CN113364677B - 一种SRv6 Endpoint故障保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于网络技术领域，特别涉及一种SRv6Endpoint故障保护方法，用于解决目前SRv6的Endpoint故障保护方法会增加上游节点即代理转发节点的处理时间并降低节点的处理效率的问题。本发明考虑降低代理转发节点的处理时间，在代理转发节点仅执行一次查找路由表操作后，如果表项存在，则封装修复路径SID，将数据包引导到其下一跳备份节点，由该节点执行SID的附加行为，绕过故障Endpoint节点，进行数据包的转发。本发明设计了SRH中新的Flags字段，用于对SID附加行为进行判断，设计了新的SID附加行为MTS，设计了下一跳备份节点的选取机制，从而可绕开故障Endpoint节点。

Description

一种SRv6 Endpoint故障保护方法

技术领域

本发明属于网络技术领域，特别涉及一种SRv6 Endpoint故障保护方法。

背景技术

随着5G和云时代的到来，全球信息化的进程使互联网应用得到了迅速而蓬勃的发展，丰富的业务应用要求运营商网络具备更强大的可编程能力。作为全球互联网发展基石的国际互联协议(InternetProtocol，IP)网络不断用技术创新和持续演进来应对挑战。

分段路由(Segment Routing，SR)是一种源路由技术,由源节点来为应用报文指定路径，并将路径转换成一个有序的分段列表(Segment List)封装到报文头中，路径的中间节点只需要根据报文头中指定的路径进行转发。这样的分段被称为“Segment”,并通过SID(Segment Identifier，段标识符)来标识。目前Segment Routing支持多协议标签交换(Multi-Protocol Label Switching，MPLS)和互联网协议第6版(Internet ProtocolVersion 6，IPv6)两种数据平面，基于IPV6数据平面的Segment Routing被称为SRv6，其SID为128比特的二进制数值，通常也称为SRv6 SID，通过一个SID可以定义任何的网络功能，如END,END.X,END.DT4，国际互联网工程任务组(The InternetEngineering Task Force，IETF)已经定义了多种网络功能指令，可以实现灵活的网络编程。为了实现SRv6转发，定义了新的SRv6扩展头部，被称为Segment Routing Header(SRH)，用于进行Segment的编程组合形成SRv6路径。在SRv6网络中存在多种类型的节点角色，基本可以分为三类：SRv6源节点，中转节点，Endpoint节点，其中源节点用于将数据包引导到SRv6 Segment List中；中转节点是在SRv6报文转发路径上不参与SRv6处理的IPv6节点；Endpoint节点是指在SRv6报文转发过程中，节点接受的报文的IPv6目的地址是本地配置的SID。

交互式多媒体服务应用对网络丢包非常敏感，通常只能容忍数十毫秒的网络丢包，而网络中的链路或节点发生故障时，节点硬收敛时间通常为数百毫秒甚至达到数秒，无法满足业务需求。为了最大限度地减少流量损失，节点可预先安装一条备份路径，当故障发生时，快速切换到备用路径，从而最大限度地减少网络发生故障时的丢包，这种机制称为快速重路由(Fast Reroute，FRR，快速重路由)，传统的FRR技术包括无环路备份(Loop FreeAlternate,LFA)和远端无环路备份(Remote Loop Free Alternate,RLFA)，但以上两种技术均无法达到100％的链路故障保护成功概率，因此业界提出了与拓扑无关的无环路备份(Topology Independent Loop Free Alternate，TI-LFA)，该技术是一种LFA的增强方案，可以在网络中不存在PQ节点的情况下，实现对任意拓扑的保护，并且该技术基于故障收敛后的拓扑计算FRR备份路径，使得FRR备份路径与最终网络收敛后的路径一致，避免转发路径的二次切换，满足100％拓扑的故障保护。

在SRv6的流量工程(Traffic Engineering，TE)的场景中，经常要约束数据报文在网络中的转发路径，需要指定报文沿途经过的节点和链路，但由于在处理SRv6报文过程中，需经常更换IPv6的目的地址，且TI-LFA是基于目的地址进行保护，当目的地址为相邻的Endpoint节点且发生故障时，TI-LFA也无法达到保护的效果。

在[I-D.chen-rtgwg-srv6-midpoint-protection]中提到了一种SRv6的Endpoint故障保护方法，其主要机制是由发生故障的Endpoint节点的上游节点代替它完成转发处理，这个上游节点称之为代理转发节点。代理转发节点感知到报文的下一跳接口发生故障，并且下一跳是报文目的地址，则代替Endpoint节点执行行为，从而绕过故障节点，实现对SRv6 Endpoint故障节点的保护。

目前SRv6的Endpoint故障保护方法会增加上游节点即代理转发节点的处理时间并降低节点的处理效率。在代理转发节点，首先要根据IPv6的目的地址进行查找路由表，如果表项存在，当它感知到报文下一跳接口发生故障，并且下一跳是报文目的地址，则需要代替下一跳故障Endpoint节点执行行为，然后根据替换后的IPv6目的地址进行第二次查找路由表，在同一节点进行了两次查找路由表操作，这会增加该节点的处理时间。

发明内容

本发明用于解决目前SRv6的Endpoint故障保护方法会增加上游节点即代理转发节点的处理时间并降低节点的处理效率的问题。本发明考虑降低代理转发节点的处理时间，在代理转发节点仅执行一次查找路由表操作后，如果表项存在，则封装修复路径SID，将数据包引导到其下一跳备份节点，由该节点执行SID的附加行为，绕过故障Endpoint节点，进行数据包的转发。

具体技术方案如下：

基于改进后的SRH，所述分段路由头部SRH用于封装SRv6及SID，包括Flags字段，改进之处在于设计了新的Flags字段，将Flags字段的第七比特位设置为t-flag位，即twiceflag,用于SID附加行为的判断；

所述SID附加行为MTS用于实现绕过故障Endpoint节点的功能，具体为在Endpoint节点执行Segments Left减2的动作，与End、End.X和End.T结合使用，是附着在它们之上的额外动作；标准的End动作是将Segments Left减1，并将指向的Segment复制到IPv6的目的地址中，MTS附加行为执行的动作是在执行End动作时，检查当前的Segments Left是否大于1和Flags第七比特位是否为1，若匹配，将Flags的第七比特位设置为0，将Segments Left减2，之后将对应的Segment复制到IPv6的目的地址中，若不匹配，则执行标准End动作；

具体方法包括以下三个步骤：

①首先节点会基于数据包目的地址为每一条主表项设定备用表项，依据控制平面不同，备用表项匹配域也有所不同，在依据数据包的目的地址查找表项时，查找到主表项并感知到主下一跳接口发生故障，而下一跳节点正好为当前目的地址，且下一个IPv6扩展头部为SRH，Segments Left大于0，则节点执行代理转发节点转发行为。

②节点查找备用表项，封装相应的修复路径SID，所述SID携带MTS附加行为，并设定SRH中Flags的第七比特位为1，将数据包引导至下一跳备份节点，

③下一跳备份节点收到数据包后，查找数据包目的地址为该节点自身SID，且该SID携带MTS附加行为，则该节点查找SRH中Flags的第七比特位是否为1，如为1，则节点执行Segments Left减2，跳过故障Endpoint的SID,将Segments Left对应的SID复制到IPv6目的地址中，然后依据IPv6目的地址查找表项进行转发。

下一跳备份节点是修复路径中执行SID附加行为MTS的节点，依据控制层面不同，选择下一跳备份节点的方法有所不同，具体方法如下：

当网络环境中存在控制器，且控制平面完全或部分由控制器控制，则控制器根据自身设定路径和SRH中标识路径的SID，计算到故障Endpoint节点之后的Endpoint节点的修复路径，并为节点表项中设定备份修复路径SID,引导代理转发节点将流量转发至下一跳备份节点，其中表项匹配域为路径标识和数据包目的地址；

当控制平面由路由协议控制，首先设代理转发节点为P，故障Endpoint节点为D，数据包中源地址节点为S，故障Endpoint邻接节点为N，在故障Endpoint节点的邻接节点集合中排除代理转发节点P，然后在这些邻接节点中寻找符合条件的节点集合，其中条件为该节点到S的距离大于等于该节点到D的距离与D到达S的距离之和，或该节点到S的距离大于等于该节点到P的距离与P到达S的距离之和，具体公式如下：

Distance_opt(N,S)≥Distance_opt(N,D)+Distance_opt(D,S)

或

Distance_opt(N,S)≥Distance_opt(N,P)+Distance_opt(P,S)

在符合上述条件的节点集合中，距离数据包中源地址节点S距离最远的节点即为下一跳备份节点，然后代理转发节点在表项中设定备份修复路径SID，引导代理转发节点将流量转发至下一跳备份节点，其中表项匹配域为数据包源地址和数据包目的地址。

有益效果及发明点：本发明提出了一种SRv6的Endpoint故障保护方法。将数据包从代理转发节点引导到下一跳备份节点，由该节点执行SID的附加行为，绕过故障Endpoint节点，进行数据包的转发。这种方法避免了在代理转发节点进行多次查找表项，有效降低代理转发节点的处理时间。

本发明设计了SRH中新的Flags字段。将Flags第七比特位设置为t-flag位，用于SID附加行为进行判断。

本发明设计了新的SID附加行为MTS，当SRH中的Segments Left大于1且Flags第七比特位为1时，执行Segments Left减2的操作。

本发明设计了控制平面基于控制器的SRv6场景下选取下一跳备份节点的机制，通过Segment List中封装的路径标识所对应的路径来获知故障Endpoint节点后的Endpoint节点，从而可选取下一跳备份节点，绕开故障Endpoint节点。

本发明设计了控制平面基于路由协议的SRv6场景下选取下一跳备份节点的机制，通过找到比故障Endpoint节点与数据包中源节点距离更远的下一跳备份节点，从而可绕开故障Endpoint节点。

附图说明

图1、SRH格式；

图2、Flags字段格式；

图3、MTS逻辑流程图；

图4、方法流程图；；

图5、控制平面基于路由协议的SRv6场景原理示意图；

图6、控制平面基于控制器的SRv6场景原理示意图。

具体实施方式

以下详细介绍本发明涉及的各部分内容以及具体应用场景。

(1)Flags字段定义

分段路由头部(Segment Routing Header，SRH)用于封装SRv6及SID，图1给出了SRH的数据格式。

本发明方法设计了新的Flags字段，将Flags字段的第七比特位设置为t-flag位，即twice flag,该位用于对SID附加行为进行判断,图2给出了Flags字段的格式。

(2)SID附加行为

为了实现绕过故障Endpoint节点功能，本发明新定义了一种附加行为，减去两次Segment(Minus Two Segment,MTS)。

MTS是指在Endpoint节点执行Segments Left减2的动作，MTS需要与End、End.X和End.T结合使用，是附着在它们之上的额外动作。标准的End动作是将Segments Left减1，并将指向的Segment复制到IPv6的目的地址中，MTS附加行为执行的动作是在执行End动作时，检查当前的Segments Left是否大于1和Flags第七比特位是否为1，若匹配，将Flags的第七比特位设置为0，将Segments Left减2，之后将对应的Segment复制到IPv6的目的地址中，若不匹配，则执行标准End动作，图3给出了MTS逻辑流程图。

(3)下一跳备份节点

下一跳备份节点是修复路径中执行SID附加行为MTS的节点，依据控制层面不同，选择下一跳备份节点的方法有所不同。

如在网络环境中存在控制器，且控制平面完全或部分由控制器控制，则控制器可根据自身设定路径和SRH中标识路径的SID，计算到故障Endpoint节点之后的Endpoint节点的修复路径，并为节点表项中设定备份修复路径SID,引导代理转发节点将流量转发至下一跳备份节点，其中表项匹配域为路径标识和数据包目的地址。

如控制平面由路由协议控制，首先设代理转发节点为P，故障Endpoint节点为D，数据包中源地址节点为S，故障Endpoint邻接节点为N，在故障Endpoint节点的邻接节点集合中排除代理转发节点P，然后在这些邻接节点中寻找符合条件的节点集合，其中条件为该节点到S的距离大于等于该节点到D的距离与D到达S的距离之和，或该节点到S的距离大于等于该节点到P的距离与P到达S的距离之和，具体公式如下：

Distance_opt(N,S)≥Distance_opt(N,D)+Distance_opt(D,S)

或

Distance_opt(N,S)≥Distance_opt(N,P)+Distance_opt(P,S)

在符合上述条件的节点集合中距离数据包中源地址节点S距离最远的节点即为下一跳备份节点，然后代理转发节点可在表项中设定备份修复路径SID，引导代理转发节点将流量转发至下一跳备份节点，其中表项匹配域为数据包源地址和数据包目的地址。

(4)方法流程

图4给出了本发明方法具体的流程，具体流程可分为以下三个步骤：

①首先节点会基于数据包目的地址为每一条主表项设定备用表项，依据控制平面不同，备用表项匹配域也有所不同，在依据数据包的目的地址查找表项时，查找到主表项并感知到主下一跳接口发生故障，而下一跳节点正好为当前目的地址，且下一个IPv6扩展头部为SRH，Segments Left大于0，则节点执行代理转发节点转发行为。

②节点查找备用表项，封装相应的修复路径SID(携带MTS附加行为)，并设定SRH中Flags的第七比特位为1，将数据包引导至下一跳备份节点，

③下一跳备份节点收到数据包后，查找数据包目的地址为该节点自身SID，且该SID携带MTS附加行为，则该节点查找SRH中Flags的第七比特位是否为1，如为1，则节点执行Segments Left减2，跳过故障Endpoint的SID,将Segments Left对应的SID复制到IPv6目的地址中，然后依据IPv6目的地址查找表项进行转发。

(5)应用场景

本发明可应用于数据平面为SRv6的网络环境，下面通过两个例子来分别说明本发明在不同控制平面下的具体机制。

首先说明控制平面基于路由协议的SRv6场景，图5给出了控制器平面基于路由协议的SRv6场景原理示意图。

参照图5，A,B,C,D,E,F,G七个节点启用了SRv6功能，A为头节点，F为尾结点。发生故障前设定A->B->D->E->F路径为主用路径，当D节点发生故障，通过本发明方法可切换至A->B->C->E->F路径，从而绕过故障节点，具体步骤如下：

①A收到数据包后，封装新的IPv6头部和SRH，SRH中封装Segment List为(F::,E::,D::,B::)，Segments Left设置为3,并将B::复制到IPv6目的地址，之后查找表项转发到B。

②B收到数据包后，查找IPv6目的地址为自身SID,于是执行END操作，将SegmentsLeft减1，然后将对应的SID D::复制到IPv6目的地址，查表项进行转发。表1给出了B节点转发的表项。在计算备份表项时，首先找出D节点的邻接节点(排除B节点)的集合为{G,C,E}，公式计算步骤如下：

a)对于G节点，distance_opt(G,A)为10，distance_opt(G,B)+distance_opt(B,A)为20，distance_opt(G,D)+distance_opt(D,A)为30，10小于20和30，不满足公式要求；

b)对于C节点distance_opt(C,A)为20，distance_opt(C,B)+distance_opt(B,A)为20，满足公式，故列入备选节点集合；

c)对于E节点distance_opt(E,A)为30，distance_opt(E,D)+distance_opt(D,A)为30，满足公式，故列入备选节点集合，

那么最终得到的备选节点集合为{C,E},比较两者和A节点的距离，E>C,故E选为下一跳备份节点，之后B根据TI-LFA算法计算对于E节点保护链路为B->D的备用修复路径，插入END.X SID C::C。

表1节点B控制平面为路由协议的转发表项

③当B查找表项进行转发时，感知到eth1接口故障，而且下一跳节点正好是报文当前的目的地址D::,且Segments Left大于0，所以B使用备份表项，匹配源地址为A::命中,执行动作插入C::C，并且将Flags第七比特位置位，并将数据包从eth2接口转发出去。

④C节点收到数据包，查找IPv6的目的地址C::C为自身SID且携带MTS附加行为，然后检查Flags第七比特位为1，且Segments Left大于1，执行MTS行为，将Flags第七比特位设置为0，Segments Left减2，并将对应的SID E::复制到IPv6目的地址，之后查表转发给E节点。后续的节点按照正常查表转发即可。

下面说明控制平面基于控制器的SRv6场景,图6给出了控制平面基于控制器的SRv6场景原理示意图，参照图6，具体步骤如下：

①A收到数据包后，封装新的IPv6头部和SRH，SRH中封装Segment List为(1，F::,E::,D::,B::)，Segments Left设置为3,其中1为Path id,由控制器设置，。用于标识B->D->E->F这条转发路径，并将B::复制到IPv6目的地址，之后查找表项转发到B。

②B收到数据包后，查找IPv6目的地址为自身SID,于是执行END操作，将SegmentsLeft减1，然后将对应的SID D::复制到IPv6目的地址，查表项进行转发。表2给出了B节点转发的表项。在计算备份表项时，控制器会依据每条不同路径设置不同的备份表项，并通过路径标识来区别。在本场景中，Path id为1，对应的路径为B->D->E->F,因此控制器会设置修复路径来引导流量到故障Endpoint之后的Endpoint节点，即为E节点，修复路径执行的动作即为插入C::C这个SID。

路径标识	目的地址前缀	出接口	Segment List	角色
					-	D::	eth1	-	主用
1	D::	eth2	C::C	备份

表2节点B控制平面为控制器的转发表项

③当B查找表项进行转发时，感知到eth1接口故障，而且下一跳节点正好是报文当前的目的地址D::,且Segments Left大于0，所以B使用备份表项，匹配路径标识1命中,执行动作插入C::C，并且将Flags第七比特位置位，并将数据包从eth2接口转发出去。

④C节点收到数据包，查找IPv6的目的地址C::C为自身SID且携带MTS附加行为，然后检查Flags第七比特位为1，且Segments Left大于1，执行MTS行为，将Flags第七比特位设置为0，Segments Left减2，并将对应的SID E::复制到IPv6目的地址，之后查表转发给E节点。后续的节点按照正常查表转发即可。

Claims (2)

1.一种SRv6 Endpoint故障保护方法，其特征在于：

基于改进后的分段路由头部SRH，所述分段路由头部SRH用于封装SRv6 SID，还包括Flags字段，改进之处在于设计了新的Flags字段，将Flags字段的第七比特位设置为t-flag位，即twice flag,用于SID附加行为的判断；

所述SID附加行为即为MTS附加行为，用于实现绕过故障Endpoint节点的功能，SID附加行为具体指在Endpoint节点执行Segments Left减2的动作，与End、End.X和End.T结合使用，是附着在它们之上的额外动作；标准的End动作是将Segments Left减1，并将指向的Segment复制到IPv6的目的地址中，MTS附加行为执行的动作是在执行End动作时，检查当前的Segments Left是否大于1和Flags第七比特位是否为1，若匹配，将Flags的第七比特位设置为0，将Segments Left减2，之后将对应的Segment复制到IPv6的目的地址中，若不匹配，则执行标准End动作；

具体方法包括以下三个步骤：

① 首先节点会基于数据包目的地址为每一条主表项设定备用表项，依据控制平面不同，备用表项匹配域也有所不同，在依据数据包的目的地址查找表项时，查找到主表项并感知到主下一跳接口发生故障，而下一跳节点正好为当前目的地址，且下一个IPv6扩展头部为SRH，Segments Left大于0，则节点执行代理转发节点转发行为；

② 节点查找备用表项，封装相应的修复路径SID，所述修复路径SID携带MTS附加行为，并设定SRH中Flags的第七比特位为1，将数据包引导至下一跳备份节点；

③下一跳备份节点收到数据包后，查找数据包目的地址为该节点自身SID，且该SID携带MTS附加行为，则该节点查找SRH中Flags的第七比特位是否为1，如为1，则节点执行Segments Left减2，跳过故障Endpoint的SID,将Segments Left对应的SID复制到IPv6目的地址中，然后依据IPv6目的地址查找表项进行转发。

2.根据权利要求1所述的一种SRv6 Endpoint故障保护方法，其特征在于：

下一跳备份节点是修复路径中执行SID附加行为的节点，依据控制层面不同，选择下一跳备份节点的方法有所不同，具体方法如下：

当网络环境中存在控制器，且控制平面完全或部分由控制器控制，则控制器根据自身设定路径和SRH中标识路径的SID，计算到故障Endpoint节点之后的Endpoint节点的修复路径，并为节点表项中设定备份修复路径SID, 引导代理转发节点将流量转发至下一跳备份节点，其中表项匹配域为路径标识和数据包目的地址；

当控制平面由路由协议控制，首先设代理转发节点为P，故障Endpoint节点为D，数据包中源地址节点为S，故障Endpoint邻接节点为N，在故障Endpoint节点的邻接节点集合中排除代理转发节点P，然后在这些邻接节点中寻找符合条件的节点集合，其中条件为该节点到S的距离大于等于该节点到D的距离与D到达S的距离之和，或该节点到S的距离大于等于该节点到P的距离与P到达S的距离之和；

在符合上述条件的节点集合中，距离数据包中源地址节点S距离最远的节点即为下一跳备份节点，然后代理转发节点在表项中设定备份修复路径SID，引导代理转发节点将流量转发至下一跳备份节点，其中表项匹配域为数据包源地址和数据包目的地址。

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