CN1859376A - 一种基于路由的链路备份方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于路由的链路备份方法，涉及一种宽带城域网络技术。该方法包括：用户分别向主用路由器和备用路由器申请分配IP地址，并得到其主用IP地址和备用IP地址；用户将主用IP地址所指向的网关的邻居状态和链路状态分别与备用IP地址所指向的网关的邻居状态和链路状态进行绑定；用户通知主用路由器直接按主机路由向上游路由器进行扩散，并通知备用路由器为所述主用IP地址创建一条中继路由其下一跳为所述备用IP地址，并向上游路由器扩散该中继路由。本发明实现链路备份时，创建“中继路由”的方法，使得主机的单个IP地址可在多台路由器中同时存在可达的路由，在出现故障时，实现路由的自动切换，提高了网络的可靠性。
Description
[技术领域]
本发明涉及一种宽带城域网络技术，尤其涉及一种基于路由的链路备份方法。
[背景技术]
IP version 6(IPv6)是在继承目前Internet广泛使用的IPv4协议的基础上开发的新型IP协议，提供如下的新特性：
о地址长度扩展到128比特，可提供“近乎无限大”的地址空间；
о简化了报文头部的结构，减少了共享报头选项，提供了转发的性能；
о增强IP头部的选项头，可提高转发效率和可扩展性；
оIP头部增加了流标签，为服务质量方面提供较大的扩展性；
о集成了认证和安全功能，增加IP协议的安全性；
о优化的ICMP协议(Internet Control Message Protocol因特网控制消息协议)，新设计ND协议直接在三层上直接进行邻居发现。
下一代网络的核心协议IPv6协议改进了IPv4环境下的ARP协议(AddressResolution Protocol)，推出了一种新型的查找IP地址对应的链路层地址(MAC地址)的协议，该协议为邻居发现(Neighbor Discover)协议，下文简称为ND协议。邻居发现的基本工作原理如下：
地址解析是用户由邻居的非组播地址得到邻居的链路层地址的过程，且只用于本链路内的IP地址，其中，本链路内是指与用户的网口直接相连的链路或者广播域。当支持组播的接口使能后，该节点的这个接口必须加入到所有节点组播组中，也必须加入到这个接口的IP地址对应的受限节点组播组中。对于支持IP转发的接口来说，每个接口都至少有一个IP地址作为该接口的IP地址，与其他网络节点相互通信，同一个接口的多个IP地址可以映射到相同的受限节点组播组中。在所有节点组播组中，任何节点都可以收到该组播，可以理解为广播；在受限节点组播组中，只有特定的节点才能收到该组播。
当节点有个单播报文要送给邻居，但不知道邻居的链路层地址，这就需要启动地址解析。对于支持组播的接口，该节点在邻居缓存中创建一个表项，然后向该接口的IP地址对应的受限组播组发送邻居通告请求报文，其中，该报文中包含该节点的链路层地址选项。
如果该节点没有收到邻居的响应报文，则地址解析失败，即该节点找不到邻居的链路层地址，该节点的IP层会产生一个ICMP不可达的消息给应用层。有效的邻居通告请求报文的目的地址必须是有效的单播地址、泛播地址或临时地址。
如果该节点收到邻居的响应报文，则该节点得知邻居的链路层地址，进而可以把这个单播报文送给邻居。如果邻居通告请求报文中的源IP地址是已分配地址，那么收到邻居通告请求报文的邻居进行学习创建或更新邻居缓存的表项。
如图1所示，主机A给主机B发送邻居请求报文(NS)及进行重复地址检测(DAD)，主机B返回邻居响应报文NA给主机A，从而主机A就获得了主机B的链路层地址，它们之间就可以相互通信了。
由于ND协议仅在本链路内的用户之间使用，并且ND报文是通过组播方式广播到整个链路(特指逻辑上属于同一的二层链路，但物理上是无法直接实现二层互连的，即非广播多点接入)中的，因此对于NBMA(非广播多路访问)网络来说，是无法让ND报文广播给其他用户(位于逻辑相同的二层链路但实际上无法收到二层广播报文的用户)，需要路由器提供代理功能，即路由器代用户向其他用户转发ND报文，从而让NBMA网络中的用户能够学习到被路由器代理的链路层地址，最终实现用户与其他用户的互通。
宽带城域网的网络结构一般分为接入层、汇聚层和核心层三个层次，接入网通过交换机或者DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer数字用户线接入复用器)等二层汇聚设备，将用户(pc机)汇聚到位于汇聚层少量的边缘汇聚路由器或宽带接入服务器(BAS)上，边缘汇聚路由器或宽带接入服务器需要终结用户的二层信息，即对用户进行认证，认证通过后分配IP地址给用户；此后为用户提供宽带业务并对用户进行计费，从而使得用户能够通过核心网接入到Internet网络中。由于宽带城域网作为电信级网络，因此必须保证用户的接入的可靠性，目前，常用设备备份的方法来提高网络可靠性。
如图2所示，用户(PC)通过接入层的二层交换机(Switch)同时接入到两个边缘路由器或BAS上，两个边缘路由器分别通过核心网Core1和Core2与上游的核心路由器相连。正常情况，用户终结到某个高优先级的路由器或BAS上(该高优先级的路由器或BAS称为主用，其他路由器或BAS称为备用)，两个路由器或BAS通过热备份通道实时或者同步备份用户在路由器或BAS设备上的信息，当主用的路由器或BAS出现故障时，备用路由器或BAS升为主用，继续为用户提供服务。
采用以上的组网方式，存在的缺点如下：
1、当用户量较大时，主备用路由器或BAS之间的同步数据较多，热备份通道的带宽不足，容易产生瓶颈，通道拥塞，导致同步备份不成功。
2、主备用路由器或BAS要实现用户级“实时”的热备份，数据量很大实时性要求很高，容易出现备份不及时的情况，导致用户通信中断。
3、主备用路由器要实现用户级“实时”的热备份，技术难度很高，由于路由器受其处理能力的限制，基本无法同时支持多个备用路由器，即主用路由器无法同时向多个备用路由器提供“实时”热备份。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种基于路由的链路备份方法，能够避免主备路由器之间的热备份所产生的瓶颈，简化主备路由器之间的热备份机制，支持多个备用路由器，进一步提高了网络的可靠性。
本发明是通过下面的技术方案来实现的：
一种基于路由的链路备份方法，其特征在于，包括以下步骤：
101、用户分别向主用路由器和备用路由器申请分配IP地址，并得到其主用IP地址和备用IP地址；
102、用户将主用IP地址所指向的网关的邻居状态和链路状态分别与备用IP地址所指向的网关的邻居状态和链路状态进行绑定；
103、用户通知主用路由器直接按主机路由向上游路由器进行扩散，并通知备用路由器为所述主用IP地址创建一条中继路由其下一跳为所述备用IP地址，也向上游路由器扩散该中继路由。
所述步骤101中包括：用户通过邻居发现协议获得与其相连的路由器，并区分出主用路由器和备用路由器。
所述步骤101中包括：主用路由器或备用路由器在确认IP地址分配成功后，创建其相应的邻居链路信息和主机路由表。
所述步骤102中包括：若主用IP地址和备用IP地址所指向的网关的邻居状态有一个可达，且所述两个链路状态有一个可用，则用户始终使用主用IP地址作为主机的IP地址。
所述步骤103中包括：用户向主用路由器发送主机路由扩散消息，通知主用路由器中的路由协议将该消息的源IP地址的路由按主机路由方式进行扩散，在扩散成功后，主用路由器给用户返回主机路由扩散应答消息。
所述步骤103中：所述主机路由扩散消息包括需要扩散的主机路由必须和本消息的源IP地址相同及安全选项；所述主机路由扩散应答消息包括扩散了的主机路由及安全选项。
所述步骤103中所述主机路由扩散成功后，包括：用户向备用路由器发送主机路由中继扩散消息，通知备用路由器为用户的主用IP地址创建所述中继路由，在该中继路由扩散成功后，备用路由器向用户返回主机路由中继扩散应答消息。
所述步骤103中：所述主机路由中继扩散消息包括中继路由及安全选项；所述主机路由中继扩散应答消息包括扩散了的中继路由及安全选项。
所述步骤103中包括：若主用链路发生故障，则上游路由器删除主用路由器扩散的主机路由，并使用备用路由器扩散的中继路由继续与用户进行通信。
所述路由器可以用宽带接入服务器代替。
由于采用了以上的技术方案，本发明实现链路备份时，不需要在主备路由器之间设置热备份通道，也不需要实时对用户的信息进行备份，节约了路由器的处理开销；创建“中继路由”的方法，使得主机的单个IP地址可在多台路由器中同时存在可达的路由，在出现故障时，实现路由的自动切换；利用路由协议的动态性和实时性，达到链路备份的实时更新，保证业务顺利进行；简化链路备份机制，提高备份的效率；支持多个备用路由器，并且不增加路由器的额外开销，提高了网络的可靠性。
[附图说明]
图1是邻居发现协议交互示意图。
图2是现有技术中城域网的网络结构示意图。
图3是本发明中城域网的网络结构示意图。
图4是本发明实现链路备份的流程图。
[具体实施方式]
如图3所示，用户PC依次通过其第一网口、二层交换机Switch及接入网AN接入到第一边缘路由器上，用户PC依次通过其第二网口、二层交换机Switch及接入网AN接入到第二边缘路由器上，其中，第一边缘路由器和第二边缘路由器上是相互独立的；第一边缘路由器和第二边缘路由器再分别通过第一核心网Core1和第二核心网Core2与上游的核心路由器相连，由上游的路由器进一步与其他网络进行通信。其中，这些路由器也可以是宽带接入服务器BAS，本发明中假设第一边缘路由器为主用路由器，第二边缘路由器为备用路由器。
本发明中的路由器需要提供动态路由协议，并且也需要对ND协议进行扩充，增加四个消息，这四个消息的具体内容如下：
1、主机路由扩散消息(HRS-Host Route Scatter)，本消息的作用是：在向上游路由器进行扩散时，强制路由协议不将该主机路由聚合为网段进行扩散，而是直接按主机路由(其下一跳为所在接口的IP地址或本身，换言之，路由扩散必须带有下一跳，该主机路由扩散到上联设备时的下一跳应该是和上联设备接口的接口IP地址，但在设备内部应该是主机路由所在接口的接口IP地址)进行扩散；同时，为了防止该主机路由被扩散到Internet中导致路由表呈现爆炸式增长，需要在上游的路由器的合适节点配置路由聚合功能；从安全上考虑，本消息中还需要包含：需要扩散的主机路由必须和本消息的源IP地址相同(即HRS报文的源IP地址和HRS报文内指定要扩散的主机IP地址要一致)、安全选项。这里需要说明的是，主机路由其实就是HRS的源IP地址。
2、主机路由扩散应答消息(HSA-Host Route Scatter ACK)，本消息的作用是：在路由器对该主机进行安全检查通过后，并允许其将主机路由扩散到上游路由器上，向用户回应主机路由扩散成功的消息，消息中需包含扩散了的主机路由和安全选项。
3、主机路由中继扩散消息(HRR-Host Route Relay)，本消息的作用是：强制路由器的路由协议将本消息中的被代理的IP地址(即上述的主用IP地址，亦即HRS的源IP地址)添加一条主机路由其下一跳为本消息的源IP地址，并直接扩散到上游路由器上，消息中需要包含需要中继的主机路由、安全选项。
4、主机路由中继扩散应答消息(HRA-Host Route Relay ACK)，本消息的作用是：路由器对该主机进行安全检查通过后，允许作为该主机路由的中继扩散到上游路由器上，向用户回应扩散主机路由成功的，消息中需包含扩散了的主机路由和安全选项。
如图4所示，本发明实现链路备份的具体过程如下：
用户PC首先启动ND协议，获得与其相连的路由器，其后根据策略选择其中一个作为主用路由器(假设为图3中的第一边缘路由器)，并通过其第一网口向其申请分配IP地址，作为主用IP地址，在确认主用IP地址分配成功后，主用路由器会创建其相应的邻居链路信息和主机路由表。
为了能实现链路备份，用户PC需要通过其第二网口向备用路由器(假设为图3中的第二边缘路由器)也申请分配IP地址，作为备用IP地址，在确认备用IP地址分配成功后，备用路由器也创建其相应的邻居链路信息和主机路由表。
该用户PC将主用IP地址所指向的网关的邻居状态和链路状态分别与备用IP地址所指向的网关的邻居状态和链路状态进行绑定，在完成绑定之后，只要主用IP地址和备用IP地址所指向的网关的邻居状态有一个可达，且这两个链路状态有一个可用，用户PC保证始终使用主用IP地址作为主机的IP地址，同时通过DNS等向外部发布本主机的IP地址，可以这么认为，当主链路异常的时候，主IP地址可使用备份链路的网关邻居状态和链路状态继续进行与外部节点的通信。具体绑定的方法有很多种，只要能让一个IP地址(主用IP地址)使用两条链路即可，可以这么来理解，当一台主机有两个网口，即第一网口和第二网口，第一网口和第二网口都分别申请主用IP地址和备用IP地址，且这两个网口的邻居发现都可用后，指定主用IP地址可以使用第二网口与外部节点进行通信，这就是绑定的过程。
用户PC向主用路由器发送HRS消息，通知主用路由器中的路由协议将该消息的源IP地址的路由按主机路由方式进行扩散。
用户PC在确认得到主用路由器回应的HSA消息后，向备用路由器发送HRR消息，通知备用路由器为用户的主用IP地址创建一条路由且下一跳为备用的IP地址(称该路由为中继路由)，且路由协议将该路由直接扩散到上游路由器上；在扩散成功后，备用路由器向用户PC返回HRA消息，告知用户该中继路由已经扩散成功。
这样在上游的某个路由器(假设为图3中的核心路由器)同时收到两个来自不同接口的主用IP地址的路由，并选择其中一条作为主用的路由，依然假设主用路由器扩散的路由为主用路由，备用路由器扩散的路由为备用路由。
当主用路由器或用户PC接入的第一网口故障时，即主用链路故障时，主用路由器会通过路由协议将信息通知上游的核心路由器，核心路由器随后得知主用链路故障，其自动将指向该用户的主用路由切换到备用路由上，此时用户PC通过该备用路由与网络中的其他节点进行通信。例如，假设主用路由器故障，那么上游的核心路由器删除主用路由器扩散的主机路由，仅剩下备用路由器扩散的主机路由随即升为主用，这样，目的到主用IP地址的报文就被路由到(发送到)备用路由器，备用路由器通过备用IP地址转发给用户PC，因为主用IP地址所指向的网关的邻居状态和链路状态分别与备用IP地址所指向的网关的邻居状态和链路状态进行绑定，该“绑定”指定了主用IP地址可以使用第二网口与外部节点进行通信，所以该报文在用户PC的内部被“回送”到用户主用IP地址所在的接口进行后续处理，这里的“回送”与前面的“绑定”遥相呼应，需要说明的是，因为报文是从备用链路收到的，备用链路的接口IP地址和主用IP地址并不一样，按协议需要转发，即按协议必须把报文送到主用IP地址所在的接口才算是完成报文传输的整个过程，但由于两个IP地址(主用IP地址和备用IP地址)都是位于同一主机内部，只是位于不同网口罢了，这样报文就可以直接送给PC的操作系统处理，从而使报文最终到达目的地。
本发明的关键在于，强迫主用路由器直接按主机路由进行扩散到上游路由器上，强迫备用路由器为主用IP地址添加一条其下一跳为备用IP地址的主机路由，并且把该条路由也扩散到上游路由器上，这样上游路由器上就有两条可到达用户的主机路由，正常情况下，只用其中的一条路由进行通信，当使用的路由不可用时，才启用另一条路由，从而提高了网络的可靠性。路由备份是为了向网络通告主用IP地址可以使用两个不同的链路，这个信息只能在绑定后才能知道。
本发明中，用户主机申请到了两个IP地址，一个作为主用IP地址，一个作为备用IP地址，通信节点只知道主用IP地址，不需要知道备用IP地址；在链路发生改变能够很快地切换到备份链路上，使报文的传输得以继续。
对多链路和多归属情况下，系统仅只用一个IP地址即主用IP地址和多链路备份的技术，该系统包含但不限于主机(PC)、服务器、路由器，这样，在链路因故障发生切换时，不会进行地址切换，可以保证业务基本不中断。
另外，对于多种接入方式的链路备份，本发明也同样适用，例如WIMAX(WorldwideInteroperability for Microwave Access微波存取全球互通)和FTTH(Fiber To The Home光纤到用户)。
Claims (10)
1、一种基子路由的链路备份方法，其特征在于，包括以下步骤：
101、用户分别向主用路由器和备用路由器申请分配IP地址，并得到其主用IP地址和备用IP地址；
102、用户将主用IP地址所指向的网关的邻居状态和链路状态分别与备用IP地址所指向的网关的邻居状态和链路状态进行绑定；
103、用户通知主用路由器直接按主机路由向上游路由器进行扩散，并通知备用路由器为所述主用IP地址创建一条中继路由其下一跳为所述备用IP地址，也向上游路由器扩散该中继路由。
2、根据权利要求1所述的一种基于路由的链路备份方法，其特征在于，所述步骤101中包括：用户通过邻居发现协议获得与其相连的路由器，并区分出主用路由器和备用路由器。
3、根据权利要求1所述的一种基于路由的链路备份方法，其特征在于，所述步骤101中包括：主用路由器或备用路由器在确认IP地址分配成功后，创建其相应的邻居链路信息和主机路由表。
4、根据权利要求1所述的一种基于路由的链路备份方法，其特征在于，所述步骤102中包括：若主用IP地址和备用IP地址所指向的网关的邻居状态有一个可达，且所述两个链路状态有一个可用，则用户始终使用主用IP地址作为主机的IP地址。
5、根据权利要求1所述的一种基于路由的链路备份方法，其特征在于，所述步骤103中包括：用户向主用路由器发送主机路由扩散消息，通知主用路由器中的路由协议将该消息的源IP地址的路由按主机路由方式进行扩散，在扩散成功后，主用路由器给用户返回主机路由扩散应答消息。
6、根据权利要求5所述的一种基于路由的链路备份方法，其特征在于，所述步骤103中：所述主机路由扩散消息包括需要扩散的主机路由必须和本消息的源IP地址相同及安全选项；所述主机路由扩散应答消息包括扩散了的主机路由及安全选项。
7、根据权利要求1所述的一种基于路由的链路备份方法，其特征在于，所述步骤103中所述主机路由扩散成功后，包括：用户向备用路由器发送主机路由中继扩散消息，通知备用路由器为用户的主用IP地址创建所述中继路由，在该中继路由扩散成功后，备用路由器向用户返回主机路由中继扩散应答消息。
8、根据权利要求7所述的一种基于路由的链路备份方法，其特征在于，所述步骤103中：所述主机路由中继扩散消息包括所述中继路由及安全选项；所述主机路由中继扩散应答消息包括扩散了的中继路由及安全选项。
9、根据权利要求7所述的一种基于路由的链路备份方法，其特征在于，所述步骤103中包括：若主用链路发生故障，则上游路由器删除主用路由器扩散的主机路由，并使用备用路由器扩散的中继路由继续与用户进行通信。
10、根据权利要求1至9任一所述的一种基于路由的链路备份方法，其特征在于：所述路由器可以用宽带接入服务器代替。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090513 Termination date: 20151116 |