CN105704021A - 一种基于弹性标签的重路由方法 - Google Patents

Abstract

一种基于弹性标签的重路由方法，其步骤为：S1：为主路径上的每个路由节点建立下游相邻节点故障感应机制；S2：重新定义标签；S3：当节点收到数据包并且发现下一跳节点正常工作，直接查找标签库，根据结果做出处理；S4：当节点收到数据包并且发现下一跳节点接口down或者步骤S3中查找标签库失败，对入标签进行重映射，重新查找新的出标签和出接口，如查找成功且出标签和出接口有效，报文自动绕过故障点，通过新的路径转发，否则进入步骤S5；S5：对报文的入进行标签重映射后，在标签库中查找标签失败或者出标签或出接口无效，将报文回流到上游节点。本发明具有原理简单、效率高、可靠性好等优点。

Description

一种基于弹性标签的重路由方法

技术领域

本发明主要涉及到路由技术领域，特指一种基于弹性标签的重路由方法。

背景技术

网络的可靠性保证是当今网络一个重要的研究热点，即在网络中某些节点出现故障时，如何实现快速响应，最大程度的缩短故障恢复时间，保证上层应用的正常进行。故障恢复时间过大将造成路由器缓存无效数据增多，造成网络拥塞。可靠性保证被认为是衡量网络好坏的重要度量值之一。一个保证可靠性的网络在发生故障时，业务报文应该能绕过故障节点，经由其他节点到达目的节点，从而实现网络的自我修复故障功能，这一过程对于上层应用是透明的。具体来讲，应该是网络在某一链路或者结点失效后，能够将流量快速的切换至备用上，使得业务报文能够正常的进行传输，并且尽量减少业务报文的丢失。

备用路径可以在网络发生故障前计算，也可以在发生故障后再计算，分别对应于快速重路由技术和重路由技术。重路由技术是在网络发生故障时，局部排除故障节点，然后利用SPF(ShortestPathFirst，最短路径优先)算法计算出最短路径，而对于一些对带宽有特殊要求的应用，不一定能计算出符合要求的路径，因此对于有服务质量要求的应用来说，一般采用快速重路由技术。

目前快速重路由故障恢复方案主要是基于MPLS实现，经典模型有Makam模型、Haskin模型、Hundessa模型等。Makam模型是一种提供路径保护的模型，其核心思想是在数据传输前预先建立两条路径，主路径和备用路径，如果主路径某结点或者链路出现故障，故障节点的上一跳节点向其上游节点发送故障信号，同时各个节点依次向上游节点发出故障信号，PIL（PathIngressLabelSwitchRouter）收到故障信号后，将后续业务流量切换至备用路径，这个过程会造成大量丢包。Haskin模型和Makam模型的思想类似，不同的是Haskin模型在主路径某结点或者链路出现故障时，采用回流的方式，将业务报文送回PIL（PathIngressLabelSwitchRouter），然后再由PIL将流量切换至备用路径，这样减少了丢包，但会有大量的报文失序，同时由于大量数据包回流至PIL，因此网络故障恢复时间较大。Hundessa模型对Haskin模型进行了一定的优化，其思想是在每个结点都增加缓冲区，当主路径发生网络故障时，故障节点的上游节点检测到故障，向上游节点发送故障信号，上游节点收到故障信号后，停止发生报文，并将报文存储在节点的缓冲区中，当故障信号到达PIL后，所有缓冲区的报文依次向上游节点返回，当所有节点缓冲区中的报文都返回到PIL后在一同发到备份路径中。Hundessa模型可以阻止业务报文继续传送到发生故障的链路上，同时，由于报文从下游节点依次传回流到上游节点，可以解决报文失序问题，但是如果主路径较长，报文从下游节点返回到PIL会很耗时，故障恢复时间较长。

综上所述，现有的快速重路由故障恢复方案虽然可以一定程度上解决网络中节点故障问题，但是都有各自的缺陷。Makam模型在将流量切换到备份路径的过程中会造成大量丢包；Haskin模型虽然没有丢包问题，但是会造成报文失序；Hundessa模型可以解决丢包和报文失序问题，但是当主路径较长时，故障恢复性能较低。未来大规模网络将面临更复杂的环境，同时对网络性能要求更高，因此需要更有效的网络故障恢复方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、效率高、可靠性好的基于弹性标签的重路由方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于弹性标签的重路由方法，其步骤为：

S1：为主路径上的每个路由节点建立下游相邻节点故障感应机制；

S2：重新定义标签；增加标签特征值字段，用于区分报文类型，同时每个节点建立相应的标签库，通过各个节点的标签库形成转发主路径，并计算备用路径；

S3：当节点收到数据包并且发现下一跳节点正常工作，那么直接查找标签库，如果查找成功且出标签有效，那么报文按照出标签和出接口转发，报文将继续沿着主路径传送；

S4：当节点收到数据包并且发现下一跳节点接口down或者步骤S3中查找标签库失败，那么对入标签进行重映射，然后重新查找新的出标签和出接口，如果查找成功且出标签和出接口有效，那么报文自动绕过故障点，通过新的路径即备用路径转发，否则进入步骤S5；

S5：如果对报文的入进行标签重映射后，在标签库中查找标签失败或者出标签或出接口无效，那么将报文回流到上游节点，上游节点重新选择可用的标签转发路径，或者当无备用路径时，使源节点产生路径断开事件。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S2中，备用路径的建立采用弹性冗余路径计算方法，其步骤为：

S201：入口路由器b利用发送数据包到路由器e，然后回收数据包的方式获取自身到路由器e之间的全部通路信息，并统计各通路的时延；

S202：将入口路由器b和出口路由器e之间的全部通路信息用路径树的形式表示出来；

S203：路径树上的路径除链路L之外，选取时延最小的三条路径作为备份路径库，如不足三条路径，那么按实际的路径数计算；

S204：根据时延的大小对备份路径库中的路径进行升序排序，然后依次将备份路径库中的路径信息加入到该路径中各个路由节点的标签库中；在链路L发生故障时，备份路径库中时延最小的路径，将被优先选为备份路径；当备份路径也发生故障时，将重新在从备份路径库中选取时延最小的路径作为备份路径；当备份路径库中的路径都发生故障时，路由节点b将产生路径断开事件，通知用户路径不可达。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S3中，报文分类是根据重新定义后的标签中的标签特征值实现的，如果标签特征值为等于0，即为GOOD，那么报文为正常报文；如果标签特征值大于0，那么报文为非正常报文，其中当标签特征值为1即DOWN，表示接口down；特征值为2即MISS，表示标签不存在；特征值为3即PATHERR，表示路径断开。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S4中，对正常报文进行处理，其具体步骤如下：

S401：检查出标签是否为NULL，如果是，进入步骤S403，否则进入步骤S402；

S402：检查出标签是否为DISCARD，如果是，丢弃报文，直接返回上一级调用，否则获取标签的特征值，检查是否为DOWN，如果是，进入步骤S403，如果不是，进入步骤S405；

S403：根据报文标签值进行标签重映射，重新查找出标签和出接口；

S404：检查报文标签是否为DISCARD，如果是，丢弃报文，直接返回；

S405：处理完毕，返回上级调用。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S5中，对非正常报文进行处理，其具体步骤如下：

S501：获取报文的标签特征值，判断是否为PATHER，如果是，那么产生路径断开事件，否则进入步骤S502；

S502：判断标签是否为NULL或DISCARD，如果为二者之一，那么丢弃报文；

S503：处理完毕，返回上级调用。

作为本发明的进一步改进：在所述步骤S2中，对标签进行重新定义，包括：

正常Label域=F(x,GOOD)wherex>0,GOOD=0；

重映射Label域=F(x,DOWN|MISS),wherex>0,DOWN=1,MISS=2；

路径断开Label域=F(x,PATHERR),wherex>0,PATHERR=3；

丢弃Label:Discard=0；

获取报文标签：GetLabelMSGCode(x)={GOOD,DOWN,MISS,PATHERR}；

标签重映射：SetLabelMSGCode(x,y),y={GOOD,DOWN,MISS,PATHERR}；

重映射函数举例：F(x，y）=y<<19+x&0x3ff。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的基于弹性标签的重路由方法，原理简单、效率高、可靠性好，其中路由节点含有下游相邻节点故障检测机制，当检测到下一跳节点down或者查找主标签库失败时，可以快速映射到备用路径上或者将报文回留到上一节点进行处理，相比传统的快速重路由技术，报文需回流到PIL，再切换流量到备用路径，这样可以减少丢包和报文乱序的概率，同时缩小网络故障恢复时间。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是一个简单的网络拓扑图。

图3是将全部通路信息图转化成全部通路路径树形式的示意图。

图4是本发明在具体应用实例中标签交换流程的示意图。

图5是本发明在具体应用实例中正常报文处理流程的示意图。

图6是本发明在具体应用实例中非正常报文处理流程的示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的基于弹性标签的重路由方法，其步骤为：

S1：采用BFD故障检测机制为主路径上的每个路由节点建立下游相邻节点故障感应机制；

S2：重新定义标签；增加标签特征值字段，用于区分报文类型，同时每个节点建立相应的标签库，通过各个节点的标签库形成转发主路径，并计算备用路径；

S3：当节点收到数据包并且发现下一跳节点正常工作，那么直接查找标签库，如果查找成功且出标签有效，那么报文按照出标签和出接口转发，报文将继续沿着主路径传送；

S4：当节点收到数据包并且发现下一跳节点接口down或者步骤S3中查找标签库失败，那么对入标签进行重映射，然后重新查找新的出标签和出接口，如果查找成功且出标签和出接口有效，那么报文自动绕过故障点，通过新的路径即备用路径转发，否则进入步骤S5；

S5：如果对报文的入进行标签重映射后，在标签库中查找标签失败或者出标签或出接口无效，那么将报文回流到上游节点，上游节点重新选择可用的标签转发路径，或者当无备用路径时，使源节点产生路径断开事件。

在具体应用实例中，上述步骤S2中，对标签进行重新定义，内容如下：

正常Label域=F(x,GOOD)wherex>0,GOOD=0;

重映射Label域=F(x,DOWN|MISS),wherex>0,DOWN=1,MISS=2;

路径断开Label域=F(x,PATHERR),wherex>0,PATHERR=3;

丢弃Label:Discard=0;

获取报文标签：GetLabelMSGCode(x)={GOOD,DOWN,MISS,PATHERR};

标签重映射：SetLabelMSGCode(x,y),y={GOOD,DOWN,MISS,PATHERR};

重映射函数举例：F(x，y）=y<<19+x&0x3ff

对标签取值范围的划分，可以区分正常报文和非正常报文，其中正常报文指在主路径上可以正常进行标签交换的报文，非正常报文是指主路径上标签不存在或下一跳接口为DOWN，需重映射标签，然后通过备用路径转发。在本发明中，对标签重新定义，利用标签Reserved域来区分报文的类别，字段GOOD表明节点收到的是正常报文，DOWN表示下游节点接口down，MISS表示标签不存在，PATHERR表示网络路径断开。GetLabelMSGCode(x)和SetLabelMSGCode(x)分别用于获取标签的特征值和标签重映射。

在具体应用实例中，上述步骤S2中，备用路径的建立采用弹性冗余路径计算方法；以通过为入口路由器为b，出口路由器为e的链路L计算备份路径的例子来进行说明，具体步骤为：

S201：路由器b利用发送数据包到路由器e，然后回收数据包的方式获取自身到路由器e之间的全部通路信息，并统计各通路的时延；

S202：将入口路由器b和出口路由器e之间的全部通路信息用路径树的形式表示出来；

S203：路径树上的路径除链路L之外，选取时延最小的三条路径作为备份路径库（如时延相同，将优先选择路径树的左枝路径），如不足三条路径，那么按实际的路径数计算。

S204：根据时延的大小对备份路径库中的路径进行升序排序，然后依次将备份路径库中的路径信息加入到该路径中各个路由节点的标签库中；在链路L发生故障时，备份路径库中时延最小的路径，将被优先选为备份路径；当备份路径也发生故障时，将重新在从备份路径库中选取时延最小的路径作为备份路径；当备份路径库中的路径都发生故障时，路由节点b将产生路径断开事件，通知用户路径不可达。

参见图2和图3的应用实例，现假设入口路由器为b，出口路由器为e，链路L为b->a->e，现在计算链路L的备份路径。步骤如下：

（1）路由器b利用发送数据包到路由器e，然后回收数据包的方式获取自身到路由器e之间的全部通路信息，即图1中的网络拓扑图，并统计各个通路的发包和收包时延。

（2）将全部通路信息图转化成全部通路路径树形式；

（3）除L之外选取3条时延最小的路径，即链路E、链路C、链路A（时延相同，优先选择路径树的左枝路径），作为备份路径库。

（4）根据时延的大小对备份路径库中的路径进行升序排序，即链路E、链路C、链路A，然后依次链路E、链路C、链路A的信息分别加入到对应链路中各路由节点的标签库中；当链路L发生故障时，将优先选择时延较小的路径作为备份路径。当备份路径也发生故障时，将重新在从备份路径库中选取时延最小的路径作为备份路径；当备份路径库中的路径都发生故障时，路由节点b将产生路径断开事件，通知用户路径不可达。

在具体应用实例中，上述步骤S3中，报文分类是根据重新定义后的标签中的标签特征值实现的，如果标签特征值为等于0，即为GOOD，那么报文为正常报文。如果标签特征值大于0，那么报文为非正常报文，其中当标签特征值为1即DOWN，表示接口down；特征值为2即MISS，表示标签不存在；特征值为3即PATHERR，表示路径断开。

在具体应用实例中，上述步骤S4中，对正常报文进行处理，参见图5所示的流程，其具体步骤如下：

S401：检查出标签是否为NULL，如果是，进入步骤S403，否则进入步骤S402；

S402：检查出标签是否为DISCARD，如果是，丢弃报文，直接返回上一级调用，否则获取标签的特征值，检查是否为DOWN，如果是，进入步骤S403，如果不是，进入步骤S405；

S403：根据报文标签值进行标签重映射，重新查找出标签和出接口；

S404：检查报文标签是否为DISCARD，如果是，丢弃报文，直接返回；

S405：处理完毕，返回上级调用；

在具体应用实例中，上述步骤S5中，对非正常报文进行处理，参见图6所示的流程，其具体步骤如下：

S501：获取报文的标签特征值，判断是否为PATHER，如果是，那么产生路径断开事件，否则进入步骤S502；

S502：判断标签是否为NULL或DISCARD，如果为二者之一，那么丢弃报文；

S503：处理完毕，返回上级调用。

在上述步骤S3、S4、S5中实际上是对标签交换流程进行了重新定义，增加了标签范围的判定过程，用于区分正常报文和非正常报文，同时当查找标签失败时，会增加备份标签查找的过程。

参见图4所示，单个路由节点标签交换过程的详细步骤为：

S100：路由节点通过网络接口正常接收报文；

S200：根据报文的标签字段查找对应的出标签和出接口；

S300：根据报文的类别分类进行处理，正常报文进入步骤S400，非正常报文进入步骤S500；

S400：报文为正常报文且出标签报文为NULL，那么进行标签重映射，然后重新查找出接口和出标签，否则如果出标签不为NULL，但是为DISCARD，那么直接丢弃报文，如果出接口down，那么进行标签重映射，重新查找出接口和出标签，最后检查出标签是否是DISCARD，如果是，那么丢弃，否则进入步骤600；

S500：报文为非正常报文且报文标签特征字段为PATHERR，那么引发路径断开事件，否则如果出标签为NULL或Discard，那么直接丢弃报文，然后返回；

S600：再次验证出接口是否正常工作、出标签是否有效，如果出接口没有正常工作，或者出标签无效，那么丢弃数据包，否则进去步骤700；

S700：将查询到的出标签赋值给报文的标签字段；

S800：根据查询到的出标签和出接口发送报文.

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于弹性标签的重路由方法，其特征在于，步骤为：

S1：为主路径上的每个路由节点建立下游相邻节点故障感应机制；

S2：重新定义标签；增加标签特征值字段，用于区分报文类型，同时每个节点建立相应的标签库，通过各个节点的标签库形成转发主路径，并计算备用路径；

S3：当节点收到数据包并且发现下一跳节点正常工作，那么直接查找标签库，如果查找成功且出标签有效，那么报文按照出标签和出接口转发，报文将继续沿着主路径传送；

S4：当节点收到数据包并且发现下一跳节点接口down或者步骤S3中查找标签库失败，那么对入标签进行重映射，然后重新查找新的出标签和出接口，如果查找成功且出标签和出接口有效，那么报文自动绕过故障点，通过新的路径即备用路径转发，否则进入步骤S5；

S5：如果对报文的入进行标签重映射后，在标签库中查找标签失败或者出标签或出接口无效，那么将报文回流到上游节点，上游节点重新选择可用的标签转发路径，或者当无备用路径时，使源节点产生路径断开事件。

2.根据权利要求1所述的基于弹性标签的重路由方法，其特征在于，所述步骤S2中，备用路径的建立采用弹性冗余路径计算方法，其步骤为：

S201：入口路由器b利用发送数据包到路由器e，然后回收数据包的方式获取自身到路由器e之间的全部通路信息，并统计各通路的时延；

S202：将入口路由器b和出口路由器e之间的全部通路信息用路径树的形式表示出来；

S203：路径树上的路径除链路L之外，选取时延最小的三条路径作为备份路径库，如不足三条路径，那么按实际的路径数计算；

S204：根据时延的大小对备份路径库中的路径进行升序排序，然后依次将备份路径库中的路径信息加入到该路径中各个路由节点的标签库中；在链路L发生故障时，备份路径库中时延最小的路径，将被优先选为备份路径；当备份路径也发生故障时，将重新在从备份路径库中选取时延最小的路径作为备份路径；当备份路径库中的路径都发生故障时，路由节点b将产生路径断开事件，通知用户路径不可达。

3.根据权利要求1所述的基于弹性标签的重路由方法，其特征在于，所述步骤S3中，报文分类是根据重新定义后的标签中的标签特征值实现的，如果标签特征值为等于0，即为GOOD，那么报文为正常报文；如果标签特征值大于0，那么报文为非正常报文，其中当标签特征值为1即DOWN，表示接口down；特征值为2即MISS，表示标签不存在；特征值为3即PATHERR，表示路径断开。

4.根据权利要求1所述的基于弹性标签的重路由方法，其特征在于，所述步骤S4中，对正常报文进行处理，其具体步骤如下：

S401：检查出标签是否为NULL，如果是，进入步骤S403，否则进入步骤S402；

S402：检查出标签是否为DISCARD，如果是，丢弃报文，直接返回上一级调用，否则获取标签的特征值，检查是否为DOWN，如果是，进入步骤S403，如果不是，进入步骤S405；

S403：根据报文标签值进行标签重映射，重新查找出标签和出接口；

S404：检查报文标签是否为DISCARD，如果是，丢弃报文，直接返回；

S405：处理完毕，返回上级调用。

5.根据权利要求1所述的基于弹性标签的重路由方法，其特征在于，所述步骤S5中，对非正常报文进行处理，其具体步骤如下：

S501：获取报文的标签特征值，判断是否为PATHER，如果是，那么产生路径断开事件，否则进入步骤S502；

S502：判断标签是否为NULL或DISCARD，如果为二者之一，那么丢弃报文；

S503：处理完毕，返回上级调用。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的基于弹性标签的重路由方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对标签进行重新定义，包括：

正常Label域=F(x,GOOD)wherex>0,GOOD=0；

重映射Label域=F(x,DOWN|MISS),wherex>0,DOWN=1,MISS=2；

路径断开Label域=F(x,PATHERR),wherex>0,PATHERR=3；

丢弃Label:Discard=0；

获取报文标签：GetLabelMSGCode(x)={GOOD,DOWN,MISS,PATHERR}；

标签重映射：SetLabelMSGCode(x,y),y={GOOD,DOWN,MISS,PATHERR}；

重映射函数举例：F(x，y）=y<<19+x&0x3ff。