CN114827010B - 一种基于节点转发概率的域内路由保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于节点转发概率的域内路由保护方法，属于互联网技术领域，解决了已有路由保护方法仅仅考虑备份下一跳的数量，而忽略了报文被成功转发概率的问题。本发明首先，建立了节点转发概率模型，然后，基于此模型，提出了基于节点转发概率的域内路由保护方法。本发明将节点转发概率融入到路由保护方法中，极大的提高了路由可用性，降低了由于故障导致的网络中断时间，提升了用户对网络性能的体验度。因此，本发明为互联网服务提供商解决路由可用性问题提供了一种有效的方案。

Description

一种基于节点转发概率的域内路由保护方法

技术领域

本发明属于互联网中域内路由保护的技术领域，具体涉及一种基于节点转发概率的域内路由保护方法。

背景技术

随着互联网的快速发展，互联网中自治系统的规模和数量急剧增长，给域内路由带来了许多迫切需要解决的问题，其中路由可用性问题显得尤为突出。针对网络故障的测量研究表明，网络中的故障频繁出现，并且不可避免。当网络故障出现时，可能导致互联网服务提供商无法提供承诺的服务质量，进而影响其声誉和收益。

学术界和工业界普遍采用路由保护方案来应对网络中频繁发生的故障。等价多路径路由 (ECMP，Equal-Cost Multipath Routing)是业界最早采用的一种最简单的路由保护方案，但是研究证实该方案无法提供较高的路由可用性。针对ECMP存在的问题，国际互联网工程任务组(IETF，Internet Engineering Task Force)发布了快速重路由的框架，在该框架的基础上提出了基于Not-Via的路由保护方案和基于隧道的路由保护方案等。FCP(Failure-Carrying Packets)在IP数据包报头中携带链路故障信息，以允许路由器诊断问题并选择备用路径。Not-via在建立多跳保护路径时使用特殊的非穿透地址。在所有的路由保护方案中，无环路规则以其简单而受到业界的密切关注，并且得到了华为和华三等路由器厂商的部署和支持。互联网服务提供商普遍通过部署LFA来提高路由可用性，从而提升用户的体验程度。路由偏转扩展了无环路规则的规则，可以计算出更多的下一跳，但是实现复杂度更高。但是，上述的路由保护方法都没有考虑报文成功转发的概率。这将大大降低了路由可用性，延长了网络故障中断的时间，致使网络用户对网络性能的体验度不佳。

发明内容

本发明针对背景技术中现有路由保护方法都没有考虑报文成功转发的概率导致路由可用性差的问题，本发明将节点转发概率融入到路由保护方法中，提出了一种基于节点转发概率的域内路由保护方法。

为了达到上述发明的目的，本发明采取的技术方案包括以下步骤：

步骤1：对于网络中的节点d，计算以节点d为根的最短路径树spt(d)；

步骤2：初始化参数集合S＝{d},集合M＝φ；

步骤3：判断集合S和集合V是否相同，其中集合V表示网络中所有节点的集合，如果集合S和集合V不相同，则执行步骤4，否则，执行步骤8；

步骤4：对于网络中的节点u∈V-S，v∈S，如果(u,v)∈spt(d)，则将节点u加入到集合M中，形成更新的集合M，即M＝M∪{u}；

步骤5：从步骤4中更新的集合M中选择具有最大节点转发概率的节点w，并且将该节点w存储在变量w中，用于计算节点w公式为

其中计算节点k∈M的节点转发概率公式为

公式中A(k,S)表示节点k的节点转发概率，r(k,l)表示链路(k,l)的失效概率，N(k)表示节点k的所有邻居节点的集合；

步骤6：将变量w加入到步骤3中的集合S中，形成更新的集合S，即S＝S∪{w}；

步骤7：在步骤6的基础上，将步骤4中更新的集合M重置为空集，即M＝φ，执行步骤3；

步骤8：将网络中的所有链路存储在队列Q中；

步骤9：判断队列Q是否为空，如果不为空，则执行步骤10，否则，则结束；

步骤10：从队列Q中取出一条链路(m,n)，如果(m,n)∈spt(d)，则执行步骤9，如果

并且节点n比节点m先加入到集合S中，则将节点n加入到节点m到节点d的备份下一跳，即备份下一跳集合bn(m,d)＝bn(m,d)∪{n}，其中bn(m,d)表示节点m到节点d 的备份下一跳集合，然后返回至步骤9中继续判断队列Q是否为空。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：1.本发明解决了已有路由保护方法仅仅考虑备份下一跳的数量，而忽略了报文被成功转发概率的问题。2.本发明将节点转发概率融入到路由保护方法中，极大的提高了路由可用性，降低了由于故障导致的网络中断时间，提升了用户对网络性能的体验度。3.本发明为互联网服务提供商解决路由可用性问题提供了一种有效的方案。

附图说明

图1是本发明的一种基于节点转发概率的域内路由保护方法流程示意图；

图2是本发明中网络拓扑结构G示意图；

图3是本发明实施例中spt(d)示意图。

其中图2中，链路旁边的数字表示该链路对应的失效概率。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

如附图2所示，我们先定义一些标记，这些标记用于解释整个发明实施例。一个网络拓扑可以表示为图G＝(V,E)，在图G中，V用来代表网络拓扑中所有节点的集合，即V＝{a,b,d}，E用来表示网络拓扑中所有链路的集合，E＝{(a，d),(b,d),(a,b)}。对于网络中的任意链路 (u,v)∈E,r(u,v)表示该链路的失效概率。对于网络中的任意节点v∈V,用spt(v)表示以节点v∈V为根的最短路径树。对于网络中的任意节点对s,d,用bn(s,d)表示节点s到节点d的备份下一跳集合。

下面结合附图1和3所示，一个网络G拓扑中，V用来代表网络拓扑中所有节点的集合，即V＝{a,b,d}，E用来表示网络拓扑中所有链路的集合，E＝{(a，d),(b,d),(a,b)}，详细说明本发明实施例的具体实施方式，对于网络G中的节点d，计算以节点d为根的最短路径树spt(d)，其包括以下步骤：

步骤1：开始计算以节点d为根的最短路径树spt(d)；

步骤2：初始化参数S＝{d},M＝φ；

步骤3.1：判断集合S和集合V是否相同，因为V＝{a,b,d}，所以V＝{a,b,d}和S＝{d}不相同，执行步骤4.1；

步骤4.1：V-S＝{a,b}，因为(a,d)∈spt(d)，所以更新的集合M＝M∪{a}，即M＝{a}，同理因为(b,d)∈spt(d)，所以更新的集合M＝M∪{b}，即M＝{a,b}，执行步骤5.1；

步骤5.1：因为A(a,S)＝0.9，A(b,S)＝0.99，所以w＝A(b，S)＝0.99，执行步骤6.1；

步骤6.1：将节点b加入到步骤3.1中的集合S，形成更新的集合S，即S＝{b,d}，执行步骤7.1；

步骤7.1：在步骤6.1的基础上，将步骤5.1中更新的集合M重置为空集，即M＝φ，执行步骤3.2；

步骤3.2：判断步骤6.1中更新的集合S和集合V是否相同，因为S＝{b,d}，V＝{a,b,d}，所以V＝{a,b,d}和S＝{b,d}不相同，执行步骤4.2；

步骤4.2：V-S＝{a}，因为(a,d)∈spt(d)，所以更新的集合M＝M∪{a}，即M＝{a}，执行步骤 5.2；

步骤5.2：因为A(a,S)＝0.9，所以w＝A(a，S)＝0.9，执行步骤6.2；

步骤6.2：将节点a加入到更新的集合S，S＝{a,b,d}，执行步骤7.2；

步骤7.2：在步骤6.2的基础上，将步骤4.2中更新的集合M重置为空集M＝φ，执行步骤3.3；

步骤3.3：判断步骤6.2中更新的集合S和集合V是否相同，因为S＝{a,b,d}，V＝{a,b,d}，所以V＝{a,b,d}和S＝{a,b,d}相同，执行步骤8；

步骤8：将网络G中的链路E＝{(a，d),(b,d),(a,b)}存储在队列Q中，Q＝{(a,d),(b,d),(a,b)}，执行步骤9.1；

步骤9.1：判断队列Q是否为空，因为队列Q不为空，则执行步骤10.1；

步骤10.1：从Q中取出一条链路(a,d)，因为(a,d)∈spt(d)，所以不执行任何操作，则执行步骤9.2；

步骤9.2：因为队列Q＝{(b,d),(a,b)}不为空，则执行步骤10.2；

步骤10.2：从Q中取出一条链路(b,d)，因为(b,d)∈spt(d)，所以不执行任何操作，则执行步骤9.3；

步骤9.3：因为队列Q＝{(a,b)}不为空，则执行步骤10.3；

步骤10.3：从Q中取出一条链路(a,b)，因为

并且节点b比节点a先加入到集合S中，所以bn(b,d)＝bn(b,d)∪{a}，即备份下一跳集合bn(b,d)＝{a}，然后返回至步骤9.4中继续判断队列Q是否为空；

步骤9.4：因为队列Q为空，则结束。

在上述实施例中，更新的集合M中节点w最大节点转发概率的计算公式为

其中计算节点k∈M的节点转发概率公式为

公式中A(k,S)表示节点k的节点转发概率，r(k,l)表示链路(k,l)的失效概率，N(k)表示节点k的所有邻居节点的集合，在步骤5.1中k＝{a,b}，步骤5.2中k＝{a}。

以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种基于节点转发概率的域内路由保护方法，包括以下步骤：

步骤1：对于网络中的节点d，计算以节点d为根的最短路径树spt(d)；

步骤2：初始化参数集合S＝{d},集合M＝φ；

步骤3：判断集合S和集合V是否相同，其中集合V表示网络中所有节点的集合，如果集合S和集合V不相同，则执行步骤4，否则，执行步骤8；

步骤4：对于网络中的节点u∈V-S，v∈S，如果(u,v)∈spt(d)，则将节点u加入到集合M中，形成更新的集合M，即M＝M∪{u}；

步骤5：从步骤4中更新的集合M中选择具有最大节点转发概率的节点，并且将该节点存储在变量w中；

步骤6：将变量w加入到步骤3中的集合S中，形成更新的集合S，即S＝S∪{w}；

步骤7：在步骤6的基础上，将步骤4中更新的集合M重置为空集，即M＝φ，执行步骤3；

步骤8：将网络中的所有链路存储在队列Q中；

步骤9：判断队列Q是否为空，如果不为空，则执行步骤10，否则，则结束；

步骤10：从队列Q中取出一条链路(m,n)，如果(m,n)∈spt(d)，则执行步骤9，如果

并且节点n比节点m先加入到集合S中，则将节点n加入到节点m到节点d的备份下一跳，即备份下一跳集合bn(m,d)＝bn(m,d)∪{n}，其中bn(m,d)表示节点m到节点d的备份下一跳集合，然后返回至步骤9中继续判断队列Q是否为空。

2.根据权利要求1所述一种基于节点转发概率的域内路由保护方法，其特征在于：在步骤5中用于计算集合M中具有最大节点w转发概率的节点的公式为

其中计算节点k∈M的节点转发概率公式为

公式中A(k,S)表示节点k的节点转发概率，r(k,l)表示链路(k,l)的失效概率，N(k)表示节点k的所有邻居节点的集合。

Images