CN112737951A - 一种公私网混合场景下端到端sr控制方法、系统和可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种公私网混合场景下端到端SR控制方法、系统和可读存储介质，属于IP网络技术领域。针对现有技术中存在的传统SD‑WAN为公私网混合场景，无法实现端到端SR控制的问题，本发明提供一种公私网混合场景下端到端SR控制方法和系统，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，控制器与用户侧设备和网络侧设备均连接，用户侧设备之间通过网络侧设备或虚拟网络侧设备连接。在传输节点设计使用多个SR标签，分别用于公网接入和私网VLAN接入网络侧边缘设备，实现公私网混合场景下SR路径的转发。本发明应用在公私网混合场景下，控制器打通SD‑WAN架构中各设备，保证每一个应用的最优路径，以及系统最优调配。

Description

一种公私网混合场景下端到端SR控制方法、系统和可读存储 介质

技术领域

本发明涉及IP网络技术领域，更具体地说，涉及一种公私网混合场景下端到端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。

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。

如图1所示SD-WAN场景下，用户侧设备CPE下接入租户私网服务，用户侧设备CPE和虚拟网络侧设备VPE之间数据通过公网传输，虚拟网络侧设备VPE和网络侧边缘设备PE之间采用VLAN私网接入，网络侧边缘设备PE之间通过运营商Underlay网络MPLS专线连接。

传统端到端SR应用场景是在运营商的公网PE之间建立SR路径，一个节点编排一个SR标签用于转发数据，然而运营商公网之间的SR路径，仅仅只能控制中间运营商域内的转发路径，在私网场景无法应用。

若要实现对应用的端到端SR控制，即从用户侧设备CPE1到用户侧设备CPE2的端到端SR路径，在应用层实现端到端SR流量控制，两个用户侧设备CPE的端到端之间采用的是公网和私网混合场景，需要通过扩展SR路径，在两个用户侧设备CPE之间建立端到端的Overlay层的SR路径。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的传统SD-WAN为公私网混合场景，无法实现端到端SR控制的问题，本发明提供一种公私网混合场景下端到端SR控制方法、系统和可读存储介质，在传输节点设计使用多个SR标签，通过SD-WAN控制器编排，实现端到端的SR控制。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种公私网混合场景下端到端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，用户侧设备与虚拟网络侧设备，以及网络侧边缘设备之间通过公网连接，虚拟网络侧设备和网络侧边缘设备之间通过私网连接；控制器根据用户侧设备业务需求生成端到端SR路径，控制器将所述端到端SR路径解析后在UDP层表示，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，在公私网混合场景上同样适用，为每一个应用端到端提供最优调配，实现更细粒度的控制。

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。

更进一步的，所述虚拟网络侧设备生成分别用于公网场景和私网场景的SR标签，根据场景进行SR标签解析。对于公私网混合场景，在端到端SR路径标识时，通过不同的SR标签进行区分，在公网场景中通过公网SR标签解析数据进行操作，在私网场景中通过私网SR标签解析数据进行操作。

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SR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，所述网络侧边缘设备之间通过MPLS专线连接。网络侧边缘设备一般为运营商终端，不同的网络侧边缘设备之间通过MPLS专线连接。一般来说，由于网络侧边缘设备的特殊性，SD-WAN架构中的控制器与网络侧边缘设备不连接，但在接口允许的情况下该连接是可以实现的。

一种公私网混合场景下端到端SR控制系统，使用所述的一种公私网混合场景下端到端SR控制方法，所述系统包括控制器、用户侧设备、网络侧边缘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，用户侧设备通过公网与虚拟网络侧设备连接，虚拟网络侧设备通过私网与网络边缘侧连接，网络边缘侧设备之间也通过公网连接。控制器打通所有设备，自动生成用户侧设备、网络边缘设备和虚拟网络侧设备的全连接。

更进一步的，所述网络侧边缘设备为电信机房，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。

更进一步的，所述虚拟网络侧设备包括分别用于公网场景和私网场景的SR标签。针对公私网混合场景，分别针对公网和私网设计不同的SR标签，一个用于客户侧设备公网接入，另一个用于私网VLAN接入网络侧边缘设备；控制器编排两种标签，实现公私网混合场景下SR路径的转发。

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公私网混合场景下端到端SR控制方法。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本发明一种公私网混合场景下端到端SR控制方法和系统，基于SD-WAN场景，通过SD-WAN架构中的控制器断则端到端SR路径，所述端到端SR路径通过UDP层的UDP-SR协议实现，在端到端SR路径的选择中，支持公私网混合场景，即兼容传统运营商SR路径，实现应用端到端在Overlay层的SR流量控制管理。控制器通过VLAN和租户私网映射，控制器负责管理用户侧设备下租户私网信息和虚拟网络侧设备上接入VLAN的映射关系，保证租户私网信息在进入运营商网络时不会丢失；在虚拟网络侧设备节点设计两个SR标签分别对应公网和私网混合场景，在公私网混合场景下，控制器打通SD-WAN架构中各设备，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为本发明公司网混合场景架构图；

图3为本发明公司网混合场景下端到端SR控制方法流程图。

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，网络侧边缘设备，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。

VLAN：Virtual Local Area Network，虚拟局域网，是一组逻辑上的设备和用户，这些设备和用户并不受物理位置的限制，可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来，相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样，与传统的局域网技术相比较，VLAN技术灵活性更强。

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、网络侧边缘设备PE和虚拟网络侧设备VPE，控制器与用户侧设备CPE、网络侧边缘设备PE和虚拟网络侧设备VPE均连接，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；网络侧边缘设备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和若干个网络侧边缘设备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，网络侧边缘设备PE一般使用电信机房。

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。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 SID表示网络中的一个目的节点，它给设备的指令是处理SRH，更新目的地址字段，然后查找路由表进行报文转发。

如图2所示为本实施例公私网混合场景示意图，虚拟网络侧设备VPE1通过VLAN私网接入网络侧边缘设备PE1，假设租户vpn1映射到vlan1；虚拟网络侧设备VPE1上生成两个SR标签，第一个SR标签是公网标签2.2.2.2:END，用于公网场景；第二个SR标签是私网标签10.1.1.1:VLAN1，用于私网接入网络边缘设备PE1。VPE2上也会生成两个SR标签，第一个SR标签是公网标签2.2.2.2:END.X，用于公网场景表示转发；第二个SR标签是私网标签20.1.1.1:END，用于表示终结运营商私网。

控制器收集用户侧设备CPE、虚拟网络侧设备VPE和网络侧边缘设备PE上的SR转发标签，根据网络拓扑计算应用之间端到端SR路径，编排SR转发标签，所述应用之间端到端SR路径即用户侧设备CPE之间的端到端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

公私网混合场景下端到端SR控制方法如图3所示流程，具体步骤如下：

步骤S1、控制器根据用户侧设备CPE的业务需求规划端到端SR路径。

控制器与用户侧设备CPE、虚拟网络侧设备VPE和网络侧边缘设备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。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。

租户私网流量进入用户侧设备CPE1，用户侧设备CPE1根据业务需求匹配流量特征选择匹配SR路径。用户侧设备CPE1向虚拟网络侧设备VPE1转发的流量中携带控制器提前计算好的SR路径标签栈；该SR路径标签在UDP层采用UDP-SR协议实现。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:END的设备发送数据。

步骤S2、用户侧设备CPE1根据端到端SR路径将数据发送至虚拟网络侧设备VPE1。

虚拟网络侧设备VPE1收到用户侧设备CPE1流量，识别SID标签2.2.2.2:END是本地标签，弹出标签；读取下一个SID标签10.1.1.1:VLAN1标签，找到出接口和下一跳转发报文；除去报文的外层IP，由于VPE1与PE1之间通过私网连接，需要再读取获取下一层针对私网的SR标签10.1.1.1:VLAN1，本实施例使用20.1.1.1作为外层IP目的地址。

步骤S3、虚拟网络侧设备VPE1经网络侧边缘设备PE1将数据发送至PE2。

网络侧边缘设备PE1收到流量，查20.1.1.1路由，通过运营商Underlay SR路径或者传统的MPLS专线路径转发流量至网络侧边缘设备PE2。

网络侧边缘设备PE2收到PE1传入的流量，查20.1.1.1路由转发流量。

步骤S4、网络侧边缘设备PE2根据端到端SR路径将数据发送至虚拟网络侧设备VPE2。

虚拟网络侧设备VPE2收到网络侧边缘设备PE2流量，识别SID标签20.1.1.1:END是本地标签，弹出标签，读取下一个标签是3.3.3.3:END.X，找到出接口和下一跳向用户侧设备CPE2转发报文；除去报文的外层IP，需要再读取SID标签3.3.3.3:END.X的下一层标签获取，本实施例使用SID标签4.4.4.4作为外层IP目的地址。

步骤S5、用户侧设备CPE2收到流量后进行数据转发和传输。

用户侧设备CPE2收到虚拟网络侧设备VPE2流量，在UDP-SR报文中识别SID标签4.4.4.4:vpn1，根据SID标签把流量向租户vpn1私网回到传统私有路由转发模型转发流量，即根据报文里的目的地址查找实例路由表进行转发。

本实施例SD-WAN架构中控制器连接用户侧设备CPE、虚拟网络侧设备VPE和网络侧边缘设备PE，并根据业务质量和业务需求自动选择最佳路径，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。在公私网混合场景下，设计针对公网和私网两种不同的SR标签进行解析。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。

本实施例一种公私网混合场景下端到端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)

1.一种公私网混合场景下端到端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，用户侧设备与虚拟网络侧设备，以及网络侧边缘设备之间通过公网连接，虚拟网络侧设备和网络侧边缘设备之间通过私网连接；控制器根据用户侧设备业务需求生成端到端SR路径，控制器将所述端到端SR路径解析后在UDP层表示，实现用户侧设备的端到端SR控制。

2.根据权利要求1所述的一种公私网混合场景下端到端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，所述虚拟网络侧设备生成分别用于公网场景和私网场景的SR标签，根据场景进行SR标签解析。

4.根据权利要求3所述的一种公私网混合场景下端到端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所述的一种公私网混合场景下端到端SR控制方法，其特征在于，所述SR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5所述的一种公私网混合场景下端到端SR控制方法，其特征在于，所述网络侧边缘设备之间通过MPLS专线连接。

7.一种公私网混合场景下端到端SR控制系统，其特征在于，使用如权利要求1-6任意一项所述的一种公私网混合场景下端到端SR控制方法，所述系统包括控制器、用户侧设备、网络侧边缘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，用户侧设备通过公网与虚拟网络侧设备连接，虚拟网络侧设备通过私网与网络边缘侧连接，网络边缘侧设备之间也通过公网连接。

8.根据权利要求7所述的一种公私网混合场景下端到端SR控制系统，其特征在于，所述网络侧边缘设备为电信机房，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。

9.根据权利要求8所述的一种公私网混合场景下端到端SR控制系统，其特征在于，所述虚拟网络侧设备包括分别用于公网场景和私网场景的SR标签。

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1-6中任意一项所述的一种公私网混合场景下端到端SR控制方法。

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