CN114430388A - 一种组播业务路径可视化追踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组播业务路径可视化追踪方法，首先，控制器驱动模块探测前端的可视化需求任务，生成对设备信息的探测任务并对其进行调度管理；其次，控制器驱动RPC‑API接口周期性探测并主动获取网络设备的全网组播拓扑信息；再次，数据库管理模块将分散的全网组播拓扑信息整合重构为基于特定组播组的路径可视化信息；接着，组播路径诊断模块对生成的路径进行进一步诊断与处理；最后，组播可视化模块实时追踪整网的组播流信息，在前端更新绘制当前最新的组播流量走向。本发明采用RPC‑API接口，获取组播数据并进行转化分析，呈现当前物理网络的完整组播流量转发路径，解决组播业务无法深度感知与细粒度可视化的问题。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信应用技术领域，特别是涉及一种组播业务路径可视化追踪方法。
背景技术
随着武器平台内部各种数据、语音、视频业务复杂度越来越高，信息呈现多样化与混合化趋势，网络系统集中控制与分布式转发有效协同是武器平台网络建设的迫切发展需求，网络资源配置与网络运维可视化也成为舰艇网络系统发展的新方向。
目前，一般网络管理技术主要基于SNMP、OpenFlow以及NetConf等接口实现，其中，SNMP侧重状态监测，对于组播拓扑呈现以及组播状态监控、组播故障报警及组播故障管理方面控制偏弱。OpenFlow技术尚未完全成熟，在舰艇网络领域应用中存在响应时间上的性能瓶颈。NetConf技术同样无法完全耦合舰艇小规模网络管理需求。新型组播可视化管理技术基于RPC-API接口协议通信，等同于向用户提供远程控制交换机的管控能力水平，通过深入挖掘交换设备组播协议机制与功能特性，以API的形式将底层网络能力向上层开放，实现对组播业务的精细感知与可视化。
因此，为实现组播网络业务高效运维与管理，提出一种基于RPC-API接口实现的组播业务路径可视化追踪方法，实现组播业务灵活配置管理与业务路径可视化呈现，展示组播业务的流量态势情况，简化组播业务运维管理复杂程度。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种组播业务路径可视化方法，针对武器平台网络业务多样化、复杂组播业务运维与故障诊断要求，基于RPC-API接口，实现组播业务流量态势感知与业务路径可视化，实现对典型组播业务的简化运维管理，提升对网络和资源控制的精细化程度。
为了实现本发明目的，本发明采用如下的技术方案：一种组播业务路径可视化追踪方法，包括以下步骤：
步骤1、控制器驱动模块探测前端的可视化需求任务，生成对设备信息的探测任务并对其进行调度管理；
步骤2、控制器驱动模块的RPC-API接口周期性探测并主动向网络设备发送JSON-RPC请求报文，获取和探测全网组播信息；
步骤3、数据库管理模块记录生成全网组播信息表，整合重构为路径可视化信息数据库表；
步骤4、组播路径诊断模块对生成的路径进行诊断，经过处理与优化，计算出最短路径信息；
步骤5、组播业务可视化模块根据所述最短路径信息，提取并建立基于源到目的完整组播树，在前端拓扑可视化呈现当前最新的组播流量走向。
进一步地，控制器驱动模块用于获取前端页面的任务需求和任务调度管理，步骤1的具体流程为：
步骤1-1、控制器驱动模块通过RESTful接口与前端页面进行交互，通过采取通用的RESTful通信协议，实现前端页面与后台服务的接口交互，获取前端页面可视化需求任务；
步骤1-2、控制器驱动模块围绕前端页面可视化需求生成并进行任务调度管理，按照单次任务、周期任务的方式，统一管理所有的任务状态；对链路状态、端口状态、设备状态以及自定义任务进行调度执行，对设备信息进行探测，并将探测到的信息存储至数据库中。
进一步地，步骤2的具体流程为：
步骤2-1、根据任务进行设备组播业务探测，利用RPC-API接口采集设备状态、拓扑节点、配置功能、告警详情信息，对采集到的设备裸信息进行过滤、计算、整理，存入本地缓存，控制器驱动模块依据此信息获取设备基本状态信息，并在此基础上进一步获取和探测具体的全网组播信息；
步骤2-2、RPC-API接口采用标准的JSON-RPC接口协议，通过JSON-RPC请求远程调用待测设备的配置命令行，下发特定的组播查询命令对待测设备三层组播业务情况进行探测，并得到相应的设备返回信息，从获取到的JSON格式返回对象中解封装出全网组播信息中包含的组播源节点、组播目的节点与组播组端口表项。
进一步地，数据库管理模块用于全网组播信息数据库管理与路径可视化信息数据库管理，步骤3的具体流程为：
步骤3-1、全网组播信息数据库管理：提取由RPC-API接口获取到的JSON格式的设备返回信息，形成“<设备节点，组播组，入端口，出端口>”的结构表；其中，设备节点标识待测设备的网络位置与身份；组播组为组播业务的组播IP地址，代表某一具体的组播业务，该组播业务在不同设备节点上有不同的出入路径；入端口与出端口则分别表示该特定设备节点上某一具体的组播业务的入方向与出方向；配合全网拓扑信息，形成一张全网组播信息数据表；
步骤3-2、路径可视化信息数据库管理：对全网组播信息数据表进行添加、删除、修改、查询，整合成<组播组，设备节点，设备节点入端口，设备节点出端口，下一跳>的结构表，表示某一具体的组播业务在不同设备节点上的连续路径出入走向，即路径可视化信息数据表，实现由全网组播信息到路径可视化信息的搜集与转译，以便进行下一步的路径诊断与处理。
进一步地，组播路径诊断模块用于实现生成基本的组播路径树、反向路径转发校验、过滤与确认路径过程，步骤4的具体流程为：
步骤4-1、基于当前组播转发组信息计算路径，从组播源开始，根据设备转发表信息和链路信息，依次寻找路径信息；如果该端口为链路互联端口，则根据Link信息寻找下一跳设备，并记录路径信息，如果该端口为边缘端口，则表示组播路径结尾，生成基本的组播路径树；
步骤4-2、通过使用反向路径转发校验机制，沿着上述组播路径树的源方向进行计算，通过逆向查找路径，判断反向路径是否唯一且与正向路径属于同一轨迹，进而来确保拓扑中没有环路；
步骤4-3、根据生成的转发路径，过滤与确认路径，若存在环路，则对非法路径产生告警记录；若不存在环路，则将该路径记录为最短路径。
进一步地，步骤5中组播可视化模块用于绘制路径图，将组播树数据改造成适合绘制组播路径的可视化数据，在整网拓扑上绘制出各条组播流的路径走向，具体流程为：
步骤5-1、遍历所有设备的边缘端口，即在link中找不到对端的端口；
步骤5-2、依次遍历所有非边缘端口，如果该端口为某组播组的入端口，获取出端口信息；如果是出端口类型是边缘端口，则记录到出口信息里；如果出端口类型为链路端口，则记录到设备的链路信息里；
步骤5-3、继续向下一跳查找，提取<入端口，出端口>组播表信息并建立基于<源，目的>的完整组播树；
步骤5-4、创建周期任务，周期性维护基于设备的<入端口，出端口>组播表信息；
步骤5-5、前端利用D3绘图组件，基于设备的<入端口，出端口>组播表可视化数据，在整网拓扑上通过箭头线条绘制出各条组播流的路径走向。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1)组播路径可视化：在全网拓扑上呈现组播路径拓扑，并且与全网拓扑进行区分，能够展示特定组播组业务数据流量的路径流向；
2)组播运维管理：支持逐层逐跳地查询并展示设备组播状态条目、汇聚点(RP)、反向路径转发(RPF)、基于源的树、共享树等信息。能够与组播路径拓扑相结合，实现组播故障运维与检测管理。
为更清楚说明本发明的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明总体步骤流程示意图；
图2为控制器驱动RPC-API接口获取全网组播信息架构图；
图3为数据库管理重构路径可视化信息模型图；
图4为组播路径诊断模块处理计算最短路径流程图；
图5为组播可视化模块绘制路径图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅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。
如图1所示，在本实施例中，一种组播业务路径可视化追踪方法，包括以下步骤：
步骤1、控制器驱动模块探测前端的可视化需求任务，生成对设备信息的探测任务并对其进行调度管理。
步骤2、控制器驱动模块的RPC-API接口周期性探测并主动向网络设备发送JSON-RPC请求报文，获取和探测全网组播信息；
步骤3、数据库管理模块记录生成全网组播信息表，整合重构为路径可视化信息数据库表；
步骤4、组播路径诊断模块对生成的路径进行诊断，经过处理与优化，计算出最短路径信息；
步骤5、组播业务可视化模块根据所述最短路径信息，提取并建立基于源到目的完整组播树，在前端拓扑可视化呈现当前最新的组播流量走向。
如图2所示，在本实施中，图2为控制器驱动RPC-API接口获取全网组播信息架构图，控制器驱动核心模块包括RESTful接口交互、任务调度管理、设备探测管理以及RPC-API四个子模块，处理流程如下：
步骤a1、RESTful接口交互过程，通过采取通用的RESTful通信协议，实现前端页面与后台服务的接口交互，获取前端页面可视化需求任务。
步骤a2、任务调度管理过程，围绕前端页面可视化需求进行任务调度管理，按照单次任务、周期任务的方式，统一管理所有的任务状态，对链路状态任务、端口状态任务、设备状态任务以及自定义任务进行调度执行，对设备信息进行探测，并将探测到的信息存储至数据库中。
步骤a3、设备探测管理过程，根据任务进行设备组播业务探测，利用RPC-API接口采集设备状态、拓扑节点、配置功能、告警详情信息，对采集到的设备裸信息进行过滤、计算、整理，存入本地缓存，以便任务调度管理模块提取信息。
步骤a4、RPC-API实现过程，RPC-API接口采用标准的JSON-RPC接口协议，通过JSON-RPC请求远程调用交换设备的配置命令行，下发特定的组播查询命令对交换设备三层组播业务情况进行探测，并得到相应的设备返回信息，从获取到的JSON格式返回对象中解封装出全网组播信息中包含的组播源节点、组播目的节点与组播组端口表项。
如图3所示，在本实施中，图3为数据库管理重构路径可视化信息模型图，主要实现全网组播信息数据库管理和路径可视化信息数据库管理。具体过程如下：
步骤b1、全网组播信息数据库管理：提取由RPC-API接口获取到的JSON格式的设备返回值，形成<设备节点，组播组，入端口，出端口>的结构表，配合全网拓扑信息，形成一张全网组播信息数据表。
步骤b2、路径可视化信息数据库管理：对全网组播信息数据表进行添加、删除、修改、查询，整合成<组播组，设备节点，设备节点入端口，设备节点出端口，下一跳>的结构表，即路径可视化信息数据表，实现由全网组播信息到路径可视化信息的搜集与转译，以便进行下一步的路径诊断与处理。
如图4所示，在本实施中，图4为组播路径诊断模块处理计算最短路径流程图，处理流程如下：
步骤c1、任务开始后，去数据库获取设备信息；
步骤c2、遍历设备，依次提取待测设备组播二层(L2)/三层(L3)信息。L2由IGMPSnooping提供组播信息表项，该组播表项支持未知组播泛洪配置，L3由PIM+IGMP组成，通过PIM引流，将组播流引导至各个节点交换机上，IGMP为路由器侧IGMP协议，向PIM提供引流信息；
步骤c3、过滤出错数据,并丢弃数据；
步骤c4、根据该设备的组播浏览入口，去做检查，计算是否是最短路径信息，如有优化路径，提出告警；
步骤c5、保存到缓存数据中。
如图5所示，在本实施中，图5为组播可视化模块绘制路径图，结合L2/L3技术，将组播树数据改造成适合绘制组播路径的可视化数据，在整网拓扑上绘制出各条组播流的路径走向。主要有以下步骤：
步骤d1、针对组播组(224.0.0.1)的路径绘制，首先，依次遍历设备节点1-设备节点5的所有非边缘端口，如果该端口为某组播组的入端口，绘制入端口方向箭头；
步骤d2、然后，获取出端口信息，如果是出端口类型是边缘端口，则记录到出口信息里，同时，绘制出端口方向箭头；
步骤d3、如果出端口类型为链路端口，则记录到设备的链路信息里，继续向下一跳查找，并绘制双向路径箭头；
步骤d4、前端利用D3绘图组件，调整比例、合理布局，基于组播组(224.0.0.1)在设备节点1-设备节点5上所有的组播表可视化数据，在整网拓扑上通过箭头线条绘制出各条组播流的路径走向。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种组播业务路径可视化追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、控制器驱动模块探测前端的可视化需求任务，生成对设备信息的探测任务并对其进行调度管理；
步骤2、控制器驱动模块的RPC-API接口周期性探测并主动向网络设备发送JSON-RPC请求报文，获取和探测全网组播信息；
步骤3、数据库管理模块记录生成全网组播信息表，整合重构为路径可视化信息数据库表；
步骤4、组播路径诊断模块对生成的路径进行诊断，经过处理与优化，计算出最短路径信息；
步骤5、组播业务可视化模块根据所述最短路径信息，提取并建立基于源到目的完整组播树，在前端拓扑可视化呈现当前最新的组播流量走向。
2.根据权利要求1所述的一种组播业务路径可视化追踪方法，其特征在于，控制器驱动模块用于获取前端页面的任务需求和任务调度管理，步骤1的具体流程为：
步骤1-1、控制器驱动模块通过RESTful接口与前端页面进行交互，通过采取通用的RESTful通信协议，实现前端页面与后台服务的接口交互，获取前端页面可视化需求任务；
步骤1-2、控制器驱动模块围绕前端页面可视化需求生成并进行任务调度管理，按照单次任务、周期任务的方式，统一管理所有的任务状态；对链路状态、端口状态、设备状态以及自定义任务进行调度执行，对设备信息进行探测，并将探测到的信息存储至数据库中。
3.根据权利要求1所述的一种组播业务路径可视化追踪方法，其特征在于，步骤2的具体流程为：
步骤2-1、根据任务进行设备组播业务探测，利用RPC-API接口采集设备状态、拓扑节点、配置功能、告警详情信息，对采集到的设备裸信息进行过滤、计算、整理，存入本地缓存，控制器驱动模块依据此信息获取设备基本状态信息，并在此基础上进一步获取和探测具体的全网组播信息；
步骤2-2、RPC-API接口采用标准的JSON-RPC接口协议，通过JSON-RPC请求远程调用待测设备的配置命令行，下发特定的组播查询命令对待测设备三层组播业务情况进行探测，并得到相应的设备返回信息，从获取到的JSON格式返回对象中解封装出全网组播信息中包含的组播源节点、组播目的节点与组播组端口表项。
4.根据权利要求1所述的一种组播业务路径可视化追踪方法，其特征在于，数据库管理模块用于全网组播信息数据库管理与路径可视化信息数据库管理，步骤3的具体流程为：
步骤3-1、全网组播信息数据库管理：提取由RPC-API接口获取到的JSON格式的设备返回信息，形成“<设备节点，组播组，入端口，出端口>”的结构表；其中，设备节点标识待测设备的网络位置与身份；组播组为组播业务的组播IP地址，代表某一具体的组播业务，该组播业务在不同设备节点上有不同的出入路径；入端口与出端口则分别表示该特定设备节点上某一具体的组播业务的入方向与出方向；配合全网拓扑信息，形成一张全网组播信息数据表；
步骤3-2、路径可视化信息数据库管理：对全网组播信息数据表进行添加、删除、修改、查询，整合成<组播组，设备节点，设备节点入端口，设备节点出端口，下一跳>的结构表，表示某一具体的组播业务在不同设备节点上的连续路径出入走向，即路径可视化信息数据表，实现由全网组播信息到路径可视化信息的搜集与转译，以便进行下一步的路径诊断与处理。
5.根据权利要求1所述的一种组播业务路径可视化追踪方法，其特征在于，组播路径诊断模块用于实现生成基本的组播路径树、反向路径转发校验、过滤与确认路径过程，步骤4的具体流程为：
步骤4-1、基于当前组播转发组信息计算路径，从组播源开始，根据设备转发表信息和链路信息，依次寻找路径信息；如果该端口为链路互联端口，则根据Link信息寻找下一跳设备，并记录路径信息，如果该端口为边缘端口，则表示组播路径结尾，生成基本的组播路径树；
步骤4-2、通过使用反向路径转发校验机制，沿着上述组播路径树的源方向进行计算，通过逆向查找路径，判断反向路径是否唯一且与正向路径属于同一轨迹，进而来确保拓扑中没有环路；
步骤4-3、根据生成的转发路径，过滤与确认路径，若存在环路，则对非法路径产生告警记录；若不存在环路，则将该路径记录为最短路径。
6.根据权利要求1所述的一种组播业务路径可视化追踪方法，其特征在于，步骤5中组播可视化模块用于绘制路径图，将组播树数据改造成适合绘制组播路径的可视化数据，在整网拓扑上绘制出各条组播流的路径走向，具体流程为：
步骤5-1、遍历所有设备的边缘端口，即在link中找不到对端的端口；
步骤5-2、依次遍历所有非边缘端口，如果该端口为某组播组的入端口，获取出端口信息；如果是出端口类型是边缘端口，则记录到出口信息里；如果出端口类型为链路端口，则记录到设备的链路信息里；
步骤5-3、继续向下一跳查找，提取<入端口，出端口>组播表信息并建立基于<源，目的>的完整组播树；
步骤5-4、创建周期任务，周期性维护基于设备的<入端口，出端口>组播表信息；
步骤5-5、前端利用D3绘图组件，基于设备的<入端口，出端口>组播表可视化数据，在整网拓扑上通过箭头线条绘制出各条组播流的路径走向。
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