CN103095571A - 实现网络冗余和数据流无缝切换的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开了一种实现网络冗余和数据流无缝切换的方法及系统，所述方法包括以下步骤：使用虚拟路由器冗余协议VRRP根据链路变化触发第一转发设备到第二转发设备的倒换；使用开放最短路径优先协议OSPF更新路由信息，切换数据流的流向。本发明通过使用VRRP实现主备倒换，而且，在VRRP组的主备状态发生切换时使用OSPF更新路由信息，切换数据流的流向，从而使用VRRP与OSPF联动机制实现了倒换之后及时的进行路由信息更新，避免了数据流向错误，影响用户的使用的问题，确保了数据流无缝切换。

Description

实现网络冗余和数据流无缝切换的方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种实现网络冗余和数据流无缝切换的方法及系统。

背景技术

随着互联网的快速发展，用户要求更多样的业务体验和更快、更稳定的网络服务。这对网络的冗余性、可靠性、应灾恢复性，都提出了更高的要求。用户需要时时与网络保持通信，即使发生故障，也需要无感知的快速恢复。

虚拟路由器冗余协议（Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP）通过将多个路由器虚拟成一台路由器，并向外公告一个虚拟IP地址，实现一台设备故障时的快速备份切换。VRRP状态处于Master的路由器，负责转发数据包，其他Backup设备处于热备状态，许多重要设备都采用这种主备保护的设计方法，如码分多址（Code DivisionMultiple Access，CDMA）基站子系统中网络控制模块、呼叫处理模块、通信处理模块都采用了这种方式。

开放最短路径优先协议（Open Shortest Path First，OSPF）是基于链路状态的自治系统内部路由协议，也是目前使用最为广泛的内部网关路由协议。

传统的数据流切换方案中，往往会出现VRRP状态已经切换，但OSPF路由信息没有更新的问题，导致业务数据流向错误，影响用户的使用，因此不能提供快速应灾响应，也不能确保业务数据流的无缝切换。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够确保数据流无缝切换的方法及系统。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种实现网络冗余和数据流无缝切换的方法，包括以下步骤：

使用虚拟路由器冗余协议VRRP根据链路变化触发第一转发设备到第二转发设备的倒换，所述第一转发设备与第二转发设备组成VRRP备份组，所述第一转发设备为所述VRRP备份组的主用设备，所述第二转发设备为所述VRRP备份组的备用设备；

使用开放最短路径优先协议OSPF更新路由信息，切换数据流的流向。

优选地，所述使用虚拟路由器冗余协议VRRP根据链路变化触发第一转发设备到第二转发设备的倒换，包括：

当所述第一转发设备不能使用，所述第一转发设备入接口的链路中数据流流入方向的所有链路不能使用，或者所述第一转发设备出接口的链路中数据流流出方向的所有链路不能使用时，使用所述VRRP降低所述第一转发设备的VRRP优先级至低于所述第二转发设备的VRRP优先级，从而使得所述第一转发设备倒换为第二转发设备。

优选地，所述使用开放最短路径优先协议OSPF更新路由信息，切换数据流的流向，包括：

所述第一转发设备根据路由信息使用OSPF链路状态广播LSA，向数据流所流经链路上的所有转发设备公告指定路由的最大度量值，及时更新其他三层网络设备的路由信息，从而重新进行路由选择，切换数据流的流向。

优选地，所述路由信息为预先通过手动配置的方式在所述第一转发设备上配置的，或者，所述路由信息为所述第一转发设备通过内部网关协议IGP或边界网关协议BGP从所述用户设备学习到的。

优选地，所述OSPF的链路最大度量值通过LSA的实时洪泛的方式发送。

优选地，所述第一转发设备和第二转发设备为三层网络设备。

优选地，所述第一转发设备不能使用，包括：所述第一转发设备的线卡发生故障或者被拔掉。

优选地，所述第一转发设备入接口的链路中数据流流入方向的所有链路不能使用，或者所述第一转发设备出接口的链路中数据流流出方向的所有链路不能使用，包括：所述第一转发设备入接口的链路中数据流流入方向的所有链路都断开，或者所述第一转发设备出接口的链路中数据流流出方向的所有链路都断开。

优选地，所述第一转发设备与第二转发设备之间采用带外数据方式传输VRRP心跳数据。

另一方面，本发明还提供了一种实现网络冗余和数据流无缝切换的系统，包括：

倒换单元，用于使用虚拟路由器冗余协议VRRP根据链路变化触发第一转发设备到第二转发设备的倒换，所述第一转发设备与第二转发设备组成VRRP备份组，所述第一转发设备为所述VRRP备份组的主用设备，所述第二转发设备为所述VRRP备份组的备用设备；

路由单元，用于使用开放最短路径优先协议OSPF更新路由信息，切换数据流的流向。

（三）有益效果

本发明通过使用VRRP实现主备倒换，而且，VRRP组的主备状态发生切换时使用OSPF更新路由信息，切换数据流的流向，从而使用VRRP与OSPF联动机制实现了倒换之后及时的进行路由信息更新，避免了数据流向错误，影响用户的使用的问题，确保了数据流无缝切换。

附图说明

图1为本发明的方法实施例的流程图；

图2为切换之前的网络拓扑图；

图3为转发设备故障情况下，切换之后的网络拓扑图；

图4为转发设备入接口链路中数据流流入方向的所有链路不能使用时，切换之后的网络拓扑图；

图5为转发设备出接口链路中数据流流出方向的所有链路不能使用时，切换之后的网络拓扑图；

图6为本发明的系统实施例框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例涉及到一种控制、转发分离的开放流网络架构。与传统的集中式架构的网络设备相比，控制和转发分离是将对网络设备的转发平面与控制平面分离开来，部署在同一个设备上，属于不同的单元，两个平面协同工作，完成对网络中数据报文的转发。对应的控制平面的设备，称为控制设备，对应的转发平面的设备，称为转发设备。转发设备具备与控制设备进行通信的能力。转发设备能够通过控制通道与控制设备通信。

本发明涉及的控制平面是用来建立数据转发表，控制转发规则的设备。转发平面根据流表对收到的数据流进行处理。举例来说，转发平面对报文进行转发时，可以对二层的报文进行转发，也可以对三层的报文进行转发。关于二层与三层，具体请参考开放系统互连模型（Open Systems Interconnection model，OSI model）。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供了一种实现网络冗余和数据流无缝切换的方法，包括：

步骤110，虚拟路由器冗余协议VRRP根据链路变化等外部事件，触发第一转发设备倒换为第二转发设备；

本步骤中，为了实现冗余保护，在第一转发设备、第二转发设备的接口上使能VRRP为其提供备份功能，即，通过运行VRRP协议创建一个VRRP备份组，该VRRP备份组由一个第一转发设备（作为主用设备）和若干个第二转发设备（作为备用设备）组成，正常情况下用户上行接入业务由主用设备承担，当主用设备发生故障或链路异常时，会将备用设备升为主用设备，由备用设备接替主用设备工作。

本步骤中，所述使用虚拟路由器冗余协议VRRP根据链路变化触发第一转发设备倒换为第二转发设备，包括三种情况：

第一种情况是当所述第一转发设备不能使用时进行上述倒换，第二种情况是当所述第一转发设备入接口的链路中数据流流入方向的所有链路不能使用时进行上述倒换，第三种情况是当所述第一转发设备出接口的链路中数据流流出方向的所有链路不能使用时进行上述倒换。具体进行倒换时，是使用所述VRRP降低所述第一转发设备的VRRP优先级至低于所述第二转发设备的VRRP优先级，从而使得所述数据流的流向从所述第一转发设备倒换为第二转发设备。本步骤中，假设数据流为上行数据，即，从用户设备经由路由器等数据转发设备再流到网络。

所述第一转发设备不能使用，包括：所述第一转发设备的线卡发生故障或者被拔掉。所述第一转发设备入接口的链路中数据流流入方向的所有链路不能使用，或者所述第一转发设备出接口的链路中数据流流出方向的所有链路不能使用，包括：所述第一转发设备入接口的链路中数据流流入方向的所有链路都断开，或者所述第一转发设备出接口的链路中数据流流出方向的所有链路都断开。

可选地，所述入接口或出接口可以为逻辑接口，如：虚拟局域网接口（Virtual Local Area Network Interface，VLANIF）。

步骤120，为了避免数据流量继续送往第一转发设备，使用开放最短路径优先协议OSPF更新路由信息，切换数据流的流向。

本步骤中，所述使用开放最短路径优先协议OSPF更新路由信息，切换数据流的流向，包括：

所述第一转发设备根据路由信息使用OSPF链路状态广播LSA，向数据流所流经链路上的所有转发设备公告指定路由的最大度量值，及时更新其他三层网络设备的路由信息，从而重新进行路由选择，切换数据流的流向。

进一步，所述路由信息为预先通过手动配置的方式在所述第一转发设备上配置的，或者，所述路由信息为所述第一转发设备通过内部网关协议IGP或边界网关协议BGP从所述用户设备学习到的。

其中，所述第一转发设备与第二转发设备之间如果采用带外数据方式传输VRRP心跳数据，这样可以将心跳数据与业务数据分离。这样做的优点是，首先可以使业务数据的传输更加快速和安全；其次，心跳数据的独立传输可以保证及时、有效的主备切换，避免由于心跳数据丢失导致的频繁误切换，甚至更严重的整个设备当机。如果采用带内数据方式传输VRRP心跳数据，也可以正常实现VRRP状态切换，以及VRRP与OSPF的联动。但上述带外传输方式的优势则无法体现。

下面举例说明本发明的方法。

如图2所示的网络拓扑图中包含用户设备、接入点AP（用于将用户设备UE接入网络）、路由器R_A~R_D、主用设备、备用设备，服务器以及网络，所述主用设备和备用设备可以为路由器，也可以为网关等其它数据转发设备。主用设备、备用设备以及路由器R_A~R_D都可以使用OSPF协议。其中，设备间的粗线条表示通信链路，链路上的数字表示链路的标号，链路上圈内的数字表示OSFP COST，主用设备与备用设备旁边的数字表示VRRP优先级。图2中，链路1~7都可以使用（8为心跳线，用于传输心跳数据），且此时使用主用设备进行数据传输。以下的图3~图5中虚线表示链路或设备不可用的状态。

在图3中，主用设备上一块线卡故障或被拔掉时，使用VRRP切换至备用设备上对应的线卡，同时将所有数据流量无缝切换到备用设备中对应的线卡上，而用户设备将不会受到任何影响。

在图4中，链路1和3都断开，那么主用设备根据配置降低主用设备上的VRRP优先级，并使之低于备用设备上的VRRP优先级，从而此时使用VRRP将使主用设备和备用设备上的两个线卡之间发生主备状态切换。而数据流量也将重新选择OSPF COST为1000的链路，经备用设备的线卡进行转发。

在图5中，主用设备的上行链路6中断，降低主用设备上的VRRP优先级值，并使之低于备用设备上的VRRP优先级，从而此时使用VRRP将使主用设备和备用设备上的两个线卡之间发生主备状态切换。为了避免用户数据流继续发往主用设备中变为备用状态的线卡，主用设备根据配置计算出最大度量值65535在区域内发布，改变相邻链路的OSPF COST，更新其他三层转发设备的路由信息，以便数据流顺利的切换到备用设备。

如图6所示，本发明还提供了一种与上述实现网络冗余和数据流无缝切换方法对应的系统，包括：

倒换单元610，用于使用虚拟路由器冗余协议VRRP根据链路变化触发第一转发设备到第二转发设备的倒换，所述第一转发设备与第二转发设备组成VRRP备份组，所述第一转发设备为所述VRRP备份组的主用设备，所述第二转发设备为所述VRRP备份组的备用设备；

路由单元620，用于使用开放最短路径优先协议OSPF更新路由信息，切换数据流的流向。

可选地，所述倒换单元610、路由单元620可以合并为一个单元。

上述所述倒换单元610、路由单元620的具体功能可参见上面对方法的描述，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读内存（Read-Only Memory，ROM）、随机访问内存（Random-Access Memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

由以上实施例可以看出，本发明：

1.通过特有的IP tracking功能，监控特定IP地址状态，包括但不限于特定接口（Interface）或路由（routing）的状态。当出现特定外部事件（如接口断掉，路由不可达）时，IP tracking通知VRRP根据配置，自动对主备线卡的VRRP优先级进行增减，以达到主备线卡切换的目的。

所述IP tracking监控特定IP地址的方法，其特征在于，所述使用IP Tracking监控链路状态变化；

根据配置监控链路的逻辑组，每个组至少包含一个或一个以上的目的IP地址和源IP，通过设置跳数，探测频率来监控链路。当组内的目的IP地址通过指定出接口的链路不可达时，IP Tracking将此事件或者消息通知其它模块（如VRRP），从而达到监控链路链路状态的目的。

2.VRRP与OSPF的联动。OSPF可监控指定对特定VRRP组的状态变化，当VRRP组的主备状态发生切换时，公告路由的metric值使其他三层转发设备重新计算OSPF路由，实现数据流的流向从第一转发设备切换到第二转发设备。

3.OSPF通过LSA公告指定路由的最大度量值，及时更新其他三层网络设备的路由信息，避免了数据流向错误，实现数据流的无缝切换。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (11)

1.一种实现网络冗余和数据流无缝切换的方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用虚拟路由器冗余协议VRRP根据链路变化触发第一转发设备到第二转发设备的倒换，所述第一转发设备与第二转发设备组成VRRP备份组，所述第一转发设备为所述VRRP备份组的主用设备，所述第二转发设备为所述VRRP备份组的备用设备；

使用开放最短路径优先协议OSPF更新路由信息，切换数据流的流向。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用虚拟路由器冗余协议VRRP根据链路变化触发第一转发设备到第二转发设备的倒换，包括：

当所述第一转发设备不能使用，所述第一转发设备入接口的链路中数据流流入方向的所有链路不能使用，或者所述第一转发设备出接口的链路中数据流流出方向的所有链路不能使用时，使用所述VRRP降低所述第一转发设备的VRRP优先级至低于所述第二转发设备的VRRP优先级，从而使得所述第一转发设备倒换为第二转发设备。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用开放最短路径优先协议OSPF更新路由信息，切换数据流的流向，包括：

所述第一转发设备根据路由信息使用OSPF链路状态广播LSA，向数据流所流经链路上的所有转发设备公告指定路由的最大度量值，及时更新其他三层网络设备的路由信息，从而重新进行路由选择，切换数据流的流向。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述路由信息为预先通过手动配置的方式在所述第一转发设备上配置的，或者，所述路由信息为所述第一转发设备通过内部网关协议IGP或边界网关协议BGP从所述用户设备学习到的。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述OSPF的链路最大度量值通过LSA的实时洪泛的方式发送。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一转发设备和第二转发设备为三层网络设备。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一转发设备不能使用，包括：所述第一转发设备的线卡发生故障或者被拔掉。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一转发设备入接口的链路中数据流流入方向的所有链路不能使用，或者所述第一转发设备出接口的链路中数据流流出方向的所有链路不能使用，包括：所述第一转发设备入接口的链路中数据流流入方向的所有链路都断开，或者所述第一转发设备出接口的链路中数据流流出方向的所有链路都断开。

9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述入接口或出接口为逻辑接口。

10.如权利要求1~9中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一转发设备与第二转发设备之间采用带外数据方式传输VRRP心跳数据。

11.一种实现网络冗余和数据流无缝切换的系统，其特征在于，包括：

倒换单元，用于使用虚拟路由器冗余协议VRRP根据链路变化触发第一转发设备到第二转发设备的倒换，所述第一转发设备与第二转发设备组成VRRP备份组，所述第一转发设备为所述VRRP备份组的主用设备，所述第二转发设备为所述VRRP备份组的备用设备；

路由单元，用于使用开放最短路径优先协议OSPF更新路由信息，切换数据流的流向。

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