CN105516028A - 一种bgp协议的主从控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BGP协议的主从控制方法，该方法对BGP协议功能模块进行分析，通过模块之间的耦合程度、是否涉及全局网络状态、以及BGP协议本身的特性对模块的划分提出依据，在原有七个模块的基础上细化出本地路由管理模块；然后创新性提出基于SDN框架下分层控制器分布式BGP协议的实现。与此同时，将原有BGP协议的七个模块重新划分为五个模块，并且将BGP的五个协议模块分布式运行在主从控制器之上。通过全局控制器与多个本地控制器的交互操作，不仅能够分担控制平面的负载压力，而且也确保了路由协议能够处理更多对等体之间的BGP会话，提高协议的可拓展性，最终将实现BGP协议在分层控制平面上的高效运行。

Description

一种BGP协议的主从控制方法

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种BGP协议的主从控制方法。

背景技术

边界网关协议（BorderGatewayProtocol，BGP）作为自治系统之间的路由协议，主要负责与其他BGP系统交换网络层可达性信息。然而，随着互联网规模与流量的爆发式增长，为适应复杂的网络应用，为BGP协议增添了各种繁杂的应用属性，这些新增属性使路由协议的实现变得更加的复杂，增加了出错的可能性。与此同时，为了更好地拓展网络规模，BGP协议需要维护且存储更大的路由表，对路由的存储能力以及路由计算能力提出了更高的要求；自治区域之间物理位置密度增加了BGP对等体会话数量，需要我们从基于单一控制单元的集中式控制模式到分布式控制发展；BGP路由的猝发更新和间或的路由抖动，对路由协议的计算能力提出了新的挑战。因此，研究BGP协议的分布式的实现，提高BGP协议的可扩展性和协议性能有着重要的商业价值和现实意义。

面对互联网规模与流量的爆发式增长，当前以IP为核心的网络体系结构逐渐暴露出各式各样的缺点，结构功能日趋复杂导致网络管理愈加的困难，尤其是以协议为核心的网络演进思路让现有的网络技术发展的非常的缓慢。但是互联网的高速发展却要求路由器随着网络规模的扩大以及数据流量的增长不断提高自身设备的性能，但受硬件条件以及网络体系结构的局限，使得路由器的性能提升举步维艰。

从20世纪50年代到现今，尽管网络设备性能有了明显的提高，传输的流量愈加庞大，但网络本身的架构却没有突破性的进展，现今的网络还是主要依靠端到端的路由转发架构，很难满足更加复杂的网络需求。现今的网络技术的创新仅仅停留在传统网络之上，只是被动地进行修补，通常情况下是在用户发现现有的网络中存在的问题或者有新的业务需求后，由研发人员在TCP/IP基础之上进行设计改进，而不是系统性地通过控制与转发分离技术加快网络的创新，重塑互联网的架构。

为了解决以上问题，2007年，MartinCasado联合NickMcKeown、ScottShenker等人创建了一个致力于网络虚拟化技术创新的公司——Nicira，并最早提出了SDN的概念。

SDN(SoftwareDefinedNetworking,软件定义网络)是一种数据控制分离、软件可编程的新型网络体系架构，采用了集中式的控制平面和分布式转发平面，两个平面相互分离。在SDN框架中，控制平面主要的功能是建立本地的数据集合，该数据集合一般被称为路由信息库（RoutingInformationBase，RIB），RIB需要与网内其他控制平面实例的信息保持一致，这一点通常使用分布式路由协议来完成。接下来，控制平面需要基于RIB创建转发表，用于指导设备出入端口之间的数据流量转发，转发表通常称为转发信息表（ForwardingInformationBase，FIB），FIB需要经常在设备的控制和数据平面之间进行镜像，以保证转发行为与路由决策的一致。

控制平面的可扩展性是SDN研究的热点之一，未来SDN面向大规模网络的必经之路便是对控制平面实现分布式设计。多线程处理对于大型网络而言有局限性，不能保证其性能。单控制器又存在路由器控制平面过载而丢失“心跳”信息的性能瓶颈以及单点失效和可拓展性差的缺点，单一控制单元的集中式控制对于其他自治区域的交换机信息的交互有较大的延迟，且现有的路由协议大部分运行于集中控制平面，软硬件局部的失效将导致整个路由协议的瘫痪，所以为了更好的提高网络的性能以及路由协议可拓展性，我们需要对控制平面实行分布式处理。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种BGP协议的主从控制方法。

本发明提供的一种BGP协议的主从控制方法，包括如下步骤：

步骤一：将BGP协议分别部署在主从控制器上，主控制器作为全局控制器，从控制器包括若干本地控制器；

所述本地控制器中包括BGP对等体建立与维护模块、本地路由管理模块以及本地路由计算模块；所述BGP对等体建立与维护模块包括对等体协商有限状态机模块、对等体会话维持模块、邻居输入输出策略库模块。所述本地路由计算模块包括路由更新报文处理模块以及路由更新输入输出策略模块。所述全局控制器中包括全局路由管理模块、全局路由计算模块以及控制接口管理模块，所述全局路由管理模块包括全局路由库以及全局输入输出策略库。

步骤二：BGP对等体建立与维护模块中的对等体协商有限状态机模块和对等体会话维持模块将维持本地控制器中BGP对等体处于会话状态，通过邻居输入输出策略库模块，BGP对等体从远端对等体接收所有初始路由（保存BGPSpeaker从邻居中学到的路由），经过本地路由计算模块执行路由更新输入输出策略模块后，选举出本地最佳路由，并将其存储在本地路由管理模块，然后发送给全局控制器。

步骤三：全局控制器接收各个本地控制器的最佳路由，将其存储于全局路由库中，经过全局路由计算模块来选举出全局最佳路由。

步骤四：全局最佳路由与IGP路由共同激活路由决策进程，且存储于IP转发表中，经过全局输入输出策略库处理后通过控制接口管理模块发送给本地控制器。

步骤五：各个本地控制器接收到全局控制器选出的全局最佳路由后，经本地路由计算模块中的路由更新报文处理模块进行路由重分布、聚合、出站过滤后，选择出的路由宣告给其他本地控制器中BGP对等体。

进一步地，所述步骤二中，所述BGP对等体建立与维护模块中的BGP对等体从远端对等体接收所有初始路由具体为：在BGP对等体建立与维护模块中，通过BGP对等体有限状态机的协商，建立BGP会话，根据TCP连接与KEEPALIVE消息的验证来维护对等体之间的会话，BGP通过IBGP或者EBGP从远端对等体处接收路由，并将这些未加修改的初始路由存储于输入路由表（Adj-RIB-In）中。

所述步骤二中，所述选举出本地最佳路由具体为：初始路由经过入站过滤或者属性控制后允许的路由集合进行本地最佳路由的判决处理，判决处理将检查到达同一目的地的所有可用的路由，比较每个路由的不同属性，具体选路过程如下：（1）如果此路由的下一跳不可达，则忽略此路由。（2）选择本地优先级较大的路由。（3）在本地优先级相同时，选择本地控制器始发的路由。（4）选择AS路径较短的路由。（5）依次选择起点类型为IGP,EGP,Incomplete类型的路由。（6）选择MED较小的路由。（7）选择RouterID较小的路由。由此选出本地的最佳路由，但此时经过路由决策选择的路由不能进行宣告，因为它是本地最佳路由，而非全局最佳路由。

所述步骤三中，所述全局路由计算模块选出全局最佳路由具体为：全局路由计算模块在全局控制器中主要通过全局输入输出策略库，将依次接收的若干个本地最佳路由的数据结构属性添加到数据库中进行路由的优先选择，具体选路过程如下：（1）如果此路由的下一跳不可达，则忽略此路由。（2）选择全局优先级较大的路由。（3）在全局优先级相同相同时，选择全局控制器始发的路由。（4）选择AS路径较短的路由。（5）依次选择起点类型为IGP,EGP,Incomplete类型的路由。（6）选择MED较小的路由。（7）选择RouterID较小的路由。如新增路由优于原来的路由，则重新设置全局最佳路由。

所述步骤四中，所述IP转发表中的路由信息具体为：经过入站过滤以及判决处理的路由，选举出本地最佳路由，在本地路由表（Loc-RIB）存储本地最佳路由，通过所有已知的BGP本地最佳路由，选举出BGP全局最佳路由；此时的路由为全局最佳路由；随之从IGP路由和全局最佳路由中选出的路由作为输出路由表中路由信息的来源，来激活路由决策进程；此时的路由信息需要置于IP转发表中，并通过控制接口管理模块发送到本地控制器。

所述步骤五中，重分布以及聚合后的路由和BGP全局最佳路由组成了本地路由信息库（Loc-RIB），本地路由信息库将本地路由表中的BGP最佳路由以及本地产生的路由都交给邻居输入输出策略库模块，并经过BGP出站过滤后存储到输出路由表（Adj-RIB-Out），并通告给远端的BGP对等体。

本发明解决当前缺乏的一种BGP协议的主从控制重要问题，即提供了一个BGP协议在分层控制器上分布式部署的方案，目前还没有BGP协议在主从控制器中并行部署方式的存在。本发明显著优点有：能够确保路由协议能够处理更多对等体之间的BGP会话，提高协议的可拓展性。多个分层控制器之间并行处理在对等体数量很大的情况下，可以非常有效地提升路由更新信息速率，减少更新报文接收到全局路由表更新过程的时间，从而提高路由学习的能力。

附图说明

图1是BGP协议在本地控制器上的分布模块。

图2是BGP协议在全局控制器上的分布模块。

图3是基于主从控制器的BGP分布式架构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明提供了一种BGP协议的主从控制器架构，通过分层方式设计整体框架，然后再细分每层结构，通过各个层次之间的联系，共同协作完成路由信息的传递。本发明提供的一种BGP协议的主从控制方法包括如下步骤：

步骤1：将BGP协议分别部署在主从控制器上，主控制器作为全局控制器，从控制器包括若干本地控制器；如图1所示，所述本地控制器中包括BGP对等体建立与维护模块、本地路由管理模块以及本地路由计算模块；所述BGP对等体建立与维护模块包括对等体协商有限状态机模块、对等体会话维持模块、邻居输入输出策略库模块。所述本地路由计算模块包括路由更新报文处理模块以及路由更新输入输出策略模块。如图2所示，所述全局控制器中包括全局路由管理模块、全局路由计算模块以及控制接口管理模块，所述全局路由管理模块包括全局路由库以及全局输入输出策略库。

在本地控制器中的BGP对等体建立与维护模块中，通过BGP对等体有限状态机的协商，建立BGP会话，根据TCP连接与KEEPALIVE消息的验证来维护对等体之间的会话，BGP通过IBGP或者EBGP从远端对等体处接收路由，并将这些未加修改的初始路由存储于输入路由表（Adj-RIB-In）中；

初始路由经过入站过滤或者属性控制后允许的路由集合进行本地最佳路由的判决处理，判决处理将检查到达同一目的地的所有可用的路由，比较每个路由的不同属性，具体选路过程如下：（1）如果此路由的下一跳不可达，则忽略此路由。（2）选择本地优先级较大的路由。（3）在本地优先级相同时，选择本地控制器始发的路由。（4）选择AS路径较短的路由。（5）依次选择起点类型为IGP,EGP,Incomplete类型的路由。（6）选择MED较小的路由。（7）选择RouterID较小的路由。由此选出本地的最佳路由，但此时经过路由决策选择的路由不能进行宣告，因为它是本地最佳路由，而非全局最佳路由。

步骤2：经过入站过滤以及判决处理的路由，选举出本地最佳路由，在本地路由表（Loc-RIB）存储本地最佳路由。全局路由计算模块在全局控制器中主要通过全局输入输出策略库，将依次接收的若干个本地最佳路由的数据结构属性添加到数据库中进行路由的优先选择，具体选路过程如下：（1）如果此路由的下一跳不可达，则忽略此路由。（2）选择全局优先级较大的路由。（3）在全局优先级相同相同时，选择全局控制器始发的路由。（4）选择AS路径较短的路由。（5）依次选择起点类型为IGP,EGP,Incomplete类型的路由。（6）选择MED较小的路由。（7）选择RouterID较小的路由。如新增路由优于原来的路由，则重新设置全局最佳路由。

步骤3：选举出BGP全局最佳路由；此时的路由为全局最佳路由；随之从IGP路由和全局最佳路由中选出的路由作为输出路由表中路由信息的来源，来激活路由决策进程；此时的路由信息需要置于IP转发表中，并通过控制接口管理模块发送到本地控制器。

步骤4：所有激活的路由组播给所有的BGP引擎，同时对路由进行路由聚合以及重分布。通过路由聚合可以大幅度减少路由表的大小，除此之外，通过对路由条目的聚合，还能减少路由震荡对网络带来的影响，BGP路由聚合结合丰富的路由策略，是BGP信息的传递与管理变得更加的有效。而BGP重分布旨在实现不同路由协议之间信息传递，提高网络的安全性与可管理性。

经过重分布以及聚合后的路由和BGP全局最佳路由组成了本地路由信息库（Loc-RIB），本地路由信息库将本地路由表中的BGP最佳路由以及本地产生的路由都交给邻居输入输出策略库模块，输出策略机工作原理与输入策略机类似，只是放在输出端对输出路由进行路由过滤或者属性控制，并经过BGP出站过滤后存储到输出路由表（Adj-RIB-Out），并通告给远端的BGP对等体。

如图2所示，在全局控制器中的路由计算模块在路由信息更新时，生成BGP路由Update报文，旨在计算变动后网络的最佳路由。路由计算模块处理过程与BGP选路过程类似，更新内容需储存于输入路由表（Adj-RIB-In）中，通过入站过滤或者属性控制，经过处理之后的路由按照判决处理规定，与已有的本地最佳路由进行比较，看是否是全局最佳的路由，如是，则进行BGP接下来决策，更新相应的转发数据库并执行输出路由的流程。在本地控制器，路由计算模块主要实现Update报文接收发送以及策略的输入输出。处于缓冲区等待的Update报文经过报文解析，转换为路由属性以及路由前缀的数据结构，通过路由映射等策略，修改数据结构的表项，输出阶段策略与输入阶段类似，通过更新报文打包处理，将报文置于缓冲区进行最终报文的发送。

为了更好的描述实施例的过程，将结合附图3进一步分析BGP协议分布式实现步骤，具体如下：

步骤1：多个BGP对等体中接收来自其他本地控制器中的所有初始路由（保存BGPSpeaker从邻居中学到的路由）经过BGP入站过滤进程后输出；

步骤2：入站过滤进程路由的输出由已经修改属性的一系列路由组成；

步骤3：被入站过滤进程允许的路由集合被用来选择出本地最佳路由，并将其存储在本地路由信息库（Loc-RIB），但此时经过路由决策选择的路由不能进行宣告，因为它是本地最佳路由，而非全局最佳路由；

步骤4：本地最佳路由的集合发送全局控制器，并存储于全局路由库中；

步骤5：通过所有已知的BGP本地最佳路由，经全局路由计算模块选举BGP全局最佳路由；

步骤6：此时最佳路由为全局最佳路由；

步骤7：从IGP和全局最佳路由中所选出的路由作为输出，来激活路由决策进程；

步骤8：通过IP，激活的路由被用作FIB；

步骤9：所有激活的路由组播给所有的BGP引擎，这些路由需要下一跳的重分布，聚合，注入到BGP中；

步骤10：重分布路由，然后聚合，BGP最佳路由通过路由重分布机制处理；

步骤11：路由重分布注入到BGP，BGP聚合路由和BGP全局最佳路由存储到Loc-RIB（本地路由信息库）；

步骤12：Loc-RIB输出路由给BGP出站过滤进程；

步骤13：出站过滤进程选择出路由且宣告给本地控制器中的其他BGP对等体。

本实施例中，将BGP进程的工作量分布于多个本地控制器之中，允许用户分发资源给特定的对等体群组，最终实现BGP协议的可拓展性。通过在多个控制器上协议的分布式操作，进而解决了传统路由器单一控制所带来的缺陷，随着路由对等体数量的增加，其余的控制器能够按需添加到路由器之中，从而避免单一控制平面带来过载的问题，且减少BGP协议的收敛时间。

此架构的优越性还体现在故障的恢复能力，如果运行BGP进程的本地控制器瘫痪的话，只有分配给进程的路由对等体才会受到影响；如果故障发生在全局控制器，没有对等体将会受到影响，通过BGP进程重发所有的路径给全局控制器的形式，路由器会在重启时恢复如常。而在集中式架构中，如果控制器发生故障，运行的BGP将会直接影响所有的对等体。除此之外，此架构允许每个对等体都能够任意放置于BGP进程之中，故网络拓扑的改变将不会影响其余网络中的路由器。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims (6)

1.一种BGP协议的主从控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：将BGP协议分别部署在主从控制器上，主控制器作为全局控制器，从控制器包括若干本地控制器；

所述本地控制器中包括BGP对等体建立与维护模块、本地路由管理模块以及本地路由计算模块；所述BGP对等体建立与维护模块包括对等体协商有限状态机模块、对等体会话维持模块、邻居输入输出策略库模块；

所述本地路由计算模块包括路由更新报文处理模块以及路由更新输入输出策略模块；

所述全局控制器中包括全局路由管理模块、全局路由计算模块以及控制接口管理模块，所述全局路由管理模块包括全局路由库以及全局输入输出策略库；

步骤二：BGP对等体建立与维护模块中的对等体协商有限状态机模块和对等体会话维持模块将维持本地控制器中BGP对等体处于会话状态，通过邻居输入输出策略库模块，BGP对等体从远端对等体接收所有初始路由（保存BGPSpeaker从邻居中学到的路由），经过本地路由计算模块执行路由更新输入输出策略模块后，选举出本地最佳路由，并将其存储在本地路由管理模块，然后发送给全局控制器；

步骤三：全局控制器接收各个本地控制器的最佳路由，将其存储于全局路由库中，经过全局路由计算模块来选举出全局最佳路由；

步骤四：全局最佳路由与IGP路由共同激活路由决策进程，且存储于IP转发表中，经过全局输入输出策略库处理后通过控制接口管理模块发送给本地控制器；

步骤五：各个本地控制器接收到全局控制器选出的全局最佳路由后，经本地路由计算模块中的路由更新报文处理模块进行路由重分布、聚合、出站过滤后，选择出的路由宣告给其他本地控制器中BGP对等体。

2.根据权利要求1所述的一种BGP协议的主从控制方法，其特征在于：所述步骤二中，所述BGP对等体建立与维护模块中的BGP对等体从远端对等体接收所有初始路由具体为：在BGP对等体建立与维护模块中，通过BGP对等体有限状态机的协商，建立BGP会话，根据TCP连接与KEEPALIVE消息的验证来维护对等体之间的会话，BGP通过IBGP或者EBGP从远端对等体处接收路由，并将这些未加修改的初始路由存储于输入路由表（Adj-RIB-In）中。

3.根据权利要求1所述的一种BGP协议的主从控制方法，其特征在于：所述步骤二中，所述选举出本地最佳路由具体为：初始路由经过入站过滤或者属性控制后允许的路由集合进行本地最佳路由的判决处理，判决处理将检查到达同一目的地的所有可用的路由，比较每个路由的不同属性，具体选路过程如下：（1）如果此路由的下一跳不可达，则忽略此路由；

（2）选择本地优先级较大的路由；

（3）在本地优先级相同时，选择本地控制器始发的路由；

（4）选择AS路径较短的路由；

（5）依次选择起点类型为IGP,EGP,Incomplete类型的路由；

（6）选择MED较小的路由；

（7）选择RouterID较小的路由；

由此选出本地的最佳路由，但此时经过路由决策选择的路由不能进行宣告，因为它是本地最佳路由，而非全局最佳路由。

4.根据权利要求1所述的一种BGP协议的主从控制方法，其特征在于：所述步骤三中，所述全局路由计算模块选出全局最佳路由具体为：全局路由计算模块在全局控制器中主要通过全局输入输出策略库，将依次接收的若干个本地最佳路由的数据结构属性添加到数据库中进行路由的优先选择，具体选路过程如下：（1）如果此路由的下一跳不可达，则忽略此路由；

（2）选择全局优先级较大的路由；

（3）在全局优先级相同相同时，选择全局控制器始发的路由；

（4）选择AS路径较短的路由；

（5）依次选择起点类型为IGP,EGP,Incomplete类型的路由；

（6）选择MED较小的路由；

（7）选择RouterID较小的路由；

如新增路由优于原来的路由，则重新设置全局最佳路由。

5.根据权利要求1所述的一种BGP协议的主从控制方法，其特征在于：所述步骤四中，所述IP转发表中的路由信息具体为：经过入站过滤以及判决处理的路由，选举出本地最佳路由，在本地路由表（Loc-RIB）存储本地最佳路由，通过所有已知的BGP本地最佳路由，选举出BGP全局最佳路由；此时的路由为全局最佳路由；随之从IGP路由和全局最佳路由中选出的路由作为输出路由表中路由信息的来源，来激活路由决策进程；此时的路由信息需要置于IP转发表中，并通过控制接口管理模块发送到本地控制器。

6.根据权利要求1所述的一种BGP协议的主从控制方法，其特征在于：所述步骤五中，重分布以及聚合后的路由和BGP全局最佳路由组成了本地路由信息库（Loc-RIB），本地路由信息库将本地路由表中的BGP最佳路由以及本地产生的路由都交给邻居输入输出策略库模块，并经过BGP出站过滤后存储到输出路由表（Adj-RIB-Out），并通告给远端的BGP对等体。