[发明专利]提供全面保护的IP快速重路由机制

说明书

相关申请

本申请通过引用结合2011年11月1日提交的美国临时专利申请NO.61/554,341，并要求它的优先权。

技术领域

本发明一般涉及在网络出现故障时的分组重路由，特别涉及一种分组重路由的方法，其减少收敛时间，同时提供网络的全面保护覆盖。

背景技术

现代IP(因特网协议)网络携带无数时间敏感应用的业务数据，诸如视频会议和交互式多人游戏。因此，网络被要求提供非常高水平的服务质量(QoS)和可用性。于是，服务提供商竭尽全力以保证其网络在这些方面运行满意并不奇怪。然而，意外的组件故障以及定期的维护过程通常会造成降级的网络性能周期。

这些降级的网络性能周期中的一个被称为收敛周期，因为它们对应于例如开放最短路径优先(OSPF)的网络内部网关协议(IGP)在发生拓扑变化后收敛所需要的时间。更具体地，在每个这种周期内，每个路由器独立地更新它的转发信息库(FIB)表，因为有关拓扑变化的信息在整个网络中传播。因此，不同路由器的转发表可能会暂时彼此不一致，导致业务在转发环路中被捕获和/或丢弃。

收敛周期一般持续几百毫秒或者甚至几秒钟。不幸的是，这么长的恢复时间对于大多数实时应用来说是不可接受的。相反，低于50毫秒的恢复时间，像SONET/SDH和MPLS网络的恢复时间，是期望的，以保证消费者很难注意到任何不利影响。

与此相关，能效最近成为服务提供商的重要问题。一种流行的降低能耗的技术涉及动态地规划网络，以满足当前的业务需求，例如，通过暂时关掉不必要的链路和路由器。然而，像任何其它拓扑变化一样，这些操作都容易对网络性能产生负面影响，并可能会相当频繁地发生。因此，从这样的事件中获得低的恢复时间会获得更大的意义，因为不这样的话，上述节能措施不太可能被广泛地采用。

即使在出现拓扑变化时也要维持IP网络的高水平的QoS和可用性的需求需要在收敛周期中使网络服务中断最小化的方法。在MPLS网络中，这通过快速重路由(FRR)来完成。即，对于每个潜在的组件故障，提供避开它的专门绕行路径。当这种故障实际发生时，业务会自动转移到适当的绕行路径上。因此，MPLS-FRR有效地保证了50ms的故障恢复时间，分组丢失可忽略不计。

用于IP网络的类似解决方案被称为IP快速重路由(IP FRR)。在IP FRR中，不能通过故障组件发送分组被转到备选路由器，其将该分组转发到它的目的地。然而，不同于MPLS-FRR中绕行路径被提供为专用MPLS隧道，在IP网络中，每个路由器做出独立的本地路由决策。该基于目的地的转发模式在IP FRR的实现中引起严重的问题，如以下所说明的。

紧接着故障发生并被检测到之后，只有相邻的路由器知道这一点；这些路由器被称为本地维修(LRR)。因此，已经被LRR转到非LRR备选下一跳的分组可能被直接或间接地路由回同一个LRR，从而进入转发环路。几个IP FRR建议，诸如等价多路径(ECMP)机制和无环路备选(LFA)机制，通过规定分组仅应当被转发到满足保证无环路传递的某些简单属性的备选邻居来避免这个问题。例如，考虑图1A中所示的节点107故障后的网络。LFA机制使得节点105能够通过将去往节点110的业务转到节点109来从该故障中恢复，节点109构成无环路备选。

另一种方案称为U-Turn机制，其通过允许LRR将分组原路返回到上游邻居，随后该上游邻居将其转发到它自己的邻居中作为无环路备选的邻居来扩展LFA。因此，如果图1A中网络的链路107-108出现故障，则节点107可将去往节点110的分组发送到节点105，后者通过将分组转发到节点109来绕开故障。

虽然上述的机制易于实现，但它们并不保证对每个潜在故障的无环路恢复。这在LRR没有满足由该机制规定的属性的邻居时发生，在具有低平均节点度的网络中，问题会特别普遍。评估研究已经表明LFA比ECMP能针对更多故障进行保护，而U-turn比LFA能针对更多故障进行保护，但这些研究还显示甚至U-turn也通常仅对所有可能的链路故障中的大约90％的故障和低于75％的节点故障进行保护。例如，在图1A中网络的节点108故障时，这些机制中没有一个可以成功地将分组从节点107路由到目的地110，尽管图1B示出从107到110有一条路径仍然可用，如由双箭头指示的。