CN101631079B

CN101631079B - 互联网路由变化抑制方法

Info

Publication number: CN101631079B
Application number: CN2009100918402A
Authority: CN
Inventors: 徐明伟; 侯美佳; 李琦
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2029-08-27
Also published as: CN101631079A

Abstract

本发明公开了一种互联网路由变化抑制方法，包括以下步骤：在发送到邻居自治系统AS的边界网络协议BGP更新消息中设置抑制标志的路由属性，其中设置有路由抖动抑制RFD功能且已执行抑制操作的AS在发送所述更新消息到邻居AS之前，在所述更新消息中加入抑制标志；对应邻居AS的路由器根据所接收更新消息判断路由变化类型以及是否携带抑制标志，以执行邻居节点抑制或者无效路由抑制。本发明具有提高边界网关协议收敛性的优点，有效解决现有技术收敛慢、无效路由多的问题。

Description

互联网路由变化抑制方法

技术领域

本发明属于互联网技术领域，尤其涉及对互联网路由变化的抑制方法。

背景技术

互联网中，域间网络的节点或链路不稳定的状况广泛存在，网络设备的软硬件故障和配置错误都可以引起路由在短时间内反复被取消和声明，称为“路由抖动”。这种频繁抖动直接引起路由震荡，并大大延长路由收敛过程，降低域间路由的稳定性。与此同时，作为动态路由协议的边界网关协议，其路径搜索过程本身在路由收敛过程中也可能造成大量反复声明和撤销的无效路由，这种路由协议自身收敛行为引起的路由频繁变化也可能导致域间路由慢收敛，同时增大网络通信开销。

目前已经提出多种提高路由稳定性的设计。其中路由抖动抑制(RouteFlap Damping，RFD)是限制不稳定路由在互联网中传播的机制，从而降低抖动路由给边界路由器带来的处理负担。但RFD的缺点是，路径搜索过程产生的无效路由可能引起RFD错误抑制本来相对稳定的路由。

图1举例说明了源自治系统AS_orgin发生的路由被RFD错误抑制的情况。假设AS_orgin与某个互联网服务提供商的自治系统AS_ISP 1间的链路发生一次故障后马上修复，AS_ISP 1在发生故障时发出路由消息取消到达AS_orgin的路由。由于在中间过程路由变化被另外一个互联网服务提供商的自治系统AS_ISP 2放大，观察点所在的自治系统AS_observed的RFD机制抑制到达AS_orgin的路由。尽管AS_orgin与AS_ISP 1间的链路很快修复，但AS_observed仍然要等RFD解除路由抑制后才会具有到AS_origin的可用路由。图中R₁、R₂和R₃为A_SISP 2的邻居自治系统。

传统RFD机制可能导致相对稳定的路由被错误抑制，同时对路由协议自身搜索过程产生的无效路由束手无策。因此提出有效可行的互联网路由变化抑制技术，是目前互联网发展的一个迫在眉睫的需求。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种可有效提高边界网关协议收敛性的互联网路由变化抑制方法。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提出了一种互联网路由变化抑制方法，所述抑制方法包括以下步骤：在发送到邻居自治系统AS的边界网络协议BGP更新消息中设置抑制标志的路由属性，其中设置有路由抖动抑制RFD功能且已执行抑制操作的AS在发送所述更新消息到邻居AS之前，在所述更新消息中加入抑制标志；对应邻居AS的路由器根据所接收更新消息判断路由变化类型以及是否携带抑制标志，以执行邻居节点抑制或者无效路由抑制。

根据本发明进一步的实施例，在所述路由变化类型为来自路由源AS的路由变化时，若所述路由消息中携带抑制标志，则所述路由器不对该路由变化执行抑制；若所述路由消息中不携带抑制标志且所述对应邻居AS设置有RFD功能，则所述路由器对该路由变化执行邻居节点抑制。

根据本发明进一步的实施例，在所述路由变化类型为相邻边界网关协议会话中断的路由变化时，所述路由器对所有来自该会话的路由执行邻居节点抑制。所述路由器使用双向转发检测BFD来检测由硬件故障引起的所述相邻边界网关协议会话中断。

根据本发明进一步的实施例，在所述路由变化类型为路径搜索产生的无效路由时，所述路由器执行无效路由抑制。

本发明在边界网关协议的更新消息中加入“抑制标志”，使边界路由器能够根据抑制标志区分引起更新消息的原因，并应用不同的抑制方法。本发明对于偶尔发生变化的相对稳定路由能迅速收敛，消除由于RFD错误抑制造成的慢收敛；抖动路由被惩罚性的抑制，限制其在互联网中的传播，直到路由稳定；抖动路由的抑制被取消后，迅速收敛，消除由于二次抑制增加路由收敛延时的情况；缩短路径搜索过程，减小无效路由带来的额外通信开销。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有RFD机制路由抑制示例图；

图2为本发明互联网路由变化抑制方法流程图；

图3(a)为自治系统AS的示例拓扑结构图；

图3(b)和图3(c)分别为示例根节点的传播树示意图；

图4(a)和图4(b)分别为会话中断引起路由变化时本发明的路由抑制设置示意图；

图5为本发明互联网路由变化抑制方法的具体实施例。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

参考图2，该图显示了本发明互联网路由变化抑制方法流程图。如图所示，本发明的抑制方法包括以下步骤：在发送到邻居自治系统(AS)的边界网络协议(BGP)更新消息中设置抑制标志的路由属性(步骤102)。其中设置有路由抖动抑制(RFD)功能且已执行抑制操作的AS，在发送更新消息到邻居AS之前，在更新消息中加入抑制标志。当然，未设置RFD功能的AS所发送的更新消息中不会携带抑制标志。

对应邻居AS的路由器根据所接收更新消息，来判断对应的路由变化类型以及更新消息中是否携带抑制标志，从而执行对应的邻居节点抑制或者无效路由抑制。

具体来说，对于真实反映网络设备的软硬件故障、错误配置、链路拥塞等情况的路由变化，在发源点附近实施“邻居节点抑制”；对于路径向量协议自身收敛行为引起的路由变化，尤其是路径搜索过程产生的无效路由和RFD解除抑制后产生的路由变化，实施“无效路由抑制”。

实际上，如果抑制路由抖动的位置与产生路由变化的源越接近，受抖动影响的节点就越少，那么抑制路由抖动越有利于维护互联网路由稳定。邻居节点抑制即是从这一点出发设计。引起路由变化的位置可以归结为两种，(1)发源路由的节点引起的路由变化，和(2)路由传播路径上的链路引起的路由变化。

首先，对于发源路由的节点引起的路由变化。具有多个邻居的AS会收到到达同一目的网络的多条路由，AS选择其中一条作为最优路由，并进一步传播给邻居AS。路由的选择和传播形成了一棵以路由的源节点为根的树。路由r_R的路由传播树表示为T_R，对应路由r_R在网络中的一个稳定状态。发源路由r_R的节点R是T_R的根。

图3(a)所示的AS拓扑上，节点A和G为根的路由传播树T_A和T_G分别如图3(b)和图3(c)所示。

如果路由r_G抖动，那么节点C的RFD机制会限制r_G的传播，保护节点A，B，D，E和F不受抖动路由的影响。类似的，如果路由r_A抖动，节点B和节点C的RFD机制保护节点D，G，E和F不受抖动路由的影响。如果与源节点较近的节点没有设置RFD，那么抖动路由会传播到下游节点。例如，路由传播树T_A上，如果节点C没有部署RFD，E和G由于选择了来自C的r_A作为最优路由，将会被r_A的抖动影响。在这种情况下，节点G和E如果负责限制r_A抖动的传播，可以缩小影响范围。

路由r_R的抖动从与源节点R较近的节点向与R较远的节点传播，本方法将T_R上的节点分为如下三个集合：

S1(r_R)集合：包括与源节点R最近并且没有设置抖动抑制功能的节点；

S2(r_R)集合：其中的节点是S1(r_R)∪{R}中节点的直接子节点，并且设置了抖动抑制功能；

S3(r_R)集合：包括集合S2(r_R)中节点的所有子孙节点。

集合S2(r_R)可以形成r_R路由变化的低通滤波器：如果(r_R)相对稳定，路由变化顺利通过S2(r_R)；如果r_R的变化频率超过一定限度，r_R路由变化的传播被S2(r_R)限制。集合S2(r_R)中的节点不仅保护本节点不会由于路由抖动而增加通信和处理开销，而且保护S3(r_R)中的节点，使它们无需对r_R实施抑制操作。

因为S2(r_R)中节点对r_R的路由变化实施了抑制操作，S3(r_R)中节点无需执行这样的操作。但是在目前的设计中，节点无法获知其所属的节点集合。因此本发明在每条路由中增加新的路由属性，即抑制标志，来通知路由的接收节点是否有必要对路由采取抑制措施。

如果节点V收到的路由r_R带有抑制标志，节点V不必对该路由的变化采取抑制措施；如果收到的r_R没有携带抑制标志，而且V设置了RFD功能，从而能判断V属于S2(r_R)，那么就对r_R的变化采取抑制操作，并在把路由传递给邻居前，在路由中加入抑制标志。使节点能确定所属的集合，抑制标志使用1个比特即可。

使用抑制标志之后，二次抑制的问题能够自然的被避免。若S2(r_R)中的节点抑制一条路由，从该节点发出的路由都携带抑制标志，下游节点不对该路由的变化采取抑制措施。以图1为例，从AS_ISP 2对R₁实施抑制可知A_SISP 2属于S2(r_R)，AS_ISP 2向AS_observed发送的路由消息中携带AS_ISP 2加入的抑制标志。AS_observed从抑制标志可知，无需为来自AS_ISP 2的到达AS_origin的路由维护RFD数据结构，所以二次抑制不会发生。

概况来说，对于源自源节点的路由抖动：在每条路由中增加新的路由属性，“抑制标志”(1比特)，来通知路由的接收节点是否有必要对路由采取抑制措施。如果节点V收到的某条路由带有抑制标志，节点V不必对该路由的变化采取抑制措施；如果收到的某条路由没有携带抑制标志，而且V设置了RFD功能，从而能判断所有在该路由的路由传播树上且在比V距离根节点更近的节点都没有设置RFD功能(即V是离根节点最近且设置了RFD功能的节点之一)，那么V就对该路由的变化采取抑制操作，并在把路由传递给邻居前，在路由中加入抑制标志。

对于路由传播路径上的链路引起的路由变化：

路由传播路径上会话中断也能导致路由抖动，上述对发源路由节点引起路由变化的抑制方法只讨论了源自路由源节点的路由抖动。如果发生问题的会话在S1(r_R)内部，那么r_R的抖动会被S2(r_R)中节点的RFD限制住；如果引起路由抖动的问题链路位于S2(r_R)之外，路由抖动会在网络中传播。

如图4的例子中，节点X和Y配置了RFD功能，那么有S2(r_S)＝{X，Y}。假设节点W、X之间的会话反复中断。每次会话中断，节点W取消所有来自节点X的路由。如果W从Y也收到路由r_S，就会发送[WYS]给节点Z；如果W没有从Y收到r_S，那么发送路由取消消息给Z。W从X收到的r_S携带抑制标志，在图4中表示为*，即图示为(r_S，[XS]，*)，因此节点W不会对来自X的r_S实施抑制操作。假设W优先选择来自X的路由，会话恢复时，节点W将刚从X收到的r_S选择为最优路由并发送给节点Z。如此，节点Z的r_S就随着反复中断的会话而抖动，如图4(a)所示。即，S2(r_S)中的节点X和Y不能限制r_S抖动的传播，节点Z的路由r_S反复在WXS和WYS之间变化。

在图4中，(r_W，[W]，)、(r_Y，[WY]，*)、(r_X，[WX]，*)和(r_S，[WXS]，*)分别表示节点Z到节点W、Y、X和S的路由信息；(r_X，[X]，)和(r_S，[XS]，*)分别表示节点W到节点X和S的路由信息。

为此，本发明根据产生的原因对r_S的路由变化区别对待。具体来说，对由于邻居路由变化而收到的路由消息，根据其中是否携带抑制标志来决定是否采取抑制操作；对于相邻的会话发生中断引起的路由变化，则对所有来自该会话的路由实施抑制操作，不论其中是否携带抑制标志，如图4(b)中所示。路由传播路径上的故障导致的路由抖动就由与故障链路相连的节点负责抑制，从而限制路由抖动在在S1(r_S)内部传播。即，由节点W负责抑制W和X之间的BGP会话导致的抖动，节点W抑制来自X的路由后，Z的路由r_S稳定为WYS。

上述相邻会话中断指的主要是BGP邻居关系的震荡，但是在没有硬件的帮助下，故障的检测时间会很长。因此，本发明实施例可以BFD(双向转发检测)通过硬件快速检测硬件故障引起的会话中断，从而大大提高路由系统检测到路由中断和震荡的时间，做到更加及时地抑制震荡。

具体来说，本发明采用的方法是，对于相邻链路上的硬件故障通过BFD进行检测，对于使用某条检测出硬件故障震荡的链路的所有路由都由实施邻居节点抑制操作，不论其中是否携带抑制标志。

如图4(b)中所示，如果节点W通过BFD检测到能够影响到W与X邻居关系的链路发生硬件震荡，节点W可以提前抑制该路由抖动在S1(r_S)内部传播，而不必等到BGP路由协议发现邻居关系中断。

概括来说，对于路由传播路径上会话中断导致的路由抖动，若是相邻的BGP会话发生中断引起的路由变化，对所有来自该BGP会话的路由实施抑制操作，不论其中是否携带抑制标志。而对于应为硬件故障导致的路由抖动问题，可以通过BFD(双向转发检测)提前检测故障，提前抑制抖动的路由在路由系统中的传播。

另外，实际应用中可能存在某些商用路由器默认不启用抖动抑制RFD功能，即网络中只有部分节点设置有本发明上述邻居节点抑制机制。因此本发明实施例可以将“抑制标志”由1比特扩展为最近一个设置有邻居节点抑制机制功能的AS的自治系统号(ASN)，ASN为16比特。

这样，当某节点部署了邻居节点抑制机制，那么向邻居发送路由消息时，将本节点的ASN作为可选穿越属性加入路由。下一个收到该路由消息AS如果设置了本发明的邻居节点抑制机制，则检查该路由消息中是否带有抑制标志。与上文类似，如果不携带抑制标志或者抑制标志的内容不是其邻居节点的ASN，那么可以判断该邻居没有部署邻居节点抑制机制。这样，如果邻居没有部署邻居节点抑制机制，则该邻居节点之前的传播路径引发的路由抖动则不会被抑制。为了保护路由稳定，采用严格的抑制措施，本发明设置该节点对来自该邻居的路由都应采用邻居节点抑制机制。

如上文所述，根据路由变化类型可以执行邻居节点抑制或者无效路由抑制。图5给出了本发明互联网路由变化抑制方法的具体实施例。

如图所示，对应邻居AS的路由器接收到上一节点AS传来的BGP更新消息(步骤102)，可以根据双向转发检测来检测路由传播路径是否存在直连的硬件故障(步骤204)。若存在，则根据由与故障相连的路由器负责对使用该硬件故障链路的所有路由实施邻居节点抑制操作(步骤260)。否则，根据更新消息自带的BGP路由协议继续判断是否存在BGP会话中断(步骤206)。若存在中断，则前进至步骤260执行邻居节点抑制。

若不存在BGP会话中断，则判断该更新消息中是否携带了抑制标志(步骤208)，若携带抑制标志，则前进至步骤260；否则，执行无效路由抑制(步骤212)。这里，邻居节点抑制是RFD抑制。

在本发明实施例中，无效路由抑制是为每条路由维护一个惩罚值，路由变化增加惩罚值；如果惩罚值超过设定的最大限度，则抑制这条路由。

本发明无效路由特点如下：连续无效路由间的间隔为路由更新最小间隔(MRAI)时钟长度t_MRAI，默认值为30秒，远远小于RFD惩罚值的半衰期H(15分钟)；路径搜索过程的最大持续时间是t_MRAI×n，其中n表示网络中最大的AS路径长度；无效路由的变化主要是路由属性的变化，尤其是AS路径属性，而在路由抖动过程中，路由被交替的取消和声明；连续无效路由的本地优先级(LOCAL PREF)值单调减小，如果节点按照最短AS路径选择路由，那么AS路径的长度单调增加。

本发明实施例的无效路由抑制采取与传统RFD相似的路由的处理方法：为每条路由维护一个惩罚值，路由变化增加惩罚值；如果惩罚值超过设定的最大限度，则抑制这条路由。但与传统RFD相比，本发明实施例的无效路由抑制操作具有如下不同之处：路由属性变化的惩罚值大于路由取消的惩罚值；未被抑制的路由的惩罚值按照指数规律衰减，半衰期为MRAI时钟长度值；抑制惩罚值超过预定限度的路由，重用时钟长度设为k×t_MRAI，其中k是可配置的参数，时钟超时解除抑制；如果被抑制的路由发生变化，则重置时钟，即时钟长度再次设为k×t_MRAI。

本发明在边界网关协议的更新消息中加入“抑制标志”，使边界路由器能够根据抑制标志区分引起更新消息的原因，并应用不同的抑制方法。对于真实反映网络设备的软硬件故障、错误配置、链路拥塞等情况的路由变化，在发源点附近实施“邻居节点抑制”；对于路径向量协议自身收敛行为引起的路由变化，尤其是路径搜索过程产生的无效路由和RFD解除抑制后产生的路由变化，实施“无效路由抑制”。

本发明的抑制方法具有以下特点：

对于偶尔发生变化的相对稳定路由能迅速收敛，消除由于RFD错误抑制造成的慢收敛；抖动路由被惩罚性的抑制，限制其在互联网中的传播，直到路由稳定；抖动路由的抑制被取消后，迅速收敛，消除由于二次抑制增加路由收敛延时的情况；缩短路径搜索过程，减小无效路由带来的额外通信开销；支持逐步部署，与现有RFD共存不会产生冲突。

本发明基于抑制标志提高边界网关协议收敛性，能够有效解决现有技术收敛慢、无效路由多的问题。该方法具有简单、易配置，适用性广，可以与现有RFD机制共存，支持逐步部署等优点，同时性能明显优于同类现有技术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种互联网路由变化抑制方法，其特征在于，所述抑制方法包括以下步骤：

在发送到邻居自治系统AS的边界网关协议BGP更新消息中设置抑制标志的路由属性，其中设置有路由抖动抑制RFD功能且已执行抑制操作的AS在发送所述更新消息到邻居AS之前，在所述更新消息中加入抑制标志；

对应邻居AS的路由器根据所接收的更新消息判断路由变化类型以及是否携带抑制标志，以执行邻居节点抑制或者无效路由抑制；

在所述路由变化类型为来自路由源AS的路由变化时，若边界网关协议BGP更新消息中携带抑制标志，则所述路由器不对该路由变化执行抑制，若边界网关协议BGP更新消息中不携带抑制标志且所述对应邻居AS设置有RFD功能，则所述路由器对该路由变化执行邻居节点抑制；

在所述路由变化类型为相邻边界网关协议会话中断的路由变化时，所述路由器对所有来自该会话的路由执行邻居节点抑制；

在所述路由变化类型为路径搜索产生的无效路由时，所述路由器执行无效路由抑制。

2.如权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述路由器使用双向转发检测BFD来检测由硬件故障引起的所述相邻边界网关协议会话中断。

3.如权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述无效路由抑制包括：

为对应路由设定惩罚值；

根据路由变化增加所述惩罚值；

在所述惩罚值大于预定限度时抑制所述路由。

4.如权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述设置有RFD功能的AS为距离路由源AS节点最近且没有设置RFD功能的AS节点与路由源AS节点下的子节点。

5.如权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述抑制标志为1比特。

6.如权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述抑制标志以16比特的自治系统号表示。