[发明专利]一种基于流量预测的启发式路由表更新方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络通信技术领域，特别是涉及IP路由器的路由表更新方法——一种基于流量预测的启发式路由表更新方法。

背景技术

在目前的IP骨干网络中，链路失效和网络设备故障是导致网络流量中断的主要原因，而中断时间的长短主要取决于链路状态路由协议(如：OSPF、ISIS等)的重收敛速度，通常情况下这一时间会持续几秒甚至几十秒，这对于网络中实时业务的传输是一个严重的挑战。目前许多技术被提出用以加快IP骨干网络的重收敛速度，如：双向转发检测(BFD)技术、自适应计时器技术、递增式最短路径优先算法等，但这些技术的使用仍无法满足实时业务毫秒级的时延要求。因此，研究人员提出了IP快速重路由(IP Frr)技术。这一技术能够为IP路由器中每条路由表项预先计算一条备份路由表项，当IP路由器检测到链路失效时则立即更新到备份路由表项进行数据包的转发，直到整个网络重新收敛到正常状态。与动态路由协议相比，IP快速重路由技术没有链路状态通告(LSA)的产生和传播过程，以及最短路径树的计算过程，因而能够最大程度的降低网络流量的中断时间。

虽然通过IP快速重路由技术能够将网络流量的中断时间降至最低，但仍需要一定的时间来对备份路由表项进行更新以实现其重路由功能，在这一更新过程中所产生的网络丢包量将会直接决定网络数据包的时延长短，以及对网络中实时业务传输的影响程度。由于现有的IP快速重路由技术只关注于如何减少路由恢复时间和避免路由循环，因而很少考虑对路由表更新过程的优化(减少网络丢包量的产生)，而目前的路由表更新机制(只按照路由表项的随机生成顺序进行更新)又无法有效控制和减少网络丢包的产生，因此，如何减少在路由表更新过程中的网络丢包量成为了保障网络稳定性的关键。

目前的路由表更新机制

目前的IP路由器通常包括路由引擎和转发引擎两部分，其结构如图1所示，其中路由引擎主要负责路由协议的管理、最短路径的计算以及构建和维护路由信息库(RIB)；转发引擎则负责转发信息库(FIB)的更新和维护，并根据FIB中的路由表项把接收到的网络数据包转发到相应的网络端口。

当对IP路由器中的路由表项进行更新时，主要是通过对转发引擎中的FIB进行更新和配置，具体过程包括以下两个步骤：

1)使用新的路由表项对FIB中相应的路由表项进行更新；

2)将FIB中新的路由表项信息分发至线路卡(Line Card)上的本地转发信息库(LFIB)中。

在实际的更新过程中，这两个步骤通常是交叉进行的，即系统会在更新和分发两个进程之间进行交换，并通过一系列更新-分发批处理来实现，其中每个批处理的大小是一个预设的固定值，整个更新过程如图2所示。默认情况下，IP路由器将按照路由表项的随机生成顺序进行更新和分发，由于路由表项生成过程的随机性，因此这一机制在整个路由表更新过程中无法控制和减少网络丢包量的产生。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题提出了一种新的路由表更新算法——基于流量预测的启发式路由表更新方法，用于减少IP路由器在路由表更新过程中产生的网络丢包量，从而降低因路由表更新对整个网络所产生的影响。

本发明的技术构思：由于在IP路由器中每条路由表项的地址前缀的不同，这使得在路由转发过程中，对应于每条路由表项的数据流量的速率都不相同。当对多条路由表项进行更新时，先被更新的路由表项将先恢复其路由转发功能，进而与其对应的数据流量也将先被恢复转发。因此，为了保证在路由表更新过程中产生最小的网络丢包量，更新算法应保证数据流量较大的路由表项先被更新，因此需要通过流量模型来预测链路失效后各路由表项所对应的网络流量的速率，从而确定路由表项的更新顺序。此外，在整个更新过程中，由于一次被更新的路由表项的数量是由批处理的大小来决定的，而固定的批处理大小并不利于路由表更新过程的优化，因此需要设计一种启发式算法来动态调整每个批处理的大小，从而实现对整个更新过程的优化。

因此，本发明首先通过流量预测模型对IP路由器中各路由表项所对应的网络流量进行预测，并在此基础上通过启发式算法动态调整路由表项的更新顺序和更新-分发批处理的量程大小，从而实现在路由表更新过程中产生最少的网络丢包量。通过使用本方法，当网络链路失效发生后，IP路由器能够优化路由表项的更新顺序及更新时间，从而有效减少因路由表更新导致的网络丢包量。

一种基于流量预测的启发式路由表更新方法，其特征在于，包括1)流量建模和预测步骤、2)启发式路由表更新步骤两部分：

1)所述的流量建模和预测步骤，具体包括：