CN106899501A - 一种在分布式通信网络中进行集中式路由控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在分布式通信网络中进行集中式路由控制的方法，在路由交换设备中增加一个集中式路由控制模块使其成为双模路由交换设备，既能工作在分布式路由模式，也能工作在集中式路由模式，两种路由模式互斥，模式切换受控于路由控制管理设备。本发明有益技术效果是：提供了一种在分布式通信网络中进行集中式路由控制的方法，支持通信网络在分布式路由和集中式路由两种模式之间进行软切换。当通信网络分布式路由无法收敛或存在路由环路时，可直接切换到集中式路由模式，有效消除路由环路，采用集中式路由为业务传输提供有效的无环路由，降低网络对链路扰动的敏感度，支持网络管理人员直观的掌控网络实时状态。

Description

一种在分布式通信网络中进行集中式路由控制的方法

技术领域

本发明涉及通信网络技术领域，尤其涉及一种在分布式通信网络中进行集中式路由控制的方法。

背景技术

当前的战术通信网络基于IP技术体制，采用OSPF、EIGRP、RIP等分布式路由协议，完成路由计算和数据转发。采用分布式路由方式时，各节点独立计算自己的路由，路由交换设备既要执行控制功能又要传输业务报文，导致路由交换设备负载过重。由于战术环境恶劣，网络通信链路的稳定性不好，造成分布式路由计算频繁进行，往往会导致路由不一致情况发生，容易形成路由环路，又使网络长期处于不稳定状态，通常需要全网重启设备才能解除环路。在网络运行过程中，网络状态信息的收集依赖于业务通道，业务通道失效(路由无法收敛或存在路由环路)时，网络管理人员无法了解网络实时状态，需要介入进行控制和管理时缺乏相应的手段。

为提高域内路由的一致性，增强网络的可管可控能力，可将战术通信网络的所有路由决策功能集中到一个路由控制管理设备上，网络管理人员能够在路由控制管理设备上直观的了解网络的实时状态，支持对通信网络的设备和路由进行控制和管理。

发明内容

本发明的目的是，针对现有战术通信网络的分布式域内路由不一致、易形成路由环路、管控能力弱等问题，提供一种可靠的域内集中式路由控制的方法，在通信网络分布式路由无法收敛或存在路由环路时，能够为上层应用提供有效的业务传输路由，并支持网络管理人员直观的掌控网络实时状态。

本发明的技术方案是：在路由交换设备中增加一个集中式路由控制模块使其成为双模路由交换设备，既能工作在分布式路由模式，也能工作在集中式路由模式，两种模式互斥，路由模式的切换受控于路由控制管理设备。在分布式路由模式下，保持原有网络形态不变。在集中式路由模式下，路由控制管理设备从双模路由交换设备上收集整个通信网络的状态信息，基于网络状态信息进行集中式的路由决策，根据需要生成通信网络的全网路由，或者按需生成指定节点间的路由，并将路由分发给双模路由交换设备进行配置。集中式路由模式支持网络管理人员对通信网络的设备和路由进行控制和管理。

如图1所示，本发明中涉及两种设备：路由控制管理设备、双模路由交换设备。其中：

路由控制管理设备是负责通信网络路由控制和管理的计算机终端。双模路由交换设备是通信网络中的路由交换节点。双模路由交换设备之间按正常的网间链路互连；路由控制管理设备与双模路由交换设备之间采用ETH链路互连。路由控制管理设备一般部署在通信网络的几何中心节点附近，优先选择链路质量较好且出入度较多的通信节点。

如图2所示，本发明中主要涉及三种软件模块：路由控制管理软件、集中式路由控制模块、IP协议栈。其中：

路由控制管理软件位于路由控制管理设备中。如图3(a)所示，该软件能够通告通信网络中的双模路由交换设备切换路由模式；发送拓扑请求消息搜集通信网络的实时状态，形成网络拓扑；根据网络拓扑进行集中式路由计算；对集中式路由信息进行维护；完成与双模路由交换设备的数据收发控制；根据网络管理人员需要创建双模路由交换设备的管理控制界面供网管人员管控设备。

集中式路由控制模块位于双模路由交换设备中。如图3(b)所示，该模块能够接收路由模式切换消息并切换设备的路由模式；发现和维护设备的邻居信息，向路由控制管理设备发送拓扑响应信息；能够从网络拓扑请求消息和网络拓扑响应消息中提取路由控制管理设备和双模路由交换设备的通信IP地址，结合消息的入接口生成确知路由表；接收和维护路由控制管理设备发送的集中式路由配置信息，并负责集中式路由与IP协议栈的同步；完成与路由控制管理设备的数据收发控制。

IP协议栈位于双模路由交换设备中。在分布式路由模式下，IP协议栈与分布式路由模块交互，将分布式路由信息转换为路由表和转发表；在集中式路由模式下，IP协议栈与集中式路由控制模块交互，将集中式路由信息转换为路由表和转发表；在集中式路由模式下，IP协议栈拒绝收发分布式路由报文，断开分布式路由与外界的交互，使得分布式路由信息自动失效，实现两种模式间的互斥。

路由控制管理软件与集中式路由控制模块之间的消息采用UDP报文进行封装，集中式路由控制模块之间的消息采用UDP报文进行封装，UDP收发端口号均采用固定值。

本发明的有益技术效果是：提供了一种在分布式通信网络中进行集中式路由控制的方法，支持通信网络在分布式路由和集中式路由两种模式之间进行软切换。当通信网络分布式路由无法收敛或存在路由环路时，可直接切换到集中式路由模式，有效消除路由环路，采用集中式路由为业务传输提供有效的无环路路由，降低网络对链路扰动的敏感度，支持网络管理人员直观的掌控网络实时状态。

附图说明

图1、设备间的连接关系图；

图2、设备的功能模块组成及模块间的关系图；

图3 路由控制管理软件及集中式路由控制模块的子模块构成；

图4、设备间的报文交互流程。

具体实施方式

本发明提供一种在分布式通信网络中进行集中式路由控制的方法，实现该方法主要涉及路由控制管理软件、集中式路由控制模块、IP协议栈等三种软件模块，模块之间关系可参见图2。需要说明的是，为了更加清楚、简要的描述本发明的实现方式，图2中省略了节点的原有功能模块，仅仅示出与本发明相关的功能模块。下面结合图2、图3、图4，阐述本发明的具体实施方式。

路由控制管理软件是一个运行于路由控制管理设备的新研软件，主要由路由模式切换子模块、网络状态搜集子模块、集中路由计算子模块、集中路由维护子模块、数据收发控制子模块、设备管理控制子模块等组成。包括功能如下：

1) 路由模式切换子模块能够生成路由模式切换消息，通告全网通信网络设备从分布式路由模式软切换到集中式路由模式，或者从集中式路由模式软切换到分布式路由模式。

2) 网络状态搜集子模块在集中式路由模式下周期性(30-60秒一次，可调整)的生成网络拓扑请求消息，通告全网通信网络设备向路由控制管理设备汇报网络拓扑响应消息；网络拓扑请求消息中携带路由控制管理设备的IP地址、UDP收端口号以及消息序列号，序列号逐次递增，还可用作双模路由交换设备检测路由控制管理设备存在的心跳报文；接收双模路由交换设备的网络拓扑响应消息，解析内容并保存到网络拓扑信息表中；动态维护通信网络中路由节点的在网状态，可将双模路由交换设备的网络拓扑响应消息作为其存在的心跳报文，删除较长时间无响应的节点；网络拓扑发生变化时通知集中路由计算子模块重新计算路由。

3) 集中路由计算子模块根据网络状态搜集子模块提供的网络拓扑信息表，采用Dijkstra算法或者其他算法生成通信网络的全网路由，或者按需生成指定节点间的路由，将生成的路由送集中路由维护子模块。

4) 集中路由维护子模块对通信网络中各节点的当前路由信息进行维护，与集中路由计算子模块的最新路由信息进行比较，将发生变化的路由信息转换成集中路由配置消息发送给对应的双模路由交换设备，实现路由信息的动态增量更新；能够进行路由环路检查，确保下发给通信网络的路由始终无环路。

5) 数据收发控制子模块负责通信接口的创建，将路由控制管理软件的对外通信消息封装成UDP报文后发送出去；接收双模路由交换设备的UDP通信报文并送内部相应子模块进行处理。

6) 设备管理控制子模块能够根据网络管理人员需要创建双模路由交换设备的管理控制界面，发送网络管控报文对设备进行控制和管理。如果业务通道可用时，网络管控报文直接通过业务通道传输；如果业务通道失效，网络管控报文可通过确知路由机制传输。

集中式路由控制模块是一个内嵌于路由交换设备操作系统上层的新研软件模块，主要由邻居发现维护子模块、路由模式切换子模块、确知路由维护子模块、集中路由维护子模块、数据收发控制子模块等组成。包括功能如下：

1) 邻居发现维护子模块周期性(10-30秒一次，可由路由控制管理设备调整)发送邻居发现维护消息，维护邻居相关信息，并能检测通信链路的单双向链路状态；接收路由控制管理设备的网络拓扑请求消息，并生成网络拓扑响应消息回传给路由控制管理设备；通过网络拓扑请求消息来检测路由控制管理设备的在网状态，如果发现路由控制管理设备失效，则通知路由模式切换子模块将路由模式切换到分布式路由模式；能够检测设备及邻居信息的变化，如果发生变化，将主动向路由控制管理设备发送变更信息，如果没有发生变化，则可对邻居发现维护消息和网络拓扑响应消息的内容进行大量简化，减少网络通信负荷。

2) 路由模式切换子模块能够接收路由控制管理设备的路由模式切换消息，并通告集中路由维护子模块和IP协议栈当前的路由模式。从分布式路由模式向集中式路由模式切换时，需通知IP协议栈拒绝收发分布式路由报文；从集中式路由模式向分布式路由模式切换时，需通知IP协议栈恢复收发分布式路由报文，同时通知集中路由维护子模块使得集中式路由失效。

3) 确知路由维护子模块能够从网络拓扑请求消息和网络拓扑响应消息中提取路由控制管理设备和双模路由交换设备的通信IP地址，结合消息入接口生成确知路由表；动态维护更新确知路由表；提供确知路由查询接口，为集中路由配置消息或网络管控报文提供寻址服务。

4) 集中路由维护子模块接收和维护路由控制管理设备发送的集中式路由配置信息；负责集中式路由与IP协议栈的同步。当路由模式切换成分布式路由模式时，需删除IP协议栈中的同步集中式路由。

5) 数据收发控制子模块负责通信接口的创建，将集中式路由控制模块的对外通信消息封装成UDP报文后发送出去；接收路由控制管理设备和其他双模路由交换设备的UDP通信报文并送内部相应子模块进行处理；能够对不同类型的消息采用不同的策略进行传输。对于邻居发现维护消息，能够进行互连接口间一跳传输；对于路由模式切换消息和网络拓扑请求消息，能够进行网络泛洪，同时能够避免形成网络风暴；对于网络拓扑响应消息、集中路由配置消息和网络管控报文，能够根据确知路由表逐跳转发报文。

IP协议栈是一个路由交换设备操作系统中已有的软件模块，需要对其作适应性的改进。包括功能如下：

1) IP协议栈能够接收集中式路由控制模块的通知，支持分布式路由模式和集中式路由模式，两种模式互斥，控制策略不同。

2) 在分布式路由模式下，IP协议栈与分布式路由模块交互，将分布式路由信息转换为路由表和转发表。

3) 在集中式路由模式下，IP协议栈与集中式路由控制模块交互，将集中式路由信息转换为路由表和转发表。

4) 在集中式路由模式下，IP协议栈拒绝收发分布式路由报文，断开分布式路由与外界的交互，使得分布式路由信息自动失效，实现两种模式间的互斥。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种在分布式通信网络中进行集中式路由控制的方法，其特征在于：涉及路由控制管理设备、双模路由交换设备两种设备，涉及路由控制管理软件、集中式路由控制模块、IP协议栈三种软件模块。

2.根据权利要求1所述，路由控制管理设备是负责通信网络路由控制和管理的计算机终端，双模路由交换设备是通信网络中的路由交换节点；双模路由交换设备之间按正常的网间链路互连；路由控制管理设备与双模路由交换设备之间采用ETH链路互连，路由控制管理设备一般部署在通信网络的几何中心节点附近，优先选择链路质量较好且出入度较多的通信节点。

3.根据权利要求1所述，在路由交换设备中增加一个集中式路由控制模块使其成为双模路由交换设备，既能工作在分布式路由模式，也能工作在集中式路由模式，两种路由模式互斥，模式切换受控于路由控制管理设备。

4.根据权利要求3所述，在分布式路由模式下，保持原有网络形态不变；在集中式路由模式下，路由控制管理设备从双模路由交换设备上收集整个通信网络的状态信息，基于网络状态信息进行集中式的路由决策，可根据需要生成通信网络的全网路由，或者按需生成指定节点间的路由，并将路由分发给双模路由交换设备进行配置。

5.根据权利要求1所述，路由控制管理软件是一个运行于路由控制管理设备的新研软件，主要由网络状态搜集子模块、集中路由计算子模块、集中路由维护子模块、路由模式切换子模块、数据收发控制子模块、设备管理控制子模块等组成。

6.根据权利要求5所述，该软件能够通告通信网络中的双模路由交换设备切换路由模式；发送拓扑请求消息搜集通信网络的实时状态，形成网络拓扑；根据网络拓扑进行集中式路由计算；对集中式路由信息进行维护；完成与双模路由交换设备的数据收发控制；根据网络管理人员需要创建双模路由交换设备的管理控制界面供网管人员管控设备。

7.根据权利要求1所述，集中式路由控制模块是一个内嵌于路由交换设备操作系统上层的新研软件模块，主要由路由模式切换子模块、邻居发现维护子模块、确知路由维护子模块、集中路由维护子模块、数据收发控制子模块等组成。

8.根据权利要求7所述，该模块能够接收路由模式切换消息并切换设备的路由模式；发现和维护设备的邻居信息，向路由控制管理设备发送拓扑响应信息；能够从网络拓扑请求消息和网络拓扑响应消息中提取路由控制管理设备和双模路由交换设备的通信IP地址，结合消息的入接口生成确知路由表；接收和维护路由控制管理设备发送的集中式路由配置信息，并负责集中式路由与IP协议栈的同步；完成与路由控制管理设备的数据收发控制。

9.根据权利要求1所述，IP协议栈是一个路由交换设备操作系统中已有的软件模块，需要对其作适应性的改进。

10.根据权利要求9所述，在分布式路由模式下，IP协议栈与分布式路由模块交互，将分布式路由信息转换为路由表和转发表；在集中式路由模式下，IP协议栈与集中式路由控制模块交互，将集中式路由信息转换为路由表和转发表；在集中式路由模式下，IP协议栈拒绝收发分布式路由报文，断开分布式路由与外界的交互，使得分布式路由信息自动失效，实现两种模式间的互斥。

11.根据权利要求1所述，路由控制管理软件与集中式路由控制模块之间的消息采用UDP报文进行封装，集中式路由控制模块之间的消息采用UDP报文进行封装，UDP收发端口号均采用固定值。