CN111245644A - 一种sdn场景下扩展pcep协议自动创建隧道的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的方法及系统，在SDN场景下，基于业务路由目的地自动创建SR‑TE，基于私网路由的color来创建不同转发路径，并且采用SDN控制器为SR‑TE隧道计算符合业务需求的转发路径，可以有效解决解决骨干网目前遇到的配置复杂，网络调整的困难，通过自动创建的SR‑TE隧道和智能的路径算法可以自动匹配业务的需求，做到业务应用驱动网络部署，简化网络部署。

Description

一种SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的方法及系统
技术领域
本发明属于IP骨干网和5G承载网络中的应用技术领域，具体涉及SDN(SoftwareDefined Network，软件定义网络)场景下扩展PCEP协议动态创建隧道，简化网络部署的方法和系统。
背景技术
在新业务、新需求层出不穷的云时代，IP骨干网作为连接各种互联网业务不可或缺的桥梁和纽带，政企和云互联公司各分支机构之间为了共享商业数据，需要将各分支机构联网，以在保证数据存储和传输安全的前提下共享数据。为了达到此目的，各分支机构之间除了租用专线来实现互联外，还可以直接通过公共网络建立基于MPLS的VPN(VirtualPrivate Network，虚拟专用网络)。VPN业务可使用LDP(Label Distribution Protocol，标签分发协议)隧道和RSVP-TE(Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering，基于流量工程扩展的资源预留协议)隧道来承载。
MPLS技术在运营商网络中已有超过十年的成熟应用，但随着网络的发展，LDP和RSVP-TE都存在一些局限性。LDP部署简单，具有天然的ECMP(Equal-Cost Multi-PathRouting，等价多路径)能力，但是重度依赖IGP，导致交互复杂，没有流量工程机制，和IP网络一样，LDP也无法指定转发路径，也就无法做到基于业务要求(时延、带宽、丢包等)的流量调度。RSVP-TE的优势是可以保证带宽和QoS服务(Quality of Service，服务质量)，同时提供丰富多彩的高可靠性保护特性，并且提供了完整的流量工程方案，网络设备可以基于不同的服务等级进行隧道带宽预留和路径计算。但是RSVP-TE由于协议设计和实现的复杂性，在实际应用中遇到了很多问题。比如其复杂的协议交互流程，对设备的软件实现带来了很大的挑战，并且当网络规模不断扩大，TE Tunnel数量逐渐增多，所有隧道路径的首节点、传输节点、尾端节点都需要维护大量的LSP信息，这对于设备性能的消耗十分显著。
如今运营商或者OTT厂商已拥有百万级别的网络设备或者服务器，面对如此庞大的网络，业务部署对网络性能也提出了更加严苛的要求。SR-TE隧道技术应用而生，它简化了控制平面(去除了LDP与RSVP-TE)，源路由能力和无状态特性决定了SR-TE具有良好的扩展性，支持流量工程并且能够与SDN(Software Defined Network，软件定义网络)无缝结合。SDN为网络管理提供了全局视野和实时状态信息，易于实现准确、快速的流量测量和分析，进而实现灵活、动态的流量调度，运用SDN的集中控制优势，为SR-TE隧道快速计算转发路径，实现端到端的路径控制。
云网融合后，运营商需要构建面向数据中心的智能骨干网络，适应云计算时代对骨干网更加灵活、更低成本、更低延迟性、更高的带宽的要求，原来的人工在设备上使用CLI创建SR-TE隧道或者人工在控制器上配置SR-TE隧道，然后和VPN业务进行绑定的方式，配置复杂，操作繁琐，难以维护，无法实现业务快速部署。因此需要提供一种基于SDN场景下的根据业务目的地自动创建SR-TE隧道的方法及系统，以应对业务对SR-TE隧道的需求，实现一种全新的网络理念--应用驱动网络。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供的在SDN场景下，基于业务路由目的地自动创建SR-TE，并且采用SDN控制器为SR-TE隧道计算符合业务需求的转发路径，可以有效解决解决骨干网目前遇到的配置复杂，网络调整的困难，通过自动创建的SR-TE隧道和智能的路径算法可以自动匹配业务的需求，做到业务应用驱动网络部署，简化网络部署。
为了实现发明目的，本发明的技术方案如下，提供了一种SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的方法，所述包括以下步骤：第一转发设备收到第二转发设备的BGP私网路由后，解析出私网路由的下一跳和颜色信息，在第一转发设备本地创建源地址为自身、目的地为私网路由下一跳的隧道；第一转发设备与SDN控制器建立PCEP协议，第一转发设备发送携带路由颜色信息的PCEP协议PCReq报文消息给SDN控制器，所述SDN控制器根据PCReq报文的隧道源目的信息、颜色信息为转发设备计算符合隧道约束信息的转发路径，并且通过PCEP协议的PCRep报文消息回应给所述第一转发设备；所述第一转发设备收到PCRep报文后，解析路径信息，安装到转发表中，自动创建隧道。
本发明还提供SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的系统，所述系统包括需要创建隧道的转发设备、SDN控制器；
所述转发设备包括第一转发设备和第二转发设备，第一转发设备为隧道源，第二转发设备为隧道目的地；第二转发设备发送BGP私网路由请求，第一转发设备接收请求，并解析私网路由信息，将其发送给SDN控制器；
所述SDN控制器接收第一转发设备发送的私网路由信息，与第一转发设备建立PCEP协议，第一转发设备收到PCRep报文后，解析路径信息，自动创建隧道。
进一步的，所述转发设备包括：
BGP私网管理模块，所述BGP私网管理模块用来发送和接收私网BGP路由；
BGP-LS拓扑管理模块，用来收集网络拓扑并且上报给SDN控制器；
PCEP协议管理模块，用来与SDN控制器交互PCEP协议，发送PCReq报文和接收PCRep报文；
隧道管理模块，用于创建隧道实体，与BGP私网路由模块和PCEP模块交互，完成自动创建隧道的流程操作。
进一步的，所述SDN控制器包括：
网络拓扑管理模块，用来管理当前网络的拓扑数据以及为算法模块提供拓扑服务；
路径计算模块，用来根据网络拓扑和隧道约束信息，计算隧道转发路径；
PCEP协议模块，用来解析和处理PCEP协议报文，把路径计算模块计算的转发路径通过PCEP协议下发给转发设备；
颜色信息管理模块，用来关联转发设备上报的颜色信息代表的含义。
有益效果
本发明的各实施例的技术方案的优点包括以下一项或多项：对现有转发设备和SDN控制器的功能扩展以及协议扩展，不涉及转发设备的硬件功能，当前网络的转发设备只需要软件升级即可支持；基于私网路由的color来创建不同转发路径，可以实现不同业务的各自特性需求；基于私网路由下一跳自动创建隧道，实现网络的自动化和智能化；本专利能够结合网络状况，流量特征和应用需求，自动创建业务承载的隧道，满足应用的需求，实现“应用驱动网络”这一最新的网络发展思路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的自动创建隧道实施网络拓扑结构示意图；
图2为本发明所述的PCEP协议交互示意图；
图3为本发明所述的SDN控制器模块架构示意图；
图4为本发明所述的转发设备架构示意图；
图5为本发明所述的基于SDN的自动创建隧道的实现方法逻辑处理流程示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供一种SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的方法，该方法的基本思想可概括为在SDN场景下，基于私网路由创建隧道，并且扩展PCEP协议，让SDN控制器能够根据私网路由的color来创建不同转发路径，可以实现不同业务的特性需求，让业务承载在不同的隧道上；基于私网路由下一跳NextHop和颜色Color自动创建隧道，简化了网络配置，可以实现网络的自动化和智能化。
图1出示了自动创建隧道的网络拓扑结构示例，如图所示，IP骨干网部署SDN控制器，负责隧道路径计算和网络控制；CE1和CE2经过IP骨干网进行互通，PE1到PE8是骨干网转发设备；PE1与PE4建立MP-BGP邻居，用于传递私网路由；PE1与SDN控制器建立PCEP协议，用于请求SDN控制器进行路径计算；CE2通过PE4发布两条私网路由，第一条私网路由为11.11.11.0/24、Color为1、下一跳为PE4的loopback地址1.1.1.4；第二条私网路由为22.22.22.0/24、Color为2、下一跳为PE4的loopback地址1.1.1.4；PE1收到这两条私网路由后，会根据收到的两条私网路由的下一跳NextHop和颜色Color，创建两条到PE4的隧道，两条私网路由的下一跳相同，都是PE4，而Color不同，所以两条隧道的目的地相同，转发路径不同。
图2出示了本发明实施例中的设备与SDN控制器的PCEP协议交互示例，如图所示，
在RFC5440里面，根据协议规范，转发设备如图1中的PE1到PE8，都是路径请求单元(Path Computation Client，PCC)，SDN控制器是路径计算单元(Path ComputationElement，PCE)，PCC与PCE之间交互的协议叫PCEP(Path Computation Element Protocol)。
PCC向PCE发送的路径请求消息PCReq消息格式如下：
Figure BDA0002348884840000041
Figure BDA0002348884840000051
PCE向PCC回应的PCRep消息格式如下：
Figure BDA0002348884840000052
其中<COLOR>对象为本专利新扩展的对象，用于携带Color数值。其格式在RFC5512中定义如下：
Figure BDA0002348884840000053
Type数值为0x03代表扩展对象的类型，sub-type为0x0b代表该扩展对象的团体属性，Reserved是保留字段，Color Value代表具体携带的Color数值。通过在PCEP协议的PCReq消息和PCRep消息扩展Color对象，使转发设备能够传递Color信息到SDN控制器，SDN控制器根据Color的值，为该隧道计算满足该Color要求的转发路径。例如Color 1表示的是时延小于10ms，Color 2表示带宽超过1G，那SDN控制器会分别计算出满足时延小于10ms的和带宽超过1G的两条转发路径。
实施例2
本发明还提供SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的系统，所述系统包括需要创建隧道的转发设备、SDN控制器；
所述转发设备包括第一转发设备和第二转发设备，第一转发设备为隧道源，第二转发设备为隧道目的地；第二转发设备发送BGP私网路由请求，第一转发设备接收请求，并解析私网路由信息，将其发送给SDN控制器；
所述SDN控制器接收第一转发设备发送的私网路由信息，与第一转发设备建立PCEP协议，第一转发设备收到PCRep报文后，解析路径信息，自动创建隧道。
图3出示了本发明实施例中的SDN控制器模块示例，如图所示，该SDN控制器300包括如下模块：
网络拓扑管理模块301，被配置为管理网络拓扑，包含网络的物理拓扑和协议拓扑，为路径算法模块提供拓扑数据；
PCEP协议模块302，被配置为处理PCEP协议PCE部分的模块，包括维护和PCC的协议会话，接收PCReq消息和发送PCRep消息；
路径算法模块303，被配置为控制器根据约束信息和业务的SLA属性进行路径计算，提供例如最小跳数、最小时延、最小metric、带宽均衡等核心算法；
Color管理模块304，被配置为管理Color应用，用来关联转发设备上报的color代表的含义，例如Color 1代表时延10ms，Color 2代表带宽1G，Color 3代表路径必经某个转发网元等；
图4出示了本发明实施例中的转发设备模块示例，如图所示，该转发设备400包括如下模块；
BGP-LS拓扑管理模块401，被配置为管理转发面网络拓扑，并且可以把转发面的网络拓扑上报给SDN控制器；
BGP私网路由管理模块402，被配置为接收和发送私网路由，并能够解析私网路由的信息，解析出私网路由的下一跳NextHop和颜色Color，调用隧道模块自动创建隧道实体；
PCEP协议处理模块403，被配置为处理PCEP协议PCC部分的模块，包括维护和PCE的协议会话，发送PCReq消息和接收PCRep消息；
隧道管理模块404，被配置为自动进行隧道创建，根据BG私网路由传递的本节点和下一跳信息，作为隧道的头尾信息，自动创建隧道。并且调用PCEP模块携带Color信息发送消息给SDN控制器为隧道计算转发路径；
图5出示了根据本发明的实施例的用于自动创建隧道的方法示例性流程图。
在步骤501，502，主要是网络的基础配置，一个是打通转发网元之间的协议通道，例如ISIS协议配置，用于传递私网路由的MP-BGP配置；另外一个就是打通转发网元与SDN控制器之间的控制协议通道，例如用于收集网络拓扑的BGP-LS协议，和用于交互隧道转发信息的PCEP协议。
在步骤503，使用SDN控制器配置转发网元之间的业务信息以及全网的Color信息，如图1，PE1和PE4之间配置L3VPN业务，配置Color信息，Color 1表示的是时延小于10ms，Color2表示带宽超过1G。
在步骤504，CE设备发布私网路由给PE设备，PE设备根据私网路由的配置，为私网路由打上Color属性，并通过MP-BGP协议传递给对端PE设备；如图1，CE2发布两条私网路由，11.11.11.0/24和22.22.22.0/24；在PE4上根据业务的配置，为私网路由携带Color属性，私网路由1：11.11.11.0/24、下一跳为PE4，Color为1；私网路由2：22.0/24、下一跳为PE4，Color为2，传递给对端PE1。
在步骤505、506，对端PE设备收到私网路由后，解析出私网路由的下一跳NextHop和Color属性，调用隧道管理模块自动创建隧道源为自身、隧道目的为私网路由下一跳NextHop的隧道，并且把Color信息封装到PCEP协议的请求计算路径PCReq消息中发送给SDN控制器。
在步骤507，508，SDN控制器收到转发设备发送的PCReq消息后，从消息中解析出隧道源和目的地址、Color信息，根据Color信息，到Color管理模块查询Color代表的含义，例如Color 1表示的是时延小于10ms，Color 2表示带宽超过1G，到SDN控制器的路径计算模块计算满足该Color约束的转发路径；然后控制器把转发路径和Color信息封装到PCEP协议的PCRep消息回应给转发设备。
在步骤509，转发设备收到SDN控制器回应的PCRep消息，解析出隧道的转发路径，下发到转发硬件转发表中，此隧道就自动up起来。后续业务流量到达该转发设备后，会根据路由中携带的Color自动引流到对应的隧道上，达到业务自动触发隧道建立并且实现自动引流，达到应用驱动网络的目的。
以上参照附图描述了根据本发明的实施例的用于实现服务链的方法的示例性流程图。应指出的是，以上描述中包括的大量细节仅是对本发明的示例性说明，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该方法可具有更多、更少或不同的步骤，且各步骤之间的顺序、包含、功能等关系可以与所描述和图示的不同。
根据本发明的各实施例的技术方案的优点包括以下一项或多项：对现有转发设备和SDN控制器的功能扩展以及协议扩展，不涉及转发设备的硬件功能，当前网络的转发设备只需要软件升级即可支持；基于私网路由的color来创建不同转发路径，可以实现不同业务的各自特性需求；基于私网路由下一跳自动创建隧道，实现网络的自动化和智能化；本专利能够结合网络状况，流量特征和应用需求，自动创建业务承载的隧道，满足应用的需求，实现“应用驱动网络”这一最新的网络发展思路
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的方法，其特征在于，所述包括以下步骤：第一转发设备收到第二转发设备的BGP私网路由后，解析出私网路由的下一跳和颜色信息，在第一转发设备本地创建源地址为自身、目的地为私网路由下一跳的隧道；第一转发设备与SDN控制器建立PCEP协议，第一转发设备发送携带路由颜色信息的PCEP协议PCReq报文消息给SDN控制器，所述SDN控制器根据PCReq报文的隧道源目的信息、颜色信息为转发设备计算符合隧道约束信息的转发路径，并且通过PCEP协议的PCRep报文消息回应给所述第一转发设备；所述第一转发设备收到PCRep报文后，解析路径信息，安装到转发表中，自动创建隧道。
2.根据权利要求1所述的一种SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的方法，其特征在于，所述颜色信息的格式在RFC5512中定义如下：
其中，0x03代表扩展对象的类型，0x0b代表该扩展对象的团体属性，Reserved是保留字段，Color Value代表具体携带的Color数值。
3.一种SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的系统，其特征在于，所述系统包括需要创建隧道的转发设备、SDN控制器；
所述转发设备包括第一转发设备和第二转发设备，第一转发设备为隧道源，第二转发设备为隧道目的地；第二转发设备发送BGP私网路由请求，第一转发设备接收请求，并解析私网路由信息，将其发送给SDN控制器；
所述SDN控制器接收第一转发设备发送的私网路由信息，与第一转发设备建立PCEP协议，第一转发设备收到PCRep报文后，解析路径信息，自动创建隧道。
4.根据权利要求3所述的一种SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的系统，其特征在于，所述转发设备包括：
BGP私网管理模块，所述BGP私网管理模块用来发送和接收私网BGP路由；
BGP-LS拓扑管理模块，用来收集网络拓扑并且上报给SDN控制器；
PCEP协议管理模块，用来与SDN控制器交互PCEP协议，发送PCReq报文和接收PCRep报文；隧道管理模块，用于创建隧道实体，与BGP私网路由模块和PCEP模块交互，完成自动创建隧道的流程操作。
5.根据权利要求3所述的一种SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的系统，其特征在于，所述SDN控制器包括：
网络拓扑管理模块，用来管理当前网络的拓扑数据以及为算法模块提供拓扑服务；
路径计算模块，用来根据网络拓扑和隧道约束信息，计算隧道转发路径；
PCEP协议模块，用来解析和处理PCEP协议报文，把路径计算模块计算的转发路径通过PCEP协议下发给转发设备；
颜色信息管理模块，用来关联转发设备上报的颜色信息代表的含义。
6.根据权利要求5所述的一种SDN场景下扩展PCEP协议自动创建隧道的系统，其特征在于，所述颜色信息代表的含义具体为：Color 1代表时延，Color 2代表带宽，Color 3代表路径必经某个转发网元。
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