CN108429685B - 一种基于分段路由技术的服务功能链寻路方法 - Google Patents

一种基于分段路由技术的服务功能链寻路方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分段路由技术的服务功能链寻路方法，包括如下步骤：S1、生成服务功能链寻路请求；S2、进行降序排序；S3、设置源节点和目标节点；S4、得到虚拟网络功能的节点集合；S5、根据最短路径原则，计算最短路径；S6、判断最短路径是否可行；S7、判断是否存在未被标记的对应节点或者目标节点；S8、进行再次寻路；S9、添加路由路径，并将段标号加入到段列表中；S10、更新网络资源；S11、得到服务功能链部署路径；S12、对段列表进行压缩；S13、输出服务功能链部署路径和压缩后的段列表。本发明解决了现有技术存在的操作复杂、无法实现在复杂判断条件下进行选路、功能性差、无优化功能和实用性低的问题。

Description

一种基于分段路由技术的服务功能链寻路方法
技术领域
本发明属于网络架构领域，具体涉及一种基于分段路由技术的服务功能链寻路方法。
背景技术
网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，NFV)一种新的网络架构概念，利用虚拟化技术，将一系列的网络功能打包成一个单独的动作，通过软件定义的方式，探索网络实体的虚拟化使用，从而降低网络昂贵的设备成本，满足网络峰值需求，还可以根据网络需求随时释放资源，方便部署，利于故障管理，快速升级，快速满足市场需求。
服务功能链(Service Function Chain，SFC)是一些运营商和制造商针对网络功能虚拟化趋势提出的相应技术，试图通过实例化一个服务功能路径来消除与基于物理拓扑的服务功能相关的约束。数据报文在网络中传递时，需要按照业务逻辑所要求的既定的顺序经过各种各样的业务节点，才能保证网络能提供给用户安全、快速、稳定的网络服务，这种按照特定逻辑顺序通过多个网络服务设备的业务形式即服务功能链。如何在网络功能虚拟化基础上具体部署实施服务功能链成为了新的问题。
软件定义网络(Software Defined Network,SDN)，是一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术OpenFlow协议通过将网络设备控制平面与数据平面分离，采用了集中式的控制平面和分布式的转发平面，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络变得更加智能。
分段路由(Segment Routing，SR)是一种源路由协议，也称为分段路由协议，由源节点为网络中的数据包指定路径，并通过特定算法将业务路径编码成一个有序的Segment列表封装到数据包首部来显式标识路径，而且转发路径上的节点不必为所有可能经过它们的流维持状态信息，也就是“状态在数据包里”。因为指令被编码在数据包首部，所以网络中的节点收到数据包后，匹配转发表执行操作即可。路径的中间节点只需要根据相应的数据包首部中指定的路径进行转发。SR的基本原理就是集中控制，通过源路由机制在源节点分配标签，并将显式路由的标签压入标签栈。这个架构同时也非常契合当前SDN网络的架构，所以大部分当前Segment Routing的集中控制都是做在了SDN控制器上。
节点段标识(Node Segment Identifier)，简称段标识，是给全网每个节点分配一个唯一的节点段标识，作为引导路由的标志，压入段列表(segment list)注入包首部之中。
现有的服务功能链部署的方案有很多，但是目前只有极少数考虑采用分段路由技术的方案。在常规的服务功能链部署方案中，最常见的是在现有的MPLS和IPv6数据平面上实现。
现有技术存在以下问题：
(1)MPLS网络需要依靠LDP、RSVP等外部协议实现标签的分发、流量工程等不同功能，操作复杂；
(2)现有技术存在流量黑洞，无法实现在带宽和时延等复杂判断条件下进行选路，功能性差；
(3)现有技术，绝大多数都只侧重于实现，并没有充分考虑针对服务功能链的寻路问题对分段路由技术进行优化，实用性低。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种操作简单、功能性好和实用性高的基于分段路由技术的服务功能链寻路方法，解决了现有技术存在的操作复杂、无法实现在复杂判断条件下进行选路、功能性差、无优化功能和实用性低的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于分段路由技术的服务功能链寻路方法，包括如下步骤：
S1：根据网络拓扑和相关网络资源，接收业务流并生成服务功能链寻路请求；
S2：遍历步骤S1生成的服务功能链寻路请求，根据需求带宽对服务功能链寻路请求进行降序排序；
S3：根据当前服务功能链寻路请求，设置源节点和目标节点，并将源节点设为当前节点；
S4：将当前服务功能链寻路请求中对应的所有虚拟网络功能实体的节点进行归类集合，得到每个虚拟网络功能能够处理的节点集合；
S5：根据最短路径原则，计算当前节点到下一跳的虚拟网络功能的节点集合中未被标记的对应节点的路径，得到最短路径，将对应节点设为当前节点，进行寻路尝试；
S6：判断最短路径是否可行，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；
S7：判断当前节点的下一跳的虚拟网络功能的节点集合中是否存在未被标记的对应节点或者目标节点，若是则进入步骤S9，否则进入步骤S8；
S8：标记当前节点，并将当前节点的上一个虚拟网络功能的对应节点设置为当前节点，进入步骤S5，进行再次寻路；
S9：将可行最短路径添加至路由路径，并将当前节点在网络中的段标识加入到段列表中；
S10：更新网络资源，即链路带宽和网络节点的服务器的吞吐量；
S11：判断当前节点是否为目标节点，若是则组合所有可行最短路径，得到服务功能链部署路径，否则进入步骤S5；
S12：根据步骤S9的段列表和步骤S11得到的服务功能链部署路径，运行段列表深度压缩算法，对段列表进行压缩，得到压缩后的段列表；
S13：判断是否计算完成所有的服务功能链寻路请求，若是则输出所有的服务功能链部署路径和压缩后的段列表，并结束方法，否则进入步骤S3。
进一步地，步骤S6中，判断最短路径是否可行的方法，包括如下步骤：
S6-1：判断最短路径上的链路带宽是否大于或等于服务功能链寻路请求的带宽，若是则进入步骤S6-2，否则进入步骤S8；
S6-2：判断当前节点的虚拟网络功能实体的吞吐量是否足够接纳当前服务功能链寻路请求，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8。
进一步地，步骤S12中，对段列表进行压缩的方法，包括如下步骤：
S12-1：对段列表从头开始划分子问题S，遍历所有子问题；
S12-2：对前i个段列表进行优化，遍历之前子问题S1到Si-1的所有划分情况，得到S1到Si-1之间的段标识；
S12-3：将Si-k到Si之间的段标识进行遍历，k∈[2,i]；
S12-4：判断段标识是否可以删除，若可以则进入S12-5，否则进入步骤S12-6；
S12-5：将可删除段标识的位置进行标记，并计入可删除段标识的数目；
S12-6：判断当前段标识是否存在下一个段标识，若是则移至Si-k到Si之间的下一个段标识，并进入步骤S12-4，否则进入步骤S12-7；
S12-7：计算当前子问题Si的下一个转移子问题Si-k+1，得到备选压缩方案；
S12-8：根据步骤S12-7得到的备选压缩方案和步骤S12-5得到的可删除段标识的数目，通过状态转移方程计算子问题Si的最优压缩方案；
S12-9：判断当前子问题Si是否存在下一个子问题Si+1，若是则移至下一个子问题Si+1，并进入S12-2，否则进入S12-10；
S12-10：根据S12-8得到的最优压缩方案，组合得到整体压缩方案，对段列表中的段标识进行删除，并输出压缩后的段列表。
进一步地，步骤S12-4中，判断段标识是否可以删除，即根据合并公式判断两条最短路是否能合并为一条最短路，若合并公式成立，则进入S12-5，否则进入步骤S12-6。
进一步地，合并公式为：
SP(vi-k+1,vi)＝SP(vi-k+1,vm)+SP(vm,vi)
式中，SP(vi-k+1,vi)为节点vi-k+1到节点vi的路径；SP(vi-k+1,vm)为节点vi-k+1到节点vm的路径；SP(vm,vi)为节点vm到节点vi的路径。
进一步地，步骤S12-8中，状态转移方程为：
Figure BDA0001645247170000051
式中，Si为当前子问题；h(Si)为第i个段列表的状态；Si-k为第i-k个子问题；h(Si-k)为第i-k个段列表的状态；b为可删除段标识的数目；k为段标识的数量；k.b(i,k)为压缩情况系数。
本方案的有益效果为：
本方法采用回溯方法进行路径寻找，操作简单，基于最短路原则找到能够应用分段路由技术的服务功能链部署路径，并用动态规划算法对使用分段路由技术所产生的额外开销即段列表进行压缩，实现了为基于分段路由技术的服务功能链寻路问题的路径求解，提高了功能性，对段列表进行优化，提高了实用性，可以节约引入分段路由技术带来的网络开销。解决了现有技术存在的操作复杂、无法实现在复杂判断条件下进行选路、功能性差、无优化功能和实用性低的问题。
附图说明
图1为基于分段路由技术的服务功能链寻路方法流程图；
图2为判断最短路径是否可行的方法流程图；
图3为对段列表进行压缩的方法流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
本发明实施例中，一种基于分段路由技术的服务功能链寻路方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1：根据网络拓扑和相关网络资源，接收业务流并生成服务功能链寻路请求；
S2：遍历步骤S1生成的服务功能链寻路请求，根据需求带宽对服务功能链寻路请求进行降序排序；
S3：根据当前服务功能链寻路请求，设置源节点和目标节点，并将源节点设为当前节点；
S4：将当前服务功能链寻路请求中对应的所有虚拟网络功能实体的节点进行归类集合，得到每个虚拟网络功能能够处理的节点集合；
S5：根据最短路径原则，计算当前节点到下一跳的虚拟网络功能的节点集合中未被标记的对应节点的路径，得到最短路径，将对应节点设为当前节点，进行寻路尝试；
S6：判断最短路径是否可行，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；
判断最短路径是否可行的方法，如图2所示，包括如下步骤：
S6-1：判断最短路径上的链路带宽是否大于或等于服务功能链寻路请求的带宽，若是则进入步骤S6-2，否则进入步骤S8；
S6-2：判断当前节点的虚拟网络功能实体的吞吐量是否足够接纳当前服务功能链寻路请求，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；
S7：判断当前节点的下一跳的虚拟网络功能的节点集合中是否存在未被标记的对应节点或者目标节点，若是则进入步骤S9，否则进入步骤S8；
S8：标记当前节点，并将当前节点的上一个虚拟网络功能的对应节点设置为当前节点，进入步骤S5，进行再次寻路；
S9：将可行最短路径添加至路由路径，并将当前节点在网络中的段标识加入到段列表中；
S10：更新网络资源，即链路带宽和网络节点的服务器的吞吐量；
S11：判断当前节点是否为目标节点，若是则组合所有可行最短路径，得到服务功能链部署路径，否则进入步骤S5；
S12：根据步骤S9的段列表和步骤S11得到的服务功能链部署路径，运行段列表深度压缩算法，对段列表进行压缩，得到压缩后的段列表；
对段列表进行压缩的方法，如图3所示，包括如下步骤：
S12-1：对段列表从头开始划分子问题S，遍历所有子问题；
S12-2：对前i个段列表进行优化，遍历之前子问题S1到Si-1的所有划分情况，得到S1到Si-1之间的段标识；
S12-3：将Si-k到Si之间的段标识进行遍历，k∈[2,i]；
S12-4：判断段标识是否可以删除，即根据合并公式判断两条最短路是否能合并为一条最短路，若合并公式成立，则进入S12-5，否则进入步骤S12-6；
合并公式为：
SP(vi-k+1,vi)＝SP(vi-k+1,vm)+SP(vm,vi)
式中，SP(vi-k+1,vi)为节点vi-k+1到节点vi的路径；SP(vi-k+1,vm)为节点vi-k+1到节点vm的路径；SP(vm,vi)为节点vm到节点vi的路径；
S12-5：将可删除段标识的位置进行标记，并计入可删除段标识的数目；
S12-6：判断当前段标识是否存在下一个段标识，若是则移至Si-k到Si之间的下一个段标识，并进入步骤S12-4，否则进入步骤S12-7；
S12-7：计算当前子问题Si的下一个转移子问题Si-k+1，得到备选压缩方案；
S12-8：根据步骤S12-7得到的备选压缩方案和步骤S12-5得到的可删除段标识的数目，通过状态转移方程计算子问题Si的最优压缩方案；
状态转移方程为：
Figure BDA0001645247170000081
式中，Si为当前子问题；h(Si)为第i个段列表的状态；Si-k为第i-k个子问题；h(Si-k)为第i-k个段列表的状态；b为可删除段标识的数目；k为段标识的数量；k.b(i,k)为压缩情况系数；
S12-9：判断当前子问题Si是否存在下一个子问题Si+1，若是则移至下一个子问题Si+1，并进入S12-2，否则进入S12-10；
S12-10：根据S12-8得到的最优压缩方案，组合得到整体压缩方案，对段列表中的段标识进行删除，并输出压缩后的段列表；
S13：判断是否计算完成所有的服务功能链寻路请求，若是则输出所有的服务功能链部署路径和压缩后的段列表，并结束方法，否则进入步骤S3。
本方法采用回溯方法进行路径寻找，操作简单，基于最短路原则找到能够应用分段路由技术的服务功能链部署路径，并对使用分段路由技术所产生的额外开销即段列表进行压缩，实现了为基于分段路由技术的服务功能链寻路问题的路径求解，提高了功能性，对段列表进行优化，提高了实用性，可以节约引入分段路由技术带来的网络开销。解决了现有技术存在的操作复杂、无法实现在复杂判断条件下进行选路、功能性差、无优化功能和实用性低的问题。

Claims (5)

1.一种基于分段路由技术的服务功能链寻路方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据网络拓扑和相关网络资源，接收业务流并生成服务功能链寻路请求；
S2：遍历步骤S1生成的服务功能链寻路请求，根据需求带宽对服务功能链寻路请求进行降序排序；
S3：根据当前服务功能链寻路请求，设置源节点和目标节点，并将源节点设为当前节点；
S4：将当前服务功能链寻路请求中对应的所有虚拟网络功能实体的节点进行归类集合，得到每个虚拟网络功能能够处理的节点集合；
S5：根据最短路径原则，计算当前节点到下一跳的虚拟网络功能的节点集合中未被标记的对应节点的路径，得到最短路径，将对应节点设为当前节点，进行寻路尝试；
S6：判断最短路径是否可行，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8；
S7：判断当前节点的下一跳的虚拟网络功能的节点集合中是否存在未被标记的对应节点或者目标节点，若是则进入步骤S9，否则进入步骤S8；
S8：标记当前节点，并将当前节点的上一个虚拟网络功能的对应节点设置为当前节点，进入步骤S5，进行再次寻路；
S9：将可行最短路径添加至路由路径，并将当前节点在网络中的段标识加入到段列表中；
S10：更新网络资源，即链路带宽和网络节点的服务器的吞吐量；
S11：判断当前节点是否为目标节点，若是则组合所有可行最短路径，得到服务功能链部署路径，否则进入步骤S5；
S12：根据步骤S9的段列表和步骤S11得到的服务功能链部署路径，运行段列表深度压缩算法，对段列表进行压缩，得到压缩后的段列表；
S13：判断是否计算完成所有的服务功能链寻路请求，若是则输出所有的服务功能链部署路径和压缩后的段列表，并结束方法，否则进入步骤S3；
所述步骤S6中，判断最短路径是否可行的方法，包括如下步骤：
S6-1：判断最短路径上的链路带宽是否大于或等于服务功能链寻路请求的带宽，若是则进入步骤S6-2，否则进入步骤S8；
S6-2：判断当前节点的虚拟网络功能实体的吞吐量是否足够接纳当前服务功能链寻路请求，若是则进入步骤S7，否则进入步骤S8。
2.根据权利要求1所述的基于分段路由技术的服务功能链寻路方法，其特征在于，所述步骤S12中，对段列表进行压缩的方法，包括如下步骤：
S12-1：对段列表从头开始划分子问题S，遍历所有子问题；
S12-2：对前i个段列表进行优化，遍历之前子问题S1到Si-1的所有划分情况，得到S1到Si-1之间的段标识；
S12-3：将Si-k到Si之间的段标识进行遍历，k∈[2,i]；
S12-4：判断段标识是否可以删除，若可以则进入S12-5，否则进入步骤S12-6；
S12-5：将可删除段标识的位置进行标记，并计入可删除段标识的数目；
S12-6：判断当前段标识是否存在下一个段标识，若是则移至Si-k到Si之间的下一个段标识，并进入步骤S12-4，否则进入步骤S12-7；
S12-7：计算当前子问题Si的下一个转移子问题Si-k+1，得到备选压缩方案；
S12-8：根据步骤S12-7得到的备选压缩方案和步骤S12-5得到的可删除段标识的数目，通过状态转移方程计算子问题Si的最优压缩方案；
S12-9：判断当前子问题Si是否存在下一个子问题Si+1，若是则移至下一个子问题Si+1，并进入S12-2，否则进入S12-10；
S12-10：根据S12-8得到的最优压缩方案，组合得到整体压缩方案，对段列表中的段标识进行删除，并输出压缩后的段列表。
3.根据权利要求2所述的基于分段路由技术的服务功能链寻路方法，其特征在于，所述步骤S12-4中，判断段标识是否可以删除，即根据合并公式判断两条最短路是否能合并为一条最短路，若合并公式成立，则进入S12-5，否则进入步骤S12-6。
4.根据权利要求3所述的基于分段路由技术的服务功能链寻路方法，其特征在于，所述合并公式为：
SP(vi-k+1,vi)＝SP(vi-k+1,vm)+SP(vm,vi)
式中，SP(vi-k+1,vi)为节点vi-k+1到节点vi的路径；SP(vi-k+1,vm)为节点vi-k+1到节点vm的路径；SP(vm,vi)为节点vm到节点vi的路径。
5.根据权利要求2所述的基于分段路由技术的服务功能链寻路方法，其特征在于，所述步骤S12-8中，状态转移方程为：
Figure FDA0002520888140000031
式中，Si为当前子问题；h(Si)为第i个段列表的状态；Si-k为第i-k个子问题；h(Si-k)为第i-k个段列表的状态；b为可删除段标识的数目；k为段标识的数量；k.b(i,k)为压缩情况系数。
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