CN109495385B - 一种实现非连续分段路由域的网络流量调度方法 - Google Patents
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Abstract
一种实现非连续分段路由域的网络流量调度方法，可解决现有控制面和转发面的连续限制了Segment Routing的部署和应用范围，缺少一种平滑过渡的方式的技术问题。本发明通过在Underlay网络选择出的一些支持Segment Routing的设备节点构成Overlay网络，基于SID的标签转发只需要在Overlay上完成，外层通过GRE隧道进行IP路由，对底层网络屏蔽了实现。Overlay网络中的节点通过MGRE实现了逻辑上的点到多点的Fullmesh连接，任意两节点间均是一跳可达，不再需要邻接SID，到目的节点的MGRE的封装地址由NHRP协议请求获得。当应用请求一条满足一定SLA需求的路径时，控制器根据BGP‑LS上报的LSDB和TED，结合Overlay中的松散节点计算出一条符合应用链路质量要求的路径进行源端注入和引流，流量封装节点SID后进入GRE隧道最终实现流量调度。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信设备的流量路径控制技术领域，具体涉及一种实现非连续分段路由域的网络流量调度方法。
背景技术
传统的通信设备路径控制技术包含路由和策略路由，路由选路依据一般是依据最短路径，但网络中的流量具有突发和不确定性，最短路径往往不是最优路径，无论是基于最短路径的路由还是基于路径属性或是策略路由，固化的流量路径无法根据链路负载情况的变化进行动态调整，应用无法获得SLA保证，某些链路拥塞丢包，而某些链路闲置，这种不对称性造成了带宽的极大浪费。相应的产生了很多流量调度的解决方案，例如MPLS流量工程、Openflow、Segment Routing等。MPLS流量工程能够获得服务质量的保证，但设备间大量的协议交互，状态机维持，控制面表项带来了部署运维的困难。Openflow对网络设备的改造过于激进，没有平滑的过渡方案，使得在传统承载网络中直接应用也很困难。
Segment Routing作为一种源路由技术，通过极简的控制面和转发面实现了流量的路径控制。不需要像LDP和RSVP一样维护协议状态，简化了控制面。基于源路由方式使流量路径在源端注入，其它设备只做标签交换而无需感知。使用MPLS和IPV6扩展头作为转发面，继承了现有承载网络中的转发模型，结合BGP-LS和PCEP南向协议，支持现网的SDN平滑过渡，快速响应业务对网络的需求，但Segment Routing在部署中也存在一些困难。
主要包括以下几个方面：
1、域中的所有设备都要实现IGP等协议对Segment Routing的扩展，完成前缀SID和邻接SID的分配和宣告；
2、域中所有设备都要实现MPLS的转发面，完成节点SID或邻接SID的标签交换或弹出；
3、虽然存在一些Over方案，能够完成跨域转发，但实现不够灵活，域内仍需连续；
控制面和转发面的连续限制了Segment Routing的部署和应用范围，需要统一进行大量的设备替换和升级，缺少一种平滑过渡的方式。
发明内容
本发明提出的一种实现非连续分段路由域的网络流量调度方法，可解决现有控制面和转发面的连续限制了Segment Routing的部署和应用范围，需要统一进行大量的设备替换和升级，缺少一种平滑过渡的方式的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种实现非连续分段路由域的网络流量调度方法，包括以下步骤：
步骤1：通过IGP协议打通全域单播路由，IGP负责Underlay网络的路由和链路状态及端口负载的信息收集，作为应用路径计算的依据；
步骤2：域中支持Segment Routing的设备节点构成一个抽象的Overlay网络，设备通过使能在另一个IGP进程(例如OSPF)的MGRE接口形成一个非广播多路访问网络，同时通过该进程完成各逻辑节点的节点SID的分发，这些节点构成了转发路径中的松散节点；
步骤3：选取Overlay中的一台设备作为NHRP的Server，其余设备作为客户端向Server进行NHRP的注册，注册信息为设备的MGRE隧道接口地址和Underlay的NBMA地址的对应关系，NHRP的Server设备同时作为MGRE所在OSPF进程的DR角色，形成逻辑设备间的Fullmesh连接；
步骤4：Underlay网络中的IGP协议收集到的链路状态和端口负载等信息，Overlay网络中的IGP协议收集到的节点SID信息及节点在Underlay中的映射关系，通过某台设备的BGP-LS向控制器上报，使控制器生成全网状态的数据库用于路径计算；
步骤5：Overlay节点作为路径控制的松散节点，节点间仅依赖Underlay的路由，应用源端按照SLA需求通过PCEP向控制器进行路径计算请求，由控制器计算出一条穿越松散节点并满足应用需求的路径，下发节点SID标签栈标识的转发路径给源端，通过源端设备引流完成流量进入控制路径；
步骤6：应用流量在源端压入节点SID标签栈并作栈顶的标签交换或PHP弹出，进入MGRE隧道进行GRE封装，隧道IP头的源地址是MGRE接口对应的NBMA地址，目的IP通过向NHRP的Server请求获得，请求的目标为PHP弹出的栈顶SID对应的Overlay节点的MGRE接口对应的NBMA地址；
步骤7：Underlay的中间设备做IP路由转发，到达下一个Overlay松散节点后进行GRE解封装，对GRE头内部的标签栈作栈顶的标签交换或PHP弹出后完成下一段GRE隧道封装，封装流程同步骤6；
步骤8：重复步骤7直至标签栈空，最后一跳进行GRE解封装后获得原始的IP地址进行IP转发至目的。
由上述技术方案可知，本发明通过在Underlay网络上抽象出Overlay的逻辑拓扑，逻辑拓扑节点即可作为路径控制的松散节点，Overlay上通过Segment Routing进行选路控制，Underlay上只需要进行IP路由选路，解决了分端路由域内全设备需要支持SegmentRouting的问题。
传统的Segment Routing进行流量调度时，需要域内设备都要实现IGP协议对Segment Routing的扩展支持，包含前缀SID和邻接SID的宣告，转发面需要支持基于SID的MPLS转发才能形成完整的LSP。通过在Underlay网络选择出的一些支持Segment Routing的设备节点构成Overlay网络，基于SID的标签转发只需要在Overlay上完成，外层通过GRE隧道进行IP路由，对底层网络屏蔽了实现。Overlay网络中的节点通过MGRE实现了逻辑上的点到多点的Fullmesh连接，任意两节点间均是一跳可达，不再需要邻接SID，到目的节点的MGRE的封装地址由NHRP协议请求获得。当应用请求一条满足一定SLA需求的路径时，控制器根据BGP-LS上报的LSDB和TED，结合Overlay中的松散节点计算出一条符合应用链路质量要求的路径进行源端注入和引流，流量封装节点SID后进入GRE隧道最终实现流量调度。
附图说明
图1是本发明的方法流程示意图；
图2是本发明中Underlay拓扑和抽象的Overlay拓扑的转发路径映射关系；
图3是本发明中控制面的协议交互流程；
图4是本发明的转发面的报文的转发和封装流程。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本发明实施例的一种实现非连续分段路由域的网络流量调度方法包括以下步骤：
S100、通过IGP协议打通全域单播路由，IGP负责Underlay网络的路由和链路状态及端口负载的信息收集，作为应用路径计算的依据；
S200、域中支持Segment Routing的设备节点构成一个抽象的Overlay网络，设备通过使能在另一个IGP进程(例如OSPF)的MGRE接口形成一个非广播多路访问网络，同时通过该进程完成各逻辑节点的节点SID的分发，这些节点构成了转发路径中的松散节点；
S300、选取Overlay中的一台设备作为NHRP的Server，其余设备作为客户端向Server进行NHRP的注册，注册信息为设备的MGRE隧道接口地址和Underlay的NBMA地址的对应关系，NHRP的Server设备同时作为MGRE所在OSPF进程的DR角色，形成逻辑设备间的Fullmesh连接；
S400、Underlay网络中的IGP协议收集到的链路状态和端口负载等信息，Overlay网络中的IGP协议收集到的节点SID信息及节点在Underlay中的映射关系，通过某台设备的BGP-LS向控制器上报，使控制器生成全网状态的数据库用于路径计算；
S500、Overlay节点作为路径控制的松散节点，节点间仅依赖Underlay的路由，应用源端按照SLA需求通过PCEP向控制器进行路径计算请求，由控制器计算出一条穿越松散节点并满足应用需求的路径，下发节点SID标签栈标识的转发路径给源端，通过源端设备引流完成流量进入控制路径；
S600、应用流量在源端压入节点SID标签栈并作栈顶的标签交换或PHP弹出，进入MGRE隧道进行GRE封装，隧道IP头的源地址是MGRE接口对应的NBMA地址，目的IP通过向NHRP的Server请求获得，请求的目标为PHP弹出的栈顶SID对应的Overlay节点的MGRE接口对应的NBMA地址；
S700、Underlay的中间设备做IP路由转发，到达下一个Overlay松散节点后进行GRE解封装，对GRE头内部的标签栈作栈顶的标签交换或PHP弹出后完成下一段GRE隧道封装，封装流程同步骤S600；
S800、重复步骤S700直至标签栈空，最后一跳进行GRE解封装后获得原始的IP地址进行IP转发至目的。
如图2所示，本发明实施例的一种实现非连续分段路由域的网络流量调度方法将Underlay网络中支持Segment Routing的设备作为路径控制的松散节点，Overlay网络通过分段路由实现松散节点间的路径控制，外层通过GRE隧道进行IP路由，最终实现流量的路径控制。
如图3所示，Underlay节点通过IGP协议将链路状态和端口开销等信息集中通过一台设备的BGP-LS协议上报控制器，使控制器具备全网的链路状态视图。Overlay节点通过MGRE隧道接口实现逻辑上的点到多点的连接，通过使能在另一个IGP进程中的隧道接口分发节点SID，上报控制器并同步和Underlay的映射关系。所有Overlay节点向NHRP Server发送注册消息，用于转发面请求目的MGRE接口对应的NBMA地址。当有应用请求路径时通过PCEP协议完成源端和控制器的交互，并进行源路由注入和应用流量引流。
如图4所示，本发明实施例中转发面的报文转发和封装流程如下：
流量在源端完成原始报文的节点SID标签栈的封装，栈顶标签进行标签交换或PHP弹出并查询对应的下一跳松散节点对应的MGRE接口地址，使用本设备的源地址作为GRE封装外层IP头的源地址，向NHRP Server请求目的MGRE接口获得的NBMA地址作为GRE封装外层IP头的目的地址，在Underlay中通过IP路由转发至Overlay中的下一跳设备。下一跳设备收到报文后进行GRE解封装，进行内层SID标签栈的栈顶标签交换或PHP弹出，继续查询该节点SID对应的下一跳松散节点，完成GRE封装后通过Underlay的IP路由转发至下一跳。逐跳转发直至标签栈空，在最后一跳松散节点上完成GRE解封装后就是应用的原始报文，进行基于IP的路由转发到达最终目的。
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 (3)
1.一种实现非连续分段路由域的网络流量调度方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100、通过IGP协议打通全域单播路由；
S200、域中支持Segment Routing的设备节点构成一个抽象的Overlay网络，设备通过使能在另一个IGP进程的MGRE接口形成一个非广播多路访问网络，同时通过该进程完成各逻辑节点的节点SID的分发，这些节点构成了转发路径中的松散节点；
S300、选取Overlay中的一台设备作为NHRP的Server，其余设备作为客户端向Server进行NHRP的注册，NHRP的Server设备同时作为MGRE所在OSPF进程的DR角色，形成逻辑设备间的Fullmesh连接；
S400、Underlay网络中的IGP协议收集到的链路状态和端口负载信息，Overlay网络中的IGP协议收集到的Node SID信息及节点在Underlay中的映射关系，通过某台设备的BGP-LS向控制器上报，使控制器生成全网状态的数据库用于路径计算；
S500、Overlay节点作为路径控制的松散节点，节点间仅依赖Underlay的路由，应用源端按照SLA需求通过PCEP向控制器进行路径计算请求，由控制器计算出一条穿越松散节点并满足应用需求的路径，下发节点SID标签栈标识的转发路径给源端，通过源端设备引流完成流量进入控制路径；
S600、应用流量在源端压入节点SID标签栈并作栈顶的标签交换或PHP弹出，进入MGRE隧道进行GRE封装，隧道IP头的源地址是MGRE接口对应的NBMA地址，目的IP通过向NHRP的Server请求获得，请求的目标为PHP弹出的栈顶SID对应的Overlay节点的MGRE接口对应的NBMA地址；
S700、Underlay的中间设备做IP路由转发，到达下一个Overlay松散节点后进行GRE解封装，对GRE头内部的标签栈作栈顶的标签交换或PHP弹出后完成下一段GRE隧道封装，封装流程同步骤S600；
S800、重复步骤S700直至标签栈空，最后一跳进行GRE解封装后获得原始的IP地址进行IP转发至目的。
2.根据权利要求1所述的实现非连续分段路由域的网络流量调度方法，其特征在于：所述S100中所述IGP协议负责Underlay网络的路由和链路状态及端口负载的信息收集，作为应用路径计算的依据。
3.根据权利要求1所述的实现非连续分段路由域的网络流量调度方法，其特征在于：所述步骤S300中其余设备作为客户端向Server进行NHRP的注册，所述注册信息为设备的MGRE隧道接口地址和Underlay的NBMA地址的对应关系。
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