CN112671650B - Sd-wan场景下的端到端sr控制方法、系统和可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种SD‑WAN场景下基于控制器的端到端SR控制方法和系统，属于IP网络技术领域。针对现有技术中存在的SD‑WAN网络框架中通过MPLS网络SD‑WAN控制器无法做到端到端的源路由控制，控制粒度不够，本发明提供一种SD‑WAN场景下基于控制器的端到端SR控制系统，所述系统包括控制器、用户侧设备、网络侧设备和虚拟网络侧设备，所述系统通过SD‑WAN控制器在UDP层采用UDP‑SR协议实现端到端SR控制，将各个设备之间通过SD‑WAN控制器打通，实现端到端SR控制。本发明通过在UDP层使用SID实现端到端SR控制，实现端到端的SR源路由功能，根据应用的网络质量和流量需求，为每一个应用提供端到端最优路径配置，实现更细粒度的控制。
Description
技术领域
本发明涉及IP网络技术领域，更具体地说，涉及一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法、系统和可读存储介质。
背景技术
SD-WAN(Software-Defined WAN)即软件定义广域网，通过利用虚拟化技术，综合利用多条共有或私有链路，让普通链路能够达到专线的网络质量，降低流量成本，还可以根据现网情况及配置的策略，自动选择最佳路径，实现负载均衡，保证网络质量，是一种能够取代传统广域网络的新的技术，这种技术重要解决传统互联网线路不稳定、专线造价昂贵的问题，还能满足未来线路对于应用的即时性和实时性。
传统的SD-WAN网络架构是在Internet和MPLS专线的架构上，多了一个SD-WAN控制器，管理员可以通过应用层接口对SD-WAN控制器进行配置，也可以下发vFW(虚拟防火墙，Firewall)、vWOC(虚拟广域网优化控制器，WAN Optimization Controller)功能到CPE，实现相应的功能，所谓的软件定义即将硬件的更多能力抽取出来交给统一的软件控制权管理。
传统架构中SD-WAN控制器主要功能是在vCPE(Virtual CPE，虚拟客户端设备)为用户选择更优的接入方式。举例来说，对于视频会议等对网络质量要求更高的应用，就把优先级和QoS设得高一点；对于文字聊天等对网络质量要求不高的应用，优先级和QoS级别就设置低一点，使用LTE之类的网络。这样一来，企业用户对MPLS专线的依赖大大降低，普通光纤宽带和4G也能派上用场。用户的带宽利用率提升，流量成本也可以随之下降。
SD-WAN控制器目前的选择路径仅仅只能选择走哪种路径，比如通过MPLS，或LTE等。如果走MPLS网络，SD-WAN控制器还无法做到端到端的源路由(Segment Routing)，也就是更细粒度的控制。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的SD-WAN网络框架中SD-WAN控制器无法做到端到端的源路由，控制粒度不够，本发明提供一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法、系统和可读存储介质，设计UDP-SR报文，结合SD-WAN控制器，实现端到端的SR源路由功能，保证系统最优调配。
2.技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法，控制器收集网络拓扑中用户侧设备、虚拟网络侧设备和网络侧设备信息，控制器根据用户侧设备业务需求生成端到端SR路径，控制器根据所述端到端SR路径在UDP层实现用户侧设备的端到端SR控制。本发明在SD-WAN架构下，通过控制器在UDP层实现端到端SR控制，将各个设备通过控制器打通，为每一个应用端到端提供最优调配。
更进一步的，所述用户侧设备之间端到端SR路径采用UDP-SR协议实现。控制器使用UDP-SR技术，为业务动态计算端到端SR路径，实现更细粒度的控制。
更进一步的，控制器根据收集到的用户侧设备、虚拟网络侧设备和网络侧设备信息，根据指定用户侧设备路由信息生成端到端SR路径；采用UDP-SR协议生成表示SR路径的SID标签，根据解析后的路径SID标签进行数据传输。控制器收集网络架构各设备信息后根据实际的业务需求生成端到端SR路径，将该端到端SR路径通过UDP-SR协议表示，根据UDP-SR协议中的SID标签进行数据传输，实现更细粒度的控制。
更进一步的，所述UDP-SR协议端口号自定义。本发明使用特殊的端口号用以表示该协议用于UDP-SR场景，该端口号根据需要自定义。
更进一步的，所述SID标签长度为2N位，前N位为可寻址的设备地址，后N位为表示转发能力的功能编号。UDP-SR协议根据应用场景自定义SID，SID包括设备地址和功能编号，以实现各种场景下的可编程转发能力。
更进一步的，SID标签中使用End.X SID标签表示该设备为网络中的一个临接，用于标识网络中的链路；使用表示网络侧设备类型的End.DT4 SID标签，用于标识网络中的IPv4 VPN实例。End.X SID对于设备的指令是处理SRH，更新目的地址字段然后从End.X SID指定的出接口转发报文。End.DT4 SID给设备的指令是解封装报文，去除外层的SRH和报文头，接收端的用户侧设备接收到报文后，剥离UDP-SR报头，使用内层报文目的IP地址查询发送端的用户侧设备。
更进一步的，所述端到端SR路径为Overlay层路径或Underlay层路径。Overlay层在本发明中指的是一种网络架构上叠加的虚拟化技术模式，上层应用只与虚拟网络有关，与之对应的传统网络即Underlay层网络。本发明通过SD-WAN控制器自动生成用户侧设备和网络侧设备的Overlay层连接，采用UDP-SR实现，同时也支持跨运营商Underlay SR路径的功能。
一种SD-WAN场景下基于控制器的端到端SR控制系统，使用所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法，所述系统包括控制器、用户侧设备、网络侧设备和虚拟网络侧设备，控制器与用户侧设备和虚拟网络侧设备均连接，用户侧设备连接虚拟网络侧设备，虚拟网络侧设备还连接网络侧设备。
更进一步的，所述网络侧设备为电信机房，所述虚拟网络侧设备为电信机房或数据中心，所述用户侧设备为交换机或路由器。
本发明所述端到端SR控制系统基于SD-WAN架构，SD-WAN架构上设置一个控制器，数据的转发功能保留在设备端，将控制功能集成到控制器，控制器收集SD-WAN架构中所有设备信息和业务需求，统一管理，一方面降低网络维护难度缩短网络部署周期，降低运维成本，另一方面使用控制器集中控制不需在针对硬件设计和安装对应的软件系统，硬件可通用化，降低系统成本。
一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被计算机执行时可实现所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法。
本发明公开一种SD-WAN场景下基于控制器的端到端SR控制方法、系统和存储介质，基于SD-WAN架构，在UDP层采用UDP-SR协议实现端到端的SR控制，控制器可以做到根据路由器信息自动规划控制，控制效率高速度快，还可以做到为每一个应用提供端到端最优调配，实现更细粒度的控制，降低系统部署难度和硬件成本。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本发明基于SD-WAN场景，通过SD-WAN架构中控制器动态收集切片拓扑的网络质量，根据网络质量动态调整SR路径。私网路由仅仅在用户侧设备CPE的接入侧，SD-WAN架构设备中的VPE或PE等转发设备不需要引入私网路由，提高扩展性。本发明在传统SD-WAN场景下，通过控制器使用UDP-SR协议在UDP层，为不同业务生成端到端的SR路径，实现端到端SR控制，做到更细粒度的控制。将端到端SR控制在UDP层实现，将各个设备通过SD-WAN架构中的控制器打通，通过在UDP层的端到端SR控制，实现端到端的SR源路由功能，保证每一个应用的最优路径，以及系统最优调配。
附图说明
图1为本发明SD-WAN系统架构图；
图2为本发明SD-WAN场景下基于控制器的端到端SR控制方法。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
实施例1
为便于说明本发明的技术方案，首先对本发明所涉及的名词进行解释：
PE:Provide Edge，网络侧设备，通常要求具备封装与解封装能力；一般来说，PE设备是汇聚层设备，接入的是经过CPE设备处理过之后的数据，所以PE重点能力不是接入，而是汇聚、封装/解封装；
VPE:Virtual Provide Edge，类似传统的PE设备，在本实施例所述场景中表示虚拟的PE设备，可以是一个虚拟机；
CPE:Customer Provide Edge，用户侧的设备，一般用于接入用户，可以是接入终端用户的交换机、路由器、路由交换机、IAD和各种MAN/WAN设备，一般来说CPE设备具备丰富的接口，能够接入各种设备，但是数据处理能力不需要特别强。
MPLS：Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换，是一种高效且可靠的网络传输技术，MPLS专线，就是一种基于MPLS技术的广域网服务专利线路。MPLS专线的优势在于可靠稳定，安全有保障，但是其也有如成本高，部署难度大时间长等缺点。
SR：Segment Routing，SR是一种源路由机制，最早由思科提出，用于优化MPLS的网络能力，可以使网络获得更佳的可扩展性，并以更加简单的方式提供TE、FRR、MPLS VPN等功能。
VPN：Virtual Private Network，虚拟专用网络，即在正常的物理连接基础上，虚拟出了一个专用通道，保证通信的隔离和保密。根据基于的网络不同，VPN通常还包括Ipsec-VPN和MPLS-VPN。
如图1所示SD-WAN系统架构图，所述系统包括控制器、用户侧设备CPE、网络侧设备PE和虚拟网络侧设备VPE，控制器与用户侧设备CPE和虚拟网络侧设备VPE均连接，一般来说，由于网络侧设备的特殊性，SD-WAN架构中的控制器与网络侧设备不连接，但在接口允许的情况下该连接是可以实现的。用户侧设备CPE与虚拟网络侧设备VPE之间通过Internet连接，虚拟网络侧设备VPE汇聚用户侧设备CPE流量，通过控制器实现数据转发，将数据发送给设备PE；网络侧设备PE之间通过MPLS专线连接实现数据传输。可以看出，整个网络架构主体还是Internet和MPLS专线，只是在架构上设置了一个控制器，控制器将网络架构中的控制功能集成，统一管理，提高系统控制管理速度和效率。
具体的，系统包括至少一个控制器、若干个用户侧设备CPE、若干个虚拟网络侧设备VPE和若干个网络侧设备PE；用户侧设备CPE为SD-WAN中边缘接入设备，用户通过用户侧设备CPE与虚拟网络侧设备VPE连接。应用中，用户侧设备CPE可以为交换机、路由器等分支路由设备，虚拟网络侧设备VPE一般为数据中心或电信机房，网络侧设备PE一般使用电信机房。
控制器收集并计算网络切片拓扑，当用户侧设备CPE之间需要业务互通时，控制器根据业务的质量要求，选择对应网络切片拓扑上CPE端到端的SR路径。在路径选择时对于网络质量要求高的，将优先级和QoS设得高一点，对于文字聊天等网络质量要求较低的，将优先级和QoS设置的低一点。控制器自主选择最佳路径即根据SD-WAN控制器根据现网情况和如业务质量要求等配置策略。
本实施例所述用户侧设备CPE之间端到端SR指的是Overlay层的路径，采用UDP-SR实现，同时也支持跨运营商Underlay SR路径的功能。Overlay层在此处指的是一种网络架构上叠加的虚拟化技术模式，如通过Ipsec协议封装，上层应用只与虚拟网络有关；与之对应的传统网络即Underlay层网络，如通过MPLS协议封装，两者主要区别在于封装的位置不一样。
本实施例在SD-WAN场景下通过UDP层进行端到端SR控制，使用的UDP-SR协议的报文头格式如表1所示。
表1
如表1所示，本实施例所述UDP-SR协议，包括源端口号、目的端口号、UDP长度、UDP校验和、数据等内容，其中UDP端口号为4500表示该协议用于UDP-SR场景，该端口号可根据场景需要自定义。
在IPv4场景下，UDP-SR协议支持自定义SID，以实现各种场景下的可编程转发能力。本实施例中SID长度是64bit，前32bit表示可寻址的设备地址，后32bit表示本地的function ID，不同的function ID代表不同的转发能力，所述SID可根据应用场景不同自定义。
SD-WAN架构中控制器自动生成用户侧设备CPE、虚拟网络侧设备VPE和网络侧设备PE的Overlay层连接并根据业务质量和业务需求自动选择最佳路径。虚拟网络侧设备VPE之间通过运营商的网络侧设备PE实现全连接，用户侧设备CPE和虚拟网络侧设备VPE之间优选最优路径，控制器触发收集Overlay层链路的质量属性，构建指定网络质量的网络切片拓扑，所述网络质量包括时延最小，丢包最小或算力最大等。控制器根据设备CPE用户侧业务流量对质量的要求，在对应的网络切片计算用户侧设备CPE端到端的SR路径，该SR路径根据应用的业务流量和网络质量由控制器选择，为每一个应用保证端到端最优配置，实现对业务流量更细粒度的控制。
如图2所示SD-WAN场景下基于控制器的端到端SR控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：控制器收集用户侧设备CPE和虚拟网络侧设备VPE和网络侧设备PE信息，动态生成Overlay层的拓扑，且每条链路都通过探针检测收集质量属性。
控制器与用户侧设备CPE、虚拟网络侧设备VPE和网络侧设备PE均连接，生成基于SDN的SD-WAN网络架构，控制器收集SD-WAN架构中各设备的质量属性，包括时延、丢包率或算力等网络质量参数，以及各用户侧设备中具体应用的业务流量需求等。
步骤S2：控制器收集设备CPE侧租户私网路由，动态生成SR路径。
如图2所示SD-WAN架构，用户侧设备CPE1与CPE2之间生成的时延最小的端到端SR路径表示为：CPE1-VPE1–(PE1-PE2)-VPE2-CPE2。使用SID在用户侧设备CPE的租户私网侧动态生成END.DT4 SID，网络侧设备VPE侧生成END.X SID。
通过UDP-SR协议在UDP层对上述端到端SR路径进行表示。SID为设备可自定义参数，End.X SID表示该设备为网络中的一个临接，用于标识网络中的某条链路，对于设备的指令是处理SRH，更新目的地址字段然后从End.X SID指定的出接口转发报文。End.DT4 SID表示一种PE类型的Endpoint SID，给设备的指令是解封装报文，去除外层的SRH和报文头，根据剩余报文里的目的地址查找IPv4 VPN实例路由表进行转发，用于标识网络中的某个IPv4VPN实例。
用户侧设备CPE2租户私网侧首先生成END.DT4类型SID标签，表示CPE2为端到端目标设备，在UDP-SR协议中用4.4.4.4:vpn1表示。虚拟网络侧设备VPE2和用户侧设备CPE2之间，以及虚拟网络侧设备VPE2和网络侧设备PE2之间的Overlay链路，生成END.X类型SID标签，表示网络侧设备PE2将数据转发至虚拟网络侧设备VPE2，VPE2将数据转发至CPE2，在UDP-SR协议中用3.3.3.3:END.X表示。网络侧设备PE1和PE2之间使用MPLS专线，为Underlay链路，在图2中架构场景是虚拟网络侧设备VPE和网络边缘侧设备PE背靠背连接，使用VLAN接入公网MPLS专线隧道。虚拟网络侧设备VPE1和网络侧设备PE1之间，以及虚拟网络侧设备VPE1和用户侧设备CPE1之间的Overlay链路，同样生成END.X类型SID标签，表示CPE1将数据转发至VPE1，VPE1将数据转发至PE1，由于VPE和PE间需要场景上通过VLAN接入，出接口使用VLANIF口，在UDP-SR协议中用2.2.2.2:vlan1表示。
步骤S3：控制器根据SR路径进一步解析算法和路径，通过UDP-SR协议中的路径标签进行数据转发和传输。
控制器通过用户侧设备CPE1租户私网侧收到业务流量，通过配置引入策略，匹配流量特征，在对应的网络切片拓扑中找到对应的SR路径，控制器根据SR路径进一步解析算法和路径，通过UDP-SR协议中的路径标签从下至上进行数据传输。流量负载payload前面会封上UDP-SR头，UDP端口号设置4500作为特殊端口使用，通过UDP-SR协议表示当前CPE1的SID标签为1.1.1.1，需向SID标签为2.2.2.2:vlan1的设备发送数据。
虚拟网络侧设备VPE1的SID标签为2.2.2:vlan1，流量数据从用户侧设备CPE1发送到虚拟网络侧设备VPE1后，先识别UDP-SR报文，当前SID标签是2.2.2.2:vlan1，表示对应的转发动作是需要虚拟网络侧设备VPE2转发的报文，且需要封VLAN头，虚拟网络侧设备VPE1端配置对应映射关系，通过VLAN接入网络侧设备PE1。
网络侧设备PE1收到VLAN报文后，通过VLAN识别是哪个租户的流量，触发响应动作。报文按照传统的Underlay转发模型，通过MPLS专线隧道转发至网络侧设备PE2，然后通过网络侧设备PE2发送至虚拟网络侧设备VPE2。
虚拟网络侧设备VPE2的SID是3.3.3.3:END.X，VPE2收到报文，识别UDP端口号是4500，表示进行UDP-SR报文处理，虚拟网络侧设备VPE2配置对饮映射关系，向用户侧设备CPE2转发报文。
用户侧设备CPE2的SID是4.4.4.4:vpn1；用户侧设备CPE2收到UDP-SR报文，在用户侧设备CPE2租户私网侧剥掉UDP-SR头，使用vpn1和内层报文的目的IP地址，查询私网路由回到传统私有路由转发模型，根据剩余报文里的目的地址查找IPv4 VPN实例路由表进行转发。
本发明在SD-WAN场景下，通过控制器获取端到端SR路径，在UDP层使用SID通过UDP-SR协议实现端到端SR控制，进而实现端到端的SR源路由功能，上层应用通过SD-WAN控制器直接控制各网络设备，为每一个应用的端到端保证最优配置，实现对业务流量更细粒度的控制。
本实施例所述SD-WAN场景下基于控制器的端到端SR控制方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (10)
1.一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法，其特征在于，控制器收集网络拓扑中用户侧设备、虚拟网络侧设备和网络侧设备信息，控制器根据用户侧设备业务需求生成端到端SR路径，控制器根据所述端到端SR路径在UDP层实现用户侧设备的端到端SR控制。
2.根据权利要求1所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法，其特征在于，所述用户侧设备之间端到端SR路径采用UDP-SR协议实现。
3.根据权利要求2所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法，其特征在于，控制器根据收集到的用户侧设备、虚拟网络侧设备和网络侧设备信息，根据指定用户侧设备路由信息生成端到端SR路径；采用UDP-SR协议生成表示SR路径的SID标签，根据解析后的路径SID标签进行数据传输。
4.根据权利要求3所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法，其特征在于，所述UDP-SR协议端口号自定义。
5.根据权利要求3所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法，其特征在于，所述SID标签长度为2N位，前N位为可寻址的设备地址，后N位为表示转发能力的功能编号。
6.根据权利要求3所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法，其特征在于，SID标签中使用End.X SID标签表示该设备为网络中的一个临接，用于标识网络中的链路；使用表示网络侧设备类型的End.DT4 SID标签，用于标识网络中的IPv4 VPN实例。
7.根据权利要求3所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法，其特征在于，所述端到端SR路径为Overlay层路径或Underlay层路径。
8.一种SD-WAN场景下的端到端SR控制系统，其特征在于，使用如权利要求1-7任意一项所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法，所述系统包括控制器、用户侧设备、网络侧设备和虚拟网络侧设备，控制器与用户侧设备和虚拟网络侧设备均连接，用户侧设备连接虚拟网络侧设备，虚拟网络侧设备还连接网络侧设备。
9.根据权利要求8所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制系统，其特征在于，所述网络侧设备为电信机房，所述虚拟网络侧设备为电信机房或数据中心，所述用户侧设备为交换机或路由器。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被计算机执行时可实现如权利要求1-7中任意一项所述的一种SD-WAN场景下的端到端SR控制方法。
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