CN109391488B - 一种用于sdn网络的链路管理方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于SDN网络的链路管理方法。其包括：从外部接收口字型组网的网络资源数据，根据网络资源数据确定具备主备或负载均衡关系的网络设备；根据具备主备或负载均衡关系的网络设备对链路进行建模，将具备主备或负载均衡关系的网络设备虚拟成一个虚拟设备，将上下游虚拟设备间的链路虚拟成一条虚拟链路；接收业务部署需求，根据业务部署需求和虚拟设备和虚拟链路，确定该业务部署需求对应的网络设备和端口；在发生网络故障时，分析受到影响的业务数据流数据，并且确定备份链路和备份端口；通知所述端口所属的设备，将受到影响的业务数据流数据转发到备份链路和备份端口。本发明还涉及一种用于SDN网络的链路管理系统。

Description

一种用于SDN网络的链路管理方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于SDN网络的链路管理方法和系统。
背景技术
传统的数据网络中网络服务的不中断是依靠网络设备自带的VRRP、FRR、动态路由(OSPF、IS-IS、RIP、BGP等协议)等控制功能自动化实现主备设备的倒换，负载均衡中故障链路的退出等业务需求。近年来SDN网络已成为研究热点，其本身所具有的控制与转发相分离的特性为网络发展及研究带来了新的发展方向和研究热点。SDN网络中数据传输设备不具备控制功能的特点，使得SDN控制平面必须实现主备设备的倒换，负载均衡中故障链路退出服务等业务需求。
已有的解决方案或者是简单地寻找邻居设备节点和替代设备节点，或者是简单地使用SDN控制器激活备份设备，没有说明如何寻找和激活。同时，现有的解决方案也没有解决网络或链路的主备切换以及负载均衡中故障链路退出服务等问题。
发明内容
虚拟路由冗余协议(Virtual Router Redundancy Protocol，简称VRRP)是由IETF提出的解决局域网中配置静态网关出现单点失效现象的路由协议。VRRP是一种路由容错协议，也可以叫做备份路由协议。一个局域网络内的所有主机都设置缺省路由，当网内主机发出的目的地址不在本网段时，报文将被通过缺省路由发往外部路由器，从而实现了主机与外部网络的通信。当缺省路由器down掉(即端口关闭)之后，内部主机将无法与外部通信，如果路由器设置了VRRP，那么这时，虚拟路由将启用备份路由器，从而实现全网通信。
软件定义网络(Software Defined Network，SDN)，是由美国斯坦福大学cleanslate研究组提出的一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。
快速重路由(Fast Reroute，FRR)旨在当网络中链路或者节点失效后，为这些重要的节点或链路提供备份保护，实现快速重路由，减少链路或节点失效时对流量的影响，使流量实现快速恢复。
全球的互联网被分成很多个AS自治域，各个域之间组网相互独立。
动态路由协议：动态路由协议通过路由信息的交换生成并维护转发引擎所需的路由表。当网络拓扑结构改变时动态路由协议可以自动更新路由表，并负责决定数据传输最佳路径。在动态路由中，管理员不再需要与静态路由一样，手工对路由器上的路由表进行维护，而是在每台路由器上运行一个路由协议。这个路由协议会根据路由器上的接口的配置(如IP地址的配置)及所连接的链路的状态，生成路由表中的路由表项。
动态路由协议的优点：
(1)可以自动适应网络状态的变化；
(2)自动维护路由信息而不需要网络管理员的参与；
(3)可以实现自动的负载均衡。
本发明提出了一种用于SDN网络的链路管理方法和系统。本发明提出的方法和系统将链路管理分为物理链路管理和逻辑链路管理。本发明提出的方法和系统首先将设备组网方式设定为具备主备或负载均衡关系的网络设备与其上下游的具备主备或负载均衡关系的网络设备形成口字型组网，具备主备或负载均衡关系的网络设备之间通过备份端口间的备份链路通信。然后控制器接收到端口失效告警消息后，向端口所属的网络设备下发指令将转发到失效端口的数据报转发至备份端口。在实现主备物理链路保护的基础上，本发明提出的方法和系统将具备主备或负载均衡关系的网络设备虚拟成一个逻辑设备，上下游的具备主备或负载均衡关系的网络设备之间虚拟成一条逻辑链路，实现了外部业务应用在具备主备或负载均衡关系的网络设备上自动部署。本发明提出的方法和系统既可以使用在SDN网络，也可以用于SDN网络与传统IP网络的联合组网。
本发明提出一种用于SDN网络的链路管理方法，该方法包括以下步骤：
-从外部接收口字型组网的网络资源数据，根据所述网络资源数据确定具备主备或负载均衡关系的网络设备；
-根据所述具备主备或负载均衡关系的网络设备对链路进行建模，将所述具备主备或负载均衡关系的网络设备虚拟成一个虚拟设备，将上下游虚拟设备间的链路虚拟成一条虚拟链路；
-接收业务部署需求，根据所述业务部署需求和所述虚拟设备和所述虚拟链路，确定所述业务部署需求对应的网络设备和端口；
-在发生网络故障时，分析受到影响的业务数据流数据，并且确定备份链路和备份端口；
-通知所述端口所属的网络设备，将所述受到影响的业务数据流数据转发到所述备份链路和所述备份端口。
根据本发明的一种有利实施方式，在所述对链路进行建模的方法步骤中，将所述具备主备或负载均衡关系的设备虚拟成一个虚拟设备，将上下游虚拟设备间的链路虚拟成一条虚拟链路。要说明的是，对链路的建模并不局限于上述方式，也可根据本发明的不同实施方式进行适应性地调整和修改。
根据本发明的一种有利实施方式，在所述确定所述业务需求对应的网络设备和端口的方法步骤中，将业务部署需求分解成具有确定方向的多个业务数据流部署需求，针对所述多个业务数据流部署需求确定相应的网络设备和端口。
根据本发明的一种有利实施方式，所述在发生网络故障时分析受到影响的业务数据流数据的方法步骤包含以下子步骤：
-从所述SDN网络接收关于各网络设备的各端口转发出去的业务数据流数据的信息；
-根据来自所述SDN网络的端口的状态消息和所述关于所述各网络设备的各端口转发出去的业务数据流数据的信息，确定受到影响的业务数据流数据；
-根据所述网络资源数据，确定备份链路与备份端口。
根据本发明的一种有利实施方式，所述端口的状态消息包括端口失效告警消息和/或端口恢复消息。
根据本发明的一种有利实施方式，在所述通知所述端口所属的网络设备的方法步骤中，借助指令将业务数据流的目的地址信息、端口信息和设备信息发送给所述网络设备。
本发明还提出一种用于SDN网络的链路管理系统，该系统包括以下模块：
-资源数据管理模块，其设置用于，从外部接收口字型组网的网络资源数据，根据所述网络资源数据确定具备主备或负载均衡关系的网络设备；
-链路建模模块，其设置用于，根据所述具备主备或负载均衡关系的网络设备对链路进行建模，将所述具备主备或负载均衡关系的网络设备虚拟成一个虚拟设备，将上下游虚拟设备间的链路虚拟成一条虚拟链路；
-业务部署模块，其设置用于，接收业务部署需求，根据所述业务部署需求和所述虚拟设备和所述虚拟链路，确定所述业务部署需求对应的网络设备和端口；
-故障影响分析模块，其设置用于，在发生网络故障时，分析受到影响的业务数据流数据，并且确定备份链路和备份端口；
-指令下发模块，其设置用于，通知所述端口所属的网络设备，将所述受到影响的业务数据流数据转发到所述备份链路和所述备份端口。
根据本发明的一种有利实施方式，所述故障影响分析模块具有以下子模块：
-业务数据流数据信息接收子模块，其设置用于，从所述SDN网络接收关于各网络设备的各端口转发出去的业务数据流数据的信息；
-受影响数据确定子模块，其设置用于，根据来自所述SDN网络的端口的状态消息和关于所述各设备的各端口转发出去的业务数据流数据的信息，确定受到影响的业务数据流数据；
-备份链路/备份端口确定子模块，其设置用于，根据所述网络资源数据，确定备份链路与备份端口。
资源数据管理模块从外部接收口字型组网网络资源数据。
表1
Figure BDA0001372750020000041
表2
设备标识 端口标识 物理链路标识 链路属性
资源数据管理模块将表1、表2数据发送至故障影响分析模块、链路建模模块。
故障影响分析模块定义两个主备(或负载均衡)关联设备之间的链路为备份链路。故障影响分析模块使用表2中的设备标识关联表1中的设备标识、主备(或负载均衡)关联设备标识，得到各设备的备份链路与备份端口，形成表3。不是备份的物理链路或端口，即为业务链路与端口。
表3
物理链路标识 主备(或负载均衡)关联物理链路标识
资源数据管理模块将表1、表2数据发送至故障影响分析模块，将表1、表3数据发送至链路建模模块。
故障影响分析模块从SDN网络中接收端口失效告警消息和/或端口恢复消息，形成表4。
表4
设备标识 端口标识 发生时间 恢复还是失效
故障影响分析模块保存有各设备的各端口转发出去的业务数据流数据，如表5所示。
表5
Figure BDA0001372750020000042
Figure BDA0001372750020000051
故障影响分析模块使用表4的设备标识、端口标识关联表5的设备标识、端口标识提取受到影响的业务数据流数据。
再使用表4的设备标识关联表3的设备标识，提取设备备份链路的端口、设备厂家、设备类型。
如果表4中是端口失效告警消息，则将受到影响的业务数据流数据转发至设备备份链路的端口，相关数据填入表6。
如果表4中是端口恢复消息，则将受到影响的业务数据流数据转发至表5中的端口。使用表5中的设备标识关联表1中的设备标识，提取设备厂家、设备类型，生成表6数据。
表6
Figure BDA0001372750020000052
故障影响分析模块将表6数据发送至指令下发模块。
指令下发模块根据业务数据流目的地址信息、需要操作的设备端口信息、设备厂家信息、类型信息生成指令发送给要调整端口状态的设备。本发明不涉及如何生成指令。
链路建模模块将具备主备(或负载均衡关系)的设备虚拟成一个设备，形成表7。具备主备(或负载均衡关系)的链路虚拟成一条虚拟链路，形成表8。
表7
虚拟设备标识 设备标识 设备厂家 设备类型
表8
Figure BDA0001372750020000053
链路建模模块将表7和表8的数据发送至业务部署模块。
业务部署模块从外部接收业务部署需求，形成表9：
表9
Figure BDA0001372750020000054
Figure BDA0001372750020000061
业务部署模块将表9中的业务部署需求分解成方向相反的两条业务数据流部署需求(A端到Z端，Z端到A端，A端、Z端仅仅代表了两端不具备方向性)，并形成表10。
表10
Figure BDA0001372750020000062
由表10的起点虚拟设备标识、目的虚拟设备标识到表8中找到对应的虚拟链路标识。由虚拟链路标识、起点虚拟设备标识到表8中找到对应的设备标识、端口标识，生成表11数据。
表11
Figure BDA0001372750020000063
业务部署模块将表11的数据发送至故障影响分析模块。
业务部署模块使用设备标识关联表11和表7，生成表12的数据。
表12
Figure BDA0001372750020000064
业务部署模块将表12的数据发送至指令下发模块。
指令下发模块根据业务数据流目的地址信息、需要操作的设备端口信息、设备厂家信息、类型信息生成指令发送给相关设备。本发明不涉及如何生成指令。
本发明不限定各模块的实现方式与部署地点。故障影响分析模块与指令下发模块可以部署在每个设备中针对每个设备进行分析处理。
此外要说明的是，术语“设备”与“网络设备”含义相同，均是指在网络上用于发送数据、接收数据以及涉及数据交换与传输的设备。该用于SDN网络的链路管理系统的各个模块可以集成在一起地设置，也可以单独地设置。它们可以硬件地或软件地实现，并且可以具有可能按照硬件方式和/或按照软件方式构造的接口。当按照硬件方式构造时，该接口例如可以是包含上述单元的不同功能的系统(例如ASIC系统)的一部分。然而，该接口也可能是单独的集成电路或者至少部分由分立的组件组成。当按照软件方式构造时，该接口例如可以是在微控制器中与其他软件模块并存的软件模块。
附图说明
图1：本发明的用于SDN网络的链路管理方法的流程图；
图2：本发明的用于SDN网络的链路管理系统的框图；
图3：口字型网络示意性拓扑图；
图4：由多个口子型组成的网络的拓扑图；
图5：某网络局部拓扑图。
具体实施方式
图1示出本发明的用于SDN网络的链路管理方法的流程图。该用于SDN网络的链路管理方法包括以下方法步骤：
S11：从外部接收口字型组网的网络资源数据，根据网络资源数据确定具备主备或负载均衡关系的设备；
S12：根据所述具备主备或负载均衡关系的网络设备对链路进行建模，将所述具备主备或负载均衡关系的网络设备虚拟成一个虚拟设备，将上下游虚拟设备间的链路虚拟成一条虚拟链路；
S13：接收业务部署需求，根据所述业务部署需求和所述虚拟设备和所述虚拟链路，确定业务部署需求对应的网络设备和端口；
S14：在发生网络故障时，分析受到影响的业务数据流数据，并且确定备份链路和备份端口；
S15：通知所述端口所属的网络设备，将受到影响的业务数据流数据转发到所述备份链路和备份端口。
在此要说明的是，以上所述仅是根据本发明的用于SDN网络的链路管理方法的各方法步骤的罗列，并不限定各方法步骤的实施顺序。换言之，各方法步骤的实施顺序还可根据不同的实施方式进行适应性地调整。
图2示出该用于SDN网络的链路管理系统的框图。该系统包括资源数据管理模块、链路建模模块、故障影响分析模块、业务部署模块、指令下发模块。
资源数据管理模块设置用于，从外部接收口字型组网的网络资源数据，根据所述网络资源数据确定具备主备或负载均衡关系的设备。
链路建模模块设置用于，根据所述具备主备或负载均衡关系的网络设备对链路进行建模，将所述具备主备或负载均衡关系的网络设备虚拟成一个虚拟设备，将上下游虚拟设备间的链路虚拟成一条虚拟链路。
业务部署模块设置用于，接收业务部署需求，根据所述业务部署需求和所述虚拟设备和所述虚拟链路，确定所述业务部署需求对应的网络设备和端口。
故障影响分析模块设置用于，在发生网络故障时，分析受到影响的业务数据流数据，并且确定备份链路和备份端口。
指令下发模块设置用于，通知所述端口所属的网络设备，将所述受到影响的业务数据流数据转发到所述备份链路和所述备份端口。
图3示出口字型网络示意性拓扑图。由图3可知，网络设备相互连接，构成口字型组网结构。
图4示出由多个口子型组成的网络的拓扑图，设备2-1/设备2-2与设备1-1/设备1-2、设备3-1/设备3-2、设备4-1/设备4-2、设备5-1/设备5-2、设备6-1/设备6-2均为口子型组网。
设备2-1/设备2-2、设备1-1/设备1-2、设备3-1/设备3-2、设备4-1/设备4-2、设备5-1/设备5-2、设备6-1/设备6-2等均为主备或负载均衡关系。
设备2-1/设备2-2与设备1-1/设备1-2、设备3-1/设备3-2、设备4-1/设备4-2、设备5-1/设备5-2、设备6-1/设备6-2之间的链路也为主备或负载均衡关系，这种链路称为设备业务链路。
具有主备或负载均衡关系的设备，例如2-1/设备2-2，它们之间的链路为设备2-1或设备2-2上其他所有设备业务链路的备份链路，这种链路称为设备备份链路。
图5示出某网络局部拓扑图。该局部组网结构由主机1、主机2、路由器1、路由器2、路由器3、路由器4组成。由图5可知，路由器1、路由器2、路由器3和路由器4共同构成口字型组网结构。以下结合图5的网络结构详细阐述本发明的用于SDN网络的链路管理系统的工作方式。
资源数据管理模块从外部接收口字型组网网络资源数据。
表1
Figure BDA0001372750020000081
表2
Figure BDA0001372750020000082
Figure BDA0001372750020000091
资源数据管理模块将表1和表2的数据发送至故障影响分析模块、链路建模模块。故障影响分析模块定义两个主备(或负载均衡)关联设备之间的链路为备份链路。故障影响分析模块使用表2中的设备标识关联表1中的设备标识、主备(或负载均衡)关联设备标识，得到各设备的备份链路与备份端口，形成表3。不是备份的物理链路或端口，即为业务链路与端口。
表3
物理链路标识 主备(或负载均衡)关联物理链路标识
物理链路2 物理链路3
…… ……
故障影响分析模块从SDN网络中接收端口失效告警消息和/或端口恢复消息，形成表4。
表4
设备标识 端口标识 发生时间 恢复还是失效
路由器1 路由器1-端口2 …… 失效
路由器3 路由器3-端口2 …… 失效
…… …… …… ……
故障影响分析模块保存有各设备的各端口转发出去的业务数据流数据，见表5。
表5
Figure BDA0001372750020000092
故障影响分析模块使用表4的设备标识、端口标识关联表5的设备标识、端口标识提取受到影响的业务数据流数据：业务数据流1、业务数据流2。
随后，使用表4的设备标识关联表3的设备标识，提取设备备份链路的端口、设备厂家、设备类型，得到下表。
设备标识 设备厂家 设备类型 端口标识
路由器1 华为 …… 路由器1-端口1
路由器3 华三 …… 路由器3-端口1
…… …… …… ……
如果表4中是端口失效告警消息，则将受到影响的业务数据流数据转发至备份端口，相关数据填入表6。
如果表4中是端口恢复消息，则将受到影响的业务数据流数据转发至表5中的端口。使用表5中的设备标识关联表1中的设备标识，提取设备厂家、设备类型，生成表6数据。
表6
Figure BDA0001372750020000101
故障影响分析模块将表6的数据发送至指令下发模块。
指令下发模块根据业务数据流目的地址信息、需要操作的设备端口信息、设备厂家信息、类型信息生成指令发送给相关设备。本发明不涉及如何生成指令。
链路建模模块将具备主备(或负载均衡关系)的设备虚拟成一个设备，形成表7。具备主备(或负载均衡关系)的链路虚拟成一条虚拟链路，形成表8。
表7
虚拟设备标识 设备标识 设备厂家 设备类型
虚拟设备1 路由器1 华为 ……
虚拟设备1 路由器2 思科 ……
虚拟设备2 路由器3 华三 ……
虚拟设备2 路由器4 中兴 ……
…… …… …… ……
表8
Figure BDA0001372750020000111
链路建模模块将表7和表8的数据发送至业务部署模块。
业务部署模块从外部接收业务部署需求，形成表9。
表9
Figure BDA0001372750020000112
业务部署模块将表9中的业务部署需求分解成方向相反的两条业务数据流部署需求(A端到Z端，Z端到A端)，并形成表10。
表10
Figure BDA0001372750020000113
Figure BDA0001372750020000121
由表10的起点虚拟设备标识、目的虚拟设备标识到表8中找到对应的虚拟链路标识：虚拟链路1。由虚拟链路标识：虚拟链路1、起点虚拟设备标识：虚拟设备1和虚拟设备2到表8中找到对应的设备标识、端口标识，生成表11的数据。
表11
Figure BDA0001372750020000122
业务部署模块将表11的数据发送至故障影响分析模块。
业务部署模块使用设备标识关联表11和表7，生成表12的数据。
表12
Figure BDA0001372750020000123
Figure BDA0001372750020000131
业务部署模块将表12数据发送至指令下发模块。
指令下发模块根据业务数据流目的地址信息、需要操作的设备端口信息、设备厂家信息、类型信息生成指令发送给相关设备。

Claims (7)

1.一种用于SDN网络的链路管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
-从外部接收口字型组网的网络资源数据，根据所述网络资源数据确定具备主备或负载均衡关系的网络设备；
-根据所述具备主备或负载均衡关系的网络设备对链路进行建模，将所述具备主备或负载均衡关系的网络设备虚拟成一个虚拟设备，将上下游虚拟设备间的链路虚拟成一条虚拟链路；
-接收业务部署需求，根据所述业务部署需求和所述虚拟设备和所述虚拟链路，确定所述业务部署需求对应的网络设备和端口；其中，两个主备或负载均衡关联设备之间的链路为备份链路；使用第二映射表中的设备标识关联第一映射表中的设备标识、主备或负载均衡关联设备标识，得到各设备的备份链路与备份端口，形成第三映射表；其中，
第二映射表为设备标识、端口标识、物理链路标识和链路属性的映射表；第一映射表为设备标识、设备厂家、设备类型、主备关联设备标识或负载均衡关联设备标识的映射表；第三映射表为物理链路标识与主备或负载均衡关联物理链路标识的映射表；
-在发生网络故障时，分析受到影响的业务数据流数据，并且确定备份链路和备份端口；
-通知所述端口所属的网络设备，将所述受到影响的业务数据流数据转发到所述备份链路和所述备份端口。
2.根据权利要求1所述的用于SDN网络的链路管理方法，其特征在于，在所述确定所述业务部署需求对应的网络设备和端口的方法步骤中，将业务部署需求分解成具有确定方向的多个业务数据流部署需求，针对所述多个业务数据流部署需求确定相应的网络设备和端口。
3.根据权利要求1所述的用于SDN网络的链路管理方法，其特征在于，所述在发生网络故障时分析受到影响的业务数据流数据并且确定备份链路和备份端口的方法步骤包含以下子步骤：
-从所述SDN网络接收关于各网络设备的各端口转发出去的业务数据流数据的信息；
-根据来自所述SDN网络的端口的状态消息和所述关于所述各网络设备的各端口转发出去的业务数据流数据的信息，确定受到影响的业务数据流数据；
-根据所述网络资源数据，确定备份链路与备份端口。
4.根据权利要求3所述的用于SDN网络的链路管理方法，其特征在于，所述端口的状态消息包括端口失效告警消息和/或端口恢复消息。
5.根据权利要求1所述的用于SDN网络的链路管理方法，其特征在于，在所述通知所述端口所属的网络设备的方法步骤中，借助指令将业务数据流的目的地址信息、端口信息和设备信息发送给所述网络设备。
6.一种用于SDN网络的链路管理系统，其特征在于，该系统包括以下模块：
-资源数据管理模块，其设置用于，从外部接收口字型组网的网络资源数据，根据所述网络资源数据确定具备主备或负载均衡关系的设备；
-链路建模模块，其设置用于，根据所述具备主备或负载均衡关系的网络设备对链路进行建模，将所述具备主备或负载均衡关系的网络设备虚拟成一个虚拟设备，将上下游虚拟设备间的链路虚拟成一条虚拟链路；
-业务部署模块，其设置用于，接收业务部署需求，根据所述业务部署需求和所述虚拟设备和所述虚拟链路，确定所述业务部署需求对应的网络设备和端口；
-故障影响分析模块，其设置用于，在发生网络故障时，分析受到影响的业务数据流数据，并且确定备份链路和备份端口；其中，两个主备或负载均衡关联设备之间的链路为备份链路；使用第二映射表中的设备标识关联第一映射表中的设备标识、主备或负载均衡关联设备标识，得到各设备的备份链路与备份端口，形成第三映射表；其中，
第二映射表为设备标识、端口标识、物理链路标识和链路属性的映射表；第一映射表为设备标识、设备厂家、设备类型、主备关联设备标识或负载均衡关联设备标识的映射表；第三映射表为物理链路标识与主备或负载均衡关联物理链路标识的映射表；
-指令下发模块，其设置用于，通知所述端口所属的网络设备，将所述受到影响的业务数据流数据转发到所述备份链路和所述备份端口。
7.根据权利要求6所述的用于SDN网络的链路管理系统，其特征在于，所述故障影响分析模块具有以下子模块：
-业务数据流数据信息接收子模块，其设置用于，从所述SDN网络接收关于各网络设备的各端口转发出去的业务数据流数据的信息；
-受影响数据确定子模块，其设置用于，根据来自所述SDN网络的端口的状态消息和关于所述各设备的各端口转发出去的业务数据流数据的信息，确定受到影响的业务数据流数据；
-备份链路/备份端口确定子模块，其设置用于，根据所述网络资源数据，确定备份链路与备份端口。
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