CN114073052A - 基于切片的路由 - Google Patents

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Abstract

在基于切片的网络中，交换机可经编程以基于切片标识符执行路由功能。交换机可接收分组并基于分组报头信息确定该分组的切片标识符。交换机可以使用切片标识符来确定下一跳。使用具有多路径表的切片标识符，交换机可选择用于将分组发送至下一跳的出口接口。即使当链路聚合组(“LAG”)用于跨多个接口或端口创建虚拟信道时，多路径表也能够确保切片的流量保持在同一接口链路上到下一跳。

Description

基于切片的路由
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2019年5月14日并且名称为“基于切片的路由(SLICE-BASEDROUTING)”的待决美国非临时专利申请第16/411,923号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
今天的3G、4G和LTE网络使用可以跨云分布的多个数据中心(“DC”)来操作。这些网络仅由几个操作支持系统(“OSS”)和网络操作中心(“NOC”)集中管理。5G技术将显著地增加需要连接到电信(Telco)网络并共享物理网络资源的所有种类的设备的网络连接性。当前的网络架构不能扩展以满足这些需求。
网络切片(network slicing)是一种允许多个逻辑网络在共享物理网络基础设施的顶部上运行的虚拟化形式。分布式云网络可与各种切片共享网络资源，以允许不同的用户(称为租户)在单个物理基础设施上复用。例如，物联网(“IoT”)设备、移动宽带设备以及低延迟车载设备将都需要共享5G网络。这些不同的用例将具有不同的传输特性和要求。例如，IoT设备通常具有大量设备，但是吞吐量非常低。移动宽带将是相反的，其中每个设备都发送和接收高带宽内容。网络切片可以允许物理网络在端到端级别被分区以将流量分组、隔离租户流量和在宏级别配置网络资源。
在传统网络中，基于分组(packet)的目的地IP地址做出路由决策。每个路由器查看分组的目的地互联网协议(“IP”)地址，并基于路由器处的路由表将分组转发到下一路由器。然而，在基于切片的虚拟服务网络(“VSN”)中，单个IP地址可由多个切片中的分组共享，其中每个切片可具有其自身的通过网络的路径。路由器需要新的技术来基于分组所属的切片而非仅仅基于目的地IP地址做出转发决策。
此外，传统交换机可以允许创建链路聚合组(“LAG”)。LAG可允许交换机之间的链路被捆绑在一起成为单个虚拟链路，以在链路上分配流量。然而，在基于切片的网络中，属于相同切片的分组可最终到达不同的链路上，造成数据的乱序传递。例如，一些链路比其他链路长。
因此，存在对在VSN中执行基于切片的路由的新系统的需要。
发明内容
在此描述的示例包括用于在VSN中进行基于切片的路由的系统和方法。该系统可包括在一个或更多个集群或云上分布在基于切片的网络上的多个物理或虚拟的交换机。交换机可以是可编程的，以在网络的物理层执行功能。在一个示例中，协调器可远程地将编程命令发送到交换机。交换机可以包括可编程联网专用集成电路(“ASIC”)，诸如Tofino芯片，其可以使用P4语言或一些其他协议编程。虚拟交换机同样可以是可编程的。
一旦被编程，交换机可以执行用于基于切片的路由的阶段。例如，交换机可接收第一分组并在交换机处确定对应于该分组的切片标识符。交换机可基于分组报头信息这样做，分组报头信息可唯一地识别切片。在一个示例中，分组报头包括基于切片选择器的先前指派的切片标识符。或者，交换机可以使用分组报头中的信息来确定切片标识符。交换机可将分组报头信息与切片表进行比较，以识别切片标识符(“ID”)。
基于切片标识符，交换机可以确定用于分组的下一跳。这可包括从交换机处的本地存储装置检索切片路径或其部分。基于下一跳和切片标识符，交换机可以从在交换机处可用的多个端口中选择出口端口。在一个示例中，交换机可确定是否存在用于将流量发送至下一跳的多路径表。如果是，则交换机可基于切片标识符从多路径表中选择出口端口。在一个示例中，多路径表是层3等价多路径表。多路径表可用于例如ECMP或LAG功能。
交换机然后可以将分组从出口端口向外发送到物理网络中至下一跳，该下一跳可以是另一个交换机。在一个示例中，交换机在链路聚合组中将多个出口端口分组在一起到下一跳。链路聚合组可使用切片标识符将分组放置在链路聚合组内的特定的出口端口上。
在示例中，这些阶段可以由遵循方法的交换机执行。各阶段可以是包括例如协调器的系统的一部分，协调器对交换机进行编程以运行代理并执行各阶段。或者，包括指令的非暂时性计算机可读介质可在处理器执行指令时使交换机处的处理器执行所述阶段。术语“交换机”可以广泛地指执行网络功能的任何设备，诸如服务器、路由器或主机。
如所要求的，上述一般性描述和以下详细描述两者均仅是示例性和说明性的，并且不是对这些示例的限制。
附图说明
图1是用于在VSN中进行基于切片的路由的示例方法的流程图。
图2是VSN中基于切片的路由的序列图的示例图示。
图3A是在路由分组中所使用的系统组件的示例图示。
图3B是用于VSN中的基于切片的路由的系统组件的示例图示。
图4是用于在不同切片路径中路由分组的系统组件的示例图示。
图5是VSN的拓扑的示例性系统图。
具体实施方式
现在将详细参考本示例，包括在附图中示出的示例。只要可能，相同的参考标记将在整个附图中用于指代相同或相似的部件。
在一个示例中，一种系统包括跨VSN中的一个或更多个集群或云的多个交换机。协调器可管理网络内的多个切片，这些切片可用于特定目的或租借给租户。例如，可为特定应用、IoT设备或客户预留切片。每个切片可以是在跨一个或更多个电信云分布的共享物理网络基础设施的顶部上运行的虚拟网络。切片可以包括用于执行某些网络任务的VNF的服务链。
在一个示例中，交换机可以使用分组的切片ID来路由流量。交换机可接收具有相同目的地IP地址的入口分组，但基于切片ID将它们不同地路由到不同的交换机。交换机可被编程为包括切片路径，该切片路径基于切片ID来管理使用哪些输出端口以及下一跳将是什么。
交换机还可以实现等价多路径(“ECMP”)。ECMP可包括开放系统互连(“OSI”)模型的层2和层3中的特征。在层3，网络层中，当跨多个等价路径分配流量时，可修改ECMP以使用基于切片的表和附加逻辑。传统上讲，使用基于目的地IP地址的ECMP路由来确定使用哪个ECMP路由会导致基于切片的网络中的乱序数据。为了避免这个问题，用于ECMP的多路径表(“ECMP表”或“ECMP路由表”)可改为基于切片的且根据切片ID键控。当交换机正在使用ECMP与下一跳连接时，这可允许为切片使用ECMP。在示例中，这些切片特定的ECMP动作可由协调器进程编程到交换机中。
对于ECMP的层2方面，交换机可以在一个示例中实现LAG以在通往另一个交换机的虚拟通道中将端口捆绑在一起。然而，具有相同切片ID的分组可在交换机之间的相同链路上路由。这可确保切片数据保持有序。在不考虑切片ID的情况下，数据可基于跨链路的不同行进时间而无序地到达。这可能是由于链路的不同行进距离和其他因素导致的。
图1是用于在VSN中执行基于切片的路由的示例流程图。在阶段110，交换机接收分组。分组可在多个入口端口之一处接收。分组可以是VSN中的切片的一部分。
在阶段120，交换机可以确定分组的切片标识符。交换机可以通过检查分组报头来这样做。例如，交换机或切片选择器可以使用层2到层4(L2-L4)报头的组合，或者通过执行深度分组检查(例如，以基于层7(L7)报头中的数据对流量进行分类)。例如，切片选择可以通过使用源网络层(例如，IP)地址而简单地基于源设备，或者可以通过查看L7报头而基于流量类型或目的地网络域。在一些实施例中，网络切片选择器维持将连接映射到网络切片的状态，使得不需要对连接的每一数据消息执行深度分组检查。另外，对于一些连接，只有某些数据消息包含执行切片选择所需的L7报头信息。
当使用深度分组检查执行切片选择时，用于连接的初始数据消息可能不包括切片选择器正确地识别切片所需要的L7报头信息。例如，端点设备(例如，移动设备，诸如智能电话或平板电脑、膝上型或台式计算机、IoT设备、自驾汽车、属于安全系统的智能相机)与网络域之间的连接通常以一组连接发起消息(诸如TCP握手)开始。在完成握手之后，该设备随后发送例如包括网络域的http获得(get)消息。在设备和网络域之间发送的后续数据消息可以不包括这样的信息。
在选择器处的初始切片选择之后，可更新路由器以包括使分组报头信息与切片ID相关联的切片表(一种类型的路由表)。这可允许交换机使用分组报头，分组报头可包括查找切片ID的地址信息。例如，分组报头可以列出源和目的地媒体访问控制(“MAC”)地址、源和目的地互联网协议(“IP”)地址、源和目的地端口，并且指示分组协议。利用该信息，交换机可以识别本地切片表中的切片ID。示例切片表示出如下，如表1。
Figure BDA0003460433220000051
表1
代理可以使用源IP地址(“源IP”)、目的地IP地址(“Dest IP”)、源端口、目的地端口和协议类型来找到相关的切片ID。在一个示例中，协议类型可以被表示为数字，不同的数字与不同的分组类型(诸如ICMP、ARP和TCP)相关。
在示例中，切片表可以通过协调器过程被编程到交换机中。例如，协调器可对交换机远程编程以执行切片特定动作。在一个示例中，交换机包括可编程联网专用集成电路(“ASIC”)，如TOFINO芯片，其可以使用P4语言或一些其他协议编程。
在阶段130，交换机可以基于切片ID确定用于分组的下一跳。下一跳可为切片路径中的另一交换机。为了确定下一跳，交换机可以使用切片ID访问路由表。路由表可返回关于该切片ID的切片路径的信息，包括下一跳。路由表可以位于交换机本地。在一个示例中，协调器将交换机编程为包括路由表。每当协调器改变影响交换机路由的切片路径时，协调器可联系交换机以更新路由表。例如，如果第一切片路径包括下一跳为交换机2，并且新的切片路径包括下一跳为交换机3，那么协调器可将该信息发送至交换机，以便可将用于该切片的未来流量路由至交换机3。
示例路由表如下表2所示。
Figure BDA0003460433220000061
表2
示例路由表在以下表2中示出。使用切片ID和目的地IP，可确定下一跳。在一个示例中，路由表还可具有使用哪个出口接口。在另一示例中，路由表可与示例中的切片表(例如，表1的切片表)相同。在该示例中，一个或更多个附加列可表示下一跳或出口接口。或者，可使用表1的Dest IP或Dest端口来确定出口接口。使用路由表还可包括在ECMP路由表或一个或更多个LAG表中查找信息，如下文将讨论的。
在阶段140，交换机可以基于切片标识符选择用于分组的出口端口。例如，切片在路由表中可具有与下一跳相对应的指派的出口接口。在示例中，选择出口端口可以通过选择出口接口来实现。出口接口可具有分组队列和其他机制，例如负载平衡算法，其管理分组何时从出口接口处的出口端口实际发送至下一跳。
在一个示例中，交换机可以支持ECMP。传统的ECMP路由可以允许具有相同源和目的地的流量通过多个等价路径被传输。这可以通过完全利用到相同目的地(下一跳)的链路上的其他未使用的带宽来允许负载平衡流量并增加带宽。当使用ECMP时，基于路由度量计算和散列算法来识别等价的下一跳路径。也就是说，等价的路由可以具有相同的偏好和度量值，并且对于网络具有相同的成本。ECMP过程可识别一组路径，每个路径是朝向目的地的合法等价下一跳。识别出的路由称为ECMP集合。因为它仅解决下一跳目的地，ECMP可以与各种路由协议一起使用。在一个示例中，ECMP可与OSI模型的层3联网协议一起操作。层3可以被称为联网模型的网络层。
在一个示例中，从切片表访问的信息可与ECMP路由表一起使用，其示例示出于下表3中。ECMP可允许在两个交换机之间使用多个路径，并且当路径具有相等的度量时，确定如何在那些路径上分配流量。
Figure BDA0003460433220000071
表3
如表3所示，每行可以表示ECMP集合。ECMP成员可表示基于与目的地IP地址相对应的子网的下一跳。例如，对于子网10.1.2.0(和掩码255.255.255.0)，在ECMP集合中有六个不同的可能的下一跳(ECMP成员)可用。第二ECMP集合具有4个下一跳，第三ECMP集合具有2个下一跳。
在一个示例中，切片表(例如，表1)和ECMP路由表(例如，表3)可以用于确定下一跳。例如，对于切片ID为1的分组，目的地IP为10.1.2.10。这对应于第一ECMP集合，其子网为10.1.2.0。
当ECMP路由表(如表3中)包含多个下一跳地址以用于以等价到达同一目的地时，可以形成ECMP集合。等价的路由具有相同的(或在阈值内相似的)偏好和度量值。如果存在用于活动路由的ECMP集合，则可以使用负载平衡算法来选择ECMP集合中的下一跳地址之一来安装在转发表中。
ECMP可以使用负载平衡来在ECMP集合中的多个链路之间进行选择。在一个示例中，可使用基于切片的负载平衡来跨多个链路分配分组。可以保证具有相同切片ID的分组占用相同的链路。例如，可以使用将切片ID与链路相关联的表。或者，表3上的额外列可指示切片ID，使得切片用于在ECMP集合中的链路之间进行选择。
在一个示例中，包括切片ID的散列可用于选择哪个ECMP路径对应于分组。此方法还可允许不同切片跨不同链路的分布，而同一切片在同一链路上操作。散列可以包括源和目的地IP以及源和目的地端口。
在一个示例中，散列可用作ECMP ID，以选择哪个链路应用于分组。例如，ECMP表可包括用于ECMP ID的列和用于出口接口或端口的另一列，类似于下文讨论的表5。此外，散列种子可以用于负载平衡目的。例如，散列种子可使更多的切片使用一个链路而不是另一个链路。这可允许为高优先级切片保留一个或更多个链路。
在一个示例中，可以在交换机处修改ECMP操作以适应基于切片的路由。在一个示例中，下面的表4包括与ECMP表(例如，表3的ECMP表)的基于切片的使用相关的伪码。
Figure BDA0003460433220000081
Figure BDA0003460433220000091
表4
转向表4的伪码，当交换机接收到分组时，交换机可以确定切片ID，如针对阶段120所讨论的。在该示例中，代理可以基于源IP地址(“sip”)、目的地IP地址(“dip”)、源端口(“sport”)、目的地端口(“dport”)、和协议类型(“proto”)从切片表(例如，表1)检索切片ID。接着，代理可使用来自路由表(例如，表1或表2)的切片ID来获得下一跳，如针对阶段130所描述的。这可包括基于例如切片ID和目的地IP在路由表中查找下一跳地址。路由表可包括用于切片ID的列和用于下一跳的另一列。
在本示例中，在阶段140，交换机可以确定下一跳是否表示在ECMP路由表(例如，表3)中，该表可以用于确定将采用哪个链路(例如，ECMP成员)到下一跳。例如，如果子网存在于表3中用于表1的Dest IP，则代理可以使用ECMP来确定将采用哪个链路(ECMP成员)到下一跳。
可以修改ECMP以使用切片ID来进行这种链路确定。在一个示例中，代理检索或生成散列。在示例中，可使用切片ID、分组目的地IP地址和ECMP成员计数来创建(create_hash)散列(hash_id)。然后可以使用该散列ID来选择哪个ECMP成员应用于分组。
该负载平衡算法可确定在具有相同(或在阈值内相似)偏好和度量值的多个链路可用时将哪个链路用于该切片。如果存在用于活动路径的ECMP集合，那么可使用负载平衡算法来基于切片ID选择ECMP中的下一跳地址中的一者以用于分组。负载平衡算法还可以相对于其他切片优先地处理一个或更多个切片。例如，当第一链路上的性能下降到阈值以下时，可为该优选切片保留该第一链路。例如，当多条链路可用于下一跳且用于911的切片被优先化时，911呼叫可以是使用特定链路的唯一切片。可基于切片的服务水平协议(“SLA”)要求，在交换机或协调器处确定切片的优先级。例如，每个切片可以具有保证的性能特性，例如，延迟的阈值水平、吞吐量和带宽。在示例中，SLA记录可以明确地指派优先级参数，这些优先级参数由交换机用于负载平衡目的。
在一个示例中，协调器为交换机提供基于切片的负载平衡算法，以用于ECMP路由。在示例中，这可基于切片优先级和切片路由。
出于本公开的目的，选择出口接口可以与选择出口端口相同。
在阶段140，选择出口端口还可以包括确保切片根据OSI模型的层2(“L2”)适当地路由，层2可以被称为数据链路层。在一个示例中，交换机可以使用例如链路聚合控制协议(“LACP”)实现LAG。LAG可以通过将端口捆绑到信道中来将交换机之间的链路分组在一起。在示例中，LACP可与负载平衡和ECMP一起使用。示例L2转发表如下表4所示。此外，表5中示出了示例LAG表。
Figure BDA0003460433220000101
表4
Figure BDA0003460433220000102
表5
在一个示例中，LAG可以被修改以利用切片ID来选择分组将传播通过的端口。这可包括将属于同一切片的所有分组沿着同一链路路由。
当使用两个不同的链路时，不使用LAG的切片ID的常规方法可能导致乱序数据递送，这可能导致数据传输中的错误。这是因为用于单个切片的分组可分布在不同的链路上，不同的链路可具有到下一跳(交换机)的不同距离和行进时间。例如，第一链路可以是一千米长，而第二链路是十千米长。将切片ID结合到选择LAG链路中可确保交换机将切片的分组保持在一起。例如，切片ID可与分组信息(源IP地址、目的地IP地址、源端口和目的地端口)一起用于创建关于选择哪个链路的散列。可根据可用链路的总数对散列进行键控，并且散列用作索引来选择链路，使得切片分布在链路上。
继续来自表3的伪码，如果下一跳不包括在ECMP路由表中，则代理可以检索下一跳的lag接口(例如，getLAGIntf)，如表4中例示的2级(“L2”)转发表或表5中例示的LAG表。在一个示例中，基于L2信息(例如，表4中所示的目的地MAC地址(“Dest MAC”))来确定LAG ID。分组的目的地(关于下一跳的信息)可以与Dest MAC匹配以确定LAG ID。然后，代理可以从LAG表中检索对应的LAG成员计数和LAG成员端口。
然后，代理可以基于切片ID确定要使用哪些LAG成员端口，从而确保来自同一切片的分组保持在一起。这可包括创建用于选择LAG成员端口的散列。在使用表5的示例中，散列可基于切片ID、目的地IP地址(“P->ip_id”)以及LAG成员计数。可以通过使用散列作为索引或选择器来选择LAG成员端口，来确定出口接口。
然后，代理可以将分组P发送至出口接口，通过使用ECMP或LAG的基于切片的选择来选择该出口接口。
ECMP和LAG可以一起使用，用于负载平衡目的，以便增加交换机上的带宽和吞吐量。通过将切片ID结合到ECMP和LAG的查找中，交换机可针对切片将数据保持在一起，并且还基于切片优先级选择链路。例如，ECMP可将第一链路用于高优先级切片，并且确保该链路上的拥塞保持较低，作为负载平衡的一部分。这样，可以跨端口平衡不同的切片。链路的聚合同样可以基于切片优先级，例如，通过形成主要由高优先级切片使用或仅由高优先级切片使用的LAG。
在阶段150，交换机可以使用基于路由表、ECMP和LAG中的一个或更多个而选择的出口接口(即，出口端口)来将分组发出到网络中、发送到下一跳。出口过程可以由策略算法管理，该策略算法首先确定哪些分组通过出口端口输出。在一个示例中，交换机使用FIFO算法，其中分组以它们在基于切片的池中被接收的顺序路由至出口队列。可替代地，可使用切片轮询(“SRR”)算法，其中一次转发来自每个切片的一个分组。例如，交换机可从每个基于切片的入口队列取出分组并且将其路由至合适的接口，进入用于同一切片的出口队列。在另一示例中，使用切片加权轮询算法(“SWRR”)。在SWRR中，可基于每个切片的权重来转发分组。
图2是VSN中基于切片的路由的序列图的示例图示。在阶段205，协调器将切片路径信息发送到交换机。交换机可以是可编程的，使得切片路径信息用于更新交换机上的切片表和其他表。例如，切片表可指示将哪个出口接口用于哪个切片。在一些示例中，切片表还可用于基于例如源和目的地IP地址、MAC地址和端口之类的分组报头信息确定切片ID。
在阶段210，交换机可以使用切片路径信息来更新多路径表，如ECMP路由表或LAG表。通常，这些可以被称为路由表。在一个示例中，路由表是基于切片的，例如表2。在一个示例中，ECMP和LAG可被修改以基于切片ID来操作。例如，基于分组的切片ID的散列可用作索引，用于选择ECMP或LAG成员以用作出口接口。在另一示例中，ECMP路由表可经修改以还基于切片ID进行操作。这可允许具有相同源和目的地的流量基于切片ID通过相等度量的多个路径进行传输。例如，不同的切片ID可对应于不同的路径，使得切片数据可在LAG的同一链路上保持在一起。
在阶段215，可从协调器向交换机发送策略和负载平衡算法。这在示例中可作为阶段205的一部分发生。负载平衡算法可以与多路径表结合使用，以基于切片ID确定哪些分组放置在哪些链路(出口端口)上。策略算法可以用于确定在拥塞时输出到网络中的分组的顺序。
在阶段220，交换机可以接收入口分组。可在多个入口端口上从多个源位置接收这些分组。对于每个分组，交换机可在阶段225确定切片ID。在一个示例中，交换机从分组报头读取切片ID。上游交换机或切片选择器可将切片ID写入到分组报头中以供网络中的其他交换机使用。或者，交换机可通过在交换机本地维护的切片表中查找切片ID来确定切片ID。为此，交换机可以使用对于切片唯一的分组报头信息，例如，源和目的地IP地址、MAC地址以及端口的组合。
基于切片ID，交换机然后可以在阶段230检索下一跳。路由表可包括每一切片的下一跳信息。在一个示例中，交换机可检查ECMP路由。在一个示例中，这可以是在ECMP表处的单独查找。或者，交换机上的ECMP过程可基于ECMP来更新路由表，从而允许交换机基于路由表中的切片ID来查找正确的出口接口。出口接口可基于ECMP的负载平衡或基于LAG中不同链路的改变的特性来动态地改变。例如，如果特定链路表现不佳，那么负载平衡算法可将优先化的切片移动到不同的链路上。当在阶段230检索到下一跳时，路由表可包括更新信息，使得该切片的分组被路由到不同的链路。
在阶段235，将分组发送到网络中到达下一跳。在示例中，分组从交换机发送到网络中的顺序可以由策略算法管理。策略算法可用于将属于优先化的切片的出口分组优先化。该优先化可基于拥塞而升级。可在交换机处检测到拥塞或在下游检测到拥塞并将其报告回交换机。
下一跳可以是执行类似阶段的另一个交换机。例如，下一交换机可在阶段250确定切片ID。基于切片ID，该交换机在阶段255确定新的下一跳。分组可以这种方式继续通过网络，直到到达最终目的地，最终目的地可以是切片特定的。例如，切片可结束于呼叫中心、数据库、服务器或用于执行切片目的的其他硬件处。
交换机还可由协调器编程为执行在阶段240将遥测(telemetric)数据报告回协调器的代理。遥测数据可以包括与延迟、带宽、吞吐量、往返时间或SLA的任何其他性能度量有关的任何性能数据。在示例中，遥测数据可以由协调器或相关过程使用以确定如何减轻网络拥塞。在一个示例中，这可包括在一个或更多个交换机处改变负载平衡或策略算法。它还可以包括在网络中重新路由切片。
当协调器做出改变时，诸如改变切片路径，该改变可以在阶段245报告给受影响的交换机。在新切片路径的情况下，可对交换机进行编程，以指示在该新切片路径中使用的正确的下一跳。在一个示例中，协调器可向交换机发送消息，该消息使交换机基于新的切片路径更新一个或更多个路由表。这可以包括确定下一跳是否是现有ECMP的一部分，并相应地更新路由表。例如，如果第一切片最初在第一ECMP集合中的交换机1处具有下一跳，但在交换机2处经更新的下一跳不是该ECMP集合的一部分，那么可更新ECMP路由表。第一集合可以根据附加的可用带宽被不同地进行负载平衡。另外，如果第二ECMP集合连接到交换机2，那么可更新ECMP路由表以将切片包括在该集合中。
图3A为用于在不具有LAG的情况下路由分组的系统组件的示例图示。在该示例中，主机310(例如服务器)将分组发送到第一交换机320。第一交换机320可以包括通向第二交换机330的多个链路325，第二交换机330在通向目的地主机340的路径中。在该示例中，使用包括链路325的四个10Gbps接口连接第一交换机320和第二交换机330。然而，交换机320、330上的网络操作系统(“OS”)可以基于层2环路禁用那些10Gbps接口中的三个。当在两个节点(例如，第一交换机320和第二交换机330)之间具有一个以上的层2路径时，交换环路可出现在网络中。这些环路可基于交换机320、330在所有端口处转发广播以及层2分组报头不支持存活时间(“TTL”)值来创建广播风暴。具有多个链路325由于冗余的原因可能是有吸引力的，因此通常使用最短路径桥接(“SPB”)协议消除环路。该方法的缺点是冗余链路325保持不活动，如图3A中的x所示。这意味着交换机的总带宽不是最佳的。
如图3B所示，通过使用LAG(例如，利用ECMP)，可以提高带宽。图3B是用于VSN中的基于切片的路由的系统组件的示例说明。如图3B所示，可以使用交换机到交换机LAG 345在链路325上均匀地路由进入第一交换机320的分组315。第一交换机320上的负载平衡算法可以跨交换机320、330之间的所有链路325分配分组315。
在一个示例中，分组315根据切片ID分布在链路325上。在此示例中，链路325一起捆绑成单个虚拟链路，但使用切片ID来维护来自同一链路上的同一切片的分组。在示例中，用于特定切片的链路可基于负载平衡而改变。然而，具有相同切片ID的第一分组和第二分组可保持在虚拟信道内的同一链路上。这可确保用于切片的分组不会乱序到达第二交换机330。这允许第二交换机330将分组315转发到目的地主机340，而不在切片的流中引入错误。
图4是用于在VSN中的不同切片路径中路由分组的系统组件的示例图示。第一切片460可跨越交换机R1、R3、R5和R6。第二切片465可跨越交换机R1、R2、R4和R6。在该示例中，切片460、465均从旧金山420跨越到纽约市450，但是跨越该跨度采取不同的路线。该示例中的交换机可以是路由器。在示例中，这些交换机可以各自计算每个切片460、465的分组速率和定时信息。
切片路径(通过VSN的路线)可以基于协调过程进行改变。例如，在图4中说明之前，第一切片460和第二切片465均可采取通过网络的相同切片路径，示出为第一切片460的路径。在该示例中，第二切片465最初具有从旧金山420到纽约市450的切片路径，其穿过交换机R3和R5(如图4中针对第一切片460当前所示)。基于拥塞，已经改变了第二切片465的切片路径，以使用交换机R2、R4(如图4中目前所示)代替交换机R3、R5。为此，协调器可更新交换机R1处的路由表以将下一跳改变为交换机R2而不是交换机R2。还可以更新交换机R2、R3、R4和R5处的路由表以反映新的切片路径。协调器还可以在交换机R2和R4处实例化第二切片所需的VNF。
更新路由表可以包括更新用于ECMP和LAG的基于切片的表。当下一跳改变时，ECMP集合还可相对于哪些切片在哪些集合中而改变。例如，在第一交换机R1处，第一ECMP集合可包括第一切片460和第二切片465两者。然而，当第一切片460经重新路由以遵循沿着交换机R2、R4的切片路径时，第一交换机R1不再能够将第一切片460包括在第一ECMP集合中。这是因为下一跳现在是交换机R2而不是交换机R3。因此，第一交换机R1可从第一ECMP集合中移除第一切片460，而是将其放置在包括到交换机R2的捆绑链路的第二ECMP集合中。在一个示例中，每当交换机接收到新的切片路径信息时，交换机被编程以改变其ECMP集合。
如前所述，协调器可基于拥塞改变切片路径。为了检测拥塞，协调器可使用遥测数据，诸如来自不同交换机的分组速率和定时信息。使用该数据，协调器可尝试合计每个切片460、465的吞吐量。然而，对于从旧金山420到纽约450的第一切片460，交换机R3和R5可具有重复的分组速率数据，但是对于从迈阿密470到纽约450的第一切片460，交换机R5也将包括非重复和相关的分组速率数据。因此，在示例中，虽然来自交换机R3的数据应被忽略，但在计算第一切片460的吞吐量中应包括交换机R5处的迈阿密470数据。这是因为第一切片460具有两个不同的示出的流，一个来自旧金山420并且另一个来自纽约市450。
虽然协调器被称为示例，但是在本文的示例中，与协调器(诸如监控模块)进行通信的单独的过程可以执行归于协调器的步骤。
图5是VSN 500中的系统组件的示例图。VSN 500可以是具有一个或更多个云520、540的分布式电信云网络。切片572、578、582可跨这些云520、540分布。
每个云520、540可以具有用于网络功能虚拟化(“NFV”)542的物理和虚拟基础设施。例如，诸如路由器和服务器之类的物理交换机544可以运行提供VNF功能的VM 546或微服务。切片可以包括在边缘云520上执行的第一VNF。VNF可以利用一个或更多个vCPU，其在一个示例中可以是一个或更多个VM 524。然而，边缘云520能够执行许多VNF，通常用于VNF是各种切片的一部分的多个租户。切片可以从功能角度保持分离，即使来自不同切片的VNF依赖于在共享物理硬件522上操作的VM 524，它们也不知道彼此的存在。
切片路径中的第一VNF可以与第二VNF通信，第二VNF可以位于不同的云540中。例如，第二VNF可以包括在核心云540中的物理硬件544上操作的一个或更多个VM 546。第二VNF能够与切片路径中的又一个VNF通信。在示例中，这些VNF中的一个或更多个可以充当到互联网560的出口。
一个或更多个用户设备502可以使用例如5G数据连接连接到VNF 500中的切片。用户设备502可以是能够连接到电信网络的任何物理处理器使能设备。示例包括汽车、电话、膝上型计算机、平板电脑、IoT设备、虚拟现实设备等。蜂窝塔505或其他收发器可以与这些用户设备502发送和接收传输。在到边缘云520的入口点处，切片选择器508可接收从用户设备502发送的数据并且确定应用哪个切片。切片选择器508可作为边缘云中的VM 524操作或可在连接至边缘云520的不同硬件上运行。在示例中，切片选择器可使用分组报头中的信息来确定分组属于哪个切片。
在一个示例中，切片选择器508最初处理这些分组并且将其指派给VSN的网络切片之一。切片选择器508还可处理服务链操作，以确保分组由用于所指派切片的正确网络服务集合处理。在各个示例中，切片选择器508可由VM、在VM内或在主机计算机的虚拟化软件内操作的软件转发元件(例如，基于流的转发元件)、在主机计算机的虚拟化软件内的转发元件外部(例如，在VM与转发元件的端口之间)执行的一组模块等来实现。
在一些情况下，许多切片选择器508被配置成用于VSN。在电信服务提供商示例中，可以为每个蜂窝塔、基站或接入网络的其他方面配置网络切片选择器。电信服务提供商接入网络可包括用于每个蜂窝塔的边缘云，并且在每个这种边缘云处配置至少一个切片选择器508。在其他示例中(例如，对于完全包含在一组连接的数据中心内的SD-WAN流量)，分布式网络切片选择器被配置为使得针对从VM发送的数据消息的网络切片选择发生在与数据消息的源相同的主机计算机处(尽管在源VM外部)。
切片选择可以基于分组的分组报头中的信息。例如，交换机或切片选择器可以使用层2到层4(L2-L4)报头的组合，或者通过执行深度分组检查(例如，以基于层7(L7)报头中的数据对流量进行分类)。例如，切片选择可以通过使用源网络层(例如，IP)地址而简单地基于源设备，或者可以通过查看L7报头而基于流量类型或目的地网络域。在一些实施例中，网络切片选择器维持将连接映射到网络切片的状态，使得不需要对连接的每一数据消息执行深度分组检查。另外，对于一些连接，只有某些数据消息包含执行切片选择所需的L7报头信息。
当使用深度分组检查执行切片选择时，用于连接的初始数据消息可能不包括切片选择器正确地识别切片所需要的L7报头信息。例如，端点设备(例如，移动设备，诸如智能电话或平板电脑、膝上型或台式计算机、IoT设备、自驾汽车、属于安全系统的智能相机)与网络域之间的连接通常以一组连接发起消息(诸如TCP握手)开始。在完成握手之后，该设备随后发送例如包括网络域的http获得(get)消息。在设备和网络域之间发送的后续数据消息可以不包括这样的信息。
为了管理分布式虚拟基础设施，提供商可以运行管理过程的拓扑565，包括具有监控模块的协调器568。协调器568可以可替代地与分开地在不同服务器上或在不同虚拟环境中运行的监控模块通信。在该示例中，监控模块可以是与协调器568一起工作的拓扑565的一部分。这些过程的一个示例框架是VMWARE的VCLOUD NFV，其可使用VSPHERE用于网络虚拟化及使用VREALIZE用于虚拟分析。示例协调器是CLOUDIFY。
在示例中，协调器568可以负责管理切片和VNF。这可包括基于性能度量和网络负载供应新切片或重新供应现有切片。协调器568可在位于一个或更多个核心云520、540中或与云分开的一个或更多个物理服务器上运行。协调器568可以提供用于跟踪在每个切片中包括哪些云和VNF的工具。协调器568可进一步跟踪各个租户570、580的切片性能，且提供管理控制台。协调器568还可接收性能度量和负载信息，并确定监控模块何时应找到新的切片路径。
在本示例中，第一租户570具有多个切片572、574。每个切片572、578可以由指示该切片的VNF要求的切片记录来定义。VNF 574、576各自可以在服务链中提供不同的功能。
此外，SLA可指定切片的不同阈值性能要求。这些性能要求可包括延时、往返时间、带宽等。在示例中，这些可充当每切片的QoS要求。
协调器568可以依赖于监控模块从交换机522、544接收遥测信息并且判定是否满足SLA。在一个示例中，监控模块向交换机522、544提供代理501。交换机522、544可以被编程为执行代理501。监控模块还可提供用户定义的策略算法，交换机使用该算法将分组从入口端口503移动至出口端口506，并从出口端口506移动至物理网络500中的下一跳。监控模块还可以提供切片路径信息，交换机522、544使用该切片路径信息来确定下一跳以及将哪些出口接口(例如，端口)用于这些下一跳。
协调器568还可以改变切片选择器508和交换机522、544中的设置以确保流量正确地沿着切片路径路由。
尽管协调器568、虚拟管理拓扑和监控模块被单独地提及，但这些过程都可以一起操作。这些示例并不意味着限制哪个过程执行哪个步骤。相反，监控模块可被视为执行所描述的阶段的虚拟管理拓扑的任何部分。
通过考虑在此公开的示例的说明书和实践，本公开的其他示例对于本领域技术人员将是显而易见的。虽然所描述的方法中的一些已经被呈现为一系列步骤，但是应当理解，一个或更多个步骤可以同时、以重叠的方式、或以不同的顺序发生。所呈现的步骤的顺序仅说明可能性，且那些步骤可以任何合适的方式执行或进行。此外，在此描述的示例的各个特征不是相互排斥的。相反，在此描述的任何示例的任何特征可以被结合到任何其他适合的示例中。说明书和示例旨在被认为仅是示例性的，本公开的真实范围和精神由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种基于切片的路由的方法，包括：
在交换机处接收第一分组；
在所述交换机处，基于所述第一分组的报头信息确定用于所述第一分组的切片标识符，其中所述切片标识符唯一地识别虚拟服务网络(“VSN”)中的切片；
在所述交换机处，确定用于所述第一分组的下一跳；
基于所述切片标识符从多个接口中选择出口接口，其中所述切片标识符用于创建散列，且所述散列用于选择所述出口接口；以及
将所述第一分组从所述出口接口发送至所述下一跳。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定用于第二分组的不同的下一跳，其中所述第一分组和所述第二分组包括相同的目的地地址但具有不同的切片标识符。
3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述切片标识符包括：基于目的地机器地址控制(“MAC”)地址、目的地互联网协议(“IP”)地址和目的地端口在所述交换机处查找所述切片标识符。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定是否存在用于将流量发送至所述下一跳的多路径表，所述多路径表包括用于将流量发送至所述下一跳的多个链路；以及
当存在所述多路径表时，基于使用所述切片标识符创建的所述散列来从所述多路径表中选择所述出口接口。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述多路径表是层3等价多路径(“ECMP”)表。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：在链路聚合组(“LAG”)中将所述多个接口分组在一起，其中基于使用所述切片标识符创建的所述散列来选择所述LAG内的所述出口接口。
7.根据权利要求6所述的方法，其中对所述LAG内的所述出口接口的选择基于针对所述切片标识符实现的新切片路径而改变。
8.一种非暂时性计算机可读介质，其包括指令，在由处理器执行所述指令时，执行用于基于切片的路由的阶段，所述阶段包括：
在交换机处接收第一分组；
在所述交换机处，基于所述第一分组的报头信息确定用于所述第一分组的切片标识符，其中所述切片标识符唯一地识别虚拟服务网络(“VSN”)中的切片；
在所述交换机处，确定用于所述第一分组的下一跳；
基于所述切片标识符从多个接口中选择出口接口，其中所述切片标识符用于创建散列，且所述散列用于选择所述出口接口；以及
将所述第一分组从所述出口接口发送至所述下一跳。
9.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读介质，所述阶段还包括：确定用于第二分组的不同的下一跳，其中所述第一分组和所述第二分组包括相同的目的地地址但具有不同的切片标识符。
10.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读介质，其中确定所述切片标识符包括：基于目的地机器地址控制(“MAC”)地址、目的地互联网协议(“IP”)地址和目的地端口在所述交换机处查找所述切片标识符。
11.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读介质，所述阶段还包括：
确定是否存在用于将流量发送至所述下一跳的多路径表，所述多路径表包括用于将流量发送至所述下一跳的多个链路；以及
当存在所述多路径表时，基于使用所述切片标识符创建的所述散列来从所述多路径表中选择所述出口接口。
12.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述多路径表是层3等价多路径(“ECMP”)表。
13.根据权利要求8所述的非暂时性计算机可读介质，所述阶段还包括：在链路聚合组(“LAG”)中将所述多个接口分组在一起，其中基于使用所述切片标识符创建的所述散列来选择所述LAG内的所述出口接口。
14.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其中对所述LAG内的所述出口接口的选择基于针对所述切片标识符实现的新切片路径而改变。
15.一种用于基于切片的路由的系统，包括：
非暂时性计算机可读介质，其包含指令；以及
处理器，其执行监控模块以执行阶段，所述阶段包括：
在交换机处接收第一分组；
在所述交换机处，基于所述第一分组的报头信息确定用于所述第一分组的切片标识符，其中所述切片标识符唯一地识别虚拟服务网络(“VSN”)中的切片；
在所述交换机处，确定用于所述第一分组的下一跳；
基于所述切片标识符从多个接口中选择出口接口，其中所述切片标识符用于创建散列，且所述散列用于选择所述出口接口；以及
将所述第一分组从所述出口接口发送至所述下一跳。
16.根据权利要求15所述的系统，所述阶段还包括：确定用于第二分组的不同的下一跳，其中所述第一分组和所述第二分组包括相同的目的地地址但具有不同的切片标识符。
17.根据权利要求15所述的系统，其中确定所述切片标识符包括：基于目的地机器地址控制(“MAC”)地址、目的地互联网协议(“IP”)地址和目的地端口在所述交换机处查找所述切片标识符。
18.根据权利要求15所述的系统，所述阶段还包括：
确定是否存在用于将流量发送至所述下一跳的多路径表，所述多路径表包括用于将流量发送至所述下一跳的多个链路；以及
当存在所述多路径表时，基于使用所述切片标识符创建的所述散列来从所述多路径表中选择所述出口接口。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述多路径表是层3等价多路径(“ECMP”)表。
20.根据权利要求19所述的系统，所述阶段还包括：在链路聚合组(“LAG”)中将所述多个接口分组在一起，其中基于使用所述切片标识符创建的所述散列来选择所述LAG内的所述出口接口。
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