CN1889531A - 一种路由器链路状态数据同步的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路由器链路状态数据同步的方法，该方法包括：101)发送路由器产生新的LSA或接收到新的LSA时，将所述LSA加入到自己的LSDB中；102)发送路由器判断接收路由器是否繁忙，若接收路由器繁忙，则将所述LSA加入到本发送路由器中与所述接收路由器对应的重传列表中，进行定期重传，否则立即发送所述LSA到接收路由器；103)接收路由器接收到所述LSA时，将该LSA加入到所述接收路由器的LSDB中。该方法可以降低邻居路由器的系统压力，有效提高路由器链路状态数据的同步速度。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，特别是涉及一种路由器链路状态数据同步的方法。
背景技术
网络中路由信息通常是通过边界网关协议/内部网关协议(BGP/IGP)来分发、收集。最短路径优先(OSPF)协议属于IGP，是互联网工程任务组(IETF)组织开发的一个基于链路状态的自治系统(AS)内部的动态路由协议，用于在互联网协议(IP)网络上通过收集和传递自治系统的链路状态来动态地发送并传播路由。
OSPF协议通过多种链路状态报文(LSA)来收集和扩散网络的拓扑信息及路由信息。OSPF自治系统分为一个或者多个区域，区域内使用路由器链路状态报文(Router-LSA)或网络链路状态报文(Network-LSA)携带路由；区域间使用总结链路状态报文(Summary-LSA)携带路由。而自治系统外部使用自治系统外部链路状态报文(AS-external-LSA)携带路由，对于次末节区域(NSSA)，则使用次末节区域链路状态报文(NSSA-LSA)携带路由。
所有的LSA组成了OSPF的链路状态数据库(LSDB)。在OSPF的一个区域中，所有的路由器都必须拥有完全一致的LSDB才能够正确计算路由、指导转发，否则会出现路由黑洞或者路由环路。两台路由器上的LSDB从不一致到一致的过程，称为路由器链路状态数据的同步过程。OSPF协议针对这个同步过程定义了一套严格而复杂的机制，称为泛洪(Flooding)，Flooding机制确保了区域内所有路由器的链路状态数据能够达到同步的状态。
当路由器新产生一个LSA或接收到一个新的LSA时，需要立即将该LSA发送给其它的邻居路由器，同时将该LSA加入到本路由器中与该邻居路由器对应的重传列表中，进行定期重传，直到收到邻居路由器的回应(ACK)报文为止。路由器是通过链路状态更新(LSU)报文将LSA发送到邻居路由器的，一个LSU报文可以装载多个LSA。现有技术中定义了Flooding过程，如下所述：
(1)路由器在一个接口上新产生一个LSA或接收到一个新的LSA时，立即将该LSA在其它接口上发送出去。
(2)路由器将新的LSA发送给一个邻居路由器时，同时将该LSA加入到本路由器中与该邻居路由器对应的重传列表中，进行定期重传。
(3)路由器如果接收到新的LSA，向发送该LSA的路由器发送ACK报文。ACK报文可以立即发送，也可以延迟发送。当收到的是重复的LSA时，立即发送ACK报文，否则延迟发送ACK报文。
(4)路由器定时发送重传列表中的LSA。每次只重传一个LSU报文，LSU报文长度为一个最大传输单元(MTU)的长度。当接收到邻居路由器的ACK报文后，可以立即发送下一个LSU报文，而不用等待重传定时器的超时。
LSDB的规模比较小时，OSPF的Flooding机制可以保证快速而有效地完成各个路由器的LSDB的同步。实际上，由于Summary-LSA、AS-external-LSA和NSSA-LSA的数量很大，因而LSDB的规模也很大(例如超过10万个LSA，甚至可能上百万个LSA)，此时OSPF的Flooding机制会对接收路由器产生很大冲击，而且LSDB的同步速度也会变慢。
以10万个LSA为例，路由器RTA的OSPF协议引入了10万个BGP路由，该BGP路由由RTA自己产生或从其它路由器接收。假设RTA在10秒内完成BGP路由的引入，生成了10万个AS-external-LSA，这些LSA马上被发送给邻居路由器RTB。RTB要在这10秒或者十几秒之内接收并处理完这10万个LSA，对硬件以及软件系统都是极大的挑战，RTB的硬件以及软件系统此时必然处于高度繁忙状态。通常情况下，RTB无法及时处理这些LSA，许多LSA都会被丢弃，比如被OSPF软件丢弃或者接收缓冲区溢出。而RTB对于HELLO报文的处理也依赖于其软件系统的实现，如果HELLO报文没有被优先处理或者及时处理，那么可能导致其邻居路由器的振荡，也就是说，上述同步处理可能会使得RTB因无法及时处理HELLO报文而导致RTB的邻居路由器的振荡。
假设在10秒内RTB实际只接收并处理了4万个LSA，那么剩下的6万个LSA只能通过RTA中与RTB对应的重传列表来定期向RTB发送。假设两台路由器通过一个MTU为1500的接口建立邻居关系，那么一个LSU报文最多能够承载40个LSA。由于RTB发送ACK报文之后，RTA才会发送下一个LSU报文，假设RTB延迟发送ACK的延迟时间是1秒，忽略掉系统的处理时间以及报文在链路上的传送时间，RTA会每1秒收到RTB的一个ACK报文，同时向RTB发送一个LSU报文。这样，重传列表中的6万个LSA全部发送给RTB就需要1500秒，这是一段相当长的时间。
在实际应用中，还可能出现其它情况导致路由器需要接收很多LSA，例如：两台路由器之间通过多个接口建立多个邻居关系，一台路由器从这些接口接收到的LSA的总数目可能会达到几万个；一台路由器与多台路由器建立邻居关系，这台路由器会接收多台邻居路由器同时发来的几万个LSA。这些情况下，接收路由器都会受到很大的冲击，LSDB同步的速度也会很慢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种路由器链路状态数据同步的方法，以降低对接收路由器的冲击，加快链路状态数据的同步速度。
本发明的路由器链路状态数据同步的方法，包括以下步骤：
a)发送路由器产生新的链路状态报文LSA或接收到新的LSA时，将所述LSA加入到自己的LSDB中；
b)发送路由器判断接收路由器是否繁忙，若接收路由器繁忙，则将所述LSA加入到本发送路由器中与所述接收路由器对应的重传列表中，进行定期重传，否则立即发送所述LSA到接收路由器；
c)接收路由器接收到所述LSA时，将该LSA加入到所述接收路由器的LSDB中。
步骤b)中，判断接收路由器是否繁忙为：若所述重传列表中的LSA的数量在新的LSA加入之前多于一个链路状态更新LSU报文能够装载的数量，则确定接收路由器繁忙，否则，确定接收路由器不繁忙。
所述LSU报文的最大长度为接收路由器所在接口的最大传输单元MTU。
步骤b)中，发送路由器立即发送所述LSA到接收路由器之后进一步包括：发送路由器将所述LSA加入到所述重传列表中，进行定期重传。
步骤c)之后进一步包括：d)所述接收路由器发送回应ACK报文到发送路由器；发送路由器接收到ACK报文时，删除所述重传列表中与该ACK报文对应的LSA。
步骤d)中，发送路由器在删除所述重传列表中与该ACK报文对应的LSA之后进一步包括：将所述重传列表中的其它LSA装载到LSU报文中，并将该LSU报文立即发送到接收路由器。
步骤d)中，接收路由器在发送ACK报文到发送路由器之前进一步包括：判断接收缓冲区使用百分比是否大于设定的百分比，若大于设定的百分比，则发送ACK报文到发送路由器为：延迟发送ACK报文到发送路由器；否则，发送ACK报文到发送路由器为：立即发送ACK报文到发送路由器。
所述设定的百分比小于或者等于30％。
步骤d)进一步包括：若接收路由器的接收缓冲区使用百分比大于设定的百分比，则增加延迟发送ACK报文的延迟时间，否则减小延迟发送ACK报文的延迟时间。
步骤b)进一步包括，若接收路由器繁忙，则增加定期重传的时间间隔，否则，减小定期重传的时间间隔。
所述发送路由器为非指派路由器，且所述接收路由器为指派路由器和备份指派路由器；或者所述发送路由器为指派路由器或者备份指派路由器，且所述接收路由器为其邻居路由器。
本发明的有益效果是：发送路由器向接收路由器发送LSA时，通过判断发送路由器中与接收路由器对应的重传列表的规模，确定接收路由器是否繁忙，以此来动态调整发送LSA的频率，使得LSA的发送过程缓和平滑，减小邻居路由器的系统压力，避免不必要的报文丢弃以及重传；接收路由器根据接收缓冲区使用百分比动态调整ACK报文的发送速度，有效的向发送路由器反馈自己的繁忙程度，间接影响发送路由器发送LSA的频率。这些都能有效的提高路由器链路状态数据的同步速度。
附图说明
图1为本发明路由器链路状态数据同步的方法流程图；
图2为本发明路由器链路状态数据同步的方法中接收路由器的处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明路由器链路状态数据同步的方法包括以下步骤：
101)发送路由器产生新的LSA或接收到新的LSA时，将所述LSA加入到自己的LSDB中；
102)发送路由器判断接收路由器是否繁忙，若接收路由器繁忙，则将所述LSA加入到本发送路由器中与所述接收路由器对应的重传列表中，进行定期重传，否则立即发送所述LSA到接收路由器；
103)接收路由器接收到所述LSA时，将该LSA加入到所述接收路由器的LSDB中。
在步骤102)中，发送路由器立即发送所述LSA到接收路由器之后进一步包括：发送路由器将所述LSA加入到所述重传列表中，进行定期重传。
在步骤102)中，判断接收路由器是否繁忙为：若所述重传列表中的LSA的数量在新的LSA加入之前多于一个LSU报文能够装载的数量，则确定接收路由器繁忙，否则，确定接收路由器不繁忙。其中，LSU报文的最大长度为接收路由器所在接口的最大传输单元MTU，因为如果LSU报文的长度超过接口的MTU，可能会引起LSA的分片。
之所以判断重传列表的规模，是因为重传列表的规模直接反映了接收路由器的承受能力。如果重传列表中的LSA数目很少，说明接收路由器的处理能力能够跟上现在的发送速度；否则说明接收路由器的压力比较大，已经有LSA被丢弃了，再发送LSA过去很可能继续被丢弃。
在步骤103)之后进一步包括：所述接收路由器发送ACK报文到发送路由器；发送路由器接收到ACK报文时，删除所述重传列表中与该ACK报文对应的LSA。
进一步，发送路由器接收到接收路由器的ACK报文时，可以立即向接收路由器发送一个长度不超过接口的MTU的LSU报文。收到接收路由器的ACK报文，说明接收路由器暂时有能力处理发送过去的LSA，因此可以发送下一个LSU报文，而不必等到重传定时器超时，这样可以加快LSA的传播速度。
在本发明中，定期重传的时间间隔默认为5秒。通过调整定期重传的时间间隔，可以进一步加快LSDB的同步速度。具体地说，若接收路由器繁忙，则增加定期重传的时间间隔，否则，减小定期重传的时间间隔。
本发明的方法根据接收路由器对应的重传列表的规模以及ACK报文来判断接收路由器的承受能力，从而调整发送LSA的频率，减轻接收路由器的系统压力。因为接收路由器系统压力大时很可能丢弃报文，该方法减少了不必要的报文重传。
下面分别以非广播网络和广播网络为例，说明本发明的方法的具体应用。
(一)非广播网络
发送路由器准备将新的LSA发送给接口上的某个邻居路由器时，如果邻居路由器对应的重传列表中的LSA数量多于一个LSU报文能够装载的数量，那么该LSA不立即发送给邻居路由器；否则，如果邻居路由器对应的重传列表中的所有LSA都能够被装入到一个LSU报文中，则将该LSA通过LSU报文立即发送给邻居路由器。
(二)广播网络
新的LSA在接口上是以多播的形式发送的，如果发送路由器是非指派路由器(DROther)，那么该LSA只发送给指派路由器(DR)和备份指派路由器(BDR)，目的地址是所有指派路由器(AllDRouters)；如果发送路由器是DR或者BDR，那么该LSA会发送给所有的邻居路由器，目的地址是所有最短路径优先路由器(AllSPFRouters)。仍然根据邻居路由器对应的重传列表的规模来判断邻居路由器的承受能力，对于承受能力不同的邻居路由器，采取不同的方式(立即发送或者不立即发送)来对待。
(a)如果发送路由器是DROther，检查邻居DR以及BDR对应的重传列表，具体包括：(a1)如果DR以及BDR对应的重传列表中的LSA数量都多于一个LSU报文能够装载的LSA数量，那么不立即发送该LSA。(a2)如果DR以及BDR对应的重传列表中的LSA能够分别装入到一个LSU报文中，那么使用多播目的地址AllDRouters来立即发送该LSA。(a3)如果DR和BDR中只有一个对应的重传列表中的LSA都能够装入到一个LSU报文中，这里假设是DR，那么使用单播报文向DR立即发送该LSA，而不向BDR立即发送该LSA。
(b)如果发送路由器是DR或者BDR，检查每个邻居路由器对应的重传列表，具体包括：(b1)如果所有邻居对应的重传列表中的LSA数量都多于一个LSU报文能够装载的数量，那么不立即发送该LSA。(b2)如果所有邻居路由器对应的重传列表中的LSA能够分别装入到一个LSU报文中，那么使用多播目的地址AllSPFRouters立即发送该LSA。(b3)如果只有一部分邻居路由器对应的重传列表中的LSA都够分别装入到一个LSU报文中，使用单播报文向相应的邻居路由器立即发送该LSA，而不立即发送该LSA到其它邻居路由器。
需要说明的是，在上述非广播网络和广播网络的例子中，不论是立即发送LSA，还是不立即发送LSA，都需要将该LSA加入到相应的重传列表中，进行定期重传，直到收到ACK报文为至。
如图2所示，为了达到发明目的，也可以调整接收路由器发送ACK报文的频率来间接影响发送路由器发送LSA的频率。
比如，在步骤105)中，接收路由器进一步判断接收缓冲区使用百分比是否大于设定的百分比，若大于设定的百分比，发送ACK报文到发送路由器为：延迟发ACK报文到发送路由器；否则，发送ACK报文到发送路由器为：立即发送ACK报文到发送路由器。
如果接收缓冲区的使用量超过了设定的百分比，说明还有很多报文等待处理，系统处于繁忙状态，不需要发送路由器再发送LSA过来，此时延迟发送ACK报文；否则，说明系统压力正常，有能力继续处理更多的报文，期望发送路由器发送新的LSA过来，此时立即发送ACK报文。
该设定的百分比可以根据接收路由器的硬件以及软件系统的性能来指定，本发明优选为小于或者等于30％。
根据接收路由器的接收缓冲区使用百分比可以对该延迟时间进行调整，若使用百分比大于设定的百分比，则增加延迟发送ACK报文的延迟时间，否则，减小延迟发送ACK报文的延迟时间。延迟发送ACK报文的延迟时间优选为大于1秒并且小于定期重传的时间间隔。
所述的接收缓冲区是一个逻辑概念，接收路由器可以使用各种硬件或者软件的方式来实现这个接收缓冲区。
总之，本发明的方法可以使LSA的扩散过程缓和而平稳(特别是在LSDB规模较大的情况下)，降低接收路由器的系统压力，减少报文的丢弃以及重传的几率，从整体上加快了路由器链路状态数据的同步速度(例如，10万个LSA的扩散可以控制在几分钟之内或者更短)；同时，减小了OSPF协议的Flooding过程对路由器硬件、软件系统的性能以及实现方式的依赖。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (11)
1.一种路由器链路状态数据同步的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a)发送路由器产生新的链路状态报文LSA或接收到新的LSA时，将所述LSA加入到自己的链路状态数据库LSDB中；
b)发送路由器判断接收路由器是否繁忙，若接收路由器繁忙，则将所述LSA加入到本发送路由器中与所述接收路由器对应的重传列表中，进行定期重传，否则立即发送所述LSA到接收路由器；
c)接收路由器接收到所述LSA时，将该LSA加入到所述接收路由器的LSDB中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤b)中，判断接收路由器是否繁忙为：若所述重传列表中的LSA的数量在新的LSA加入之前多于一个链路状态更新LSU报文能够装载的数量，则确定接收路由器繁忙，否则，确定接收路由器不繁忙。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述LSU报文的最大长度为接收路由器所在接口的最大传输单元MTU。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，
步骤b)中，发送路由器立即发送所述LSA到接收路由器之后进一步包括：发送路由器将所述LSA加入到所述重传列表中，进行定期重传。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
步骤c)之后进一步包括：d)
所述接收路由器发送回应ACK报文到发送路由器；
发送路由器接收到ACK报文时，删除所述重传列表中与该ACK报文对应的LSA。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
步骤d)中，发送路由器在删除所述重传列表中与该ACK报文对应的LSA之后进一步包括：将所述重传列表中的其它LSA装载到LSU报文中，并将该LSU报文立即发送到接收路由器。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
步骤d)中，接收路由器在发送ACK报文到发送路由器之前进一步包括：判断接收缓冲区使用百分比是否大于设定的百分比，若大于设定的百分比，则发送ACK报文到发送路由器为：延迟发送ACK报文到发送路由器；否则，发送ACK报文到发送路由器为：立即发送ACK报文到发送路由器。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述设定的百分比小于或者等于30％。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
步骤d)进一步包括：若接收路由器的接收缓冲区使用百分比大于设定的百分比，则增加延迟发送ACK报文的延迟时间，否则减小延迟发送ACK报文的延迟时间。
10.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，
步骤b)进一步包括，若接收路由器繁忙，则增加定期重传的时间间隔，否则，减小定期重传的时间间隔。
11.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：
所述发送路由器为非指派路由器，且所述接收路由器为指派路由器和备份指派路由器；或者
所述发送路由器为指派路由器或者备份指派路由器，且所述接收路由器为其邻居路由器。
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