CN113114641A - 一种单cpu实现协议nsr的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单CPU实现协议NSR的方法及系统，涉及数据和IP传输通信设备领域，包括：将协议逻辑实体分割为协议会话和协议计算两个进程，并拆分到两个硬件上部署，设置监控进程监测协议计算进程运行状态；协议动态运行过程中，协议计算进程收集运行过程的关键数据备份至备份数据库，并随运行过程实时刷新；监控进程检测到协议计算进程异常或人为退出时，监控进程建立新的协议计算进程，从备份数据库中恢复关键数据信息；新协议计算进程完成数据恢复后和设备协议会话进程保持握手关系，重新建立新的交互关系，完成新协议计算进程的加载升级。本发明的单CPU实现协议NSR的方法及系统提高了单主控下多核CPU资源利用率。

Description

一种单CPU实现协议NSR的方法及系统

技术领域

本发明涉及数据和IP传输通信设备领域，具体涉及一种单CPU实现协议NSR的方法及系统。

背景技术

随着5G移动互联网和物联网(IoT，Internet ofThings)的爆炸性发展，各种各样不同要求和特性的新兴服务、业务在5G网络中频繁部署，这些服务、业务对5G网络带宽、时延等要求较高，如果网络设备主控发生故障，转发业务不能及时恢复将造成重大损失。为了减少设备主控故障对业务的影响，提高网络的可靠性，主控CPU需要支持协议NSR(NoneStop Routing，不中断路由)，尤其单CPU场景下支持协议NSR，即单CPU在主要进程故障、在线升级等，协议部分进程重新启动，但业务不中断，能保证业务正常运行，满足通信设备高可靠性要求。

根据通信网络设备的功能架构不同，5G网络设备可以分为分布式和集中式，通常集中式设备使用单CPU处理控制平面信令业务和转发平面表项管理，网络震荡时，CPU资源常常不足，通常只有更换高主频CPU才能提升性能，而CPU频率增加是极为有限的，且会极大增加设备成本。这种情况下单CPU遇到网络震荡，设备规格性能很难达到要求，而通信网络协议(包括但不限于OSPF/ISIS/BGP/LDP/RSVP/LACP/STP/VRRP等)通常集中式部署，即协议进程部署在一个CPU核上面，对设备CPU资源性能要求极高。

分布式设备主控板卡冗余条件下，可采用主备备份来实现NSR，但集中式设备或单主控CPU环境下，动态协议(IGP/BGP/LDP/RSVP/LACP/ARP/NDP/STP/VRRP)状态和TCP/IP协议栈均没有动态备份，无主备备份机制，没有热备，无法实现NSR，当主控系统故障或者协议进程异常，即动态协议业务邻居断邻，协议生成的业务管理表项也不存在，导致业务发生中断，对网络业务产生极大的影响，不能满足通信设备业务高可靠性的要求。虽然集中式设备可以采取NSF+GR实现业务不中断，但依赖邻居HELPER支持能力，需要邻居开启GR功能，能进行协议GR协商，不具备全适应性，不能在市场推广，因此单CPU实现协议NSR也是迫在眉睫。

针对上述问题，现有公开技术有一定的探索：如中国专利CN201910008945.0“在不支持NSR的分布式设备中实现LACP NSR的方法及系统”中，仅针对LACP协议实现NSR方法系统，且适用在主备主控盘场景下，不能解决单CPU场景NSR问题。中国专利CN201910253442.X“路由不间断方法和主控板”主要是针对TCP热备实现协议NSR过程。中国专利CN201510682644.8“一种路由器中分布式协议的实现方法及系统”中主要强调了分布式设备形态下分担主控IGP压力，且该分布式只适用IGP该协议分布式部署和NSR无关，其适用范围有限；而中国专利CN201410055000.1“路由协议重启后不间断路由的实现方法和装置”技术方案中，需要依赖和邻居协商hello时间参数，不是通过邻居保活机制，存在部分协议如BGP和OSPF无法实现，如果应用到单主控上存在局限无法实现NSR。

可见，现有技术仍难以解决集中式设备单CPU同时处理控制平面信令业务和转发平面表项管理业务；以及设备达到一定量规格，网络震荡时，CPU资源不能满足设备要求，设备收敛速度达不到要求，单CPU性能无法充分发挥的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种单CPU实现协议NSR的方法及系统提高了单主控下多核CPU资源利用率，提高了协议性能，整机软件规格，增加了协议收敛速度并采用协议PC快速收敛出路径的变化。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

在一个方面，本发明提供一种单CPU实现协议NSR的方法，该方法包括：

S1、将协议逻辑实体按协议的逻辑功能分割为协议会话和协议计算两个进程，并拆分到两个硬件上实体部署，并设置监控进程监测协议计算进程运行状态；

S2、协议动态运行过程中，协议计算进程收集运行过程的关键数据备份至备份数据库，并随运行过程实时刷新；

S3、监控进程检测到协议计算进程异常或人为退出时，监控进程建立新的协议计算进程，新协议计算进程启动时，从备份数据库中恢复关键数据信息；

S4、新协议计算进程完成数据恢复后和设备协议会话进程保持握手关系，重新建立新的交互关系，完成新协议计算进程的加载升级。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S2具体包括：

协议会话进程从邻居收到路径、标签相关信息的报文时，通过PSI接口传递至协议计算进程；

协议计算收到所述报文后进行加工处理，生成包括链路状态数据库，全网拓扑信息，路径标签信息，协议状态机的处理数据；

从所述处理数据中选取关键数据以关键字形式组织备份到备份数据库；

协议动态运行过程中，协议计算进程将关键数据进行备份，同时以关键字形式刷新相应的条目信息。

在上述技术方案的基础上，所述关键数据包括接口链路、LSDB、链路拓扑的信息。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S4数据恢复过程中，如有从备份数据库数据加载相同关键字数据的条目，则以协议会话进程发送的最新数据为准，更新备份数据库恢复的条目数据；如不存在相同关键字数据条目，则以备份数据库恢复的数据为准。

在上述技术方案的基础上，还包括：

所述步骤S3中，当协议计算进程异常或退出时，协议会话进程按原设置缓存与协议计算进程之间路由通告的消息，通告的所述消息包括状态、路径、标签信息；

所述步骤S4中，协议会话进程学习到协议计算进程异常退出重启，触发将本地协议会话进程缓存的路由通告消息发给协议计算进程进行处理更新，重新计算协议状态、路径可达性、标签有效性信息。

在上述技术方案的基础上，在运行设备为集中式设备时，协议计算进程运行于主控CPU的第一核上，协议会话进程运行于主控CPU的第二核上；在运行设备为分布式设备时，协议计算进程运行于主控板卡上，协议会话进程运行于转发板卡上。

在上述技术方案的基础上，在步骤S4后，还包括：

进入新的备份流程，将新产生的数据备份到备份数据库，使备份数据库始终保持与最新的关键数据信息同步。

在第二方面，本发明还提供一种单CPU实现协议NSR的系统，该系统包括：

协议计算单元，用于在协议动态运行过程中，处理协议收敛计算、状态更新，以及收集运行过程的关键数据备份至备份数据库，并随运行过程实时刷新；以及在协议计算进程异常或人为退出时，接收监控单元控制启动新协议计算进程，并在启动时，从备份数据库中恢复关键数据信息；

协议会话单元，用于负责管理维护本节点邻居保活，收发处理与邻居之间的信令包并传递给协议计算单元；

监控单元，用于监测协议计算进程运行状态，以及在检测到协议计算进程异常或人为退出时，建立新的协议计算进程；

数据库单元，用于接收及存储协议计算单元发送的关键数据；

其中，所述协议计算单元和协议会话单元分别设置于不同的硬件实体上。

在上述技术方案的基础上，所述协议会话单元还用于在从邻居收到路径、标签相关信息的报文时，通过PSI接口传递至协议计算单元；

所述协议计算单元还用于在收到所述协议会话单元发送报文后进行加工处理，生成包括链路状态数据库，全网拓扑信息，路径标签信息，协议状态机的处理数据，以及从所述处理数据中选取关键数据以关键字形式组织备份到备份数据库，并在协议动态运行过程中将关键数据进行备份，同时以关键字形式刷新相应的条目信息。

在上述技术方案的基础上，所述协议会话单元还用于在协议计算进程异常或退出时，按原设置缓存与协议计算进程之间路由通告的消息，通告的所述消息包括状态、路径、标签信息；以及在学习到协议计算进程异常退出重启时，触发将本地协议会话进程缓存的路由通告消息发给协议计算进程；所述协议计算单元还用于在收到协议会话单元发送的路由通告消息时，进行处理更新，重新计算协议状态、路径可达性、标签有效性信息。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的单CPU实现协议NSR的方法包括，从而提高了单主控下多核CPU资源利用率，提高了协议性能，整机软件规格，增加了协议收敛速度，采用协议PC(ProtocolComputation，协议计算)快速收敛出路径的变化。

(2)本发明的单CPU实现协议NSR的方法利用协议分布式设置，协议PS(ProtocolSession，协议会话)进程简单稳定运行，协议PC逻辑复杂异常多，当PC异常时，被监控进程监控到重启PC，而PS邻居继续保活，邻居感知不到异常，邻居路由不撤销，不中断业务，平滑异常重启过程，解决单主控不切换等条件下NSR的问题。

(3)本发明的单CPU实现协议NSR的系统包括支持协议单进程热升级，协议PC需要单点升级，即可热拷贝软件到单盘，监控进程可重新启动新版本协议软件，协议邻居都没有断邻，协议重新加载原有的数据库，单主控升级业务不中断，实现单主控为单主控ISSU提供了技术支撑，为动态升级解决了技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例中协议NSR部署总体框图；

图2为本发明实施例中单CPU协议逻辑框图；

图3为本发明实施例中协议进程NSR框图；

图4为本发明一个实施例中单CPU实现协议NSR的方法的流程图；

图5为本发明另一个实施例中单CPU实现协议NSR的方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图4所示，本发明实施例提供一种单CPU实现协议NSR的方法，该方法包括：

S1、将协议逻辑实体按协议的逻辑功能分割为协议会话和协议计算两个进程，并拆分到两个硬件上实体部署，并设置监控进程监测协议计算进程运行状态；

S2、协议动态运行过程中，协议计算进程收集运行过程的关键数据备份至备份数据库，并随运行过程实时刷新；

S3、监控进程检测到协议计算进程异常或人为退出时，监控进程建立新的协议计算进程，新协议计算进程启动时，从备份数据库中恢复关键数据信息；

S4、新协议计算进程完成数据恢复后和设备协议会话进程保持握手关系，重新建立新的交互关系，完成新协议计算进程的加载升级。

在一个优选的实施例中，步骤S2具体包括：

协议会话进程从邻居收到路径、标签相关信息的报文时，通过PSI接口传递至协议计算进程；协议计算收到所述报文后进行加工处理，生成包括链路状态数据库，全网拓扑信息，路径标签信息，协议状态机的处理数据；从所述处理数据中选取关键数据以关键字形式组织备份到备份数据库；协议动态运行过程中，协议计算进程将关键数据进行备份，同时以关键字形式刷新相应的条目信息。其中，所述关键数据包括接口链路、LSDB、链路拓扑信息等数据内容。

在另一个实施例中，所述步骤S4数据恢复过程中，如有从备份数据库数据加载相同关键字数据的条目，则以协议会话进程发送的最新数据为准，更新备份数据库恢复的条目数据；如不存在相同关键字数据条目，则以备份数据库恢复的数据为准。

在一个实施例中，为了进一步优化单CPU对协议内容的恢复效率，可在所述步骤S3中，当协议计算进程异常或退出时，设置协议会话进程按原设置缓存与协议计算进程之间路由通告的消息，通告的所述消息包括状态、路径、标签信息；并在后续步骤S4中，协议会话进程学习到协议计算进程异常退出重启，触发将本地协议会话进程缓存的路由通告消息发给协议计算进程进行处理更新，重新计算协议状态、路径可达性、标签有效性信息。

本发明实施例中，协议计算进程和协议会话进程需进行分离式设置，设置于不同的硬件实体上，具体的，在一个实施例中，在运行设备为集中式设备时，协议计算进程运行于主控CPU的第一核上，协议会话进程运行于主控CPU的第二核上；在运行设备为分布式设备时，协议计算进程运行于主控板卡上，协议会话进程运行于转发板卡上。

在一个实施例中，在步骤S4后，还包括：

进入新的备份流程，将新产生的数据备份到备份数据库，使备份数据库始终保持与最新的关键数据信息同步。

在第二方面，本发明还提供一种单CPU实现协议NSR的系统，该系统包括：

协议计算单元，用于在协议动态运行过程中，处理协议收敛计算、状态更新，以及收集运行过程的关键数据备份至备份数据库，并随运行过程实时刷新；以及在协议计算进程异常或人为退出时，接收监控单元控制启动新协议计算进程，并在启动时，从备份数据库中恢复关键数据信息；协议会话单元，用于负责管理维护本节点邻居保活，收发处理与邻居之间的信令包并传递给协议计算单元；监控单元，用于监测协议计算进程运行状态，以及在检测到协议计算进程异常或人为退出时，建立新的协议计算进程；数据库单元，用于接收及存储协议计算单元发送的关键数据；

其中，所述协议计算单元和协议会话单元分别设置于不同的硬件实体上。

在一个实施例中，所述协议会话单元还用于在从邻居收到路径、标签相关信息的报文时，通过PSI接口传递至协议计算单元；所述协议计算单元还用于在收到所述协议会话单元发送报文后进行加工处理，生成包括链路状态数据库，全网拓扑信息，路径标签信息，协议状态机的处理数据，以及从所述处理数据中选取关键数据以关键字形式组织备份到备份数据库，并在协议动态运行过程中将关键数据进行备份，同时以关键字形式刷新相应的条目信息。

在另一个实施例中，所述协议会话单元还用于在协议计算进程异常或退出时，按原设置缓存与协议计算进程之间路由通告的消息，通告的所述消息包括状态、路径、标签信息；以及在学习到协议计算进程异常退出重启时，触发将本地协议会话进程缓存的路由通告消息发给协议计算进程；所述协议计算单元还用于在收到协议会话单元发送的路由通告消息时，进行处理更新，重新计算协议状态、路径可达性、标签有效性信息。

下面就本发明内容在一个具体设备上的设置和运行方式进行进一步说明：

如图1至3所示，本发明提出了一种单CPU实现协议NSR方法，基于串行协议的多实例拆分，引入新的协议监控进程。协议实例分割为协议会话进程和协议计算进程，协议会话进程通常逻辑简单运行稳定运行在业务板卡，协议计算进程保存协议状态主控板卡，一旦协议计算进程异常或者升级，被协议监控进程监控到则启动新的协议计算进程，新的协议计算进程启动完成后加载DB数据库(即前述的备份数据库)，恢复重启前DB保存协议运行状态的数据，协议邻居不断邻实现平滑升级，完成单CPU实现协议NSR。

为完成上述目的，本实施例中首先实现的是单CPU协议分割，具体方式为：

本发明中在主控系统中引入了协议分割机制，将协议实体分割成多个进程。按照协议的逻辑功能进行分割，可以分割成二个部分，一部分实现的功能是协议会话保活(PS，协议会话进程)，另一部分实现的功能是协议路由、标签计算(PC，协议计算进程)。协议会话进程主要处理邻居收发Hello报文，维护与邻居的邻接表项，保活邻居关系。协议计算进程主要处理协议核心路由、标签等功能，接口链路数据和计算路由/标签等表项的管理。协议计算进程和协议会话进程之间采用CCI接口，协议会话进程使用这个接口向协议计算进程通告邻接信息，传递能形成路由、标签等关键信息的报文给协议计算进程。协议计算进程使用这个接口向协议会话进程提供接口链路相关信息，往协议会话进程发送本地存在协议路由、链路、标签信息等到邻居。这种协议计算进程和协议会话进程之间消息交互采用串行有序进行，能有序同步协议邻居和协议路由计算相关的消息。

大多数协议(包括但不限于OSPF/ISIS/BGP/LDP/RSVP/LACP/STP/VRRP)都遵循上述的逻辑划分，将其逻辑实体协议会话进程和协议计算进程划分到不同CPU或相同CPU不同核，在通用路由协议平台架构中部署协议计算进程和协议会话进程，协议平台SCM(Sys temControl Manager，系统控制管理模块)通过脚本配置方式定制化的启动协议计算进程和协议会话进程。同时FOS平台系统管理进程分别为协议计算进程和协议会话进程分配位置管理，为协议计算进程和协议会话进程提供可靠的通道。系统SCM支撑组件保存协议计算进程和协议会话进程位置信息，分配schd_id和Local_id供进程间消息通信使用，准确标识进程ID和位置。对于集中式设备可以部署在CPU不同核上，即协议计算进程位于主控CPU核1，协议会话进程位于主控CPU核2，如图1所示；对于分布式设备可以部署在不同板卡上，即协议计算进程位于主控板卡上，协议会话进程位于转发板卡上，如图2所示，协议实体分开部署同样均衡CPU的硬件资源，提升系统协议性能，提升设备规格容量。

单CPU不同核或单主控CPU场景下，实施路由协议的分布部署，满足协议收敛性能，提升设备整机规格，同时也为实施单CPU实现协议NSR提供了技术支撑，下面结合协议平台说明其实施方式。

完成上述准备过程，实现单CPU协议分割后，即可进行协议多进程实现协议NSR的具体过程。

现有技术中的不间断路由技术(NSR，Non-Stopping Routing)通常主备盘部署，即主用主控故障后，切换到备用盘协议路由邻居不断邻，周围邻居设备感知不到本端主控设备故障，一端设备主用故障后备用能做到路由不间断。

本方案专利涉及到单CPU实现协议NSR，与传统的协议部署相比采用协议分割部署，即协议分割到多个CPU核上，如图1、2所示，协议计算进程和协议会话进程分布式部署在不同核或者不同CPU，协议计算进程(以OSPF PC为例)中部署了OSPF PC，以及系统管理SCM进程，还部署了监控进程HM，HM(Hardware Manager硬件管理)监控协议计算进程运行状态，是否健康正常的运行，

当协议计算进程异常退出(或人为退出升级重启)被监控HM监控到，HM检测到协议计算进程异常退出立即通告给系统管理进程SCM，SCM得知协议计算进程异常后启动新的协议计算进程。

新的协议计算进程启动过程中，从备份数据库DB中恢复关键数据信息，这些关键数据信息有网络接口链路、LSDB数据、网络拓扑、路由协议状态等。DB数据库中关键数据信息来源于老的协议计算进程异常前实时备份的，备份的关键数据信息以KEY关键字组织备份的。故新的协议计算进程从DB数据库中恢复来的关键数据信息是异常协议计算进程保存的最新数据，理论上可以接替异常协议计算进程继续运行，待新的协议计算进程加载恢复完成数据后和固有的协议会话进程保持握手关系，重新建立新的交互关系，且协议会话进程将原来异常协议计算进程退出后没有同步缓存的消息再发往新的协议计算进程进行处理，新的协议计算进程完成这些协议会话进程缓存消息的处理后，完成整个新的协议计算进程加载升级，并平滑相关的数据。新协议计算进程继续运行保存新的数据到备份数据库。从而实现协议NSR平滑切换或者升级。

本发明不局限于上述实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种单CPU实现协议NSR的方法，其特征在于，包括：

S1、将协议逻辑实体按协议的逻辑功能分割为协议会话和协议计算两个进程，并拆分到两个硬件上实体部署，并设置监控进程监测协议计算进程运行状态；

S2、协议动态运行过程中，协议计算进程收集运行过程的关键数据备份至备份数据库，并随运行过程实时刷新；

S3、监控进程检测到协议计算进程异常或人为退出时，监控进程建立新的协议计算进程，新协议计算进程启动时，从备份数据库中恢复关键数据信息；

S4、新协议计算进程完成数据恢复后和设备协议会话进程保持握手关系，重新建立新的交互关系，完成新协议计算进程的加载升级。

2.如权利要求1所述的单CPU实现协议NSR的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

协议会话进程从邻居收到路径、标签相关信息的报文时，通过PSI接口传递至协议计算进程；

协议计算收到所述报文后进行加工处理，生成包括链路状态数据库，全网拓扑信息，路径标签信息，协议状态机的处理数据；

从所述处理数据中选取关键数据以关键字形式组织备份到备份数据库；

协议动态运行过程中，协议计算进程将关键数据进行备份，同时以关键字形式刷新相应的条目信息。

3.如权利要求2所述的单CPU实现协议NSR的方法，其特征在于：所述关键数据包括接口链路、LSDB、链路拓扑的信息。

4.如权利要求1所述的单CPU实现协议NSR的方法，其特征在于：

所述步骤S4数据恢复过程中，如有从备份数据库数据加载相同关键字数据的条目，则以协议会话进程发送的最新数据为准，更新备份数据库恢复的条目数据；如不存在相同关键字数据条目，则以备份数据库恢复的数据为准。

5.如权利要求1所述的单CPU实现协议NSR的方法，其特征在于，还包括：

所述步骤S3中，当协议计算进程异常或退出时，协议会话进程按原设置缓存与协议计算进程之间路由通告的消息，通告的所述消息包括状态、路径、标签信息；

所述步骤S4中，协议会话进程学习到协议计算进程异常退出重启，触发将本地协议会话进程缓存的路由通告消息发给协议计算进程进行处理更新，重新计算协议状态、路径可达性、标签有效性信息。

6.如权利要求1所述的单CPU实现协议NSR的方法，其特征在于：

在运行设备为集中式设备时，协议计算进程运行于主控CPU的第一核上，协议会话进程运行于主控CPU的第二核上；

在运行设备为分布式设备时，协议计算进程运行于主控板卡上，协议会话进程运行于转发板卡上。

7.如权利要求1所述的单CPU实现协议NSR的方法，其特征在于，在步骤S4后，还包括：

进入新的备份流程，将新产生的数据备份到备份数据库，使备份数据库始终保持与最新的关键数据信息同步。

8.一种单CPU实现协议NSR的系统，其特征在于，包括：

协议计算单元，用于在协议动态运行过程中，处理协议收敛计算、状态更新，以及收集运行过程的关键数据备份至备份数据库，并随运行过程实时刷新；以及在协议计算进程异常或人为退出时，接收监控单元控制启动新协议计算进程，并在启动时，从备份数据库中恢复关键数据信息；

协议会话单元，用于负责管理维护本节点邻居保活，收发处理与邻居之间的信令包并传递给协议计算单元；

监控单元，用于监测协议计算进程运行状态，以及在检测到协议计算进程异常或人为退出时，建立新的协议计算进程；

数据库单元，用于接收及存储协议计算单元发送的关键数据；

其中，所述协议计算单元和协议会话单元分别设置于不同的硬件实体上。

9.如权利要求8所述的单CPU实现协议NSR的系统，其特征在于：

所述协议会话单元还用于在从邻居收到路径、标签相关信息的报文时，通过PSI接口传递至协议计算单元；

所述协议计算单元还用于在收到所述协议会话单元发送报文后进行加工处理，生成包括链路状态数据库，全网拓扑信息，路径标签信息，协议状态机的处理数据，以及从所述处理数据中选取关键数据以关键字形式组织备份到备份数据库，并在协议动态运行过程中将关键数据进行备份，同时以关键字形式刷新相应的条目信息。

10.如权利要求8所述的单CPU实现协议NSR的系统，其特征在于：

所述协议会话单元还用于在协议计算进程异常或退出时，按原设置缓存与协议计算进程之间路由通告的消息，通告的所述消息包括状态、路径、标签信息；以及在学习到协议计算进程异常退出重启时，触发将本地协议会话进程缓存的路由通告消息发给协议计算进程；

所述协议计算单元还用于在收到协议会话单元发送的路由通告消息时，进行处理更新，重新计算协议状态、路径可达性、标签有效性信息。

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