一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)恢復(fù)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及容災(zāi)恢復(fù)，尤其設(shè)及一種網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)恢復(fù)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自然災(zāi)害(如地震，洪水)和人為災(zāi)害(如供電失效，恐怖襲擊），會(huì)造成的大量的網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備同時(shí)失效，導(dǎo)致大量的用戶斷連，且災(zāi)后修復(fù)難度大、修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 的迅速發(fā)展W及大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，運(yùn)種事件造成的長(zhǎng)時(shí)間網(wǎng)絡(luò)斷連會(huì)造成大量用戶失聯(lián) W及數(shù)據(jù)丟失，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求也越來(lái)越高。 然而，隨著網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署，使得網(wǎng)絡(luò)很容易被自然災(zāi)害和人為災(zāi)害破壞，產(chǎn)生大小不同， 破壞程度不同的網(wǎng)絡(luò)失效問(wèn)題，造成很多用戶長(zhǎng)時(shí)間被影響，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003] 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)技術(shù)中沒有有效的手段來(lái)應(yīng)對(duì)運(yùn)種由災(zāi)害導(dǎo)致的區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)故障。 運(yùn)種區(qū)域性故障具有突發(fā)性W及發(fā)生位置和大小的不確定性，使得傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)技術(shù)， 包括網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)修復(fù)技術(shù)，都不能很好的工作。網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)，依賴故障發(fā)生前網(wǎng)絡(luò)中 已分配的備份資源，只針對(duì)特定的有限的故障場(chǎng)景有效，無(wú)法很好的處理所有的故障場(chǎng)景； 網(wǎng)絡(luò)修復(fù)技術(shù)，雖然在故障發(fā)生的時(shí)候動(dòng)態(tài)的計(jì)算路徑，即針對(duì)所有的故障場(chǎng)景都有效，但 是，其收斂的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且收斂過(guò)程中有可能出現(xiàn)嚴(yán)重的環(huán)路和黑桐。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)技術(shù)或 者連通性恢復(fù)差，或者恢復(fù)時(shí)間漫長(zhǎng)，就目前已有的恢復(fù)技術(shù)來(lái)看，如何快速地在災(zāi)后高效 地恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)，尚沒有可行的解決辦法。
[0004] 軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平面和控制平面分離出來(lái)，使得靈活的網(wǎng)絡(luò) 配置和管理成為可能。軟件定義網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)集中式的控制器，控制器具有全網(wǎng)的視圖。因 此，運(yùn)種架構(gòu)帶來(lái)的靈活性對(duì)于不確定的區(qū)域故障十分有效。但是，因?yàn)閰^(qū)域故障造成的重 連請(qǐng)求非常多，將所有區(qū)域故障重連請(qǐng)求都交由控制平面處理會(huì)帶來(lái)額外的問(wèn)題，包括:控 制器的伸縮性問(wèn)題，包的一致性處理問(wèn)題，和恢復(fù)時(shí)延問(wèn)題。簡(jiǎn)單的引入軟件定義網(wǎng)絡(luò)仍不 能在運(yùn)種場(chǎng)景下很好的工作。
[000引所W構(gòu)建一個(gè)快速高可靠性的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)恢復(fù)系統(tǒng)在高傳輸速度、高傳輸量的大數(shù) 據(jù)時(shí)代具有極高的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于軟件定義網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)恢復(fù)系統(tǒng)，同時(shí)提供了一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)恢復(fù)方 法。
[0007] 技術(shù)方案:本發(fā)明提供的一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)恢復(fù)系統(tǒng)，基于 軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括位于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平面的備份拓?fù)渖赡K和位于軟件定 義網(wǎng)絡(luò)的控制平面的拼接模塊;所述備份拓?fù)渖赡K用于在災(zāi)前生成備份拓?fù)洌⒏鶕?jù) 災(zāi)害地理特性計(jì)算出備份路徑并安裝到軟件定義網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平面中，且在數(shù)據(jù)平面對(duì)部分 因?yàn)?zāi)害發(fā)生而導(dǎo)致的重連請(qǐng)求執(zhí)行本地快速恢復(fù);所述拼接模塊用于在控制平面處理那些 在數(shù)據(jù)平面不能處理的災(zāi)害故障重連請(qǐng)求。
[0008] 優(yōu)選的，該基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)恢復(fù)系統(tǒng)，包括：
[0009] 備份拓?fù)渖蓡卧?，用于W原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇檩斎耄趥浞萃負(fù)渖赡K中生成并 保存多張用于對(duì)節(jié)點(diǎn)的失效快速恢復(fù)的備份網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；
[0010] 備份路徑生成單元，用于根據(jù)備份拓?fù)渖蓡卧傻亩鄰垈浞菥W(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，結(jié) 合輸入的災(zāi)害地理特性，使用路徑的脆弱性區(qū)域在每張備份拓?fù)渖仙蓚浞萋窂讲⒈４妫?br>[0011] 備份路徑安裝單元，用于在控制平面上，根據(jù)備份路徑生成單元中生成并保存的 備份路徑生成相應(yīng)的流表項(xiàng)，安裝新的路由策略到數(shù)據(jù)平面；
[0012] 數(shù)據(jù)平面數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)及檢測(cè)單元，用于數(shù)據(jù)平面中每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包 時(shí)，檢測(cè)下一跳端口是否有效，如果有效，則直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，如果無(wú)效，進(jìn)入數(shù)據(jù)平面本地 快速恢復(fù)單元執(zhí)行本地快速恢復(fù)；
[0013] 數(shù)據(jù)平面本地快速恢復(fù)單元，用于執(zhí)行數(shù)據(jù)平面的本地快速恢復(fù)，根據(jù)備份路由 選擇一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)端口，如果轉(zhuǎn)發(fā)端口有效，直接轉(zhuǎn)發(fā)，如果無(wú)效則將數(shù)據(jù)包發(fā)往控制平面；
[0014] 控制平面拼接處理及判定單元，用于在控制平面運(yùn)行拼接模塊，根據(jù)拼接模塊的 輸出生成新流表項(xiàng)，安裝到控制平面中；并判定是否因網(wǎng)絡(luò)物理上不連通造成路由失效；
[0015] 物理網(wǎng)絡(luò)不連通通知單元，用于當(dāng)判定因網(wǎng)絡(luò)物理上不連通造成路由失效時(shí)，通 知數(shù)據(jù)包的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，物理網(wǎng)絡(luò)已不再連通。
[0016] 本發(fā)明同時(shí)提供一種基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)恢復(fù)方法，包括如下步 驟：
[0017] (A)備份拓?fù)渖赡K中備份拓?fù)渖桑篧原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇檩斎?，生成并保存多?用于對(duì)節(jié)點(diǎn)的失效快速恢復(fù)的備份網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；
[0018] (B)根據(jù)備份拓?fù)渖赡K生成安裝到數(shù)據(jù)平面的備份路徑:在步驟(A)中生成并 保存的多張備份拓?fù)鋱D上，結(jié)合輸入的災(zāi)害地理特性，使用路徑的脆弱性區(qū)域在每張備份 拓?fù)渖仙蓚浞萋窂讲⒈４妫?br>[0019] (C)在數(shù)據(jù)平面中安裝備份路徑：由控制平面根據(jù)步驟(B)中生成并保存的備份路 徑生成相應(yīng)的流表項(xiàng)，并安裝路由策略到數(shù)據(jù)平面；
[0020] (D)數(shù)據(jù)平面數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)及檢測(cè):數(shù)據(jù)平面每個(gè)路由節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，每次檢 測(cè)下一跳端口是否有效，如果有效，則直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，如果無(wú)效，進(jìn)入步驟化）；
[0021] 化)數(shù)據(jù)平面本地快速恢復(fù):執(zhí)行數(shù)據(jù)平面的本地快速恢復(fù)，根據(jù)備份路由選擇一 個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)端口，如果轉(zhuǎn)發(fā)端口有效，直接轉(zhuǎn)發(fā)，如果無(wú)效則將數(shù)據(jù)包發(fā)往控制平面，進(jìn)入步驟 巧)；
[0022] (F)控制平面拼接處理及判定:控制平面運(yùn)行拼接模塊，根據(jù)拼接模塊的輸出生成 新流表項(xiàng)，安裝到控制平面中；并判定因網(wǎng)絡(luò)物理上不連通造成路由失效時(shí)，進(jìn)入步驟(G);
[0023] (G)物理網(wǎng)絡(luò)不連通通知：通知數(shù)據(jù)包的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，物理網(wǎng)絡(luò)已不再連 通。
[0024] 優(yōu)選的，所述步驟(A)中，W原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰為輸入，生成并保存k個(gè)用于對(duì)節(jié)點(diǎn)的 失效快速恢復(fù)的備份網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋥Gr-Gk};
[0025] 所述步驟(B)中包括如下步驟：
[0026] 1):從應(yīng)用本系統(tǒng)的整個(gè)區(qū)間[ra，rb]中均勻地取出k個(gè)點(diǎn)Ti,其中巧=馬+
ra、n分別是輸入的災(zāi)害地理特性中災(zāi)害預(yù)期發(fā)生的最小、最大半徑，對(duì)于特 定的源目的節(jié)點(diǎn)對(duì)S和t，在原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰中找到從S到t的主路徑X備，及其對(duì)應(yīng)的大小為ri 的脆弱性區(qū)域瑞t，庚中<k;
[0027] 2):遍歷每一個(gè)備份拓?fù)銰i，如備份拓?fù)銰i中的鏈路eU的大小為ri的脆弱性區(qū)域 馬1/與蠟慚大小n為的脆弱性區(qū)域相交，則通過(guò)配置Gi中的運(yùn)條鏈路山的權(quán)重大于 原始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銰中所有邊的權(quán)重之和，使其不會(huì)被基于權(quán)重的路徑尋找算法使用從而被配 置為被隔離的鏈路;然后在備份拓?fù)銰i中通過(guò)最短路徑算法，找到從S到t的備份路徑，使得 Gi成為與失效半徑為ri的網(wǎng)絡(luò)故障對(duì)應(yīng)的備份拓?fù)?，返回在k個(gè)備份拓?fù)鋥Gr-Gk}上的k個(gè) 備份路徑{咸…姥擊其中鏈路eW的脆弱性區(qū)域馬；_^為所有半徑是ri且能夠損毀eL的故障 的圓屯、的集合，即落在此區(qū)域中的故障為ri的區(qū)域故障均會(huì)破壞鏈路ekv，路徑的脆弱性區(qū) 域是該路徑所包括的所有鏈路的脆弱性區(qū)域的并集。
[0028] 作為優(yōu)選的，所述步驟(F)中所述拼接模塊包括：構(gòu)建一個(gè)新的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D ，其節(jié)點(diǎn)與G相同，依次將{Gr-Gk}計(jì)算出來(lái)的由S到t的備份路徑上未被摧毀的邊加入到 中，如果在中目的節(jié)點(diǎn)可達(dá)，則拼接模塊在中計(jì)算一條新的路徑p/，包含在拼接指令 動(dòng)作中作為拼接模塊的輸出。
[0029] 優(yōu)選的，所述步驟(F)中所述拼接模塊包括：
[0030] step Fl:構(gòu)建一個(gè)臨時(shí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥o(hù)中的節(jié)點(diǎn)與G中相同，中的初始邊集為 空；
[003。 Step F2:依次取出備份拓?fù)鋥Gr-Gk}中的備份路徑[娃…煉j中的未被摧毀的邊， 加入到護(hù)中去；
[0032] Step F3:根據(jù)原始拓?fù)鋱DG中所有節(jié)點(diǎn)對(duì)間的路由路徑，和在數(shù)據(jù)平面本地快速 恢復(fù)的重路由路徑，置圖中存活的鏈路euv的權(quán)重為(P(u)+P(v)+R/ (u)+R/ (v))/2;其中每 個(gè)節(jié)點(diǎn)U的第一權(quán)值P(U)為原始圖中通過(guò)該節(jié)點(diǎn)路徑條數(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)U的第二權(quán)值R/(U)為 數(shù)據(jù)平面的本地重路由通過(guò)該節(jié)點(diǎn)的路徑條數(shù)；
[0033] St邱F4:根據(jù)每條鏈路euv的權(quán)重，在圖中使用最短路算法找到從S到t的路徑， 將其包含在拼接指令動(dòng)作中輸出。
[0034] 作為優(yōu)選的，上述數(shù)據(jù)平面通過(guò)利用在化enFlow多表流水線的多張路由表中安裝 由備份拓?fù)渖赡K生成的備份路由，W及在化enFlow快速恢復(fù)組表中安裝快速恢復(fù)桶動(dòng) 作，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平面的本地快速恢復(fù)，使得交換機(jī)在本地檢查下一跳的存活性后，根據(jù)下一 跳的存活性選擇不同的端口發(fā)送包，當(dāng)主路徑的備份端口和備份路徑的下一跳端口都斷連 時(shí)，交換機(jī)會(huì)將包送到控制器，由控制平面的拼接模塊處理。
[0035] 有益效果：相較于簡(jiǎn)單的完全將故障請(qǐng)求送給控制器來(lái)處理，本發(fā)明提出的基于 軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)恢復(fù)系統(tǒng)及方法，將大部分的請(qǐng)求在數(shù)據(jù)平面處理掉，從而 避免了從數(shù)據(jù)平面到控制平面的往返