一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法，包括：通过控制器收集拓扑信息；根据收集到的拓扑信息，运行BPF算法，根据每个受影响数据包的终点，为受保护的链路确定可行的备份路径集合；运行BPU算法，根据控制器的收集的资源利用情况，对确定的备份路径集合进行故障后的拥塞判定，并根据判定更新备份路径集合，选择最终的备份路径。本发明专利技术通过引入段路由和新型故障恢复算法，消耗了更少的故障恢复转发规则，且具有更好的故障后负载均衡能力，实现了针对单链路故障的快速恢复和故障恢复后的拥塞避免。后的拥塞避免。后的拥塞避免。

【技术实现步骤摘要】
一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法


[0001]本专利技术属于网络故障恢复领域，涉及SDN单链路故障恢复技术，具体涉及一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法。

技术介绍

[0002]段路由(SR)由Internet Engineering Task Force(IETF)于2013年提出，不同于传统的IP/MPLS网络，它代表的是一种新的网络理念——应用驱动网络。段路由的核心是源路由机制，即数据包的转发路径在源节点就已经被决定好，并将转发路径信息封装在包头中。段路由分别用节点段标识(Node
‑
Segment Identifier，Node
‑
SID)和邻接段标识(Adjacency
‑
Segment Identifier，Adj
‑
SID)表示网络中的节点和链路，数据转发路径则由一条段标识(Segment Identifiers，SIDs)序列表示。数据转发时，中间节点只需依据包头最外部的SID对数据包实施操作。段路由具有天然支持SDN网络架构的特点，可由SDN控制器集中计算显式路径，并以SIDs的形式下发至源节点。
[0003]现有的故障恢复方案一般分为主动式故障恢复方案和被动式故障恢复方案。FRR(Fast Reroute)属于主动式故障恢复方案，通过提前计算出备份路径，实现故障后的快速恢复。现有的FRR方案大多可以做到50毫秒内的快速故障恢复，一些基于段路由的FRR技术也在现实网络环境下被投入使用，如TI
‑/>LFA(Topology Independent Loop
‑
Free Alternate)。然而无论是在传统IP网络中还是在SDN中，对一个FRR技术的评判标准往往是故障保护覆盖范围、故障恢复时间、乃至转发规则数量，几乎没有考虑到故障后的资源合理调配。在高流量负载下，流量沿着IGP最短路径转发会导致频繁的链路拥塞，此类非故障引起的拥塞可通过部署流量工程(Traffic Engineering，TE)、流量调度等负载均衡方案有效地解决。同样当网络上一些关键单元突发故障，大量的流量被重路由，不合理的流量调配也会导致频繁的链路拥塞，这被成为故障后拥塞。现有的FRR方案基本可以有效降低网络连通性损失的影响，但几乎没有方案考虑到故障后拥塞的问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法，通过引入段路由和新型故障恢复算法，消耗了更少的故障恢复转发规则，且具有更好的故障后负载均衡能力，实现了针对单链路故障的快速恢复和故障恢复后的拥塞避免。
[0005]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法，包括如下步骤：
[0006]S1：通过控制器收集拓扑信息；
[0007]S2：根据收集到的拓扑信息，运行BPF算法，根据每个受影响数据包的终点，为受保护的链路确定可行的备份路径集合；
[0008]S3：运行BPU算法，根据控制器的收集的资源利用情况，对步骤S2确定的备份路径
集合进行故障后的拥塞判定，并根据判定更新备份路径集合，选择最终的备份路径。
[0009]进一步地，所述步骤S2中BPF算法的运行包括如下步骤：
[0010]A1：为受保护链路计算P空间；
[0011]A2：根据受影响流量的终点计算Q空间，并使用收敛后路径作为默认备份路径；
[0012]A3：根据P空间和Q空间，分别为受保护链路和流量终点计算0
‑
SID、1
‑
SID、2
‑
SIDs备份路径。
[0013]进一步地，所述步骤S2中备份路径集合中的备份路径满足约束条件a和b：
[0014]a)选择的备份路径是无环的；
[0015]b)在PLR至多压入2个SID。
[0016]约束条件a的设置是为了避免路由环路的产生。比如备份路径会再次经过这个故障，到达故障后再次发往备份路径就会发生路由环路。
[0017]进一步地，所述步骤A3中0
‑
SID、1
‑
SID、2
‑
SIDs备份路径分别为S
f，y，0
，S
f,y,1
，S
f,y,2
，根据P空间和Q空间不同的组合计算S
f，y，0
，S
f，y，1
，S
f,y,2
，具体的计算方法如下：
[0018][0019][0020][0021][0022][0023]其中，PLR(f)代表故障链路f的本地恢复节点，P
f
代表PLR(f)的P空间，Q
y
代表受影响流量的终点y的Q空间，A
f,y,2
代表P
f
以及其中节点的邻接链路和Q
y
以及其中节点的邻接链路的交集，N
f,y,2
代表A
f,y,2
中链路的上游节点。
[0024]进一步地，所述步骤S3中BPU算法的运行包括如下步骤：
[0025]B1：控制器轮询受保护链路的备份路径，根据当前的流量矩阵进行故障后拥塞判定；
[0026]B2：当故障后的网络负载超过了备份路径的可用带宽则转到步骤B3，否则继续采用步骤S2提供的默认备份路径；
[0027]B3：从备份路径集合中选取链路容量充足且SID数量最少的备份路径进行更新。
[0028]进一步地，所述步骤B3中备份路径的更新方式为：按照2
‑
SIDs，1
‑
SID，0
‑
SID的顺序从可用备份路径集合中选择链路容量充足的备份路径。
[0029]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具备如下优点：
[0030]1、基于LFA技术，默认使用与收敛后路径一致的备份路径，提供更加快速的故障恢复能力。
[0031]2、利用段路由技术引导受影响的数据包在备份路径上的转发，减少转发规则，降低资源消耗。
[0032]3、提出一个启发式方案，它根据网络状况动态自适应地选择避免故障后拥塞的备份路径，实现故障后的负载均衡。
附图说明
[0033]图1为本专利技术方法的流程图；
[0034]图2为本专利技术的架构图；
[0035]图3为P空间和Q空间的示意图；
[0036]图4为不同P空间和Q空间组合生成的备份路径。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0038]本专利技术提供一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法，如图1所示，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：通过控制器收集拓扑信息；S2：根据收集到的拓扑信息，运行BPF算法，根据每个受影响数据包的终点，为受保护的链路确定可行的备份路径集合；S3：运行BPU算法，根据控制器的收集的资源利用情况，对步骤S2确定的备份路径集合进行故障后的拥塞判定，并根据判定更新备份路径集合，选择最终的备份路径。2.根据权利要求1所述的一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S2中BPF算法的运行包括如下步骤：A1：为受保护链路计算P空间；P空间(PLR，F)：在不经过故障链路F的条件下，从PLR可达的节点集合；A2：根据受影响流量的终点计算Q空间，并使用收敛后路径作为默认备份路径；Q空间(D，F)：在不经过故障链路F的条件下，能够到达目的地D的节点集合；A3：根据P空间和Q空间，分别为受保护链路和流量终点计算0
‑
SID、1
‑
SID、2
‑
SIDs备份路径。3.根据权利要求1所述的一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法，其特征在于，所述步骤S2中备份路径集合中的备份路径满足约束条件a和b：a)选择的备份路径是无环的。b)在PLR至多压入2个SID。4.根据权利要求2所述的一种基于段路由的SDN单链路故障恢复方法，其特征在于，所述步骤A3中0
‑
SID、1
‑
SID、2
‑
SIDs备份路径分别为S
f，y,0
，S
f，y，1
，S
f，y，2
，根据P空间和Q空间不同的组合计算S
f，y，0
，S
f，y，1
，S
f，y，2
，具体的计算方法如下：，具体的计算方法如下：，具体的计算方法如下：，具体的计算方法如下：，具体的计算方法如下：其中，PLR(f)代表故障链路f的本地恢复节点，P
f
代表PLR(f)的P空间，Q
y
代表受影响流量的终点y的Q空间，A...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏正友，陈自强，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：