CN116248581A - 一种基于sdn的云场景网关集群主备切换方法及系统 - Google Patents

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CN116248581A CN202211702415.4A CN202211702415A CN116248581A CN 116248581 A CN116248581 A CN 116248581A CN 202211702415 A CN202211702415 A CN 202211702415A CN 116248581 A CN116248581 A CN 116248581A
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Abstract

本发明公开了一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法、系统、存储介质及电子装置。其中，该基于SDN的云场景网关集群主备切换方法包括：主要是通过对云场景出口网关主备集群的多条链路进行检测，结合VRRP、BFD等技术，并引入第三方SDN控制器参与集群主备选举，提出了一种有效的选举方法提高了系统稳定性：控制器通过BFD检测配置对出口网关到外网网关之间的直接链路进行故障检测，参与决策，有效解决了Master与控制器连接正常但外网口故障时流量异常问题，进而解决了现有技术中，网关内网络和网关外通信中，网关无法实现平滑和无缝的切换，导致数据丢失的技术问题。

Description

一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法及系统
技术领域
本发明涉及网络通信技术相关领域，具体而言，涉及一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法及系统。
背景技术
随着网络的普及，基础网络的可靠性日益成为用户关注的焦点，能够保证网络传输不中断对于终端用户非常重要。因此，VRRP技术经常应用于云场景的出口网关或边缘网络中，防止特定情况下IP数据流量丢失，即一个出口网关故障后，仍能够维护与外部网络之间的连通性。
软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，SDN)，是一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能。
SDN将控制与转发分离，通过控制器对整网实现集中控制，实现转发硬件通用化，控制智能集中化，极大的提高了网络的创新和灵活。但在现有SDN技术中，还没有考虑SDN转发网关的可靠性问题。一旦SDN网关出现故障并且没有备份网关替换的话，网关内网络将无法和网关外通信，就算有备份网关，只能手工切换，响应速度慢，这将导致无法实现平滑和无缝的切换，数据丢失，影响基本业务，从而导致用户体验感差。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法、系统、存储介质及电子装置，以至少解决现有技术中，网关内网络和网关外通信中，网关无法实现平滑和无缝的切换，导致数据丢失的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法，包括：所述云场景网关集群由两个出口网关组成，包括三个连接口，其中，所述出口网关包括第一出口网关和第二出口网关，所述第一出口网关和所述第二出口网存在优先级，所述三个连接口包括管理口、业务口以及外网口；所述管理口用于与SDN控制器连接，所述业务口用于与云内宿主机建立VXLAN通道，所述外网口用于与外部网络连接；所述SDN控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当所述第一出口网和所述第二出口网关的优先级发生变更时，通过Netconf通道上报给所述SDN控制器；所述出口网关增加外网口支持BFDecho功能，且报文目的mac封装外网网关的mac地址，用于检测外网口；当所述SDN控制器承载访问外网业务时，增加双向转发检测BFD配置下发，使得对所述出口网关到外网网关之间直连链路进行故障检测；当BFD检测失败，通过Netconf通道上报给所述SDN控制器；在所述业务口部署路由容错协议VRRP，初始化配置时，随机选择一个出口网关配置高优先级使其成为主路由器Master，当Master业务口故障，备份路由器Slave可以直接升级为Master。
可选的，所述方法还包括：当所述SDN控制器感知到Master失联后，且Slave也失联的情况下，确定所述云场景网关集群故障，或者SDN控制器集群故障；将所述云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；如果Slave管理口正常，且所述外网口的BFD会话状态正常，则说明Slave当前状态正常，所述SDN控制器通过Netconf下发配置，将VRRP的优先级升级，使得Slave抢占Master，变成新的Master，确保后续业务变更时，流量依然正常。
可选的，在所述Master与所述SDN控制器连接正常，所述外网口故障时，所述方法还包括：所述Slave的连接状态不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；若所述Slave的连接状态正常，则继续第一后续处理，包括：若所述Slave的外网口BFD会话不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；若所述Slave的外网口BFD会话正常，则继续第二后续处理，包括：若所述Slave的业务口链路不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；若所述Slave的业务口链路如果正常，说明Slave正常承载业务；所述SDN控制器通过Netconf下发配置，将VRRP的优先级升级，使得所述Slave抢占所述Master，变成新的Master，确保后续业务变更时，流量依然正常。
可选的，当所述SDN控制器收到Slave的角色变更消息时，所述方法包括：确认老Master失联，新Master的外网口BFD会话状态为Down，则说明集群故障，将集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；
确认老Master失联，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；
确认老Master失联，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路正常，新Slave的业务口链路正常，在双主状态下，老Master故障，新Master业务正常，控制器强制关闭老Master，确保虚拟IP只落在新Master上，业务流量切换到新Master上进行转发；
确认老Master未失联，老Master的角色是否依然为Master，如果已经不是Master角色，说明是正常的主备倒换，记录新的Master信息；如果老Master的角色是否依然为Master，说明所述云场景网关集群进入双主状态，所述SDN控制器进行干预，决策出Master，让流量快速恢复。
可选的，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法包括：查看老Master的外网口BFD会话状态正常，且老Master的业务口链路正常，说明老Master未发生故障，所述SDN控制器强制关闭Slave，确保虚拟IP只落在老Master上，业务流量依然从原来的Master上进行转发，发送告警，检查master和slave之间的心跳链路。
可选的，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法包括：查看老Master的外网口BFD会话状态不正常，或老Master的业务口链路不正常的情况下，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路正常，老Master故障，新Master业务正常，控制器强制关闭老Master，确保虚拟IP只落在新Master上，业务流量切换到新Master上进行转发。
可选的，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法包括：查看老Master的外网口BFD会话状态不正常，或老Master的业务口链路不正常的情况下，新Master的外网口BFD会话状态为Down，则说明所述云场景网关集群故障，将所述云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。
可选的，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法包括：查看老Master的外网口BFD会话状态不正常，或老Master的业务口链路不正常的情况下，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。
可选的，所述方法包括：在所述第一出口网关的外网口突然出现异常，所述SDN控制器收到第一出口网关上报的BFD Session Down事件，查看Slave第二出口网关的连接状态正常，外网口BFD会话正常，同时业务口链路也是正常的，说明Slave可以正常承载业务，所述SDN控制器通过Netconf下发配置，将所述第二出口网关的VRRP优先级提高且立刻抢占，使得所述第二出口网关变为Master，所述第一出口网关变为Slave，云主机访问外网的流量通过第二出口网关送出，业务流量快速恢复正常。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于SDN的云场景网关集群主备切换系统，包括：所述云场景网关集群，由两个出口网关组成，包括三个连接口，其中，所述出口网关包括第一出口网关和第二出口网关，所述第一出口网关和所述第二出口网存在优先级，所述三个连接口包括管理口、业务口以及外网口；所述管理口用于与SDN控制器连接，所述业务口用于与云内宿主机建立VXLAN通道，所述外网口用于与外部网络连接；所述SDN控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当所述第一出口网和所述第二出口网关的优先级发生变更时，通过Netconf通道上报给所述SDN控制器；所述出口网关增加外网口支持BFD echo功能，且报文目的mac封装外网网关的mac地址，用于检测外网口；当所述SDN控制器承载访问外网业务时，增加双向转发检测BFD配置下发，使得对所述出口网关到外网网关之间直连链路进行故障检测；当BFD检测失败，通过Netconf通道上报给所述SDN控制器；在所述业务口部署路由容错协议VRRP，初始化配置时，随机选择一个出口网关配置高优先级使其成为主路由器Master，当Master业务口故障，备份路由器Slave可以直接升级为Master。
在本发明实施例中，云场景网关集群由两个出口网关组成，包括三个连接口，其中，出口网关包括第一出口网关和第二出口网关，第一出口网关和第二出口网存在优先级，三个连接口包括管理口、业务口以及外网口；管理口用于与SDN控制器连接，业务口用于与云内宿主机建立VXLAN通道，外网口用于与外部网络连接；SDN控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当第一出口网和第二出口网关的优先级发生变更时，通过Netconf通道上报给SDN控制器；出口网关增加外网口支持BFD echo功能，且报文目的mac封装外网网关的mac地址，用于检测外网口；当SDN控制器承载访问外网业务时，增加双向转发检测BFD配置下发，使得对出口网关到外网网关之间直连链路进行故障检测；当BFD检测失败，通过Netconf通道上报给SDN控制器；在业务口部署路由容错协议VRRP，初始化配置时，随机选择一个出口网关配置高优先级使其成为主路由器Master，当Master业务口故障，备份路由器Slave可以直接升级为Master，即本发明主要是通过对云场景出口网关主备集群的多条链路进行检测，结合VRRP、BFD等技术，并引入第三方SDN控制器参与集群主备选举，提出了一种有效的选举方法，提高了系统稳定性，进而解决了现有技术中，网关内网络和网关外通信中，网关无法实现平滑和无缝的切换，导致数据丢失的技术问题。
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是一种可选的基于SDN的云场景网关集群主备切换方法的流程图；
图2是一种可选的基于SDN的云场景网关集群主备切换系统的部署示意图；
图3是一种可选的基于SDN的云场景网关集群主备切换方法的流程图(一)；
图4是一种可选的基于SDN的云场景网关集群主备切换方法的流程图(二)；
图5是一种可选的基于SDN的云场景网关集群主备切换方法的流程图(三)；
图6是一种可选的基于SDN的云场景网关集群主备切换系统的部署示意图(二)。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一序列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了更好地理解本方案涉及的内容，部分内容说明如下：
SDN是一种架构，它将网络抽象为了控制平面和转发平面，使网络变得敏捷和灵活。随着云的兴起，SDN为对各种云业务和应用负载提供灵活的网络支撑。同时，各种虚拟化技术实现的所带来的细节差异，导致全栈网络化互通面临着各虚拟化控制平面所存储信息的不对称、多个控制平面信息的如何同步和统一管理、以及跨区域路由如何实现等等都对SDN带来了巨大的挑战。
BFD是一种双向转发检测机制，可以提供毫秒级的检测，可以实现链路的快速检测，BFD通过与上层路由协议联动，可以实现路由的快速收敛，确保业务流量路径的快速切换，经常用于高可靠网络中。
VRRP是一种路由容错协议，也可以叫做备份路由协议。可以在主机下一跳出现故障时，快速切换到备份路由器，从而保障网络通信的连续性和可靠性。
运行VRRP的一组路由器对外组成了一个虚拟路由器，其中一台路由器处于Master状态(即主路由器，对外提供业务)，其他的处于Backup状态(即备份路由器，一般不对外提供业务)。VRRP使用选举机制来确定路由器的状态(Master或Backup)。运行VRRP的路由器都会发送和接收VRRP通告消息，在通告消息中包含了自身的VRRP优先级信息。VRRP通过比较路由器的优先级进行选举，优先级高的路由器将成为主路由器，其他路由器都为备份路由器。控制虚拟路由器IP地址会落在主路由器上，它负责转发目的为虚拟IP地址的数据包。一旦主路由器不可用，VRRP就会重新选举，将虚拟IP地址落到新的Master上，从而实现动态的故障转移机制。
随着网络的普及，基础网络的可靠性日益成为用户关注的焦点，能够保证网络传输不中断对于终端用户非常重要。因此，VRRP技术经常应用于云场景的出口网关或边缘网络中，防止特定情况下IP数据流量丢失，即一个出口网关故障后，仍能够维护与外部网络之间的连通性。
在本实施例中提供了一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法，图1是根据本发明实施例的基于SDN的云场景网关集群主备切换方法的流程图，如图1所示，该基于SDN的云场景网关集群主备切换方法流程包括如下步骤：
步骤S102，云场景网关集群由两个出口网关组成，包括三个连接口，其中，出口网关包括第一出口网关和第二出口网关，第一出口网关和第二出口网存在优先级，三个连接口包括管理口、业务口以及外网口。
步骤S104，管理口用于与SDN控制器连接，业务口用于与云内宿主机建立VXLAN通道，外网口用于与外部网络连接。
步骤S106，SDN控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当第一出口网和第二出口网关的优先级发生变更时，通过Netconf通道上报给SDN控制器。
步骤S108，出口网关增加外网口支持BFD echo功能，且报文目的mac封装外网网关的mac地址，用于检测外网口。
步骤S110，当SDN控制器承载访问外网业务时，增加双向转发检测BFD配置下发，使得对出口网关到外网网关之间直连链路进行故障检测；当BFD检测失败，通过Netconf通道上报给SDN控制器。
步骤S112，在业务口部署路由容错协议VRRP，初始化配置时，随机选择一个出口网关配置高优先级使其成为主路由器Master，当Master业务口故障，备份路由器Slave可以直接升级为Master。
在本实施例中，有两个出口网关组成了出口网关集群。出口网关有3个口，一个口用于和SDN控制器连接，称之为管理口。一个口用于和云内宿主机建立VXLAN通道，即对内的业务口，称之为业务口。还有一个口用于和外部网络连接，即对外的业务口，称之为外网口。控制器通过netconf在出口网关1和出口网关2上下发配置，业务口配置VRRP，出口网关1的优先级高，出口网关2的优先级低。配置完成后，出口网关集群进行选举，由于出口网关1的优先级高，出口网关1位Master，出口网关2为Slave，虚拟IP(VIP)落在出口网关1的业务口。云内的宿主机与出口网关的VIP建立隧道，云主机访问外网的流量下一跳送到VIP，即通过Master转发。
一旦Master故障，VRRP心跳断开，出口网关2的角色从Slave自动升级为新的Master,VIP落在出口网关2的业务口，云主机访问外网的流量送到VIP所在的出口网关2，通过出口网关2送出，确保业务稳定性。
通过本申请提供的实施例，云场景网关集群由两个出口网关组成，包括三个连接口，其中，出口网关包括第一出口网关和第二出口网关，第一出口网关和第二出口网存在优先级，三个连接口包括管理口、业务口以及外网口；管理口用于与SDN控制器连接，业务口用于与云内宿主机建立VXLAN通道，外网口用于与外部网络连接；SDN控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当第一出口网和第二出口网关的优先级发生变更时，通过Netconf通道上报给SDN控制器；出口网关增加外网口支持BFD echo功能，且报文目的mac封装外网网关的mac地址，用于检测外网口；当SDN控制器承载访问外网业务时，增加双向转发检测BFD配置下发，使得对出口网关到外网网关之间直连链路进行故障检测；当BFD检测失败，通过Netconf通道上报给SDN控制器；在业务口部署路由容错协议VRRP，初始化配置时，随机选择一个出口网关配置高优先级使其成为主路由器Master，当Master业务口故障，备份路由器Slave可以直接升级为Master，即本发明主要是通过对云场景出口网关主备集群的多条链路进行检测，结合VRRP、BFD等技术，并引入第三方SDN控制器参与集群主备选举，提出了一种有效的选举方法，提高了系统稳定性，进而解决了现有技术中，网关内网络和网关外通信中，网关无法实现平滑和无缝的切换，导致数据丢失的技术问题。
可选的，所述方法还可以包括：当所述SDN控制器感知到Master失联后，且Slave也失联的情况下，确定所述云场景网关集群故障，或者SDN控制器集群故障；将所述云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；如果Slave管理口正常，且所述外网口的BFD会话状态正常，则说明Slave当前状态正常，所述SDN控制器通过Netconf下发配置，将VRRP的优先级升级，使得Slave抢占Master，变成新的Master，确保后续业务变更时，流量依然正常。
可选的，在所述Master与所述SDN控制器连接正常，所述外网口故障时，所述方法还可以包括：所述Slave的连接状态不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；若所述Slave的连接状态正常，则继续第一后续处理。
可选的，所述若所述Slave的连接状态正常，则继续第一后续处理，可以包括：若所述Slave的外网口BFD会话不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；若所述Slave的外网口BFD会话正常，则继续第二后续处理。
可选的，所述若所述Slave的外网口BFD会话正常，则继续第二后续处理，可以包括：若所述Slave的业务口链路不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；若所述Slave的业务口链路如果正常，说明Slave正常承载业务；所述SDN控制器通过Netconf下发配置，将VRRP的优先级升级，使得所述Slave抢占所述Master，变成新的Master，确保后续业务变更时，流量依然正常。
可选的，当所述SDN控制器收到Slave的角色变更消息时，所述方法可以包括：确认老Master失联，新Master的外网口BFD会话状态为Down，则说明集群故障，将集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。
可选的，所述方法可以包括：确认老Master失联，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。
可选的，所述方法可以包括：确认老Master失联，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路正常，新Slave的业务口链路正常，在双主状态下，老Master故障，新Master业务正常，控制器强制关闭老Master，确保虚拟IP只落在新Master上，业务流量切换到新Master上进行转发。
可选的，所述方法可以包括：确认老Master未失联，老Master的角色是否依然为Master，如果已经不是Master角色，说明是正常的主备倒换，记录新的Master信息；如果老Master的角色是否依然为Master，说明所述云场景网关集群进入双主状态，所述SDN控制器进行干预，决策出Master，让流量快速恢复。
在本实施例中，控制器通过与出口网关之间Netconf通道连接断开(后续简称失联)确定设备管理口是否故障。
其中，控制器新增标记位(集群业务工作状态)，用于标识出口网关集群能否正常工作，如果集群无法正常工作(值为False)，需要紧急发送告警，并且当有新业务上线时，需要立刻返回错误，让用户感知业务异常，从而进行紧急排查。
可选的，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法包括：查看老Master的外网口BFD会话状态正常，且老Master的业务口链路正常，说明老Master未发生故障，所述SDN控制器强制关闭Slave，确保虚拟IP只落在老Master上，业务流量依然从原来的Master上进行转发，发送告警，检查master和slave之间的心跳链路。
可选的，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法可以包括：查看老Master的外网口BFD会话状态不正常，或老Master的业务口链路不正常的情况下，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路正常，老Master故障，新Master业务正常，控制器强制关闭老Master，确保虚拟IP只落在新Master上，业务流量切换到新Master上进行转发。
可选的，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法可以包括：查看老Master的外网口BFD会话状态不正常，或老Master的业务口链路不正常的情况下，新Master的外网口BFD会话状态为Down，则说明所述云场景网关集群故障，将所述云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。
可选的，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法可以包括：查看老Master的外网口BFD会话状态不正常，或老Master的业务口链路不正常的情况下，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。
可选的，所述方法可以包括：在所述第一出口网关的外网口突然出现异常，所述SDN控制器收到第一出口网关上报的BFD Session Down事件，查看Slave第二出口网关的连接状态正常，外网口BFD会话正常，同时业务口链路也是正常的，说明Slave可以正常承载业务，所述SDN控制器通过Netconf下发配置，将所述第二出口网关的VRRP优先级提高且立刻抢占，使得所述第二出口网关变为Master，所述第一出口网关变为Slave，云主机访问外网的流量通过第二出口网关送出，业务流量快速恢复正常。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于SDN的云场景网关集群主备切换系统，可以包括：所述云场景网关集群，由两个出口网关组成，包括三个连接口，其中，所述出口网关包括第一出口网关和第二出口网关，所述第一出口网关和所述第二出口网存在优先级，所述三个连接口包括管理口、业务口以及外网口；所述管理口用于与SDN控制器连接，所述业务口用于与云内宿主机建立VXLAN通道，所述外网口用于与外部网络连接；所述SDN控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当所述第一出口网和所述第二出口网关的优先级发生变更时，通过Netconf通道上报给所述SDN控制器；所述出口网关增加外网口支持BFD echo功能，且报文目的mac封装外网网关的mac地址，用于检测外网口；当所述SDN控制器承载访问外网业务时，增加双向转发检测BFD配置下发，使得对所述出口网关到外网网关之间直连链路进行故障检测；当BFD检测失败，通过Netconf通道上报给所述SDN控制器；在所述业务口部署路由容错协议VRRP，初始化配置时，随机选择一个出口网关配置高优先级使其成为主路由器Master，当Master业务口故障，备份路由器Slave可以直接升级为Master。
作为一种可选的实施例，本申请还提供了一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法。该方案的具体内容如下。
如图2所示，云场景网关集群主备切换系统的部署示意图。
由两个出口网关组成了出口网关集群。出口网关有3个口，一个口用于和SDN控制器连接，称之为管理口。一个口用于和云内宿主机建立VXLAN通道，即对内的业务口，续称之为业务口。还有一个口用于和外部网络连接，即对外的业务口称之为外网口。控制器通过netconf在出口网关1(相当于第一出口网关)和出口网关2(相当于第二出口网关)上下发配置，业务口配置VRRP，出口网关1的优先级高，出口网关2的优先级低。配置完成后，出口网关集群进行选举，由于出口网关1的优先级高，出口网关1位Master，出口网关2为Slave，虚拟IP(VIP)落在出口网关1的业务口。云内的宿主机与出口网关的VIP建立隧道，云主机访问外网的流量下一跳送到VIP，即通过Master转发。
一旦Master故障，VRRP心跳断开，出口网关2的角色从Slave自动升级为新的Master,VIP落在出口网关2的业务口，云主机访问外网的流量送到VIP所在的出口网关2，通过出口网关2送出，确保业务稳定性。
在本实施例中，1、控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当出口网关角色发生变更时，通过Netconf通道上报给控制器。
2、出口网关增加外网口支持BFD echo功能，且报文目的mac封装外网网关的mac地址，用于检测外网口；当控制器承载访问外网业务时，在原有的配置基础上，增加BFD检测配置下发，使得可以对出口网关到外网网关之间直连链路进行故障检测；当BFD检测失败，通过Netconf通道上报给控制器。
3、VRRP依然部署在业务口，初始化配置时，随机选择一个出口网关配置高优先级使其成为Master，当Master业务口故障，Slave可以直接升级为Master。
4、控制器通过与出口网关之间Netconf通道连接断开(后续简称失联)确定设备管理口是否故障。
5、控制器新增标记位(集群业务工作状态)，用于标识出口网关集群能否正常工作，如果集群无法正常工作(值为False)，需要紧急发送告警，并且当有新业务上线时，需要立刻返回错误，让用户感知业务异常，从而进行紧急排查。
如图3所示，一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法的流程图(一)。如图3所示，当控制器感知到Master失联后，先确认Slave是否也已经失联。如果Slave也失联，说明整个出口网关集群故障，或者控制器集群故障，此时需要进行紧急告警，将集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。如果Slave管理口正常，且外网口的BFD会话状态正常，则说明Slave当前状态正常，控制器通过Netconf下发配置，将VRRP的优先级提高，使得Slave抢占Master，变成新的Master，确保后续业务变更时，流量依然正常。
如图4所示，一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法的流程图(二)。如图4所示，Master与控制器连接正常，但是外网口故障时，处理流程如下：
A)查看Slave的连接状态是否正常，如果不正常，则说明集群故障，将集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。如果正常，则继续后续处理。
B)查看Slave的外网口BFD会话是否正常，如果不正常，则说明集群故障，将集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。如果正常，则继续后续处理。
C)查看Slave的业务口链路是否正常，如果不正常，则说明集群故障，将集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。如果正常，则继续后续处理。
D)此时，说明Slave可以正常承载业务。控制器通过Netconf下发配置，将VRRP的优先级提高，使得Slave抢占Master，变成新的Master，确保后续业务变更时，流量依然正常。
如图5所示，一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法的流程图(三)。如图5所示，当控制器收到Slave的角色变更消息时，需要快速确认是双主状态还是正常的主备切换，具体处理流程如下：
步骤A)确认老Master是否失联，如果失联，则进入步骤F)；否则，进入步骤B)；
步骤B)查看老Master的角色是否依然为Master，如果已经不是Master角色，说明是正常的主备倒换，记录新的Master信息即可。如果老Master的角色是否依然为Master，说明集群进入双主状态，需要控制器进行干预，决策出Master，让流量快速恢复，进入步骤C)；
步骤C)查看老Master的外网口BFD会话是否正常，如果会话状态Down，则进入步骤F)，否则，进入步骤D)；
步骤D)查看老Master的业务口链路是否正常，如果不正常，则进入步骤F)，否则，进入步骤E)
步骤E)双主状态下，说明老Master未发生故障，控制器强制关闭Slave，确保虚拟IP只落在老Master上，业务流量依然从原来的Master上进行转发。发送告警，检查master和slave之间的心跳链路；
步骤F)老Master出现故障，确认新Master是否正常。查看新Master的外网口BFD会话是否正常，如果会话状态Down，则说明集群故障，将集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。否则，进入步骤G)；
步骤G)查看新Master的业务口链路是否正常，如果不正常，则说明集群故障，将集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。否则，进入步骤H)；
步骤H)双主状态下，老Master故障，新Master业务正常，控制器强制关闭老Master，确保虚拟IP只落在新Master上，业务流量切换到新Master上进行转发。发送告警，检查Master。
通过本实施例提供的方案，1)当外网口链路故障时，可以进行主备切换，提高了系统的可靠性；2)当管理口链路故障时，可以进行主备切换，确保新增业务不受影响；3)当集群双主时，可以自动恢复；4)集群故障快速感知；5)无须增加单独的设备，没有增加网络的成本和复杂性。
基于SDN的云场景网关集群主备切换方法，以Master的外网口故障为例，如图6所述，一种基于SDN的云场景网关集群主备切换系统的部署示意图(二)。如图6所示：
本实施例中，基于SDN的云场景网关集群部署示意图，如图2所示。其中，控制器在纳管出口网关1(相当于第一出口网关)和出口网关2(相当于第二出口网关)，进行角色时间订阅，当出口网关角色发生变更时，通过Netconf通道上报给控制器。同时，通过Netconf在出口网关业务口配置VRRP，在出口网关1上设置高优先级100，出口网关2上设置低优先级80。
2、出口网关1和出口网关2根据VRRP协商出Master为出口网关1，Slave为出口网关2，并把角色通过Netconf上报给控制器。控制器将角色信息记录下来。
3、用户新增出外网业务，控制器在出口网关1和出口网关2上的外网口同时下发BFD echo配置，探测到外网网关IP；并将探测结果上报给控制器。
4、云主机通过出口网关1访问外网。
5、如图6所示，出口网关1的外网口突然出现异常。控制器收到出口网关1上报的BFD Session Down事件。查看Slave(出口网关2)的连接状态正常，外网口BFD会话正常，同时业务口链路也是正常的，说明Slave可以正常承载业务。于是，控制器通过Netconf下发配置，将出口网关2的VRRP优先级提高为120且立刻抢占，使得出口网关2变为Master，出口网关1变为Slave。云主机访问外网的流量通过出口网关2送出，业务流量快速恢复正常。
通过本实施例提供的方案，不论管理口、业务口还是外网口出现故障，都可以进行有效的主备切换，且当设备出现双主时，可以自动打破双主，减少丢包时间，提高系统稳定性。
在本实施例中，主要是通过对云场景出口网关主备集群的多条链路进行检测，结合VRRP、BFD等技术，并引入第三方SDN控制器参与集群主备选举，提出了一种有效的选举方法提高了系统稳定性：
1、控制器通过BFD检测配置对出口网关到外网网关之间的直接链路进行故障检测，参与决策，有效解决了Master与控制器连接正常但外网口故障时流量异常问题；
2、在集群双主时，控制器通过BFD及设备连接状态等进行功能评估，参与决策，有效解决了双主流量异常问题。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
S1，云场景网关集群由两个出口网关组成，包括三个连接口，其中，出口网关包括第一出口网关和第二出口网关，第一出口网关和第二出口网存在优先级，三个连接口包括管理口、业务口以及外网口。
S2，管理口用于与SDN控制器连接，业务口用于与云内宿主机建立VXLAN通道，外网口用于与外部网络连接。
S3，SDN控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当第一出口网和第二出口网关的优先级发生变更时，通过Netconf通道上报给SDN控制器。
S4，出口网关增加外网口支持BFD echo功能，且报文目的mac封装外网网关的mac地址，用于检测外网口。
S5，当SDN控制器承载访问外网业务时，增加双向转发检测BFD配置下发，使得对出口网关到外网网关之间直连链路进行故障检测；当BFD检测失败，通过Netconf通道上报给SDN控制器。
S6，在业务口部署路由容错协议VRRP，初始化配置时，随机选择一个出口网关配置高优先级使其成为主路由器Master，当Master业务口故障，备份路由器Slave可以直接升级为Master。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
S1，云场景网关集群由两个出口网关组成，包括三个连接口，其中，出口网关包括第一出口网关和第二出口网关，第一出口网关和第二出口网存在优先级，三个连接口包括管理口、业务口以及外网口。
S2，管理口用于与SDN控制器连接，业务口用于与云内宿主机建立VXLAN通道，外网口用于与外部网络连接。
S3，SDN控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当第一出口网和第二出口网关的优先级发生变更时，通过Netconf通道上报给SDN控制器。
S4，出口网关增加外网口支持BFD echo功能，且报文目的mac封装外网网关的mac地址，用于检测外网口。
S5，当SDN控制器承载访问外网业务时，增加双向转发检测BFD配置下发，使得对出口网关到外网网关之间直连链路进行故障检测；当BFD检测失败，通过Netconf通道上报给SDN控制器。
S6，在业务口部署路由容错协议VRRP，初始化配置时，随机选择一个出口网关配置高优先级使其成为主路由器Master，当Master业务口故障，备份路由器Slave可以直接升级为Master。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于SDN的云场景网关集群主备切换方法，其特征在于，包括：
所述云场景网关集群由两个出口网关组成，包括三个连接口，其中，所述出口网关包括第一出口网关和第二出口网关，所述第一出口网关和所述第二出口网存在优先级，所述三个连接口包括管理口、业务口以及外网口；
所述管理口用于与SDN控制器连接，所述业务口用于与云内宿主机建立VXLAN通道，所述外网口用于与外部网络连接；
所述SDN控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当所述第一出口网和所述第二出口网关的优先级发生变更时，通过Netconf通道上报给所述SDN控制器；
所述出口网关增加外网口支持BFD echo功能，且报文目的mac封装外网网关的mac地址，用于检测外网口；当所述SDN控制器承载访问外网业务时，增加双向转发检测BFD配置下发，使得对所述出口网关到外网网关之间直连链路进行故障检测；当BFD检测失败，通过Netconf通道上报给所述SDN控制器；
在所述业务口部署路由容错协议VRRP，初始化配置时，随机选择一个出口网关配置高优先级使其成为主路由器Master，当Master业务口故障，备份路由器Slave可以直接升级为Master。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述SDN控制器感知到Master失联后，且Slave也失联的情况下，确定所述云场景网关集群故障，或者SDN控制器集群故障；
将所述云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；
如果Slave管理口正常，且所述外网口的BFD会话状态正常，则说明Slave当前状态正常，所述SDN控制器通过Netconf下发配置，将VRRP的优先级升级，使得Slave抢占Master，变成新的Master，确保后续业务变更时，流量依然正常。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述Master与所述SDN控制器连接正常，所述外网口故障时，所述方法还包括：
所述Slave的连接状态不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；
若所述Slave的连接状态正常，则继续第一后续处理，包括：
若所述Slave的外网口BFD会话不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；
若所述Slave的外网口BFD会话正常，则继续第二后续处理，包括：
若所述Slave的业务口链路不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；
若所述Slave的业务口链路如果正常，说明Slave正常承载业务；所述SDN控制器通过Netconf下发配置，将VRRP的优先级升级，使得所述Slave抢占所述Master，变成新的Master，确保后续业务变更时，流量依然正常。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述SDN控制器收到Slave的角色变更消息时，确认老Master失联，新Master的外网口BFD会话状态为Down，则说明集群故障，将集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；
确认老Master失联，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理；
确认老Master失联，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路正常，新Slave的业务口链路正常，在双主状态下，老Master故障，新Master业务正常，控制器强制关闭老Master，确保虚拟IP只落在新Master上，业务流量切换到新Master上进行转发；
确认老Master未失联，老Master的角色是否依然为Master，如果已经不是Master角色，说明是正常的主备倒换，记录新的Master信息；
如果老Master的角色是否依然为Master，说明所述云场景网关集群进入双主状态，所述SDN控制器进行干预，决策出Master，让流量快速恢复。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法包括：
查看老Master的外网口BFD会话状态正常，且老Master的业务口链路正常，说明老Master未发生故障，所述SDN控制器强制关闭Slave，确保虚拟IP只落在老Master上，业务流量依然从原来的Master上进行转发，发送告警，检查master和slave之间的心跳链路。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法包括：
查看老Master的外网口BFD会话状态不正常，或老Master的业务口链路不正常的情况下，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路正常，老Master故障，新Master业务正常，控制器强制关闭老Master，确保虚拟IP只落在新Master上，业务流量切换到新Master上进行转发。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法包括：
查看老Master的外网口BFD会话状态不正常，或老Master的业务口链路不正常的情况下，新Master的外网口BFD会话状态为Down，则说明所述云场景网关集群故障，将所述云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述云场景网关集群进入双主状态的情况下，所述方法包括：
查看老Master的外网口BFD会话状态不正常，或老Master的业务口链路不正常的情况下，新Master的外网口BFD会话状态为UP，新Slave的业务口链路不正常，则说明云场景网关集群故障，将云场景网关集群的业务工作状态设置为False，不进行其他处理。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述第一出口网关的外网口突然出现异常，所述SDN控制器收到第一出口网关上报的BFD Session Down事件，查看Slave第二出口网关的连接状态正常，外网口BFD会话正常，同时业务口链路也是正常的，说明Slave可以正常承载业务，所述SDN控制器通过Netconf下发配置，将所述第二出口网关的VRRP优先级提高且立刻抢占，使得所述第二出口网关变为Master，所述第一出口网关变为Slave，云主机访问外网的流量通过第二出口网关送出，业务流量快速恢复正常。
10.一种基于SDN的云场景网关集群主备切换系统，其特征在于，包括：
所述云场景网关集群，由两个出口网关组成，包括三个连接口，其中，所述出口网关包括第一出口网关和第二出口网关，所述第一出口网关和所述第二出口网存在优先级，所述三个连接口包括管理口、业务口以及外网口；
所述管理口用于与SDN控制器连接，所述业务口用于与云内宿主机建立VXLAN通道，所述外网口用于与外部网络连接；
所述SDN控制器在纳管出口网关时，进行角色事件订阅，当所述第一出口网和所述第二出口网关的优先级发生变更时，通过Netconf通道上报给所述SDN控制器；
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