CN102387087A - 基于主动检测技术实现备份路由的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于主动检测技术实现备份路由的方法，包括以下步骤：根据网络拓扑需求配置主路由和备份路由；持续对主路由及备份路由进行主动检测，并维护每条路由的健康状态；当主路由不可用时，自动切换到备份路由上；当主路由恢复时，切换回主路由。本发明相对于被动等待路由超时，能够更加迅速、准确的发现路由故障，缩短故障恢复时间，从而为中小规模的网络提供简单、高效、灵活、可靠的备份路由解决方案。

Description

基于主动检测技术实现备份路由的方法和系统

技术领域

本发明涉及TCP/IP网络路由的配置及冗余备份，属于计算机网络通信技术领域。

背景技术

为了保障网络的连通，防止单点故障，计算机系统往往提供多种形式的故障检测和冗余备份功能。大到系统级备份，小到链路级备份，其基本原理都是类似的。网络连通性涉及到很多方面，路由就是其中的重要一环，目前已经有一些路由冗余备份技术得到了广泛的应用。例如，从多路由器备份的角度出发，存在着VRRP、HSRP协议；从路由协议本身的角度出发，存在着RIP、OSPF等动态路由协议；从单系统的角度存在着多Metric路由配置等等。

不同的冗余备份方案拥有各自的优缺点，适用于不同的场合。对多路由器备份协议及动态路由协议来讲，由于协议比较复杂，其配置和调试难度较大；另一方面，在网络环境比较复杂的情况下，部署和调整会涉及到多个厂家、不同管理员的协调配合，遇到的阻力也会随之赠加。而多Metric路由虽然配置比较简单，但它对故障检测的手段有诸多限制，无法实现灵活可靠的故障检测和恢复功能。

发明内容

为了实现有效的网络路由配置及冗余备份，本发明提供了一种基于主动检测技术实现备份路由的方法和系统。

所述基于主动检测技术实现备份路由的方法包括以下步骤：

（1）根据网络拓扑需求配置主路由和备份路由；

（2）持续对主路由及备份路由进行主动检测，并维护每条路由的健康状态；

（3）当主路由不可用时，自动切换到备份路由上；

（4）当主路由恢复时，切换回主路由。

应用该方法的系统或设备允许管理员在普通路由的基础上配置备份路由，原始的普通路由作为主路由，二者互为备份。完成备份路由配置的系统或设备能够持续对主路由及备份路由进行主动检测，并维护每条路由的健康状态。

一条主路由可以同时配置多条备份路由，每条备份路由带有一个优先级权值的配置，优先级权值越大则优先级越高，高优先级的备份路由将被优先选用。在实现上，可以完全通过优先级确定选用顺序，主路由永远拥有最高的优先级权值。

当主路由的健康状态变为不可用时，系统或设备会切换到备份路由上；如果同时存在多条备份路由，优先级最高的活跃备份路由将被选用；当主路由或优先级更高的备份路由恢复时，系统或设备会再次切换到主路由或优先级更高的备份路由上来。

与路由器备份协议及动态路由协议不同，备份路由的配置能够独立工作，不需要修改其它设备的配置，也不需要其他辅助的软、硬件设施。

对路由的检测方法可以包含但不限于以下几类：接口的协议和链路状态检测，下一跳网关的ARP解析检测，下一跳网关的ping检测，下一跳网关的ARP和ping响应时间检测，路由路径上传输数据包的监控检测。其中： 

接口的协议及链路连通性是其他所有检测的基础；对下一跳ARP的正常解析是网络连通性的基本保障，ARP无法解析往往意味着下一跳路由无法正常工作；通过ping的连通性测试，可以进一步保障下一跳路由的正常工作；通过对ping及ARP响应时间的监控可以更准确的获悉下一跳的健康状况；对路由路径上传输的数据包进行监控是指如果近期之内，在路由所在路径上的数据包收发正常，则表明该路由工作正常。

不同的检测方法适用于不同类型的路由，比如ARP检测适合于下一跳路由，而对接口路由就不太适合。对于一条具体的路由来说，用户可以根据它的类型及重要性选择一种或多种检测方法；同时，用户还可根据路由的重要性，为每条路由设置检测的时间间隔，间隔越短，发现路由故障所需的时间也越短。多个检测方法是相互独立、同时运行，他们的检测结果共同决定了相关路由的健康状态。

检测方法有阻塞监听和定期轮询两种实现方式。对于接口状态检测，操作系统会在状态改变时通知应用程序，因此该方法采用阻塞监听的方式，订阅操作系统的接口状态变更通知并阻塞监听，当收到接口状态变更消息时唤醒并对消息进行处理。而像PING和ARP等大部分检测方法，则采用定期轮询的方式，以PING检测为例，可以根据用户设定的时间间隔，定期PING指定地址，然后根据PING的结果形成检测结果。

本发明还提供了一种基于主动检测技术实现备份路由的系统，所述系统包括路由配置及展示用户界面模块，路由配置及状态存储模块，路由检测模块，路由仲裁机构模块和路由执行机构模块，其中，

所述路由配置及展示用户界面模块，负责对主、备份路由进行配置，包括配置具体的路由信息、路由的优先级，对选用的路由检测方法、检测的时间间隔以及检测相关的具体配置信息进行修改；该模块通过用户界面从用户获取新的配置信息及指令，并将新的配置信息写入路由配置及状态存储模块；该模块还从路由配置及状态存储模块获取配置及状态信息并展现给用户。

所述路由配置及状态存储模块，负责对配置及状态信息进行存储。存储的形式可以采用状态文件、共享内存、数据库等多种形式。

所述路由检测模块，负责对各条路由的健康状态进行检查和维护，当路由的健康状态发生改变时通知路由仲裁机构模块。

所述路由仲裁机构模块，该模块在收到路由检测模块的通知后，对现有的状态表进行检查，在必要的情况下对现有的选用路由进行改变，并将新的选用路由通知路由执行机构模块。

所述路由执行机构模块，负责依据当前选用路由对用户的数据包进行转发。

本发明的优点在于：提供了一种新的备份路由实现方法，相对于被动等待路由超时，主动检测技术能够更加迅速、准确的发现路由故障，缩短故障恢复时间；提供了基于主动检测技术实现备份路由的系统，应用该方法的系统和设备配置简单、部署方便，不需要修改其他设备的配置；提供丰富的路由健康状况检测方式，能够迅速、可靠的发现并解决路由问题，从而为中小规模的网络提供简单、高效、灵活、可靠的备份路由解决方案。

附图说明

图1为所述基于主动检测技术实现备份路由系统的典型网络拓扑图；

图2为所述基于主动检测技术实现备份路由方法的工作流程图；

图3为所述基于主动检测技术实现备份路由系统的模块架构图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例详细说明本发明的具体实施方式。为了描述的简单，发明人将描述的范围限制在到达特定终点的一组主备路由之内，对于到达其他终点的路由可以依此类推。

实施例1

图1展示了基于主动检测技术实现备份路由系统的一个典型网络拓扑。路由备份系统通过三个以太网网接口（网口）与外界相连，下方的网口连接内网，左边的网口通过左交换机以下一跳路由的方式直接连接网络A，右边的网口通过右交换机同时连接两个网络。左边通过一个NAT路由器连接网络B，右边通过PPPoE路由器连接网络C。

内网访问网络A的请求可以有三种不同的路径：

（1）通过左交换机直接经过网络A访问；

（2）通过右交换机，经过NAT路由器、网络B、网络A访问

（3）通过右交换机，经过PPPoE路由器、网络C、网络A访问

其中第一条路径速度快、成本低，所以优先级最高，第二条路径其次，第三条路径最差。应用本发明描述的方法可以做如下的配置：以第一种路径为主路由，主路由默认优先级为最高的100；第二种路径为备份路由，优先级为60；第三种路径也作为备份路由，优先级为最低的30。通过备份路由的配置，即使在第一条路径发生故障时也可以保证内网对服务器A的正常访问。

实施例2

图2展示了基于主动检测技术实现备份路由方法的工作流程。

如步骤201所示，在初始状态下，管理员根据自身的网络拓扑需求配置主路由及备份路由，同时根据各路由的类型及重要性配置相应的路由检测方法及检测时间间隔；

如步骤202所示，刚刚完成配置时，由于缺乏各路由的健康状态信息，因此就先直接选用主路由；

如步骤203所示，根据管理员的配置，对每一条路由的每一种检测方法分别进行检测。对采用阻塞监听方式的检测，可以集中实施并分别处理；对需要轮询的检测，则需要按照指定的时间间隔分别进行检查；可能的路由检查结果分为三种：无变化、发生故障以及故障恢复。 当检测结果无变化时执行步骤208，当检测到发生故障时执行步骤204，当检测到故障恢复时执行步骤206；

如步骤204所示，当发现一条路由失效之后，如果失效的路由不是当前选用路由，则不需要对路由进行切换，只需要更新路由健康状态信息即可，即执行步骤208，如果发生故障的路由就是当前选用的路由，则执行步骤205； 

如步骤205所示，依据当前的路由健康状态信息，从现有的活跃路由中选用一个优先级最高的路由，然后执行步骤208；

如步骤206所示，当一条故障路由恢复健康时，如果该路由的优先级比当前选用路由要低，则只需更新路由状态信息即可，即执行步骤208，否则执行步骤207；

如步骤207所示，如果恢复路由的优先级比当前选用路由还高的话，说明有更好的路径可用，应该以该路由作为选用路由，然后执行步骤208；

如步骤208所示，对当前路由状态信息进行更新，并跳转至步骤203。

实施例3

图3展示了一种实现本发明的系统模块架构，该系统模块架构包括路由配置及展示用户界面模块301，路由配置及状态存储模块302，路由检测模块303，路由仲裁机构模块304和路由执行机构模块305。

模块301用于对主、备份路由进行配置，包括具体的路由配置信息、路由的优先级权值等，对选用的路由检测方法、检测的时间间隔以及检测相关的具体配置信息进行修改；通过该模块还可以对当前的系统状态进行展示，包括主路由、备份路由的配置信息、当前路由的选用情况、各路由的健康状态，以及各条路由的各种检测的具体细节信息进行展示，比如当前检测活动、上次检测时间、上次检测的具体结果；该模块通过用户界面从用户获取新的配置信息及指令，并将新的配置信息写入模块303，该模块还从模块302获取配置及状态信息并展现给用户。

模块302用于对配置及状态信息进行存储。存储的配置及状态信息可以包含但不限于路由配置信息、路由优先级权值、路由当前选用状态、路由当前健康状态、检测时间间隔、上次检测时间和上次检测结果。模块302作为配置及状态信息的集散地，为该模块与其他多个模块进行交互提供多种读写接口。另外，出于安全的考虑，为了避免在多个模块的并行读写过程中出现问题，还提供了安全锁机制，保证信息读写的安全和顺畅。

模块303按照用户的配置，对每条路由的每种检测方法分别进行检测，还负责对模块302中的检测状态信息进行维护。该模块更新每条路由的每种检测方法所对应的检测状态信息，但不会修改其他检测的状态信息，也不会修改当前路由的健康状态及选用状态。当一个路由检测方法更新自己的状态时，如果最新状态与上次检测的状态不同，说明该路由的健康状态可能发生了改变。此时，模块302要通知路由仲裁机构做相应的处理。

模块304在收到模块303的通知后，对现有的状态表进行检查，在必要的情况下对现有的选用路由进行改变，并将新的选用路由通知模块305。该模块根据收到的通知，结合当前各检测的结果，计算并更新模块302相应的路由健康状态信息，当选用路由发生改变时，需要对相应的模块302的路由选用状态进行更新。

模块305依据当前选用路由对用户的数据包进行转发。为了实现高效的路由转发，该模块工作在内核态，仅仅从模块304接收指令并执行，同其他模块不发生交互。

为了描述的方便，前面对技术细节的描述限制在到达特定终点的一组主备路由之内，到达其他终点的路由也可以用相同的方法处理。一个综合的系统还需要处理更多的关系，比如各组路由之间的依赖关系、同其他功能模块的相互关系等。另外，多组路由之间也可以共享部分检测状态，从而提高检测的效率。

Claims (7)

1.一种基于主动检测技术实现备份路由的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据网络拓扑需求配置主路由和备份路由；

（2）持续对主路由及备份路由进行主动检测，并维护每条路由的健康状态；

（3）当主路由不可用时，自动切换到备份路由上；

（4）当主路由恢复时，切换回主路由。

2.如权利要求1所述的基于主动检测技术实现备份路由的方法，其特征在于，一条主路由同时配置多条备份路由，多条备份路由之间通过优先级确定选用的顺序。

3.如权利要求1所述的基于主动检测技术实现备份路由的方法，其特征在于，针对路由种类的不同，对路由的检测方法包含但不限于：接口的协议和链路状态检测、下一跳网关的ARP解析检测、下一跳网关的ping检测、下一跳网关的ARP和ping响应时间检测，或路由路径上传输数据包的监控检测。

4.如权利要求3所述的基于主动检测技术实现备份路由的方法，其特征在于，检测方法包括阻塞监听和定期轮询两种实现方式。

5.如权利要求1所述的基于主动检测技术实现备份路由的方法，其特征在于：备份路由的配置能够独立工作，不需要修改其他设备的配置。

6.实现权利要求1所述的基于主动检测技术实现备份路由的方法的系统，其特征在于包括： 

（1）路由配置及展示用户界面模块，负责对主、备份路由进行配置；

（2）路由配置及状态存储模块，负责对配置及状态信息进行存储，存储的形式采用状态文件、共享内存、数据库形式；

（3）路由检测模块，负责对各条路由的健康状态进行检查和维护，当路由的健康状态发生改变时通知路由仲裁机构模块；

（4）路由仲裁机构模块，该模块在收到路由检测模块的通知后，对现有的状态表进行检查，在必要的情况下对现有的选用路由进行改变，并将新的选用路由通知路由执行机构模块；

（5）路由执行机构模块，负责依据当前选用路由对用户的数据包进行转发。

7.如权利要求1所述的基于主动检测技术实现备份路由的方法的系统，其特征在于：路由配置及展示用户界面模块包括配置具体的路由信息、路由的优先级，对选用的路由检测方法、检测的时间间隔以及检测相关的具体配置信息进行修改；该模块通过用户界面从用户获取新的配置信息及指令，并将新的配置信息写入路由配置及状态存储模块；该模块还从路由配置及状态存储模块获取配置及状态信息并展现给用户。

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