CN117596204A - 一种SRv6网络下动态加速的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SRv6网络下动态加速的方法，涉及网络技术领域，一种SRv6网络下动态加速的方法，包括SRv6在源节点上对输入的数据压入段路由扩展报文头SRH，并指导数据使用SRv6 Policy路径模型进行转发，其中SRv6 Policy路径模型基于颜色属性引流，在转发过程中中转节点与Endpoint节点接收到SRv6报文后解析出报文IPv6目的地址字段，根据本地配置的SRv6 SID进行判断处理，本发明通过动态收集网络拓扑、带宽利用率、时延等信息，根据应用需求计算显式路径，提高网络加速转发，更能优化网络设备的转发性能，降低网络管理复杂度，可以满足业务的SLA，进行路径编程，同时将网络和应用连接起来，构建智能网络加速。
Description
技术领域
本发明涉及网络技术领域，具体为一种SRv6网络下动态加速的方法。
背景技术
在互联网早期，由于硬件设备的鸡肋，传统的IP数据包转发技术依赖于自身的路由技术，通过路由表查询到达目的地的IP地址的最短路径，继而为了满足VoIP、在线游戏、Video等业务的可靠性要求，出现了MPLS技术以及硬件层面的快速转发Fast Route技术，为了满足企业客户、企业集团等专线业务的大带宽传输需求，出现了MPLS TE技术，这些实际都是根据业务发展被动的调整网络适应；
随着5G，云计算，人工AI智能，大模型等技术业务种类发展需求，对网络的要求不尽相同，应用程序普遍要求低时延，低抖动的路径，因此大数据的应用就尤其在乎低丢包率的高带宽通道，如果仍然按照传统的网络转发技术的思路，则不能实现业务的快速发展，将会使网络部署越来越复杂，不灵活并难以维护；
对于上述的传统IP路由技术，缺乏路径规划能力，IGP协议计算路径时，通过路由表查询到达目的地的IP地址的最短路径，如果路由表庞大，查表耗时，并需依赖链路的高带宽通道判断路径最优，当流量增大时，只能对链路进行带宽扩容，往往会使其他低带宽链路闲置浪费；
对于上述的MPLS LDP技术，MPLS是一种介于二层和三层之间的2.5层技术，为面向无连接的IP网络增加了面向连接的属性。出现的目的是为了解决硬件层面的限制，早期的MPLS标签转发，通过查询标签表来转发数据包，一定程度上提高了转发效率，随着硬件能力提升此优点已不明显，但是面向连接的标签转发为IP网络提供很好的QoS保障。其涉及协议的IGP，LDP等协议，LDP本身并无算路能力，需依赖IGP进行路径计算；另外控制面IGP及LDP的使用，设备之间需要发送大量的消息来维持邻居关系及路径状态，浪费了链路带宽及设备资源；若LDP与IGP未同步，则可能出现数据转发问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SRv6网络下动态加速的方法，来构思网络的优化架构，就是以实际应用场景提出网络需求，比如时延、带宽、丢包率等，由控制器动态收集网络拓扑、带宽利用率、时延等信息，根据应用需求计算显式路径，提高网络加速转发，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种SRv6网络下动态加速的方法，包括SRv6在源节点上对输入的数据压入段路由扩展报文头SRH，并指导数据使用SRv6 Policy路径模型进行转发，其中SRv6 Policy路径模型基于颜色属性引流，在转发过程中中转节点与Endpoint节点接收到SRv6报文后解析出报文IPv6目的地址字段，根据本地配置的SRv6SID进行判断处理。
作为优选，段路由扩展报文头SRH包括分段列表Segment List、路由类型RoutingType与段量值Segment Left，所述分段列表Segment List为对每个分成网络路径段与转发节点均分配段标识ID，再通过对段和网络节点进行有序排列，内容是128bit的IPv6地址，完整地存在直到整条路径转发完成，配合段量值Segment Left使用。
作为优选，在源节点在生成SRv6报文后，将数据包引导到SRv6的分段列表SegmentList中，根据列表中建立的SRv6 Policy路径，由头端把SRv6 SID列表添加到数据包上，执行完定义的段路由扩展报文头SRH封装并执行转发的动作，网络的其余设备都执行SRv6SID列表中嵌入的指令。
作为优选，所述SRv6 Policy路径通过控制器建立，控制器通过BGP IPv6 SRPolicy协议向源节点下发SRv6 Policy信息，控制器通过BGP-LS收集扩展IGP协议收集的拓扑信息，用于计算SRv6 Policy路径和状态呈现。
作为优选，向源节点下发的SRv6 Policy由头端、颜色与尾端组成的元组进行标识；
头端：SRv6 Policy生成的节点，是全局唯一的IP地址；
颜色：32比特扩展团体属性，用于标识一种业务意图（例如低延时，大带宽，丢包率低等）；
尾端：SRv6 Policy的目的地址，是全局唯一的IPv6地址；
基于颜色属性引流，是直接基于路由的扩展团体属性颜色和目的地址迭代到SRv6Policy。
作为优选，所述头端中包括有区别头端，所述区别头端中颜色与尾端被用于标识SRv6 Policy转发路径。
作为优选，所述SRv6 Policy路径中包含有若干候选路径，每个候选路径均携带优先级属性，优先级最高的有效候选路径为SRv6 Policy的主路径，优先级次高的有效路径为SRv6 Policy的备份路径，每个候选路径的负载通过段量值Segment List附带权重来进行控制分担。
作为优选，中转节点收到SRv6报文后解析报文的IPv6目的地址字段，如果IPv6目的地址不是本地配置的SRv6 SID也不是本地接口地址，节点则将SRv6报文当作普通IPv6报查询路由表执行转发，不处理SRH，中转节点可以是普通的IPv6节点，也可以是支持SRv6的节点。
作为优选，Endpoint节点对接收到SRv6报文，根据报文的IPv6的目标地址解封装、封装与转发；
当存在多个Endpoint节点时，转发过程中每经过一个Endpoint节点，相关的段量值Segment Left减1，直至到达最终节点；
如果只有一个Segment, 即Segment List列表中只有1个Segment, 则此时段量值(Segment Left)=0, 源节点不会为报文压入SRH头部，而是会将这个Segment的SID直接加入到IPv6报文的目的地址中，作为普通IPv6报文进行SRv6转发。
综上所述，本发明有益效果是：
本发明通过动态收集网络拓扑、带宽利用率、时延等信息，根据应用需求计算显示路径，提高网络加速转发，更能优化网络设备的转发性能，同时SRv6可以简化现有网络协议，降低网络管理复杂度，更为核心的是Native IPv6特质与网络编程能力，可以满足业务的SLA，进行路径编程，同时将网络和应用连接起来，构建智能网络加速；
引入源路由机制，通过在头端节点实例化转发策略为标签列表，控制业务流量的转发路径，仅在头节点对报文进行标签操作即可，任意控制业务路径，中间节点不需要维护路径信息，设备控制层面压力小，传统的IP网络或MPLS网络中间设备的控制层也需要维护路由表或标签表；
高效的保护实现路径故障的快速恢复，支持任意拓扑节点和链路，能够弥补IP网络保护技术的不足。
附图说明
为了更清楚地说明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，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，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为本发明一种SRv6网络下动态加速的方法中转发节点流程示意图；
图2为本发明一种SRv6网络下动态加速的方法中扩展团体属性对特定的BGP路由添加颜色的加速流程示意图；
图3为本发明一种SRv6网络下动态加速的方法中部署SRv6动态加速示意图；
图4为本发明一种SRv6网络下动态加速的方法中候选路径示意图；
图5为本发明一种SRv6网络下动态加速的方法中路径元组标识示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是至少两个元件内部的连通或至少两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1-图5对本发明进行详细说明，本发明提供的一种实施例：一种SRv6网络下动态加速的方法，包括以下步骤：
首先SRv6在头结点（源节点）上对数据压入段路由扩展报文头SRH（SRH，SegmentRouting Header）来指导数据转发，源节点在生成SRv6报文后，将数据包引导到SRv6的分段列表Segment List中，根据列表中建立的SRv6 Policy路径，由头端把SRv6 SID列表添加到数据包上，执行完定义的段路由扩展报文头SRH封装并执行转发的动作，网络的其余设备都执行SRv6 SID列表中嵌入的指令；
其中头结点也叫源路由器，是位于SRv6网络边界的第一台设备，将普通报文分装为SRv6报文转发进SRv6网络中；
SRv6报文没有改变原有IPv6报文的封装结构，SRv6报文仍旧是IPv6报文，普通的IPv6设备也可以识别，即使中转设备本身不支持SRv6, 所以说SRv6是Native IPv6技术，SRv6的Native IPv6特质使得SRv6设备能够和普通IPv6设备共同组网，对现有网络具有更好的兼容性；
其中的段路由扩展报文头SRH（SRH，Segment Routing Header）包括如下内容：
分段列表Segment List: 段路由SR（Segment Routing）将网络路径分成一个个段（Segment），并对每个分成网络路径段与转发节点均分配段标识ID，再通过对段和网络节点进行有序排列，形成有序的SRv6 SID列表，内容是128bit的IPv6地址，它会完整地存在直到整条路径转发完成，配合段量值Segment Left使用；
路由类型Routing Type: 配置为4时表示该报文是SRH报文
段量值Segment Left(SL): SRv6激活的SID为SList(SL), 转发过程中通过修改SList, 同时更换Des IP为活跃的SID来分段完成转发，说通俗点就是Segment List的指针，表示当前需要使用哪个标签进行转发(不同于MPLS无论后续是否再次压入同一个标签，都会将使用完的标签弹出标签栈)，除此之外，在SL选中Segment List的同时，会其直接放到IPv6报文头部中的目的地址中，并进行IPv6路由查表；
比如当前会有一个如下Segment List
Segment Left值会随转发经过跳数从大到小依次递减，上表的转发路径为：10005->10004->10003->10002->10001。
在数据转发过程中建立SRv6 Policy路径与引流，可以实现流量工程(兼具TE和Policy)，配合控制器可以更好地响应业务的差异化需求，做到业务驱动网络，需要控制器；
SRv6 Policy路径表示为指定路径的段列表（Segment List），称为SID列表（Segment ID List），每个SID列表是从源到目的地的端到端路径，并指示网络中的设备遵循指定的路径，而不是遵循IGP计算的最短路径，SRv6 Policy路径中包含有若干候选路径，每个候选路径均携带优先级属性，优先级最高的有效候选路径为SRv6 Policy的主路径，优先级次高的有效路径为SRv6 Policy的备份路径，每个候选路径的负载通过段量值SegmentList附带权重来进行控制分担，可参考附图4；
通过控制器建立SRv6 Policy路径，控制器通过BGP-LS（Link-state）收集扩展IGP协议收集的拓扑信息，用于计算SRv6 Policy路径和状态呈现，
控制器通过BGP IPv6 SR Policy协议向源节点下发SRv6 Policy信息（headend、color、endpoint等），可参考附图5；
一个SRv6 Policy有一个元组标识<headend,color,endpoint>，对于一个指定的源节点，SRv6 Policy由<color,endpoint>标识：
头端（headend）：SRv6 Policy生成的节点，一般是全局唯一的IP地址；
颜色（color）：32比特扩展团体属性，用于标识某一种业务意图（例如低延时，大带宽，丢包率低等）；
尾端（endpoint）：SRv6 Policy的目的地址，一般是全局唯一的IPv6地址；
在区别头端，color和endpoint被用于标识SRv6 Policy转发路径，基于color属性引流，是直接基于路由的扩展团体属性color和目的地址迭代到SRv6 Policy；
参考附图2，整个过程大致为在S1上配置隧道策略，然后当S1接收到BGP路由（p1，p2）后，根据路由的扩展团体属性对特定的BGP路由添加color，Red为大带宽路径，Blue为低延迟路径，和下一跳S2迭代到不同的SRv6 Policy，实现不同业务的快速转发。转发时，为到p1，p2区域的报文添加一个具体的SRv6 SID栈，并结合SRv6 Policy的其他特性可提供更可靠的高质量网络。
最后在SRv6 Policy转发过程中每经过一个Endpoint节点，Segments Left（SL）字段减1，直至到达最终节点，IPv6报文头中的目的IPv6地址变换一次，Segments Left和Segment List字段共同决定IPv6报头里的Des Addr信息，与SR-MPLS的标签栈不同，SRv6SRH是从队列尾到队列首逆序操作，SRH中的Segment在经过节点后也不会被弹出，因此SRv6报头可以做路径回溯(需要在SRH报头在倒数第二跳被弹出之前分析SRH报头)；
而当只有一个Segment, 即Segment List列表中只有1个Segment, 则此时段量值(Segment Left)=0, 源节点不会为报文压入SRH头部，而是会将这个Segment的SID直接加入到IPv6报文的目的地址中，作为普通IPv6报文进行SRv6转发。
其中Endpoint节点：在SRv6报文转发过程中，节点接收报文的IPv6目的地址是本地配置的SID，则节点被称为Endpoint节点，它根据报文的IPv6的目标地址解封装、封装与转发；
当经过中转节点时，中转节点收到SRv6报文后解析报文的IPv6目的地址字段，如果IPv6目的地址不是本地配置的SRv6 SID也不是本地接口地址，节点则将SRv6报文当作普通IPv6报查询路由表执行转发，不处理SRH，中转节点可以是普通的IPv6节点，也可以是支持SRv6的节点；
中转节点不处理SRv6的原因：
1、设备支持IPv6但不支持SRv6, 只负责转发；
2、当前标签并非指定当前设备进行处理，类似于END Node转发时路径中间的设备。
参考附图3，当企业网访问互联网有多条路径，每条路径带宽速率不同，并且下游有各种类型的业务应用，如数据下载、视频、语音等应用。它们对连接提出了更多的要求，例如更大的带宽要求，更强的SLA保证、稳定性时延，为了满足这些需求，我们可通过部署SRv6来实现网络的动态加速，由控制器动态收集网络拓扑、带宽利用率、时延等信息，根据应用需求计算显示路径，提高网络加速转发，更能优化网络设备的转发性能，SRv6可以简化现有网络协议，降低网络管理复杂度，更为核心的是Native IPv6特质与网络编程能力，可以满足业务的SLA，进行路径编程，同时将网络和应用连接起来，构建智能网络加速。
以上所述，仅为发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。因此，发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种SRv6网络下动态加速的方法，其特征在于：包括SRv6在源节点上对输入的数据压入段路由扩展报文头SRH，并指导数据使用SRv6 Policy路径模型进行转发，其中SRv6Policy路径模型基于颜色属性引流，在转发过程中中转节点与Endpoint节点接收到SRv6报文后解析出报文IPv6目的地址字段，根据本地配置的SRv6 SID进行判断处理。
2.根据权利要求1所述的一种SRv6网络下动态加速的方法，其特征在于：段路由扩展报文头SRH包括分段列表Segment List、路由类型Routing Type与段量值Segment Left，所述分段列表Segment List为对每个分成网络路径段与转发节点均分配段标识ID，再通过对段和网络节点进行有序排列，内容是128bit的IPv6地址，完整地存在直到整条路径转发完成，配合段量值Segment Left使用。
3.根据权利要求2所述的一种SRv6网络下动态加速的方法，其特征在于：在源节点在生成SRv6报文后，将数据包引导到SRv6的分段列表Segment List中，根据列表中建立的SRv6Policy路径，由头端把SRv6 SID列表添加到数据包上，执行完定义的段路由扩展报文头SRH封装并执行转发的动作，网络的其余设备都执行SRv6 SID列表中嵌入的指令。
4.根据权利要求3所述的一种SRv6网络下动态加速的方法，其特征在于：所述SRv6Policy路径通过控制器建立，控制器通过BGP IPv6 SR Policy协议向源节点下发SRv6Policy信息，控制器通过BGP-LS收集扩展IGP协议收集的拓扑信息，用于计算SRv6 Policy路径和状态呈现。
5.根据权利要求4所述的一种SRv6网络下动态加速的方法，其特征在于：向源节点下发的SRv6 Policy由头端、颜色与尾端组成的元组进行标识；
头端：SRv6 Policy生成的节点，是全局唯一的IP地址；
颜色：32比特扩展团体属性，用于标识一种业务意图；
尾端：SRv6 Policy的目的地址，是全局唯一的IPv6地址；
基于颜色属性引流，是直接基于路由的扩展团体属性颜色和目的地址迭代到SRv6Policy。
6.根据权利要求5所述的一种SRv6网络下动态加速的方法，其特征在于：所述头端中包括有区别头端，所述区别头端中颜色与尾端被用于标识SRv6 Policy转发路径。
7.根据权利要求5所述的一种SRv6网络下动态加速的方法，其特征在于：所述SRv6Policy路径中包含有若干候选路径，每个候选路径均携带优先级属性，优先级最高的有效候选路径为SRv6 Policy的主路径，优先级次高的有效路径为SRv6 Policy的备份路径，每个候选路径的负载通过段量值Segment List附带权重来进行控制分担。
8.根据权利要求1所述的一种SRv6网络下动态加速的方法，其特征在于：Endpoint节点对接收到SRv6报文，根据报文的IPv6的目标地址解封装、封装与转发；
当存在多个Endpoint节点时，转发过程中每经过一个Endpoint节点，相关的段量值Segment Left减少，直至到达最终节点；
当分段列表Segment List列表中只有1个Segment, 则此时段量值Segment Left为0,源节点会将这个Segment的SID直接加入到IPv6报文的目的地址中，作为普通IPv6报文进行SRv6转发。
9.根据权利要求1所述的一种SRv6网络下动态加速的方法，其特征在于：中转节点收到SRv6报文后解析报文的IPv6目的地址字段，如果IPv6目的地址不是本地配置的SRv6 SID也不是本地接口地址，节点则将SRv6报文当作普通IPv6报查询路由表执行转发，跳过处理SRH阶段，中转节点为普通的IPv6节点，或者支持SRv6的节点。
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