CN106209419B - 一种选择网络功能进行数据转发的方法及业务功能转发器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种选择网络功能进行数据转发的方法及业务功能转发器(SFF)，用于实现业务链网络功能的热备份或实现负载均衡。本发明实施例方法包括：SFF接收数据包，根据与该SFF关联的本地网络功能实体的负载量或是否正常运行指示信息，决策是将该数据包转发至本地网络功能实体，还是转发至另一个SFF，所述另一个SFF关联的网络功能实体为本地网络功能实体的热备份网络功能实体或负载均衡网络功能实体。从而无需为同一类型的网络功能实体增加一个路径实现备份，可以减少路径以及NSHs的管理，降低了复杂度，同时为分布式架构下的SFC提出了一种有效的负载均衡机制。

Description

一种选择网络功能进行数据转发的方法及业务功能转发器

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种选择网络功能进行数据转发的方法及业务功能转发器。

背景技术

在传统业务中，通常采用热备份解决方案来实现服务的高可靠性。热备份解决方案的主要特点是：同时存在一个正常运行的网络功能实体，和一个备份的网络功能实体，其中，正在运行的网络功能实体会接收所有的业务数据流，与此同时，备份网络功能实体等待被启用，以防正在运行的网络功能实体发生突发事件(例如：发生故障)。

当前业务功能链(Service Function Chaining，SFC)通常采用路径级别的备份，把缺省的路径选择功能用作备份，在同一类型的两个功能性实体间进行备份操作时，会存在两条不同的路径：一条为正在运行的功能实体，一条则为执行热备份的功能实体。当当前路径发生故障时，会启用备份路径。

但由于对同一类型的网络功能实体增加了一个路径来进行备份，路径数增多，产生大量的网络业务报头(Network Service Header，NSH)，是现有路径NSHs的两倍，增加管理复杂度。

发明内容

本发明实施例提供了一种选择网络功能进行数据转发的方法及业务功能转发器，为分布式的数据中心架构下的SFC提供了一种有效的热备份机制，能够减少业务功能链中对路径及NSHs的管理，降低了复杂度，且同时为分布式的数据中心架构下的SFC提供了一种有效负载均衡机制。

本发明实施例第一方面提供了一种选择网络功能进行数据转发的方法，该方法包括：业务功能转发器(全称：Service Function Forward，简称：SFF)接收数据包；根据第一网络功能实体的运行状态信息，确定数据包转发的下一跳节点，将数据包转发至下一跳节点，其中，下一跳节点为第一网络功能实体或另一个SFF，第一网络功能实体为所述SFF关联的网络功能实体，另一个SFF为与第二网络功能实体关联的SFF，第二网络功能实体为与第一网络功能实体同类型的网络功能实体，运行状态信息包括负载量或运行指示信息，运行指示信息指示第一网络功能实体的是否正常运行。

本发明实施例中，业务功能转发器SFF接收数据包，根据与该SFF关联的网络功能实体(SFF的本地网络功能实体)的负载量或是否正常运行指示信息，来决策是将该数据包的转发至本地网络功能实体，还是转发至另一个SFF关联的网络功能实体。从而可以通过另一个SFF关联的网络功能实体实现热备份，无需为同一类型的网络功能实体增加一个路径来进行备份，对比于现有的使用缺省的路径选择来作备份的机制，大大的减少了路径以及NSHs的管理，降低了复杂度；另外，可以通过另一个SFF关联的网络功能实体实现负载均衡，从而提供了一种负载均衡的实现方法。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，当该运行状态信息为运行指示信息，SFF根据第一网络功能实体的运行状态信息，确定数据包转发的下一跳节点，将数据包转发至下一跳节点包括：当运行指示信息指示第一网络功能实体失效(不能正常运行)时，SFF将数据包转发至另一个SFF，以使得另一个SFF将数据包转发至与其关联的所述第二网络功能实体，其中，第二网络功能实体为第一网络功能实体的可用热备份网络功能实体。

可选的，在所述第一SFF接收数据包之前还包括：所述第一SFF接收所述第一NF失效的信息；所述第一SFF从转发地址表中移除所述第一NF的地址。

如此，当本地网络功能实体失效时，SFF将接收的数据包转发至热备份的网络功能实体，该热备份的网络功能实体为另一个SFF上的网络功能实体，因此可以在SFF中内嵌热备份网络功能选择方法来实现热备份，无需为每个同一类型的网络功能实体增加一个路径来进行备份，可以减少对路径以及NSHs的管理，降低了复杂度。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，该方法还包括：当运行指示信息指示第一网络功能实体运行正常时，SFF将数据包转发至第一网络功能实体。

结合第一方面的第一种可能的实现方式或第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，在SFF接收数据包之前还包括：SFF接收备份功能可用信息，备份功能可用信息中包含另一个SFF的网络标识；SFF保存另一个SFF的网络标识，根据另一个SFF的网络标识确定本地网络功能实体的可用热备份网络功能实体。

其中，SFF可用热备份网络功能实体为业务功能链中的的编排器或控制器分配的，热备份网络功能实体为另一个SFF关联的网络功能实体，而非同一个SFF上的备份路径，当SFF的本地网络功能实体失效时，可以将数据包转发至该热备份网络功能实体上，从而可以减少对路径以及NSHs的管理，同时为分布式架构下的业务功能链提供了一种热备份机制。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，若运行状态信息为负载量，SFF根据第一网络功能实体的运行状态信息，确定下一跳节点，将数据包转发至下一跳节点包括：当第一网络功能实体的负载量低于第一负载量阈值时，SFF将数据包转发至第一网络功能实体。

在本发明实施例中，SFF具备负载均衡功能实体选择的能力，能够根据本地网络功能的负载情况，在本地网络功能实体没有超负载时，将数据包转发至本地，以均衡本地网络功能实体的处理能力。

结合第一方面或第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，当运行状态信息为负载量时，该方法还包括：SFF记录业务功能链中与第一网络功能实体同类型的网络功能实体的负载信息，该负载信息指示与第一网络功能实体同类型的网络功能实体的拥塞状态；SFF根据第一网络功能实体的运行状态信息，确定数据包转发的下一跳节点，将数据包转发至下一跳节点包括：当第一网络功能实体的负载量高于第二负载阈值时，SFF根据负载信息确定处于非拥塞状态的第二网络功能实体，将数据包转发给另一个SFF，以使得另一个SFF将数据包转发给第二网络功能实体。

如此，SFF在本地网络功能实体超负载时，将数据包转发至另一个非拥塞的同类型网络功能实体，从而可以均衡业务功能链中的各网络功能实体的负载量。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，SFF记录与第一网络功能实体同类型的网络功能实体的负载信息包括：SFF根据接收的数据包的源网络功能实体记录所述源网络功能实体的负载信息。

可选的，具体记录的方式为：若有接收到某网络功能实体的数据包，则更新该网络功能实体的负载信息，以指示该网络功能实体处于拥塞状态，之后，根据接收该网络功能实体的数据包的频繁度、数据包大小等调整该网络功能实体的负载信息值，以不断更新该网络功能实体的拥塞程度。

可选的，可以通过加权轮询负载均衡算法计算各同类型的网络功能实体的拥塞状态，使用加权轮询值表示各同类型的网络功能实体的负载信息，加权轮询值与拥塞程度成反比例。

结合第一方面、第一方面的第四种可能的实现方式至第六种可能的实现方式中的任一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，SFF根据第一网络功能实体的运行状态信息，确定数据包转发的下一跳节点，将数据包转发至下一跳节点包括：

当第一网络功能实体的负载量大于第一负载阈值，小于第二负载阈值时，若数据包与上一次接收的数据包属于同一个网络功能实体发送的，SFF根据负载信息确定处于非拥塞状态的第二网络功能实体，将数据包转发给另一个SFF，以使得另一个SFF将数据包转发给第二网络功能实体；并且，SFF更新发送数据包的网络功能实体的负载信息，以指示该网络功能实体比上一次接收到其数据时更加拥塞；

若数据包与上一次接收的数据包不是同一个网络功能实体发送的，则将数据包转发至第一网络功能实体，并更新发送数据包的网络功能实体的负载信息，所述负载信息指示发送所述数据包的网络功能实体处于拥塞状态。

第二方面，本发明实施例提供了一种业务功能转发器SFF，该SFF执行第一方面所描述的选择网络功能进行数据转发的方法。具体包括：

接收模块，用于接收数据包；转发模块，用于根据第一网络功能实体的运行状态信息，确定数据包转发的下一跳节点，将数据包转发至下一跳节点，下一跳节点包括第一网络功能实体或另一个SFF，第一网络功能实体为与SFF关联的网络功能实体，另一个SFF为与第二网络功能实体关联的SFF，第二网络功能实体为与第一网络功能实体同类型的网络功能实体，运行状态信息包括负载量或运行指示信息。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，转发模块，具体用于当运行指示信息指示第一网络功能实体失效时，将数据包转发至另一个SFF，以使得另一个SFF将数据包转发至第二网络功能实体，其中，第二网络功能实体为第一网络功能实体的可用热备份网络功能实体。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，转发模块，具体用于当运行指示信息指示第一网络功能实体运行正常时，SFF将数据包转发至第一网络功能实体。

结合第二方面的第一种可能的实现方式或第二方面的第二种可能的实现方式，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述接收模块，还用于接收备份功能可用信息，备份功能可用信息中包含另一个SFF的网络标识；业务功能转发器，还包括：存储模块，用于保存另一个SFF的网络标识；备份网络功能实体确定模块，用于根据存储模块存储的另一个SFF的网络标识确定可用热备份网络功能实体。

结合第二方面，在第二方面的第四种可能的实现方式中，转发模块，具体用于当第一网络功能实体的负载量低于第一负载量阈值时，SFF将数据包转发至第一网络功能实体。

结合第二方面的第四种可能的实现方式，在第二方面的第五种可能的实现方式中，业务功能转发器还包括：存储模块，用于记录与第一网络功能实体同类型的网络功能实体的负载信息，所述负载信息指示与所述第一网络功能实体同类型的网络功能实体的拥塞状态；转发模块，具体用于当第一网络功能实体的负载量高于第二负载阈值时，SFF根据负载信息确定处于非拥塞状态的第二网络功能实体，将数据包转发给另一个SFF以使得另一个SFF将数据包转发给第二网络功能实体。

结合第二方面的第五种可能的实现方式，在第二方面的第六种可能的实现方式中，存储模块，具体用于根据接收的数据包的源网络功能实体记录源网络功能实体的负载信息，具体记录的方式为：若有接收到某网络功能实体的数据包，则记录该网络功能实体的负载信息，以指示该网络功能实体处于拥塞状态，之后，根据接收该网络功能实体的数据包的频繁度、数据包大小等调整该网络功能实体的负载信息值，以不断更新该网络功能实体的拥塞程度。

可选的，在第二方面的第七种可能的实现方式中，所述转发模块具体用于：当第一网络功能实体的负载量大于第一负载阈值，小于第二负载阈值时，若数据包与上一次接收的数据包属于同一个网络功能实体发送的，则根据负载信息确定处于非拥塞状态的第二网络功能实体，将数据包转发给另一个SFF，以使得另一个SFF将数据包转发给第二网络功能实体；若数据包与上一次接收的数据包不是同一个网络功能实体发送的，则将数据包转发至第一网络功能实体；所述存储模块，还用于更新发送数据包的网络功能实体的负载信息，所述负载信息指示发送所述数据包的网络功能实体处于拥塞状态。

第三方面，本发明实施例还提供了一种业务功能转发器，包括：相互连接的收发器、处理器及存储器；存储器用于存储程序代码，处理器调用存储器中的程序代码，以执行第一方面所描述的选择网络功能进行数据转发的方法：通过收发器接收数据包，根据第一网络功能实体的运行状态信息，确定数据包转发的下一跳节点，通过收发器将数据包转发至下一跳节点，下一跳节点包括第一网络功能实体或另一个SFF，第一网络功能实体为SFF关联的网络功能实体，另一个SFF为与第二网络功能实体关联的SFF，第二网络功能实体为与第一网络功能实体同类型的网络功能实体，运行状态信息包括负载量或运行指示信息。

第四方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，用于存储应用程序，该程序执行包括上述第一方面所描述的选择网络功能进行数据转发的方法中的部分或者全部步骤。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中，业务功能转发器SFF接收数据包，根据与该SFF关联的网络功能实体(SFF的本地网络功能实体)的负载量或是否正常运行指示信息，来决策是将该数据包的转发至本地网络功能实体，还是转发至另一个SFF关联的网络功能实体，从而无需为同一类型的网络功能实体增加一个路径来进行备份和负载均衡，对比于现有的使用缺省的路径选择来作备份的机制，大大的减少了路径以及NSHs的管理，降低了复杂度。

附图说明

图1为现有技术业务功能链中基于中心化的重定向备份机制示意图；

图2为本发明实施例中分布式数据中心的SFF和NF连接示意图；

图3为本发明实施中业务功能链SFC中对SFF的前向转发功能扩展示意图；

图4为本发明实施例中的选择网络功能进行数据转发的方法流程图；

图5为本发明实施例中多网络功能的业务功能链示意图；

图6为本发明实施例中的业务功能转发器的硬件结构示意图；

图7为本发明实施例中的业务功能转发器的功能模块结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种选择网络功能进行数据转发的方法及业务功能转发器，为分布式的数据中心架构下的SFC提供了一种有效的热备份机制和负载均衡机制。下面进行详细介绍。

在网络技术中，把虚拟防火墙/负载均衡器/网关等业务处理功能，称为业务功能，而流量经过一系列的业务功能的处理，形成业务功能链(英文：Service FunctionChaining，简称：SFC)。

在SFC的框架中可以包括以下组件：

1、控制器：形成业务功能链的控制器，也是通用业务控制平面(全称：GenericService Control Plane，简称：GSCP)；

2、分类器(Service Classifier)：对数据流进行流识别，特定的流进行特定的业务功能链处理；

3、网络功能实体(全称：Network Function，简称：NF)：对数据报文进行业务处理的的节点，该类型节点仅提供网络功能服务，不参与报文的网络层路由转发。

4、业务功能路径(全称：service function path，简称：SFP)，SFP是从分类器开始，再经过若干网络功能实体，最终达到目的地的一条业务处理路径。

5、业务功能转发器(SFF)：SFF主要负责SFC上的流量转发控制，维护SFP处理从其他SFF转发过来的数据流量，映射不同的数据流量到其他的SFF上。数据报文在业务功能链的各个节点之间传递，会在数据帧以外封装一层业务功能报头(全称：Network ServiceHeader，简称：NSH)，业务功能转发器解析、封装和解封装业务功能报头，根据业务功能报头将流量从网络中分发到与其关联的功能节点。报文从功能节点返回到转发节点时，业务功能转发器负责将报文发送回网络。

综上所述，SFC是一项将网络设备业务功能和转发分离开来的技术，其实现了业务功能的独立运算和处理，提升了网络设备的转发性能。

在当前业务功能链中，基于中心化重定向节点采用的是路径级别的备份机制。如图1所示，一个SFF连接两个同类型的网络功能(Network Function，NF)，一个为正在运行的NF，另一个为热备份的NF。其中SFF功能可由转发器(Switch，SW)来实现，并在其基础上增加备份信息以及负载均衡功能。当正在运行的NF失效时，热备份的NF将被启用，分类器接收到正在运行的NF失效的通知消息，分类器将数据分类到热备份的NF上。在此过程中，正在传输的数据包因为会传输到已经失效的NF上，从而会丢失部分数据；另外，由于对同一类型的网络功能实体增加了一个路径来进行备份，路径数增多，产生大量的NSH，是现有路径NSHs的两倍，增加管理复杂度；且这种解决方案需要同类型的所有网络功能实体连接到同一个业务功能转发器(Service Function Forward，SFF)上，这种情形适合中心化的架构，不适合当前的分布式的数据中心架构。

在当前的分布式数据中心架构中，如图2所示，同类型的网络功能(NF)连接的是不同的选择器(SFF)，以防网络功能实体不是放置在同一个服务器上的。每一个网络功能连接到一个隔离开的SFF上，由SFF将数据包前向转发到与其连接的网络功能上或转发到下一个SFF上。因此，基于中心化重定向机制的备份方案不适合当前的SFC，需要寻求一种新的备份机制来支持分布式架构的热备份功能。

本发明实施例是在当前的分布式数据架构中的SFC中增加的解决方案，为当前的SFC提出了一种有效的热备份机制，并在此基础上，提出了有效的负载均衡功能实现。该解决方案不通过增加数据路径的方式进行备份，也不增加额外的路由，且可直接应用到分布式的转发架构中。

本发明基于如图2的系统，在SFF上扩展了以下的功能和方法，如图3所示：

在这个网络拓扑中，当数据流(或数据包)到达第一个SFF1上时，该SFF1会根据本地网络功能实体的运行状态进行前向转发的决策，决定该数据包转发到本地的网络功能实体NF1或转发到下一个SFF2上，该决策独立于系统的其他部分，不受系统其它部分的影响。

本发明实施例中的数据转发方法如图4所示，该方法包括：

401、业务功能转发器(SFF)接收数据包；

需要网络功能实体进行处理的数据包在进行业务处理之前，会经过分类器封装一个业务功能报头(NSH)，该NSH指示该数据包业务功能路径，需要转发到一个特定的网络功能实体上。分类器将封装了NSH的数据包发送给该路径对应的SFF，该SFF接收到封装了NSH的数据包。

402、SFF根据本地网络功能实体(NF)的运行状态信息，确定数据包转发的下一跳节点，并将所述数据包转发至所述下一跳节点，该下一跳节点可以是SFF的本地网络功能实体(第一网络功能实体)或另一个SFF，另一个SFF关联的网络功能实体为第二网络功能实体。

SFF在接收到数据包后，按照现有技术，应根据NSH将数据包发送给SFF关联的网络功能实体，与SFF关联的网络功能实体即为该SFF本地的网络功能实体(即：第一网络功能实体)。但本发明实施例中SFF根据本地网络功能实体的运行状态信息来确定该数据包的转发下一跳节点，具体是根据本地网络功能的运行状况再决策是否将该数据包转发至本地的网络功能实体，若不适合转发给本地的网络功能实体，则转发至另一个SFF关联的网络功能实体，即另一个SFF的本地网络功能实体(第二网络功能实体)，此时下一跳节点为另一个SFF，由该另一个SFF转发至第二网络功能实体。如图3所示，第一网络功能实体NF1与第二网络功能实体NF2属于同一类型A，能够处理同一种流量，例如：第一网络功能实体和第二网络功能实体都是防火墙。

具体的，本地网络功能实体的运行状态信息可以是运行指示信息，例如：正常运行、失效；还可以是本地网络功能实体的负载量，例如：本地网络功能实体处于拥塞状态，或处于非拥塞状态。

SFF根据本地网络功能实体的运行状态信息确定该数据包的转发下一跳节点主要包括两个方面，即在SFF上扩展了以下两个方面的功能：

1、热备份功能的选择

该运行状态信息为运行指示信息。若该运行指示信息指示本地网络功能实体正常运行，则SFF将数据包转发给本地网络功能实体；若该运行指示信息指示本地网络功能实体失效(例如：宕机、不能正常运行)时，SFF确定该网络功能实体的备份网络功能实体，将数据包转发给备份网络功能实体关联的SFF，再由该SFF转发给备份网络功能实体，由备份网络功能实体处理该数据包。

2、负载均衡功能的选择

该运行状态信息为负载量。若本地网络功能实体的负载量指示本地网络功能实体处于非拥塞状态时，则SFF将数据包转发给本地网络功能实体；若本地网络功能实体的负载量指示本地网络功能实体处于拥塞状态时，则SFF将数据包前向转发至另一个不拥塞的网络功能实体的SFF，由该SFF将数据包转发至与其关联的网络功能实体。

下面对SFF具备的热备份功能选择的方法以及负载均衡功能选择的方法进行详细介绍。

本发明适用于同类型的网络功能实体在2个或2个以上的应用场景。如图5所示，是一种有4个网络功能实体的情形。包括互相能够通信的SFF1、SFF2、SFF3和SFF4，以及与SFF1关联的本地网络功能实体NF1，与SFF2关联的本地网络功能实体NF2，与SFF3关联的本地网络功能实体NF3，与SFF4关联的本地网络功能实体NF4。

第一种实施方式：热备份功能的选择。

对于热备份的情况下，需要说明的是，系统中部署的一个热备份组件，可以为所有同类型的其他的网络功能实体所用，即多个同类型的网络功能实体可以共用一个同类型的备份网络功能实体，而不需要系统中的每个网络功能实体都备份一次，从而减少网络功能数量。例如：在图5中，NF3可以作为NF1、NF2和NF4的热备份网络功能实体。当某个当前激活运行的网络功能实体失效时，这个热备份的网络功能实体将临时接管处理该失效的网络功能实体的数据包(流量)，直到部署新的网络功能实体或失效的网络功能实体重新恢复正常运行。

对某个网络功能实体和其热备份网络功能实体来说，系统认为网络功能实体的一个被激活运行，则另一个就是热备份网络功能实体。在本地网络功能是激活运行的情况下，SFF将数据包前向转发到本地的网络功能；在当本地的网络功能激活失效的情况下，SFF将数据包前向转发到热备份网络功能实体关联的SFF上。

在执行热备份操作之前，需要先建立热备份机制。

1、热备份机制的建立操作：

如图3所示，SFC中的控制器(或编排器)会向SFF1发送备份功能可用信息，用于给该SFF1关联的网络功能实体NF1分配热备份网络功能实体。具体的，该备份功能可用信息可以包含备份的NSH，该NSH指定了该SFF1对应的可用备份SFF2的网络标识。

该备份功能可用信息为特定的数据流量，可以是一个openflow规则信息，该信息比传入到本地网络功能上的前向数据包信息权限更低。SFF1将接收到的备份功能可用信息保存到本地的热备份信息中。

若SFF1接收到数据流量(即数据包)，在SFF1的本地网络功能实体NF1被激活且正常运行时，接收到的数据流量只前向转发到本地的网络功能实体NF1上，热备份的网络功能实体NF2等待被启用。

2、本地网络功能实体失效的响应

SFF1接收到本地网络功能失效的消息，该消息指示当前网络功能实体NF1失效。该消息可以是由本地网络功能实体中的中的激活功能实体告知SFF1，也可以是SFC中的控制器或编排器告知SFF1。

在SFF1接收到本地网络功能失效的消息后，SFF1不再将接收到的数据包前向转发到NF1，SFF1从前向转发表中移除本地的网络功能实体NF1，根据本地保存的热备份信息中的可用热备份SFF2网络标识，将接收到的数据流量(数据包)全部转发到SFF2，SFF2在将数据包转发到热备份网络功能实体NF2上。

本发明实施例通过将备份功能可用信息告知需要备份的SFF1，在不发生故障的情况下，SFF1将数据包转发给正在运行的网络功能实体NF1，在发生故障时，该SFF1能够通过备份的网络标识将数据包直接转发到备份的NF2上。本发明可以在不大量增加数据路径和NSHs的情况下，实现系统的热备份处理，且响应迅速，效率高；且正在传输的数据包会传输到热备份的NF2上，从而不会丢失数据。

第二种实施方式：负载均衡功能的选择。

1、负载均衡机制的建立

各SFF之间不进行负载信息的通信，SFF可以直接从他们接收到的数据包中推断出对方的负载信息，不需要更明确的信息传递来告知各个SFF间的负载情况。每一个SFF中动态维护一个负载表，记录本地的网络功能实体以及SFC中同类型的网络功能实体的负载信息。

记录本地网络功能实体的负载信息可以是：通过负载量反映本地网络功能实体的实际负载情况，当本地网络功能实体的负载量超过第一负载量阈值时，则认为本地网络功能实体已经过载，即处于拥塞状态。可选的，也可以设置多个负载量阈值，当本地网络功能实体的负载量超过第二负载量阈值时，则认为本地网络功能实体超过载，处于超级拥塞状态。

记录SFC中同类型的网络功能实体的负载信息可以是：当接收到某网络功能实体的转发数据包时，就认为该网络功能实体已经过载，不能自己处理接收到的数据包，需要对外转发，表明其处于拥塞状态；若没有接收过某网络功能实体的转发数据包，则认为该网络功能实体没有过载，该网络功能实体自己在处理接收到的数据包，表明该网络功能实体处于非拥塞状态。具体的，可以根据接收某网络功能实体关联的SFF的转发数据包的频繁度，接收的数据量的大小等来动态调整负载表中该网络功能实体的负载信息。

具体的，负载表中记录的负载信息是一个通过负载均衡算法进行计算得到的负载均衡数值。

可选的，可以通过加权轮询决策算法计算负载均衡值，用加权轮询值表示负载均衡值。SFF每接收一个数据包，就在负载表中调整一次发送该数据包的网络功能实体的的加权轮询值。

加权轮询值与拥塞程度成反比例，加权轮询值越小，表示拥塞程度越严重，加权轮询值越大，表示越不拥塞。当负载表中记录的某个网络功能实体的加权轮询值超过系统设定的某个阈值时，则表示该网络功能实体处于拥塞状态，当负载表中记录的某个网络功能实体的加权轮询值低于系统设定的该阈值时，则表示该网络功能实体处于非拥塞状态。

当SFC中加入一个网络功能实体时，该网络功能实体关联的SFF对外广播，告诉其他同类型的网络功能实体的SFF该网络功能实体新加入，其他同类型的网络功能实体的SFF则会在负载表中开始记录该新加入的网络功能实体的负载均衡值，把部分流量导向该新加入的网络功能实体。

当SFC中某个网络功能失效或删除时，SFC中的其他同类型网络功能的SFF会被告知，从而会更新该网络功能实体的负载均衡值，不再把流量导向该网络功能实体。

如图5所示，若负载均衡值以加权轮询值表示，对于SFF2来说，若NF4为新加入的网络功能实体，则SFF2开始记录NF4的加权轮询值，此时，NF4的加权轮询值为较大值，以向NF4导入流量；SFF2的负载表中还记录了NF2、NF3的加权轮询值。若SFF2接收到SFF1的转发数据包，则在负载表中调整SFF1关联的NF1的加权轮询值，以表示NF1处于拥塞状态，；若SFF2又不断接收到SFF1的转发数据包，则SFF2调整负载表中NF1的加权轮询值，以表示NF1处于非常拥塞的状态，假设过了很长一段时间没有接收到SFF1转发的数据包，则又动态调整负载表中NF1的加权轮询值，以表示NF1处于非拥塞的状态；若SFF2从未接收过SFF3的转发数据包，则在负载表中记录的SFF3关联的NF3的加权轮询值应表示NF3处于非拥塞状态。如此，SFF2在不断的通过加权轮询负载均衡算法调整与其同类型的网络功能实体的加权轮询值，以进行负载均衡。

2、负载均衡的数据处理

当SFF接收到一个数据包时，它会通过一个本地滤波器，并且基于负载均衡算法决定转发到本地的NF上还是转发到另一个SFF上。

站在接收到数据包SFF的角度来说，数据包从其他SFF上发送过来的，则表明发送该数据包的SFF上有一个拥塞的网络功能实体(NF)，故该SFF调整负载表中发送数据包的SFF的负载均衡值，该SFF传向发送数据包的SFF上的数据流量将会减少，等待其处理拥塞数据。另外，若本地的网络功能实体没有过载，则从发送数据包的SFF接收的数据流量会由本地的网络功能处理，若过载，则会根据负载表选择一个没有过载的NF(处于非拥塞状态的NF)，将数据包转发到处于非拥塞状态的NF对应的SFF上。

下面对SFF根据本地网络功能实体的负载情况进行前向数据转发的过程进行举例说明：

如图5所示，如果SFF1收到数据包，则进行以下判断：

(1)如果SFF1上的本地网络功能实体NF1的负载小于第一负载量阈值，例如小于70％，则转发该数据包到本地NF1上。

(2)如果SFF1上的本地网络功能实体NF1的负载大于第一负载量阈值，小于第二负载量阈值，例如：本地负载大于70％，小于95％。

如果SFF1接收的数据包是从NF2上发送过来的，而SFF1上一次，或前几次，或之前接收的数据包也是从NF2上发送过来的，则将负载表中NF2的加权轮询值调小(加权轮询值与拥塞成反比例)。并根据负载表中的其他网络功能实体的的加权轮询值，选择一个处于非拥塞状态的网络功能实体，例如：选择一个加权轮询值最大(也可以是较大)的网络功能实体，将数据包发送给该网络功能实体进行处理。假设选择将数据包发送给NF3处理，则将该数据包转发给SFF3，由SFF3将数据包前向转发至NF3。可选的，也可以是由本地的NF1处理一部分，再将一部分数据转发至NF3处理。需要说明的是，若其他网络功能实体都处于拥塞状态，则由本地NF1处理。

如果SFF1接收的数据包是从NF2上发送过来的，而SFF1上一次，或前几次，或之前没有接收过从NF2上发送的数据包，则SFF1将从NF2接收的数据包进行本地转发，即转发至NF1处理，并标记发送该数据包的NF2处于拥塞状态，即将NF2的加权轮询值调小至合适的值以表示NF2处于拥塞状态。

(3)如果SFF1上的本地网络功能实体NF1的负载大于第二负载量阈值，例如：大于95％。

如果SFF1接收的数据包是从NF2上发送过来的，而SFF1上一次，或前几次，或之前接收的数据包也是从NF2上发送过来的，则将负载表中NF2的加权轮询值调小。并根据负载表中的其他网络功能实体的的加权轮询值，选择一个处于非拥塞状态的网络功能实体，例如：选择一个加权轮询值最大(也可以是较大)的网络功能实体，将数据包发送给该网络功能实体处理，如果其他网络功能实体都拥塞了，则丢弃该数据包或转发到本地NF1处理。

如果SFF1接收的数据包是从NF2上发送过来的，而SFF1上一次，或前几次，或之前没有接收过从NF2上发送的数据包，标记发送该数据包的NF2处于拥塞状态，即将NF2的加权轮询值调小。并且转发该数据包到没有拥塞的网络功能实体处理，如果其他网络功能实体都拥塞了，则丢弃该数据包或转发到本地NF1处理。

SFF根据本地网络功能实体的负载情况进行前向数据转发的过程中，除了以上原则外，还可以通过采用以下原则：

1、最有效的处理数据流量的方法是将它转发到本地的网络功能实体上，不用通过其他的中间通信节点，也不用转发到其他网络或数据中心处理，从而增加效率。

2、当一个网络功能实体能正常处理数据流量，处于正常负载状态时，同一组数据包最好在一个网络功能实体上处理，从而很好的利用当前NF的计算和处理能力。

3、SFF可以通过本地滤波器对数据包进行滤波：通过在IP头作匹配作简单的负载均衡分流，如，所有以10.x开头的数据包都将发送给NF1，所有以11.x开头的都将被发送给NF2。

本发明实施中，针对当前分布式数据中心的数据流量情况，提出了有效的负载均衡机制，并提出了相应的负载均衡算法。因此，能够使得分布式网络能够达到负载均衡。且本发明实施例每一个SFF可以根据其目的单独地作决定，通过少量的数据流量即可触发系统进行自适应的负载均衡处理，不需要额外的管理，提高了负载均衡效率。

结合上述实施例，本发明为当前分布式架构下的多个网络功能的SFC提出了一种有效的热备份机制，并在此基础上，提出了有效的负载均衡功能实现。通过在SFF上增加热备份功能，有效的实现了热备份机制，能够避免大量增加额外的路径，对比于现有的使用缺省的路径选择来作备份的机制，大大的减少了路径以及NSHs的管理，降低了复杂度；且对现网架构改动较小，不额外增加其他网元或外部机制，对比于现有的只适合于中心化架构的方案，该方案更适合分布式数据中心的架构。

并且，本发明可以通过升级相应的网元实现而不需要部署额外的外部机制。该解决方案对分类器、网络功能实体本身或者说对端到端的业务来说是透明的，相互感知的，因此，本发明简化了业务的部署。

另外，该解决方案提供了一种MAC层向IP层透明转发的业务功能链(SFC)。只需要少量的NSHs，不大量增加NSHs，且热备份网络功能对分类器来说是不必暴露的，只在SFF级别进行信息备份，减少了不必要的管理和信令开销。

以上是对本发明实施例中的选择网络功能进行数据转发的方法实施例的介绍，下面从功能模块角度以及硬件实现角度对本发明实施例中的业务功能转发器进行介绍。

具体的，图6是本发明实施例提供的一种业务功能转发器的硬件结构示意图，在实际应用中，可以为服务器。该业务功能转发器600可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(英文：central processing units，简称：CPU)622(例如，一个或一个以上处理器)和存储器630，存储器630用于存储一个或一个以上存储应用程序642或数据644，存储一个或一个以上操作系统641，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM等等。存储在存储器630的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对控制面设备中的一系列指令操作。更进一步地，处理器622可以与存储器630通信，在控制面设备600上执行存储器630中的一系列指令操作。

业务功能转发器600还包括一个或一个以上收发器650，该收发器可以是无线网络接口。

具体的，处理器622执行存储器630存储的应用程序642以执行上述方法实施例(图4所示的实施例)中SFF执行的全部或部分步骤，主要包括：

通过收发器650接收数据包，根据第一网络功能实体的运行状态信息，确定数据包转发的下一跳节点，通过收发器650将数据包转发至下一跳节点，下一跳节点包括第一网络功能实体或另一个SFF，第一网络功能实体为SFF关联的网络功能实体，另一个SFF为与第二网络功能实体关联的SFF，第二网络功能实体为与第一网络功能实体同类型的网络功能实体，运行状态信息包括负载量或运行指示信息。

另外，还用于图4所示的实施例中SFF执行的其他步骤，请参阅图4所示的实施例，具体此处不做赘述。

从功能模块结构角度来说，本发明实施例中的业务功能转发器所具有的功能还可以通过专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，简称：ASIC)实现，或可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，简称：PLD)实现。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，简称：CPLD)，FPGA，通用阵列逻辑(英文：generic array logic,简称：GAL)或其任意组合。

一种可能的实现方式中，本发明实施例中控制面设备的功能模块示意图如图7所示，包括：

接收模块701，用于接收SFC中的其他节点发送的数据包；

转发模块702，用于根据第一网络功能实体的运行状态信息，确定数据包转发的下一跳节点，将数据包转发至下一跳节点，下一跳节点包括第一网络功能实体或另一个SFF，第一网络功能实体为与SFF关联的网络功能实体，另一个SFF为与第二网络功能实体关联的SFF，第二网络功能实体为与第一网络功能实体同类型的网络功能实体，运行状态信息包括负载量或运行指示信息。

在一种具体的实施中，转发模块702，具体用于当运行指示信息指示第一网络功能实体失效时，将数据包转发至另一个SFF，以使得另一个SFF将数据包转发至第二网络功能实体，其中，第二网络功能实体为第一网络功能实体的可用热备份网络功能实体。

在一种具体的实施中，转发模块702，具体用于当运行指示信息指示第一网络功能实体运行正常时，SFF将数据包转发至第一网络功能实体。

在一种具体的实施中，接收模块702，还用于接收备份功能可用信息，备份功能可用信息中包含另一个SFF的网络标识；另外，业务功能转发器，还包括：存储模块703，用于保存另一个SFF的网络标识；备份网络功能实体确定模块704，用于根据存储模块存储的另一个SFF的网络标识确定可用热备份网络功能实体。

在一些具体的实施中，转发模块702，具体用于当第一网络功能实体的负载量低于第一负载量阈值时，SFF将数据包转发至第一网络功能实体。

在一些具体的实施中，存储模块703，还用于记录与第一网络功能实体同类型的网络功能实体的拥塞状态；转发模块702，具体用于当第一网络功能实体的负载量高于第二负载阈值时，SFF根据拥塞状态确定处于非拥塞状态的第二网络功能实体，将数据包转发给另一个SFF以使得另一个SFF将数据包转发给第二网络功能实体。

在一些具体的实施中，存储模块703，具体用于根据接收的数据包的源网络功能实体记录源网络功能实体的拥塞状态，具体记录的方式为：若有接收到某网络功能实体的数据包，则记录该网络功能实体处于拥塞状态，之后，根据接收该网络功能实体的数据包的频繁度、数据包大小等调整该网络功能实体的拥塞程度。

在一些具体的实施中，所述转发模块702具体用于：当第一网络功能实体的负载量大于第一负载阈值，小于第二负载阈值时，若数据包与上一次接收的数据包属于同一个网络功能实体发送的，则根据拥塞状态确定处于非拥塞状态的第二网络功能实体，将数据包转发给另一个SFF，以使得另一个SFF将数据包转发给第二网络功能实体；若数据包与上一次接收的数据包不是同一个网络功能实体发送的，则将数据包转发至第一网络功能实体；所述存储模块703，具体用于记录发送数据包的网络功能实体处于拥塞状态。

上述各模块具备的功能可以处理器622执行。具体的，上述接收模块701和转发模块702可以对应于图6所示的实施例中的收发器750，存储模块703对应于图6所示的实施例中的630。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种选择网络功能进行数据转发的方法，其特征在于，包括：

业务功能转发器SFF接收数据包；

当运行指示信息指示第一网络功能实体失效时，所述SFF将所述数据包转发至所述另一个SFF，以使得所述另一个SFF将所述数据包转发至所述第二网络功能实体，所述第一网络功能实体为所述SFF关联的网络功能实体，所述另一个SFF为与第二网络功能实体关联的SFF，所述第二网络功能实体为所述第一网络功能实体的可用热备份网络功能实体，同类型的网络功能实体连接的是不同的SFF。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述运行指示信息指示所述第一网络功能实体运行正常时，所述SFF将所述数据包转发至所述第一网络功能实体。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述SFF接收数据包之前还包括：

所述SFF接收备份功能可用信息，所述备份功能可用信息中包含所述另一个SFF的网络标识；

所述SFF保存所述另一个SFF的网络标识，根据所述另一个SFF的网络标识确定所述可用热备份网络功能实体。

4.一种业务功能转发器SFF，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收数据包；

转发模块，用于当运行指示信息指示第一网络功能实体失效时，将所述数据包转发至所述另一个SFF，以使得所述另一个SFF将所述数据包转发至所述第二网络功能实体，所述第一网络功能实体为与所述SFF关联的网络功能实体，所述另一个SFF为与第二网络功能实体关联的SFF，所述第二网络功能实体为所述第一网络功能实体的可用热备份网络功能实体，同类型的网络功能实体连接的是不同的SFF。

5.根据权利要求4所述的业务功能转发器，其特征在于：

所述转发模块，具体用于当所述运行指示信息指示所述第一网络功能实体运行正常时，所述SFF将所述数据包转发至所述第一网络功能实体。

6.根据权利要求4或5所述的业务功能转发器，其特征在于：

所述接收模块，还用于接收备份功能可用信息，所述备份功能可用信息中包含所述另一个SFF的网络标识；

所述业务功能转发器，还包括：

存储模块，用于保存所述另一个SFF的网络标识；

备份网络功能实体确定模块，用于根据所述存储模块存储的所述另一个SFF的网络标识确定所述可用热备份网络功能实体。

7.一种业务功能转发器SFF，其特征在于，包括：

相互连接的收发器、处理器及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，所述处理器调用所述存储器中的所述程序代码，以执行以下操作：

通过收发器接收数据包，当运行指示信息指示第一网络功能实体失效时，将所述数据包转发至所述另一个SFF，以使得所述另一个SFF将所述数据包转发至所述第二网络功能实体，所述第一网络功能实体为所述SFF关联的网络功能实体，所述另一个SFF为与第二网络功能实体关联的SFF，所述第二网络功能实体为所述第一网络功能实体的可用热备份网络功能实体，同类型的网络功能实体连接的是不同的SFF。