另一链路故障，且准备使用备份路由条目替换受损的原路由条目时，不使用可用标志为不可用的备份路由条目。

参见图3，具体介绍本发明方法的各个操作步骤：

(1)每个路由器执行下述初始化操作：分别清空自身的LFA备份路由表，再根据LFA备份路由条目的计算方法，分别得到各自的多组备份路由条目，然后，分别将各自计算得到的所有备份路由条目中的可用标志都设置为可用。

(2)当某一个路由器检测到链路故障时，该检测到链路故障的路由器查找是否有与该链路故障相关的备份路由条目；如果没有备份路由条目，该检测到链路故障的路由器跳转执行步骤(7)；否则，顺序执行后续步骤(3)。

(3)该检测到链路故障的路由器查找到备份路由条目时，检查所有备份路由条目的可用标志，如果备份路由条目的可用标志为不可用，该检测到链路故障的路由器跳转执行步骤(7)；如果备份路由条目的可用标志为可用，则该检测到链路故障的路由器顺序执行后续步骤(4)。

(4)该检测到链路故障的路由器向查找到的所有可用的备份路由条目所确定的下一跳路由器发送故障通告消息，并使用查找到的所有可用的备份路由条目更新自身路由表中受损的路由条目。该故障通告消息的内容包括发送该消息的路由器标识、目的地址标识和备份下一跳路由器标识。

(5)接收到该故障通告消息的路由器，检查自身所有的备份路由条目，查询这些备份路由条目中是否存在与该故障通告消息中的目的地址标识相同的目的地址，并且其中的下一跳路由器与发送该故障通告消息的路由器标识相同。

(6)如果接收到故障通告消息的路由器中存在同时满足上述两个条件的相关路由条目，则将该备份路由条目的可用标志设置为不可用后，顺序执行后续步骤(7)；否则，直接执行后续步骤(7)。

(7)该路由器继续检测是否发生链路故障。

本发明已经进行了多次实施试验，下面以图4的实例说明路由器进行LFA计算、发送故障通告消息以及防止产生多链路故障环路的各个操作流程：

参见图4，先介绍LFA备份路由表的计算过程：

以路由器S为例，在网络稳定的情况下路由器S的各个路由条目如下：

目的路由器	下一跳路由器	路由条目
			A	A	S-A
B	B	S-B
			C	C	S-C
D	A	S-A-D
			E	A	S-A-E

路由器S对其LFA备份路由表的计算过程如下：

(1)路由器S假设与自己相邻的S→A链路发生故障，就在自身的路由表中查找受损的路由条目。其中S-A、S-A-D和S-A-E三条路由条目受损，对于每一条受损路由条目分别计算其备份路由条目。

A、对于S-A路由条目，路由器S在自身不与受损链路相连的两个邻居路由器(即B和C)中寻找备份下一跳。

如果选择路由器B作为备份下一跳，路由器B到达路由器A的最短路径为B→A，该路径上不包含路由器S(即路由器S将目的地址为A的数据包发送给路由器B后，不会从路由器B回送到路由器S)，所以，路由器B可以作为备份下一跳。

如果选择路由器C作为备份下一跳，路由器C到达路由器A的最短路径为C→E→A，数据也不会被回送到路由器S。

因此，路由器B与路由器C均可作为S→A链路中断后的S-A路由条目的备份下一跳。S→B→A路径的花销为11(6+5)，而S→C→E→A路径的花销为6(2+3+1)，故作为备份下一跳的路由器C优于路由器B。

B、对于S-A-D路由条目，路由器S在自身的不与受损链路相连的两个邻居路由器(即B和C)中寻找备份下一跳。

如果选择路由器B作为备份下一跳，路由器B到达路由器D的最短路径为B→D，该路径上不包含路由器S，故路由器B可以作为备份下一跳。

如果选择路由器C作为备份下一跳，路由器C到达路由器D的最短路径为C→E→A→D，数据也不会被回送到路由器S。

因此，路由器B与路由器C均可作为S→A链路中断后的S-A-D路由条目的备份下一跳。S→B→D路径的花销为8(6+2)，而S→C→E→A→D路径的花销为10(2+3+1+4)，故作为备份下一跳的路由器B优于路由器C。

C、对于S-A-E路由条目，路由器S也在自身的不与受损链路相连的邻居路由器(即B和C)中寻找备份下一跳。

如果选择路由器B作为备份下一跳，路由器B到达路由器E的最短路径为B→A→E，该路径上不包含路由器S，故路由器B可作为备份下一跳。

如果选择路由器C作为备份下一跳，路由器C到达路由器E的最短路径为C→E，该路径上不包含路由器S，故路由器C可作为备份下一跳。

因此，路由器B与路由器C均可作为S→A链路中断后的S-A-E路由条目的备份下一跳。S→B→A→E路径的花销为12(6+5+1)，而S→C→E路径的花销为5(2+3)，故作为备份下一跳的路由器C优于路由器B。

此时路由器S可生成下述备份路由表来应对S-A链路故障：

目的路由器	下一跳路由器	备份下一跳路由器
			A	A	C
B	B
			C	C
D	A	B
			E	A	C

(2)路由器S假设与自己相邻的S→B链路故障，就在自身的路由表中查找受损的路由条目。其中只有S-B路由条目受损，就对该条受损路由条目计算其备份路由条目。

对于S-B路由条目，路由器S在自身的不与该受损链路相连的两个邻居路由器(即A和C)中寻找备份下一跳。

如果选择路由器A作为备份下一跳，路由器A到达路由器B的最短路径为A→B，该路径上不包含路由器S，故路由器A可作为备份下一跳；

如果选择路由器C作为备份下一跳，路由器C到达路由器B的最短路径为C→S→B，该路径上包含路由器S，故路由器C不可作为备份下一跳；

此时路由器S可生成下述备份路由表来应对S-B链路故障：

目的路由器	下一跳路由器	备份下一跳路由器
			A	A
B	B	A
			C	C
D	A
			E	A

(3)路由器S假设与自己相邻的S→C链路故障，就在自身的路由表中查找受损的路由条目。其中只有S-C路由条目受损，就对该条受损路由条目计算备份路由条目。

对于S-C路由条目，路由器S在自身的不与假设受损链路相连的两个邻居路由器(即A和B)中寻找备份下一跳。

如果选择路由器A作为备份下一跳，路由器A到达路由器C的最短路径为A→E→C，该路径上不包含路由器S，故路由器A可作为备份下一跳；

如果选择路由器B作为备份下一跳，路由器B到达路由器C的最短路径为B→S→C，该路径上包含路由器S，故路由器B不可作为备份下一跳；

此时路由器S可生成下述备份路由表来应对S-C链路故障：

目的路由器	下一跳路由器	备份下一跳路由器
			A	A
B	B
			C	C	A
D	A
			E	A

(4)完成上述计算过程后，路由器S上生成所有故障链路的备份路由表：

网络中的所有路由器都按照上述方案分别计算各自的备份路由表。当检测到链路故障后，各路由器分别根据故障类型(即哪条链路发生故障)使用对应的一组备份路由条目来更新该路由器的原路由条目，实现数据的继续转发。例如路由器S计算完成备份路由表后，当路由器S检测到S→A链路故障后，使用S-C-A、S-B-D和S-C-E三条路由条目来更新其原来的路由条目，即替换S-A、S-A-D和S-A-E三条受损的路由条目。

参见图4，介绍发送故障通告消息及防止产生多链路故障环路的操作流程：

因为完成LFA计算后，备份路由表只能够应对单链路故障，对于连续发生的多链路故障可能会在相邻接点之间产生环路。

例如：在路由器B上，到达路由器A的路由条目为B-A，B→A链路故障的备份路由条目为B-D-A。

在路由器D上，到达路由器A的路由条目为D-A，D→A链路故障的备份路由条目为D-B-A。

这样，当B→A链路和D→A链路相继发生故障时，路由器B将目的地址为A的数据包交由路由器D转发，路由器D将目的地址为A的数据包交由路由器B转发。这样，数据就会在路由器B和D之间的链路反复传送。

所以，路由器A、B、D之间发送故障通告消息及防止多链路故障出现环路的操作流程如下：

(1)当B→A链路发生故障，并且路由器B检测到该链路故障后，路由器B先查看是否有应对B→A链路故障的备份路由条目。当路由器B查询到备份路由条目B-D-A后，由该路由条目可确定备份下一跳为路由器D，于是路由器B向路由器D发送故障通告消息。该消息内容包含路由器B将使用路由器D作为路由器B到达路由器A的备份下一跳。

(2)路由器B使用B-D-A更新自身原来的路由条目。

(3)路由器D在接收到路由器B发送的故障通告消息后，将自身的备份路由条目D-B-A的可用标志设置为不可用。

(4)随后，当链路D→A发生故障时，路由器D检测到该故障时，路由器D在其自身备份路由表中，查找到它的备份路由条目是D-B-A。因为该路由条目可用标志为不可用，所以路由器D就不使用该路由条目来更新自身路由条目。这样，就避免了相邻路由器之间因使用LFA而产生环路的难题。

总之，实施例的试验是成功的，实现了发明目的。

Claims (2)

1.一种多链路故障环境下采用环路避免备份LFA方式的路由器避免环路的方法，其特征在于：所述方法包括下列操作步骤：

(1)每个路由器执行初始化操作：分别清空自身的LFA备份路由表，再根据LFA备份路由条目的计算方法，分别得到各自的多组备份路由条目，其中每一组备份路由条目均对应自身的某一链路故障；然后，分别将各自计算得到的所有备份路由条目中的可用标志都设置为可用；

(2)当某一个路由器检测到链路故障时，该检测到链路故障的路由器查找是否有应对该链路故障的一组备份路由条目；如果没有备份路由条目，该检测到链路故障的路由器继续检测是否发生链路故障；且当其检测到另一链路故障时，不使用可用标志为不可用的备份路由条目来更新自身路由条目；如果有备份路由条目，则该检测到链路故障的路由器顺序执行后续步骤(3)；

(3)该检测到链路故障的路由器检查查找到的备份路由条目的可用标志，如果备份路由条目的可用标志为不可用，该检测到链路故障的路由器继续检测是否发生链路故障；且当其检测到另一链路故障时，不使用可用标志为不可用的备份路由条目来更新自身路由条目；如果查找到的备份路由条目的可用标志为可用，则该检测到链路故障的路由器顺序执行后续步骤(4)；

(4)该检测到链路故障的路由器向查找到的所有可用的备份路由条目所确定的下一跳路由器发送故障通告消息，并使用查找到的所有可用的备份路由条目更新自身路由表中受损的原路由条目；

(5)接收到所述故障通告消息的路由器，检查自身所有的备份路由条目，查询这些备份路由条目中是否存在目的地址与所述故障通告消息中的目的地址标识相同，并且下一跳路由器与发送所述故障通告消息的路由器标识相同的备份路由条目；

(6)如果接收到所述故障通告消息的路由器中存在同时满足下述两个条件的备份路由条目：目的地址与所述故障通告消息中的目的地址标识相同、并且下一跳路由器与发送所述故障通告消息的路由器标识相同，则将自身备份路由表中满足上述两个条件的备份路由条目的可用标志设置为不可用后，顺序执行后续步骤(7)；否则，直接执行后续步骤(7)；

(7)该接收到所述故障通告消息的路由器继续检测是否发生链路故障，且当其检测到另一链路故障，且准备使用备份路由条目替换受损的原路由条目时，不使用可用标志为不可用的备份路由条目。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述故障通告消息的内容包括发送所述故障通告消息的路由器标识、目的地址标识和备份下一跳路由器标识。

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