CN113645117B - 基于IPSec协议的多通道智能选路方法及系统 - Google Patents

基于IPSec协议的多通道智能选路方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于互联网通信技术领域，具体涉及一种基于IPSec协议的多通道智能选路方法及系统，该方法包括IPSec隧道的生命周期由IPSec隧道维护模块来维护，在某一通道单点故障时，IPSec隧道信息仍可以保持着，这是由于IPSec业务数据不会依赖具体的通道信息，IPSec业务数据能无障碍的在不同通道上进行切换；同时，数据通道模块基于负载信息对IPSec业务数据进行调度，从而达到IPSec业务负载均衡的目的。本发明当链路单点故障时，IPSec隧道不需要重新建立，IPSec业务也可正常进行；当多条链路正常时，数据通道模块能够实现基于负载信息对IPSec业务数据进行调度，从而IPSec隧道可以达到负载均衡的目的。

Description

基于IPSec协议的多通道智能选路方法及系统
技术领域
本发明属于互联网通信技术领域，具体涉及一种基于IPSec协议的多通道智能选路方法及系统。
背景技术
为了增强网络的可靠性和稳定性，企业通常会在局域网出口配置多条互联网链路。现有智能选路的方案中存在以下几点的问题：
由于一个接口只能配置一个响应方，现有系统只能支持图1中多点与单点建立通道的网络结构；
链路单点故障时，IPSec隧道需要重新建立，会存在一定时间内业务丢包的问题；
多条链路质量差异不大时，不能很好的兼顾负载均衡的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于IPSec协议的多通道智能选路方法及系统，解决了链路单点故障，IPSec隧道需要重新建立以及多条链路正常时不能兼顾负载均衡的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：
本发明提供了一种基于IPSec协议的多通道智能选路方法，该方法包括：
IPSec隧道的生命周期由IPSec隧道维护模块来维护，在某一通道单点故障时，IPSec隧道信息仍可以保持着，这是由于 IPSec业务数据不会依赖具体的通道信息，IPSec业务数据能无障碍的在不同通道上进行切换；
同时，数据通道模块基于负载信息对IPSec业务数据进行调度。
进一步地，所述通道是由通信两端基于IP地址和UDP端口建立的UDP连接。
进一步地，所述隧道是由IPSec协议协商出来基于安全参数索引来标识的一条数据连接。
进一步地，该方法还包括：
在用户配置完成本地出口地址和远端目的地址信息后，由链路状态检查模块根据配置周期性地对出口链路状态进行监测，计算时延、抖动和丢包率信息，根据这些信息将可用的IP地址提供给数据通道模块。
本发明还提供了一种基于IPSec协议的多通道智能选路系统，该系统包括链路状态检查模块、数据通道模块、IPSec隧道维护模块和IPSec数据转发模块，所述链路状态检查模块、IPSec隧道维护模块和IPSec数据转发模块分别与数据通道模块连接，各模块之间进行协调配合用于实现IPSec VPN网关由多个出口地址互联时的选路和负载均衡。
进一步地，所述IPSec隧道维护模块用于维护IPSec隧道的生命周期，在某一通道单点故障时，IPSec隧道信息仍可以保持着，这是由于 IPSec业务数据不会依赖具体的通道信息，IPSec业务数据能无障碍的在不同通道上进行切换。
进一步地，所述IPSec数据转发模块用于IPSec业务数据的封装、解封装和数据加解密。
进一步地，所述数据通道模块用于通道的建立、维护和通道上数据的收发。
进一步地，所述数据通道模块还用于基于负载信息对IPSec业务数据进行调度。
进一步地，所述链路状态检查模块用于：
在用户配置完成本地出口地址和远端目的地址信息后，由链路状态检查模块根据配置周期性地对出口链路状态进行监测，计算时延、抖动和丢包率信息，根据这些信息将可用的IP地址提供给数据通道模块。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、当链路单点故障时，IPSec隧道不需要重新建立，IPSec业务也可正常进行；本发明依靠IPSec隧道维护模块来维护IPSec隧道的生命周期，在某一通道单点故障时，IPSec隧道信息仍可保持着，主要是因为IPSec业务数据不会依赖具体的通道信息，IPSec业务数据可以从故障通道无障碍的切换到正常通道。
2、当多条链路正常时，数据通道模块能够实现基于负载信息对IPSec业务数据进行调度，从而IPSec隧道可以达到负载均衡的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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是现有技术多点与单点互联的结构图；
图2是本发明实施例的多点与多点互联的结构图；
图3是本发明实施例的基于IPSec协议的多通道智能选路系统的结构框图，图中301代表链路状态检查模块，302代表数据通道模块，303代表IPSec隧道维护模块，304代表IPSec数据转发模块；
图4是本发明实施例的链路状态检查模块的流程图；
图5是本发明实施例的数据通道模块通道建立和关闭的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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。
本实施例的一种基于IPSec协议的多通道智能选路方法，该方法包括：
IPSec隧道的生命周期由IPSec隧道维护模块来维护，在某一通道单点故障时，IPSec隧道信息仍可以保持着；这是由于IPSec业务数据不会依赖具体的通道信息，将通道在数据通道模块中独立出来后，IPSec业务数据能无障碍的在不同通道上进行切换；其中，IPSec业务数据承载在通道之上。
同时，数据通道模块基于负载信息对IPSec业务数据进行调度，从而达到IPSec业务负载均衡的目的。
可以理解的是，所述通道是由通信两端基于IP地址和UDP端口建立的UDP连接；所述隧道是由IPSec协议协商出来基于安全参数索引来标识的一条数据连接。
进一步的，该方法还包括：
在用户配置完成本地出口地址和远端目的地址信息后，由链路状态检查模块根据配置周期性地对出口链路状态进行监测，计算时延、抖动和丢包率信息，根据这些信息将可用的IP地址提供给数据通道模块。
如图2和图3所示，本实施例还提出一种基于IPSec协议的多通道智能选路系统，该系统包括链路状态检查模块301、数据通道模块302、IPSec隧道维护模块303和IPSec数据转发模块304，所述链路状态检查模块301、IPSec隧道维护模块303和IPSec数据转发模块304分别与数据通道模块302连接，各模块之间进行协调配合用于处理IPSec VPN网关由多个出口地址互联时的选路和负载均衡问题。
具体的，IPSec隧道维护模块303用于维护IPSec隧道的生命周期，在某一通道单点故障时，IPSec隧道信息仍可以保持着；这是由于IPSec业务数据不会依赖具体的通道信息，将通道在数据通道模块中独立出来后，IPSec业务数据能无障碍的在不同通道上进行切换，从而实现IPSec业务数据从故障通道切换到正常通道，无需重建IPSec隧道，IPSec业务可正常进行。
具体的，IPSec数据转发模块304用于IPSec业务数据的封装、解封装和数据加解密，其产生的内容不依赖具体的通道信息，可由不同的通道进行转发。
进一步的，数据通道模块302用于通道的建立、维护、通道上数据的收发和基于负载信息对IPSec业务数据进行调度，从而达到IPSec业务负载均衡的目的。数据通道模块302通道建立和关闭流程如图5所示。
1、数据通道的建立
对于IPSec发起方，会使用链路状态检查模块通知的地址进行通道的创建；对于IPSec响应方，会被动创建数据通道。
2、数据通道上数据的发送
NAT Keepalive保活数据由数据通道周期性在所有通道上主动发送；
其他数据的发送由IPSec数据转发模块调用接口来触发，由数据通道模块根据轮询或最小连接等负载算法进行转发。
3、数据通道上数据的接收
数据通道建立后监听数据的达到，当到达的数据存在Non-ESP Marker标志时，通知IPSec隧道维护模块处理数据，IPSec隧道维护模块根据数据处理情况对IPSec隧道进行新建、保持、更新和销毁操作；当到达的数据不存在Non-ESP Marker标志时，通知IPSec数据转发模块处理数据，IPSec数据转发模块决定对数据的丢弃、转发和加解密行为。
进一步的，链路状态检查模块301用于：
在用户配置完成本地出口地址和远端目的地址信息后，由链路状态检查模块根据配置周期性地对出口链路状态进行监测，计算时延、抖动和丢包率信息，根据这些信息将可用的IP地址提供给数据通道模块，如图4所示的链路状态检查模块的流程图，图中计算丢包率，当丢包率大于等于50%时，可将该节点从正常列表移除，在故障列表中添加。
本发明当链路单点故障时，IPSec隧道不需要重新建立，IPSec业务可正常进行；原理是依靠IPSec隧道维护模块来维护IPSec隧道的生命周期，在某一通道单点故障时，IPSec隧道信息仍可保持着。
当多条链路正常时，数据通道模块能够实现基于负载信息对IPSec业务数据进行调度，从而达到IPSec隧道负载均衡的目的。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于IPSec协议的多通道智能选路系统，其特征在于，该系统包括链路状态检查模块、数据通道模块、IPSec隧道维护模块和IPSec数据转发模块，所述链路状态检查模块、IPSec隧道维护模块和IPSec数据转发模块分别与数据通道模块连接，各模块之间进行协调配合用于实现IPSec VPN网关由多个出口地址互联时的选路和负载均衡；
所述IPSec隧道维护模块用于维护IPSec隧道的生命周期，在某一通道单点故障时，IPSec隧道信息仍可以保持着，这是由于 IPSec业务数据不会依赖具体的通道信息，IPSec业务数据能无障碍的在不同通道上进行切换；
所述IPSec数据转发模块用于IPSec业务数据的封装、解封装和数据加解密；
所述数据通道模块用于通道的建立、维护和通道上数据的收发；所述数据通道模块还用于基于负载信息对IPSec业务数据进行调度；
所述链路状态检查模块用于：
在用户配置完成本地出口地址和远端目的地址信息后，由链路状态检查模块根据配置周期性地对出口链路状态进行监测，计算时延、抖动和丢包率信息，根据这些信息将可用的IP地址提供给数据通道模块；
所述链路状态检查模块具体用于：
创建空的正常及故障链路列表，遍历本地出口和配置的远端地址，按配置顺序保存local+remote组合到正常链路列表，判断故障列表是否遍历完全；
若故障列表未遍历完全则遍历下一个成员，构造CMP回显请求包并发送多次，计算RTT时延平均值和方差、计算丢包率并保存，判断丢包率是否小于50%，若是则将节点从故障列表移除，在正常列表中添加，若否则重新判断故障列表是否遍历完全；
若故障列表遍历完全则进一步判断正常列表遍历是否完全，若正常列表遍历完全则根据RTT时延平均值、方差、丢包率对列表进行排序，通知数据通道模块，当检测周期结束时重新判断故障列表是否遍历完全；若正常列表未遍历完全则遍历下一个成员，构造CMP回显请求包并发送多次，计算RTT均值和方差、计算丢包率并保存，判断丢包率是否小于50%，若否则将节点从正常列表移除，在故障列表中添加，若是则重新判断正常列表遍历是否完全。
2.根据权利要求1所述的基于IPSec协议的多通道智能选路系统，其特征在于，所述数据通道模块具体用于：
在所有接口上监听500和4500端口，判断是否有被动通道建立；
若有被动通道建立则保存被动通道，然后获取可用地址列表；若无被动通道建立，则直接获取可用地址列表；
然后判断是否需要新建通道，若需要新建通道则使用可用地址向远端500和4500端口创建通道，然后判断是否需要删除通道，若不需要新建通道则直接判断是否需要删除通道，若需要删除通道，则进一步判断通道是否正在被使用，若通道正在被使用，则缓存数据，关闭并删除通道，选择新通道发送数据，若通道没有正在被使用，则关闭通道并将该通道进行删除；
然后判断是否获得更新通知，若是则继续判断否有被动通道建立。
3.根据权利要求1所述的基于IPSec协议的多通道智能选路系统，其特征在于，所述数据通道模块还用于：
数据通道建立后监听数据的达到，当到达的数据存在Non-ESP Marker标志时，通知IPSec隧道维护模块处理数据，IPSec隧道维护模块根据数据处理情况对IPSec隧道进行新建、保持、更新和销毁操作；当到达的数据不存在Non-ESP Marker标志时，通知IPSec数据转发模块处理数据，IPSec数据转发模块决定对数据的丢弃、转发和加解密行为。
4.基于权利要求1所述一种基于IPSec协议的多通道智能选路系统的一种基于IPSec协议的多通道智能选路方法，其特征在于，该方法包括：
IPSec隧道的生命周期由IPSec隧道维护模块来维护，在某一通道单点故障时，IPSec隧道信息仍可以保持着，这是由于 IPSec业务数据不会依赖具体的通道信息，IPSec业务数据能无障碍的在不同通道上进行切换；
同时，数据通道模块基于负载信息对IPSec业务数据进行调度；
在用户配置完成本地出口地址和远端目的地址信息后，由链路状态检查模块根据配置周期性地对出口链路状态进行监测，计算时延、抖动和丢包率信息，根据这些信息将可用的IP地址提供给数据通道模块；具体包括：
创建空的正常及故障链路列表，遍历本地出口和配置的远端地址，按配置顺序保存local+remote组合到正常链路列表，判断故障列表是否遍历完全；
若故障列表未遍历完全则遍历下一个成员，构造CMP回显请求包并发送多次，计算RTT时延平均值和方差、计算丢包率并保存，判断丢包率是否小于50%，若是则将节点从故障列表移除，在正常列表中添加，若否则重新判断故障列表是否遍历完全；
若故障列表遍历完全则进一步判断正常列表遍历是否完全，若正常列表遍历完全则根据RTT时延平均值、方差、丢包率对列表进行排序，通知数据通道模块，当检测周期结束时重新判断故障列表是否遍历完全；若正常列表未遍历完全则遍历下一个成员，构造CMP回显请求包并发送多次，计算RTT均值和方差、计算丢包率并保存，判断丢包率是否小于50%，若否则将节点从正常列表移除，在故障列表中添加，若是则重新判断正常列表遍历是否完全。
5.根据权利要求4所述的基于IPSec协议的多通道智能选路方法，其特征在于，所述通道是由通信两端基于IP地址和UDP端口建立的UDP连接。
6.根据权利要求4所述的基于IPSec协议的多通道智能选路方法，其特征在于，所述隧道是由IPSec协议协商出来基于安全参数索引来标识的一条数据连接。
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