CN110289996A - 一种基于sr的业务路由计算方法 - Google Patents

一种基于sr的业务路由计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于SR的业务路由计算方法，包括以下步骤：S1，计算不同业务的不同约束路径；S2，调度现有的拓扑网络资源；S3，基于全网拓扑计算出业务的主用路径以及多条备用路径；S4，多线程维护路径配置更新及校验。本发明具有完整的主备路径，保障了业务的稳定性，当主路径出现故障时，可毫秒级切换到备用路径；主备路径不相交，主用路径任意链路出现故障，都不会影响备用路径的使用，放大了备用路径的保障能力；基于ip地址端的业务定义，基于SR来实现不同源ip到不同目的ip的定制化约束路径；对所有业务，线程实时维护业务的约束路径，保证了数据校验一致性。

Description

一种基于SR的业务路由计算方法
技术领域
本发明涉及一种基于SR(Segment Routing，段路由)的业务路由计算方法，属于通信技术领域。
背景技术
随着互联网时代的到来，各类网络业务的数量呈爆炸式增长。用户对网络的需求不断提升，导致网络需要不断升级来满足日益增长的用户需求，因此提升网络性能，增加网络可靠性以及优化网络架构等迫在眉睫。传统的ip网络路由信息需要每个节点都维护，没有统一的控制器做流量调度，具有可拓展性差、稳定性差、链路利用率低等缺点，显然无法满足现有的网络需求。所以软件定义网络(SDN)孕育而生，分离控制平面和转发平面，解耦硬件设备，用控制器来统一管理硬件设备的资源信息，整合计算路由信息，而不用每个底层硬件节点来维护。
专利号为CN201810508067、名称为用于软件定义网络的路由算法的专利公开了一种用于软件定义网络的路由算法，包括获取当前软件定义网络的网络参数和网络状态；当数据流到达路由节点时，识别到达的数据流的类型；选择相应的最短路径算法计算数据流的路由路径。该方案提供的这种用于软件定义网络的路由算法，综合考虑网络的各项属性和参数，因此该方法考虑因素全面，在有效给出数据流的路由路径的同时有效缓解网络拥塞，方法简单可靠。
针对SDN相关的路由算法，学术界和产业界做了大量研究，提出了SegmentRouting的概念，对传统的MPLS协议网络，做了优化，实现了更简单的控制平面以及易拓展的数据平面，这个概念对SDN路由计算影响很大。但是，现有的路由算法存在以下不足：(1)计算的最终路径只有一条，没有考虑备用路径。当主路径上某一条链路出现故障时，业务中断，恢复速度慢，业务不能得到更好的安全保障。(2)对业务的划分粒度太粗，只分了流媒体流和非流媒体流两种，不符合现在业务种类繁多的需求。
发明内容
针对以上方法存在的不足，本发明提出了一种基于SR的业务路由计算方法，其能够提供完整的主备路径，保障业务的稳定性。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
本发明实施例提供的一种基于SR的业务路由计算方法，包括以下步骤：
S1，计算不同业务的不同约束路径；
S2，调度现有的拓扑网络资源；
S3，基于全网拓扑计算出业务的主用路径以及多条备用路径；
S4，多线程维护路径配置更新及校验。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S1的具体过程为：定义不同的ip业务，收集全网拓扑资源信息，计算不同业务的不同约束路径。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S2的具体过程为：当某一条链路无法满足当前业务时，会重新计算该业务的可用路径，然后调整到满足业务资源要求的路径上去。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S3的具体过程为：通过SegmentRouting的配置方式，下发到路由器上，做到任意两条路径不相交，这样能保障全网拓扑中任意一条链路出现故障时，业务能马上切到备用路径上。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述计算不同业务的不同约束路径的具体过程为：
针对不同业务的策略类型和权值，基于当前的全网拓扑资源，计算出1：n的保护路径，即一条主用路径和n条备用路径，且任意两条主备路径严格不相交；
基于ip地址段来实现业务分流，不同源地址段到不同目的地址段的业务，分别走不同的约束路径。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述多线程维护路径配置更新的具体过程为：线程池实时获取网络链路权值信息，立即计算出新的约束路径，然后更新以前的约束路径。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于全网拓扑计算出业务的主用路径以及多条备用路径的具体过程为：
计算Paths中所有可达路径的有效权值We，时延权值De把路径经过的所有链路时延相加，带宽权值Be取路径经过的所有链路中带宽最小的值；
遍历所有路径，如果某条路径De＞10ms或者Be＜100M，则将该路径从列表中删除，最后过滤完不可用路径，剩下的就是满足业务策略要求的可用路径列表Pathsvalid；
随后根据策略需求，如果偏重时延的要求，则将Pathsvalid按照时延做升序排列，最后输出有序的路径列表；如果策略偏重带宽，则将Pathsvalid按照带宽做降序排列，最后输出有序的路径列表。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，取Pathsvalid序号为0的最优路径，设定为主用路径Pathprimary；所述备用路径的具体计算过程为：
(1)初始创建一个已选路径列表Pathsused，将Pathprimary添加到Pathsused；
(2)从序号1开始往下取每条路径经过的链路，当第一次检测到序号为i的路径与Pathsused列表里面的所有路径严格不相交(即没有公共链路)时，将该路径添加到已选路径列表Pathsused；
(3)继续从i+1开始，重复(1)和(2)两步，直到Pathsvalid遍历完成；
(4)最后取到的已选路径列表Pathsused即为最终有效的1：n主备路径列表，下发配置到路由器上。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明实施例的技术方案首先是定义不同的ip业务，收集全网拓扑资源信息，计算不同业务的不同约束路径，实现不同的ip业务分流，满足不同的业务定制化需求；其次，灵活调度现有的拓扑网络资源，当某一条链路无法满足当前业务时，会重新计算该业务的可用路径，然后调整到满足业务资源要求的路径上去；再次，基于全网拓扑计算出业务的主用路径以及多条备用路径，通过Segment Routing的配置方式，下发到路由器上，做到任意两条路径不相交，这样能保障全网拓扑中任意一条链路出现故障时，业务能马上切到备用路径上，不会受主用路径中断的影响；最后多线程维护路径配置更新，配置校验等。总之，本发明能满足多类业务不同策略路由的需求，并能保障业务的稳定性，更加适应SDN控制器路径计算。本发明具有完整的主备路径，保障了业务的稳定性，当主路径出现故障时，可毫秒级切换到备用路径；主备路径不相交，主用路径任意链路出现故障，都不会影响备用路径的使用，放大了备用路径的保障能力；基于ip地址端的业务定义，能基于Segment Routing来实现不同源ip到不同目的ip的定制化约束路径；对所有业务，线程实时维护业务的约束路径，如果路径有变化，则线程会实时更新路径到底层路由器上，动态切换业务路径，保证了数据校验一致性。
附图说明：
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于SR的业务路由计算方法的流程图；
图2是根据一具体示例性实施例示出的一种网络拓扑示意图；
图3是图2中从用户1到用户3的P2P业务B1的主用路径示意图；
图4是图2中从用户1到用户3的P2P业务B1的备用路径示意图；
图5是图2中从用户2到用户4的P2P业务B2的路径示意图；
图6是图2中从用户1到用户3和从用户2到用户4的业务路由追踪示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于SR的业务路由计算方法的流程图。如图1所述，本发明实施例提供的一种基于SR的业务路由计算方法，包括以下步骤：
S1，计算不同业务的不同约束路径；
S2，调度现有的拓扑网络资源；
S3，基于全网拓扑计算出业务的主用路径以及多条备用路径；
S4，多线程维护路径配置更新及校验。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S1的具体过程为：定义不同的ip业务，收集全网拓扑资源信息，计算不同业务的不同约束路径。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S2的具体过程为：当某一条链路无法满足当前业务时，会重新计算该业务的可用路径，然后调整到满足业务资源要求的路径上去。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S3的具体过程为：通过SegmentRouting的配置方式，下发到路由器上，做到任意两条路径不相交，这样能保障全网拓扑中任意一条链路出现故障时，业务能马上切到备用路径上。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述计算不同业务的不同约束路径的具体过程为：
针对不同业务的策略类型和权值，基于当前的全网拓扑资源，计算出1：n的保护路径，即一条主用路径和n条备用路径，且任意两条主备路径严格不相交；
基于ip地址段来实现业务分流，不同源地址段到不同目的地址段的业务，分别走不同的约束路径。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述多线程维护路径配置更新的具体过程为：线程池实时获取网络链路权值信息，立即计算出新的约束路径，然后更新以前的约束路径。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于全网拓扑计算出业务的主用路径以及多条备用路径的具体过程为：
计算Paths中所有可达路径的有效权值We，时延权值De把路径经过的所有链路时延相加，带宽权值Be取路径经过的所有链路中带宽最小的值；
遍历所有路径，如果某条路径De＞10ms或者Be＜100M，则将该路径从列表中删除，最后过滤完不可用路径，剩下的就是满足业务策略要求的可用路径列表Pathsvalid；
随后根据策略需求，如果偏重时延的要求，则将Pathsvalid按照时延做升序排列，最后输出有序的路径列表；如果策略偏重带宽，则将Pathsvalid按照带宽做降序排列，最后输出有序的路径列表。
结合作为本实施例一种可能的实现方式，取Pathsvalid序号为0的最优路径，设定为主用路径Pathprimary；所述备用路径的具体计算过程为：
(1)初始创建一个已选路径列表Pathsused，将Pathprimary添加到Pathsused；
(2)从序号1开始往下取每条路径经过的链路，当第一次检测到序号为i的路径与Pathsused列表里面的所有路径严格不相交(即没有公共链路)时，将该路径添加到已选路径列表Pathsused；
(3)继续从i+1开始，重复(1)和(2)两步，直到Pathsvalid遍历完成；
(4)最后取到的已选路径列表Pathsused即为最终有效的1：n主备路径列表，下发配置到路由器上。
本实施例首先是定义不同的ip业务，收集全网拓扑资源信息，计算不同业务的不同约束路径，实现不同的ip业务分流，满足不同的业务定制化需求；其次，灵活调度现有的拓扑网络资源，当某一条链路无法满足当前业务时，会重新计算该业务的可用路径，然后调整到满足业务资源要求的路径上去；再次，基于全网拓扑计算出业务的主用路径以及多条备用路径，通过Segment Routing的配置方式，下发到路由器上，做到任意两条路径不相交，这样能保障全网拓扑中任意一条链路出现故障时，业务能马上切到备用路径上，不会受主用路径中断的影响；最后多线程维护路径配置更新，配置校验等。总之，本发明能满足多类业务不同策略路由的需求，并能保障业务的稳定性，更加适应SDN控制器路径计算。本发明具有完整的主备路径，保障了业务的稳定性，当主路径出现故障时，可毫秒级切换到备用路径；主备路径不相交，主用路径任意链路出现故障，都不会影响备用路径的使用，放大了备用路径的保障能力；基于ip地址端的业务定义，能基于Segment Routing来实现不同源ip到不同目的ip的定制化约束路径；对所有业务，线程实时维护业务的约束路径，如果路径有变化，则线程会实时更新路径到底层路由器上，动态切换业务路径，保证了数据校验一致性。
本发明的核心内容主要包括以下三点：
(1)针对不同业务的策略类型和权值，基于当前的全网拓扑资源，计算出1：n的保护路径，即一条主用路径和n条备用路径。n的具体数值不是固定的，要满足任意两条主备路径严格不相交，也就是n+1条路径上没有一条链路是共享的，这样在任意一条链路down掉的时候，不会影响其他备用路径的切换，保证业务在链路故障时，不会出现中断时间过长。
(2)基于ip地址段来实现业务分流，不同源地址段到不同目的地址段的业务，分别走不同的约束路径，这样可以满足更多样化的业务需求，定制化各类满足业务要求的约束路径，并下发到底层路由器上，实现分开导流。
(3)控制器自带业务路径实时维护功能，线程池实时获取网络链路权值信息，立即计算出新的约束路径，然后更新以前的约束路径，这样可以在网络资源变化，感知到当前路径不满足需求后，做出路径切换，保障业务的带宽时延质量。
下面结合图1-图6对本发明的基于SR的业务路由计算方法进行详细阐述。
如图2所示，图2为本发明的组网拓扑图，中间是承载网络，用户1-4为业务的源和目的，最上面SDN控制器，管理全局网络拓扑。
创建一条源ip地址段(用户1)到目的ip地址段(用户3)的P2P业务B1，指定业务的时延、带宽属性要求。例如：创建一条用户1到用户4的业务，要求时延小于等于10ms，带宽保证大于等于100M。
底层路由器收集网络拓扑R1-R6之间的连接关系，上报给控制器。控制器计算出所有R5到R6的路径，具体计算方法如下：
如图2所示，根据承载网络的邻接关系，生成的数组矩阵图如下：
其中，G[m][n]是长度为6的二维数组，分别对应R1-R6六个路由器，描述的是路由器之间的邻接关系，“-1”表示两个路由器不相邻，“Wmn”表示m和n相邻，并且m、n之间链路的权值为Wmn。m、n的取值范围均为：0，1，2，3，4，5。
R5到R6的所有路径，映射到二维数组矩阵上就是索引4到索引5的所有路径。具体计算过程如下：
(1)初始设置源节点s＝4，目的节点d＝5，链路权重Wmn，可达路径列表Paths为空。
(2)进入计算方法，标记s为已访问过的源点，flag[s]＝true循环遍历n，取G[s][n]，当G[s][n]＝-1或flag[n]＝true时，直接进入下一个循环。
(3)当n时直接输出该条可用路径，存储Wsn到列表，将该条路径添加到Paths。
(4)当n≠d时，将第一步中的s换成n，d不变，Wsn列表、Paths为累积值，不置空，并重复执行步骤(1)-(3)。
(5)最后直到循环走完。Paths中存储着R5到R6的所有可达路径，包括每条路径经过的链路的权值。
获取全网链路资源信息，通过带宽和时延要求过滤出满足业务B1要求的所有可用路径。根据链路权重将约束路径从最优到最差进行排序，具体计算方法如下：
(1)计算Paths中所有可达路径的有效权值We，时延权值De把路径经过的所有链路时延相加，带宽权值Be取路径经过的所有链路中带宽最小的值。
(2)遍历所有路径，如果某条路径De＞10ms或者Be＜100M，则将该路径从列表中删除，最后过滤完不可用路径，剩下的就是满足业务策略要求的可用路径列表Pathsvalid。
(3)随后根据策略需求，如果偏重时延的要求，则将Pathsvalid按照时延做升序排列，最后输出有序的路径列表；如果策略偏重带宽，则将Pathsvalid按照带宽做降序排列，最后输出有序的路径列表。因为实际环境中，带宽越大越好，时延越低越好。
取Pathsvalid序号为0的最优路径，设定为主用路径Pathprimary，随后计算出n条备用路径，具体计算方法如下：
(1)初始创建一个已选路径列表Pathsused，将Pathprimary添加到Pathsused。
(2)从序号1开始往下取每条路径经过的链路，当第一次检测到序号为i的路径与Pathsused列表里面的所有路径严格不相交(即没有公共链路)时，将该路径添加到已选路径列表Pathsused。
(3)继续从i+1开始，重复步骤(1)和(2)，直到Pathsvalid遍历完成。最后取到的已选路径列表Pathsused即为最终有效的1：n主备路径列表，下发配置到路由器上，实现业务路径约束。
B1的主备路径计算结果分别如图3和图4所示。
将计算好的1：n主备路径通过控制器下发到源路由器(R5)上，在源路由器上通过segment routing tunnel约束业务的每一跳，使得从R5来的流量按照计算出来的路径走到R6。其中，R1-R6对应的SID分别为16101、16102、16103、16104、16105和16106，支持手动增删改查。
如果创建多个业务，每个业务有不同的策略，则最后算出的路径各不相同，这个时候，会针对不同业务，重复2-6步，下发不同的约束路径到对应的源路由器上，通过SegmentRouting来约束路径，以各个路由器的SID为label，指定路由的每一跳标签，从而实现各自业务的分流。例如，创建两个业务，业务B1从用户1到用户3，业务B2从用户2到用户4，用户3的ip地址为20.13.106.1，用户4的ip地址为20.13.116.1，路径下发成功后，业务B1的路径如图3所示，业务B2的路径如图5所示，业务B1和业务B2的路由追踪如图6所示。
业务创建成功以后，控制器通过多线程实时维护业务的路径更新操作。定时2s更新拓扑链路资源，重新计算业务B1的约束路径，然后与前一次约束路径列表做比对。如果某一索引对应的路径不同，则调用更新路径的方法；如果新列表存在，旧列表不存在，则调用添加路径的方法；如果新列表不存在，旧列表存在，则调用删除路径的方法；以此来实时维护业务路径的可用性，不管全网拓扑链路资源如何动态变化，都可以满足业务的需求。
本发明具有以下特点：(1)基于ip地址段创建业务，并采用绑定时延、带宽等策略；(2)SDN控制器基于底层网络拓扑，计算出端到端的所有可达路径；(3)获取全网链路资源信息，通过带宽和时延要求过滤出满足业务要求的所有可用路径；(4)通过主备不相交原则，过滤出1：n的主备路径，下发Segment Routing配置给底层路由器；(5)多线程维护业务路径更新，配置校验。
以上所述只是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于SR的业务路由计算方法，其特征是，包括以下步骤：
S1，计算不同业务的不同约束路径；
S2，调度现有的拓扑网络资源；
S3，基于全网拓扑计算出业务的主用路径以及多条备用路径；
S4，多线程维护路径配置更新及校验。
2.根据权利要求1所述的一种基于SR的业务路由计算方法，其特征是，所述步骤S1的具体过程为：定义不同的ip业务，收集全网拓扑资源信息，计算不同业务的不同约束路径。
3.根据权利要求1所述的一种基于SR的业务路由计算方法，其特征是，所述步骤S2的具体过程为：当某一条链路无法满足当前业务时，会重新计算该业务的可用路径，然后调整到满足业务资源要求的路径上去。
4.根据权利要求1所述的一种基于SR的业务路由计算方法，其特征是，所述步骤S3的具体过程为：通过Segment Routing的配置方式，下发到路由器上，做到任意两条路径不相交，这样能保障全网拓扑中任意一条链路出现故障时，业务能马上切到备用路径上。
5.根据权利要求2所述的一种基于SR的业务路由计算方法，其特征是，所述计算不同业务的不同约束路径的具体过程为：
针对不同业务的策略类型和权值，基于当前的全网拓扑资源，计算出1：n的保护路径，即一条主用路径和n条备用路径，且任意两条主备路径严格不相交；
基于ip地址段来实现业务分流，不同源地址段到不同目的地址段的业务，分别走不同的约束路径。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于SR的业务路由计算方法，其特征是，所述多线程维护路径配置更新的具体过程为：线程池实时获取网络链路权值信息，立即计算出新的约束路径，然后更新以前的约束路径。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于SR的业务路由计算方法，其特征是，所述基于全网拓扑计算出业务的主用路径以及多条备用路径的具体过程为：
计算Paths中所有可达路径的有效权值We，时延权值De把路径经过的所有链路时延相加，带宽权值Be取路径经过的所有链路中带宽最小的值；
遍历所有路径，如果某条路径De＞10ms或者Be＜100M，则将该路径从列表中删除，最后过滤完不可用路径，剩下的就是满足业务策略要求的可用路径列表Pathsvalid；
随后根据策略需求，如果偏重时延的要求，则将Pathsvalid按照时延做升序排列，最后输出有序的路径列表；如果策略偏重带宽，则将Pathsvalid按照带宽做降序排列，最后输出有序的路径列表。
8.根据权利要求7所述的一种基于SR的业务路由计算方法，其特征是，取Pathsvalid序号为0的最优路径，设定为主用路径Pathprimary；所述备用路径的具体计算过程为：
(1)初始创建一个已选路径列表Pathsused，将Pathprimary添加到Pathsused；
(2)从序号1开始往下取每条路径经过的链路，当第一次检测到序号为i的路径与Pathsused列表里面的所有路径严格不相交时，将该路径添加到已选路径列表Pathsused；
(3)继续从i+1开始，重复(1)和(2)两步，直到Pathsvalid遍历完成；
(4)最后取到的已选路径列表Pathsused即为最终有效的1：n主备路径列表，下发配置到路由器上。
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