CN107979499A - 基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法 - Google Patents
基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,基于有状态数据平面能够维护状态信息的特征,采用主备路径及数据包回流的方式进行故障回溯,令上游节点获取下游节点的故障情况,避免数据包进入故障路径;当出现主备路径均故障时,通过采用控制器重新选路的方式,避免主备路径造成死锁。本发明提出的一种基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,能够解决多点故障所导致的网络可靠性问题及频繁访问控制器造成的开销问题,网络故障恢复效果良好。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,特别是一种基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法。
背景技术
为了保证传统网络不间断的服务,故障管理是提供高可靠性通信服务的关键工具之一。在传统网络中,对于网络故障处理分别如下:(i)故障检测,(ii)备份路径信息收集,(iii)转发规则配置。这一系列的操作严重增加网络恢复的耗时,无法满足如今运营商网络的需求。软件定义网络(SDN)通过控制器对网络行为进行抽象化,大大简化了网络的运营和管理。因此在SDN中,控制器可以从整体角度有效协调网络运行,可利用SDN简化和减少传统网络中耗时的故障处理过程。在现有的SDN网络故障解决方案中,网络组件故障时,会向控制器发送请求,控制器对故障请求作出反应并计算备份路径,并下发转发规则绕开故障路径。恢复过程取决于控制器的计算速度及流的数量,如果流量较大的话,会对控制器造成极大的资源开销,增加网络瘫痪的可能性。
现有技术中有一种利用有状态数据平面进行故障恢复的方法,其利用状态的改变来区别主备路径的选择,如果当主备路径上同时出现故障时,数据包则会在主备路径上非故障路径迂回,造成死锁问题。因此,基于以上问题,需要提出一种基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,以有效解决控制器负载及网络数据包死锁问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,以克服现有技术中存在的缺陷。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,基于有状态数据平面能够维护状态信息的特征,采用主备路径及数据包回流的方式进行故障回溯,令上游节点获取下游节点的故障情况,避免数据包进入故障路径;当出现主备路径均故障时,通过采用控制器重新选路的方式,避免主备路径造成死锁。
在本发明一实施例中,还包括如下步骤:
步骤S1:拓扑结构初始化;根据用户自定义搭建拓扑,通过控制器感知底层拓扑结构,获取拓扑信息;每个交换机内部维护着自身的端口状态信息表,用于标记各个端口的流通性;
步骤S2:所述控制器根据所述步骤S1中所感知的拓扑信息,计算物理拓扑中主机的交互流量;对于每组流量,计算其主路径及备份路径,并结合故障因素,将转发规则配置至各个交换机;
步骤S3:进行故障分析,判断故障情况类型,包括:主路径发生故障,备份路径未发生故障;主路径未发生故障,备份路径发生故障;主备路径均发生故障
步骤S4:根据预设主路径故障处理方法和预设备份路径故障处理方法进行故障处理。
在本发明一实施例中,在所述步骤S3中,当主路径因单点或多点的节点或链路发生故障,导致流量无法通过主路径进行传输时,则判定主路径发生故障。
在本发明一实施例中,在所述步骤S3中,当备份路径因单点或多点的节点或链路发生故障,导致流量无法通过备份路径进行传输时,则判定备份路径发生故障。
在本发明一实施例中,在所述步骤S4中,所述预设主路径故障处理方法还包括如下步骤:
步骤S411:与故障节点或链路连接的节点触发路径故障状态,且记为F状态;在所述端口状态信息表中,将与故障节点或链路相连接的端口的状态设置为阻塞;
步骤S412:判断备份路径中是否包含该节点;若包含,则把数据包转发至备份路径;若不包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至原数据包所流经主路径的上一节点;
步骤S413:在上一节点检测回流带有VLAN标记的数据包,在所述端口状态信息表中,将接收回流数据包的端口设置为阻塞,并判断备份路径是否包含该节点;若包含,则把数据包的VLAN标签去除,并转发至备份路径;若不包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至对应预设主路径的上一节点;
步骤S414:在上一节点重复所述步骤S413中的操作,直至到达节点位于备份路径中,将数据包的VLAN标签去除,再将其转发至备份路径。
在本发明一实施例中,所述步骤S4中,所述预设备份路径故障处理方法还包括如下步骤:
步骤S421:与故障节点或链路连接的节点触发路径故障状态,且记F状态;在所述端口状态信息表中,将与故障节点或链路相连接的端口的状态设置为阻塞;
步骤S422:判断主路径是否包含该节点;若包含且主路径故障恢复,则把数据包转发至主路径;若不包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至原数据包所流经备份路径的上一节点;
步骤S423:在上一节点检测回流带有VLAN标签数据包,在所述端口状态信息表中,将接收回流数据包的端口设置为阻塞;判断主路径是否包含该节点,若包含且主路径故障恢复,则去除数据包的VLAN标签,并转发至主路径;若不包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至预设备份路径上一节点;
步骤S424:在上一节点重复所述步骤S423中的操作,直至到达的节点包含有主路径且主路径已恢复,则将去除数据包的VLAN标签,再将其转发至主路径;
步骤S425:若到达的节点位于主路径中且主路径尚未恢复,则向控制器发出请求,控制器对故障请求作出反应,并通过剩余路径计算新路径;在新路径的交换机部署对应的转发规则,对数据包进行转发,达到故障恢复;若无剩余路径,则将数据包丢弃。
在本发明一实施例中,在所述端口状态信息表中,对于每个端口状态信息的标志位用0或1进行标记,其中,0表示该端口可流通,1表示该端口阻塞。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:本发明提出的一种基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,能够解决多点故障所导致的网络可靠性问题及频繁访问控制器造成的开销问题,网络故障恢复效果良好。
附图说明
图1为本发明中基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法的流程图。
图2为本发明一实施例中主路径及备份路径的拓扑图。
图3为本发明一实施例中主路径B、C节点之间的链路发生故障且采用本发明提供的方法进行处理后的拓扑图。
图4为本发明一实施例中备份路径节点E、G之间的链路发生故障且采用本发明提供的方法进行处理后的拓扑图。
图5为本发明一实施例中因主备路径同时故障导致控制器通过计算剩余路径得出由A、H、I、D及其链路组成的新路径对应的拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提出一种基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,利用有状态数据平面能够维护状态信息的特征,采用主备路径及数据包回流的机制进行故障回溯,使得上游节点可以获知下游节点的故障情况,从而有效避免数据包进入故障路径。当出现主备路径均瘫痪的多点故障时,可采用控制器重新选路的方式,避免因主备路径造成的死锁问题。
进一步的,在本实施例中,网络多点故障是指网络拓扑中出现了2个或2个以上的节点或链路故障,导致网络无法提供可靠***。
进一步的,在本实施例中,控制器重新选路,也即控制器重新计算新路径,当主路径和备份路径均出现故障时,控制器原先预配置的转发规则已无法满足数据包的流通,若其余链路仍可以保证该流量的可达性时,则将其提取出来,在新路径的交换机部署相关转发规则实现数据包转发。
进一步的,如图1所示,具体包括如下步骤:
步骤1、拓扑结构初始化:用户自定义搭建拓扑,通过控制器感知底层拓扑结构。另每个交换机内部维护着自身端口状态信息表,用于标记各个端口的流通性;
步骤2、交换机规则预配置:控制器根据1中所感知的拓扑信息,对于物理拓扑中主机可能交互的流量进行规划计算,对于每组流量计算出其主路径及备份路径,并基于此结合故障因素将转发规则配置到各个交换机内部;
控制器基于初始化感知得到的拓扑信息,计算出对应于该拓扑中主机通信的主路径及备份路径,并对应作为预设主路径以及预设备份路径。之后对应主机的数据包在主路径上流通,只有当主路径发生故障时,才会切换至备份路径进行流通。
进一步的,在本实施例中,由步骤2得到各组流量的主备路径,根据网络故障发生的随机性,列出以下3种可能性:
A. 主路径发生故障,备份路径未发生故障;
B. 主路径未发生故障,备份路径发生故障;
C. 主备路径均发生故障。
进一步的,在本实施例中,当主路径因单点或多点的节点或链路发生故障,导致流量无法通过主路径进行传输时,则判定主路径发生故障。当备份路径因单点或多点的节点或链路发生故障,导致流量无法通过备份路径进行传输时,则判定备份路径发生故障。
进一步的,分别对上述故障状况进行如下处理:
步骤3、主路径故障处理:确定主路径是否发生故障情况,若无发生,流量则在主路径正常传输;若已产生故障,则按以下步骤处理:
(1)与故障节点或链路连接的节点会触发“路径故障”状态,这里简称F状态,在端口状态信息表中将与故障节点或链路相连接的端口的状态设置为阻塞。在本实施例中,1表示阻塞,0表示流通。
(2)并判断备份路径中是否包含该节点,若包含,则把数据包转发至备份路径;若无包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至原数据包所流经主路径的上一节点。
(3)在上一节点检测回流带有VLAN标记的数据包,在端口状态信息表中将接收回流数据包的端口设置为阻塞;并判断备份路径是否包含该节点,若包含,则把数据包去除VLAN标签并转发至备份路径;若无包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至对应该预设主路径的上一节点。
(4)在上一节点重复(3)中的操作,直至到达节点位于备份路径中,将数据包的VLAN标签去除,再将其转发至备份路径。
步骤4、备份路径故障处理:确定备份路径是否发生故障情况,若无发生,流量则在备份路径正常传输;若已产生故障,则按以下步骤处理:
(1)与故障节点或链路连接的节点会触发F状态,在端口状态信息表中将与故障节点或链路相连接的端口的状态设置为阻塞。
(2)并判断主路径是否包含该节点,若包含且主路径故障恢复,则把数据包转发至主路径;若无包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至原数据包所流经备份路径的上一节点。
(3)在上一节点检测回流带有VLAN标签数据包,在端口状态信息表中将接收回流数据包的端口设置为阻塞;并判断主路径是否包含该节点,若包含且主路径故障恢复,则把数据包去除VLAN标签并转发至主路径;若无包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至预设备份路径上一节点。
(4)在上一节点重复(3)中的操作,直至到达的节点包含有主路径且主路径已恢复,则将数据包的VLAN标签去除,再将其转发至主路径。
(5)若到达的节点位于主路径中且主路径尚未恢复,则向控制器发出请求,控制器对故障请求作出反应并通过剩余路径计算新路径,进而在新路径的交换机部署相关转发规则实现数据包转发,达到故障恢复;若无剩余路径,则将数据包丢弃。
进一步的,在本实施例中,各个交换机内部的端口状态信息表:对于每个端口状态信息的标志位用0或1进行标记,其中0表示该端口可流通,1表示该端口阻塞。
进一步的,在本实施例中,触发“路径故障”状态:若交换机识别对应含有特定VLAN标签的报文时,会将流入该VLAN报文的端口在端口状态信息表中标记为1,代表阻塞,后期流量则不往该端口进行转发。
为了进一步让本领域技术人员理解本发明所提出的一种基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,下面结合具体实施例进行说明。
如图2至图5所示,给出一个基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法的具体实现方法,其描述一个由网络单点故障到网络多点故障的解决方案,具体如下:
1、该拓扑由8个交换机节点和2个主机节点及各个节点所连接的链路组成,控制器感知底层物理拓扑,并计算主备路径得出如图2所示的主路径及备份路径。在主路径无故障发生时,数据包在主路径进行传输。
2、如图3所示,当主路径B、C节点之间的链路发生故障时,与该链路连接的节点B、C触发F状态,并将对应的端口状态信息表置为阻塞。由于B节点未含有备份路径,则将从H1发往H2的数据包标记上VLAN标签,并回流至节点A。节点A接收到回流带有VLAN标签的数据包时,将对应的端口标记为阻塞;由于节点A位于备份路径中,则将数据包的VLAN标签去除,并将其转发备份路径进行传输。
3、如图4所示,在备份路径节点E、G之间的链路发生故障,此时E、G节点触发F状态,将与故障组件相连的端口置为阻塞,并将从H1发往H2的数据包标记上VLAN标签并转发至上一节点A;由于A节点含有主路径,但主路径并未恢复,则向控制器发出请求,由控制器对剩余路径进行计算。
4、如图5所示,控制器通过计算剩余路径得出由A、H、I、D及其链路组成的新路径,并下发相应的转发规则,使数据包在新路径上进行数据传输。
以上是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作的改变,所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时,均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,其特征在于,基于有状态数据平面能够维护状态信息的特征,采用主备路径及数据包回流的方式进行故障回溯,令上游节点获取下游节点的故障情况,避免数据包进入故障路径;当出现主备路径均故障时,通过采用控制器重新选路的方式,避免主备路径造成死锁。
2.根据权利要求1所述的基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,其特征在于,还包括如下步骤:
步骤S1:拓扑结构初始化;根据用户自定义搭建拓扑,通过控制器感知底层拓扑结构,获取拓扑信息;每个交换机内部维护着自身的端口状态信息表,用于标记各个端口的流通性;
步骤S2:所述控制器根据所述步骤S1中所感知的拓扑信息,计算物理拓扑中主机的交互流量;对于每组流量,计算其主路径及备份路径,并结合故障因素,将转发规则配置至各个交换机;
步骤S3:进行故障分析,判断故障情况类型,包括:主路径发生故障,备份路径未发生故障;主路径未发生故障,备份路径发生故障;主备路径均发生故障
步骤S4:根据预设主路径故障处理方法和预设备份路径故障处理方法进行故障处理。
3.根据权利要求2所述的基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,其特征在于,在所述步骤S3中,当主路径因单点或多点的节点或链路发生故障,导致流量无法通过主路径进行传输时,则判定主路径发生故障。
4.根据权利要求2所述的基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,其特征在于,在所述步骤S3中,当备份路径因单点或多点的节点或链路发生故障,导致流量无法通过备份路径进行传输时,则判定备份路径发生故障。
5.根据权利要求2所述的基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,其特征在于,在所述步骤S4中,所述预设主路径故障处理方法还包括如下步骤:
步骤S411:与故障节点或链路连接的节点触发路径故障状态,且记为F状态;在所述端口状态信息表中,将与故障节点或链路相连接的端口的状态设置为阻塞;
步骤S412:判断备份路径中是否包含该节点;若包含,则把数据包转发至备份路径;若不包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至原数据包所流经主路径的上一节点;
步骤S413:在上一节点检测回流带有VLAN标记的数据包,在所述端口状态信息表中,将接收回流数据包的端口设置为阻塞,并判断备份路径是否包含该节点;若包含,则把数据包的VLAN标签去除,并转发至备份路径;若不包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至对应预设主路径的上一节点;
步骤S414:在上一节点重复所述步骤S413中的操作,直至到达节点位于备份路径中,将数据包的VLAN标签去除,再将其转发至备份路径。
6.根据权利要求2所述的基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,其特征在于,所述步骤S4中,所述预设备份路径故障处理方法还包括如下步骤:
步骤S421:与故障节点或链路连接的节点触发路径故障状态,且记F状态;在所述端口状态信息表中,将与故障节点或链路相连接的端口的状态设置为阻塞;
步骤S422:判断主路径是否包含该节点;若包含且主路径故障恢复,则把数据包转发至主路径;若不包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至原数据包所流经备份路径的上一节点;
步骤S423:在上一节点检测回流带有VLAN标签数据包,在所述端口状态信息表中,将接收回流数据包的端口设置为阻塞;判断主路径是否包含该节点,若包含且主路径故障恢复,则去除数据包的VLAN标签,并转发至主路径;若不包含,则将数据包标记上VLAN标签,并将数据包回流至预设备份路径上一节点;
步骤S424:在上一节点重复所述步骤S423中的操作,直至到达的节点包含有主路径且主路径已恢复,则将去除数据包的VLAN标签,再将其转发至主路径;
步骤S425:若到达的节点位于主路径中且主路径尚未恢复,则向控制器发出请求,控制器对故障请求作出反应,并通过剩余路径计算新路径;在新路径的交换机部署对应的转发规则,对数据包进行转发,达到故障恢复;若无剩余路径,则将数据包丢弃。
7.根据权利要求5或6所述的基于有状态数据平面的网络多点故障恢复方法,其特征在于,在所述端口状态信息表中,对于每个端口状态信息的标志位用0或1进行标记,其中,0表示该端口可流通,1表示该端口阻塞。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180501 |
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