CN109039728B - 基于bfd的流量拥塞检测方法及*** - Google Patents

基于bfd的流量拥塞检测方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BFD的流量拥塞检测方法及***，涉及流量拥塞检测领域。该方法包括以下步骤：设置抖动阈值；根据BFD报文的接收间隔，计算BFD报文的抖动值；比较BFD报文的抖动值与抖动阈值，判断BFD链路是否发生流量拥塞。本发明根据BFD报文的抖动值来检测链路发生拥塞，能够快速检测出流量拥塞，避免出现大量丢包。

Description

基于BFD的流量拥塞检测方法及***
技术领域
本发明涉及流量拥塞检测领域，具体是涉及一种基于BFD的流量拥塞检测方法及***。
背景技术
为了保护关键应用，网络中一般设计有一定的冗余备份链路，网络发生故障时，要求网络设备能够快速检测出故障，并将流量切换至备份链路，以加快网络收敛速度。目前有些链路，例如：POS(PACKET OVER SONET/SDH，SONET/SDH上的分组业务，SONET为同步光纤网，SDH为同步数字体系，Packet为分组)，通过硬件检测机制，来实现快速故障检测。但是，存在某些链路，例如：以太网链路，不具备这样的检测机制。此时，应用要依靠上层协议自身的机制，来进行故障检测，上层协议的检测时间都在1秒以上，这样的故障检测时间，对某些应用来说，是不能容忍的。
某些路由协议，例如：OSPF(Open Shortest Path First，开放式最短路径优先)、IS-IS(Intermediate System to Intermediate System Routing Protocol，中间***到中间***的路由选择协议)，虽然有Fast Hello(完整性快速检测)功能来加快检测速度，但是检测时间也只能达到1秒的精度，而且Fast Hello功能只是针对本协议的，无法为其它协议提供快速故障检测。
网络发展日新月异，随着IP网络上新应用的不断出现，对IP网络的服务质量也提出了新的要求，传统IP网络的尽力服务不可能识别和区分出网络中的各种通信类别，而具备通信类别的区分能力正是为不同的通信提供不同服务的前提。
BFD(Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测)协议就是在这种背景下产生的，BFD提供了一个通用的标准化的介质无关和协议无关的快速故障检测机制，对任何介质和协议都可以进行检测，识别和区分出网络中的各种通信类别，具有以下优点：
(1)对网络设备间任意类型的双向转发路径进行故障检测，包括直连物理链路、虚电路、隧道、MPLS(Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换)、LSP(LabelSwitched Path，标签交换路径)、多跳路由路径以及单向链路等。
(2)可以为不同的上层应用服务，提供一致的快速故障检测时间。
(3)提供小于1秒的检测时间，从而加快网络收敛速度，减少应用中断时间，提高网络的可靠性。
在传统的IP网络中，所有的报文都被无区别的等同对待，每个转发设备对所有的报文均采用FIFO(First Input First Output，先入先出队列)的策略进行处理，它尽最大的努力(Best-Effort)将报文送到目的地，但对报文传送的可靠性、传送延迟等性能不提供任何保证。发生流量拥塞时，传统网络的尽力服务模式已不能满足实际应用的需要，需要开发新的流量管理方法来保证服务质量。
现有的流量拥塞检测机制为：在发生流量拥塞之后，出现大量丢包，才能判定为发生流量拥塞，此种检测方式存在检测速度慢的缺点。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于BFD的流量拥塞检测方法及***，根据BFD报文的抖动值来检测链路发生拥塞，能够快速检测出流量拥塞，避免出现大量丢包。
本发明提供一种基于BFD的流量拥塞检测方法，包括以下步骤：
设置抖动阈值；
根据BFD报文的接收间隔，计算BFD报文的抖动值；
比较BFD报文的抖动值与抖动阈值，判断BFD链路是否发生流量拥塞；
所述根据BFD报文的接收间隔，计算BFD报文的抖动值，具体过程为：
统计收到相邻两个BFD报文的时间间隔，记为时间序列Ti；
对Ti进行离散傅立叶变换DFT，得到频域序列Fi；
取频域序列Fi的个数N(Fi)，N(Fi)即为BFD报文的抖动值。
在上述技术方案的基础上，所述比较BFD报文的抖动值与抖动阈值，判断BFD链路是否发生流量拥塞，具体过程为：
当BFD报文的抖动值超过抖动阈值时，确定BFD链路存在异常，发生了BFD流量拥塞。
在上述技术方案的基础上，该方法还包括以下步骤：当检测到BFD链路异常时，将BFD报文置为DOWN状态。
在上述技术方案的基础上，将BFD报文置为DOWN状态以后，还包括以下步骤：触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量恢复正常。
本发明还提供一种基于BFD的流量拥塞检测***，该***包括设置单元、计算单元、判断单元，其中：
设置单元，用于：设置抖动阈值；
计算单元，用于：根据BFD报文的接收间隔，计算BFD报文的抖动值；
判断单元，用于：比较BFD报文的抖动值与抖动阈值，判断BFD链路是否发生流量拥塞；
所述计算单元计算BFD报文的抖动值的具体过程为：
统计收到相邻两个BFD报文的时间间隔，记为时间序列Ti；
对Ti进行离散傅立叶变换DFT，得到频域序列Fi；
取频域序列Fi的个数N(Fi)，N(Fi)即为BFD报文的抖动值。
在上述技术方案的基础上，所述判断单元具体用于：当BFD报文的抖动值超过抖动阈值时，确定BFD链路存在异常，发生了BFD流量拥塞。
在上述技术方案的基础上，基于BFD的流量拥塞检测***还包括第一处理单元，所述判断单元确定BFD链路异常时，第一处理单元将BFD报文置为DOWN状态。
在上述技术方案的基础上，基于BFD的流量拥塞检测***还包括第二处理单元，第一处理单元将BFD报文置为DOWN状态后，所述第二处理单元触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量恢复正常。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明提供一种流量拥塞检测机制，根据BFD报文的抖动值来检测链路发生拥塞，能够快速检测出流量拥塞，避免出现大量丢包。
(2)本发明还提供一种流量恢复机制，当检测到链路拥塞时，触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量快速恢复正常，能够保障服务质量，提升用户体验。
附图说明
图1是本发明实施例中基于BFD的流量拥塞检测方法的流程图。
图2是正常情况下的报文间隔示意图。
图3是接收BFD报文的间隔发生剧烈变化的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
参见图1所示，本发明实施例1提供一种基于BFD的流量拥塞检测方法，包括以下步骤：
S1、设置抖动阈值；
所述抖动阈值是用户手动设置，并且可调。
S2、根据BFD报文的接收间隔，计算BFD报文的抖动值；
具体计算过程为：
统计收到相邻两个BFD报文的时间间隔，记为时间序列Ti；
对Ti进行离散傅立叶变换DFT，得到频域序列Fi；
取频域序列Fi的个数N(Fi)，N(Fi)即为BFD报文的抖动值。
S3、比较BFD报文的抖动值与抖动阈值，判断BFD链路是否发生流量拥塞。
当BFD报文的抖动值超过抖动阈值时，确定BFD链路存在异常，发生了BFD流量拥塞。本发明实施例根据BFD报文的抖动值来检测链路是否发生拥塞，能够快速检测出流量拥塞，避免出现大量丢包。
当检测到BFD链路异常时，将BFD报文置为DOWN状态；
进一步，触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量恢复正常。
本发明实施例还提供了一种恢复机制，在发生流量拥塞的情况下，能够保证服务质量。
实施例2
在实施例1的基础上，计算BFD报文的抖动值之前，还包括以下步骤：
配置BFD会话的参数，BFD会话的参数包括BFD报文的接收间隔、固定的发送时间间隔T、检测倍数DM，BFD报文的接收间隔在【0，T*DM】范围内抖动。
在实际应用中，发起端设备和接收端设备配置BFD会话的参数，BFD会话的参数包括但不限于：BFD报文的接收间隔、本端会话标识符、对端会话标识符、DMTI(Desired MinTx Interval，发送最小周期)、RMRI(Required Min Rx Interval，接收最小周期)、固定的发送时间间隔T、检测倍数DM。
DMTI是本端想要采用的最短BFD报文的发送间隔，RMRI是本端能够支持的最短BFD报文接收间隔，固定的发送时间间隔T与建立BFD会话的两端设备的DMTI、RMRI都有关系，两端设备协商之后获得实际工作中的BFD报文的接收间隔。
BFD会话协商成功，建立BFD会话，流量情况参见图2所示。
发起端设备按照固定的发送时间间隔T发送BFD报文，接收端设备持续接收BFD报文，不限定接收间隔，以便统计抖动。
接收端设备统计BFD报文的接收间隔。
参见图2所示，流量无拥塞时，BFD报文的接收间隔时间在BFD协议规定的范围内抖动。
参见图3所示，链路流量增大，发生流量拥塞时，BFD流量发生剧烈抖动，BFD报文的接收间隔超出BFD协议规定的范围。接收端设备检测到BFD报文的接收间隔发生剧烈变化，当发起端设备处理的流量超出了自身的规格时，发起端设备发送的报文无法按照预期的间隔以稳定的速率传递。
上述步骤S3中，当BFD报文的抖动值超过抖动阈值时，确定BFD链路发生了流量拥塞，能够快速检测出流量拥塞。
检测出流量拥塞时，将BFD会话状态置为DOWN状态，触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量恢复正常，能够保证服务质量。
实施例3
在实施例1的基础上，将BFD报文置为DOWN状态时，BFD报文携带的DIAG值取值为10，表示BFD链路存在异常。
BFD会话的四种状态：AdminDown、Init、Up和Down，其中，“Init”和“Up”状态是用来描述建立一个BFD会话的过程，“Down”状态表示BFD检测的链路存在异常，“AdminDown”是指人工手动配置使BFD会话状态失效。
BFD协议已经规定了报文格式，每个BFD报文都携带DIAG(诊断码)值的标志，RFC(Request For Comments，请求评议)协议中规定：
DIAG值为0时，表示不诊断：No Diagnostic；
DIAG值为1时，表示控制检测超时：Control Detection Time Expired；
DIAG值为2时，表示回声功能失败：Echo Function Failed；
DIAG值为3时，表示邻居发过信令的会话DOWN：Neighbor Signaled SessionDown；
DIAG值为4时，表示转发平面重置：Forwarding Plane Reset；
DIAG值为5时，表示路径DOWN：Path Down；
DIAG值为6时，表示连接的路径DOWN：Concatenated Path Down；
DIAG值为7时，表示***管理使之DOWN：Administratively Down；
DIAG值为8时，表示反向链路DOWN：Reverse Concatenated Path Down；
DIAG值为9-31时，表示预留将来使用：Reserved for future use。
接收端设备检测到BFD报文的抖动值发生剧烈变化，当发起端设备处理的流量超出了自身的规格时，发起端设备发送的报文无法按照预期的间隔以稳定的速率传递。
接收端设备检测到BFD报文的抖动值超出抖动阈值后，确定BFD链路存在异常，发生了BFD流量拥塞。
然后将BFD报文置为DOWN状态，DOWN状态的BFD会话携带的诊断码DIAG赋特定值，例如：DIAG取值为10，表示BFD链路存在异常；再触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量恢复正常，能够保证服务质量。
实施例4
本发明实施例4提供一种基于BFD的流量拥塞检测***，该***包括设置单元、计算单元、判断单元、第一处理单元、第二处理单元，其中：
设置单元，用于：设置抖动阈值，抖动阈值由用户设置，并且可调；
计算单元，用于：根据BFD报文的接收间隔，计算BFD报文的抖动值；
计算单元计算BFD报文的抖动值的具体过程为：
统计收到相邻两个BFD报文的时间间隔，记为时间序列Ti；
对Ti进行离散傅立叶变换DFT，得到频域序列Fi；
取频域序列Fi的个数N(Fi)，N(Fi)即为BFD报文的抖动值。
判断单元，用于：比较BFD报文的抖动值与抖动阈值，判断BFD链路是否发生流量拥塞。
当BFD报文的抖动值超过抖动阈值时，判断单元确定BFD链路存在异常，发生了BFD流量拥塞。
判断单元确定BFD链路异常时，第一处理单元将BFD报文置为DOWN状态；然后，第二处理单元触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量恢复正常。
本发明根据BFD报文的抖动值来检测链路是否发生拥塞，能够快速检测出流量拥塞，同时在发生流量拥塞的情况下，提供了一种恢复机制，能够保证服务质量。
实施例5
在实施例4的基础上，基于BFD的流量拥塞检测***还包括配置单元，用于：计算BFD报文的抖动值之前，配置BFD会话的参数，BFD会话的参数包括BFD报文的接收间隔、固定的发送时间间隔T、检测倍数DM，BFD报文的接收间隔在【0，T*DM】范围内抖动。
在实际应用中，发起端设备的配置单元和接收端设备的配置单元配置BFD会话的参数，BFD会话的参数包括但不限于：BFD报文的接收间隔、本端会话标识符、对端会话标识符、DMTI(Desired Min Tx Interval，发送最小周期)、RMRI(Required Min Rx Interval，接收最小周期)、固定的发送时间间隔T、检测倍数DM。
DMTI是本端想要采用的最短BFD报文的发送间隔，RMRI是本端能够支持的最短BFD报文接收间隔，固定的发送时间间隔T与建立BFD会话的两端设备的DMTI、RMRI都有关系，两端设备协商之后获得实际工作中的BFD报文的接收间隔。
BFD会话协商成功，建立BFD会话，流量情况参见图2所示。
发起端设备按照固定的发送时间间隔T发送BFD报文，接收端设备持续接收BFD报文，不限定接收间隔，以便统计抖动。
接收端设备统计BFD报文的接收间隔。
参见图2所示，流量无拥塞时，BFD报文的接收间隔时间在BFD协议规定的范围内抖动。
参见图3所示，链路流量增大，发生流量拥塞时，BFD流量发生剧烈抖动，BFD报文的接收间隔超出BFD协议规定的范围。接收端设备检测到BFD报文的接收间隔发生剧烈变化，当发起端设备处理的流量超出了自身的规格时，发起端设备发送的报文无法按照预期的间隔以稳定的速率传递。
当BFD报文的抖动值超过抖动阈值时，判断单元确定BFD链路存在异常，发生了BFD流量拥塞。
判断单元确定BFD链路异常时，第一处理单元将BFD报文置为DOWN状态；然后，第二处理单元触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量恢复正常。
本发明根据BFD报文的抖动值来检测链路是否发生拥塞，能够快速检测出流量拥塞，同时在发生流量拥塞的情况下，提供了一种恢复机制，能够保证服务质量。
实施例6
在实施例4的基础上，判断单元确定BFD链路异常时，第一处理单元将BFD报文置为DOWN状态，BFD报文携带的DIAG值取值为10，表示BFD链路存在异常。
BFD会话的四种状态：AdminDown、Init、Up和Down，其中，“Init”和“Up”状态是用来描述建立一个BFD会话的过程，“Down”状态表示BFD检测的链路存在异常，“AdminDown”是指人工手动配置使BFD会话状态失效。
BFD协议已经规定了报文格式，每个BFD报文都携带DIAG(诊断码)值的标志，RFC协议中规定：
DIAG值为0时，表示不诊断：No Diagnostic；
DIAG值为1时，表示控制检测超时：Control Detection Time Expired；
DIAG值为2时，表示回声功能失败：Echo Function Failed；
DIAG值为3时，表示邻居发过信令的会话DOWN：Neighbor Signaled SessionDown；
DIAG值为4时，表示转发平面重置：Forwarding Plane Reset；
DIAG值为5时，表示路径DOWN：Path Down；
DIAG值为6时，表示连接的路径DOWN：Concatenated Path Down；
DIAG值为7时，表示***管理使之DOWN：Administratively Down；
DIAG值为8时，表示反向链路DOWN：Reverse Concatenated Path Down；
DIAG值为9-31时，表示预留将来使用：Reserved for future use。
接收端设备检测到BFD报文的接收间隔发生剧烈变化，当发起端设备处理的流量超出了自身的规格时，发起端设备发送的报文无法按照预期的间隔以稳定的速率传递。
当BFD报文的抖动值超过抖动阈值时，判断单元确定BFD链路存在异常，发生了BFD流量拥塞。
判断单元确定BFD链路异常时，第一处理单元将BFD报文置为DOWN状态，DOWN状态的BFD会话携带的诊断码DIAG赋特定值，例如：DIAG取值为10，表示BFD链路存在异常；然后，第二处理单元触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量恢复正常。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种基于BFD的流量拥塞检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置抖动阈值；
根据BFD报文的接收间隔，计算BFD报文的抖动值；
比较BFD报文的抖动值与抖动阈值，判断BFD链路是否发生流量拥塞；
所述根据BFD报文的接收间隔，计算BFD报文的抖动值，具体过程为：
统计收到相邻两个BFD报文的时间间隔，记为时间序列Ti；
对Ti进行离散傅立叶变换DFT，得到频域序列Fi；
取频域序列Fi的个数N(Fi)，N(Fi)即为BFD报文的抖动值。
2.如权利要求1所述的基于BFD的流量拥塞检测方法，其特征在于：所述比较BFD报文的抖动值与抖动阈值，判断BFD链路是否发生流量拥塞，具体过程为：
当BFD报文的抖动值超过抖动阈值时，确定BFD链路存在异常，发生了BFD流量拥塞。
3.如权利要求2所述的基于BFD的流量拥塞检测方法，其特征在于：该方法还包括以下步骤：当检测到BFD链路异常时，将BFD报文置为DOWN状态。
4.如权利要求3所述的基于BFD的流量拥塞检测方法，其特征在于：将BFD报文置为DOWN状态以后，还包括以下步骤：触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量恢复正常。
5.一种基于BFD的流量拥塞检测***，其特征在于，该***包括设置单元、计算单元、判断单元，其中：
设置单元，用于：设置抖动阈值；
计算单元，用于：根据BFD报文的接收间隔，计算BFD报文的抖动值；
判断单元，用于：比较BFD报文的抖动值与抖动阈值，判断BFD链路是否发生流量拥塞；
所述计算单元计算BFD报文的抖动值的具体过程为：
统计收到相邻两个BFD报文的时间间隔，记为时间序列Ti；
对Ti进行离散傅立叶变换DFT，得到频域序列Fi；
取频域序列Fi的个数N(Fi)，N(Fi)即为BFD报文的抖动值。
6.如权利要求5所述的基于BFD的流量拥塞检测***，其特征在于：所述判断单元具体用于：当BFD报文的抖动值超过抖动阈值时，确定BFD链路存在异常，发生了BFD流量拥塞。
7.如权利要求6所述的基于BFD的流量拥塞检测***，其特征在于：该***还包括第一处理单元，所述判断单元确定BFD链路异常时，第一处理单元将BFD报文置为DOWN状态。
8.如权利要求7所述的基于BFD的流量拥塞检测***，其特征在于：该***还包括第二处理单元，第一处理单元将BFD报文置为DOWN状态后，所述第二处理单元触发保护倒换，将流量切到备用路径，使流量恢复正常。
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