一种基于节点反序关系的域内路由保护方法

本发明属于互联网中路由的恢复与保护方案的，具体涉及一种基于节点反序关系的域内路由保护方法。

背景技术：

1、近些年，通信网络作为一项重要的基础设施，在我们的数字化建设中受到了越来越多的关注。网络上运行着大量需要处理的实时任务，比如电网实时监测系统、健康管理系统等，它们的运行依赖于网络提供的不间断服务。随着互联网中网络节点(路由器、交换机等)数量的不断增长，网络中的层次结构也最大限度地保证了流量可以在不同节点之间顺畅运行，但不可避免的会出现因为各种原因导致的链路或者节点故障，进而造成网络中断，对互联网上的实时任务产生了较大影响。为了满足网络高可用性的需求，学术界提出了很多针对现代网络而设计的快速重路由(fast reroute,frr)机制，它们大多运行在ip网络的数据面上，相比于控制面上的保护方案，具有较快的收敛速度。

2、快速重路由机制可以分为基于提供保护路径的和采用其他保护策略两大类。第一类中主要包括无环路备选项(loop free alternates,lfa)、not-via、dmpa等，其中lfa根据加入链路代价的判断规则为节点选择最优下一跳节点，但算法的时间复杂度较高。dmpa算法是对lfa算法的改进，是一种动态多路径路由机制，其算法的核心是构造一棵最短路径树，每个节点的备份下一跳节点基于最短路径树进行计算，如果网络中发生路由故障，则dmpa算法会动态更新节点的下一跳节点，从而保证路由的可用性。虽然dmpa算法开销较小，但对路障保护率的提升有限。第二类代表方案是携带失效数据包(failure-carryingpacket,fcp)，fcp方案会在数据报文头部添加故障信息，当故障发生时，数据报携带故障信息到达路由器节点，节点会根据故障信息计算出新的下一跳节点。fcp虽然保证了路由收敛过程中无环路转发数据报文，但其复杂度较高，实现复杂，因而实际部署困难。另外，还有一种本地重路由方案，只有与故障相邻的路由器节点探测到故障，从而转发数据报，但其不能保证数据报的可达性。

技术实现思路

1、为了克服路由恢复过程中的挑战，提高路由可用性，我们利用网络各节点之间的反序关系和节点邻接链路的转变规则，来确保数据报转发过程中不会出现路由环路，从而顺利到达目的节点。为此，本发明提出了一种基于节点反序关系的域内路由保护方法。

2、首先我们定义一些符号和公式并加以描述，这些符号和公式适用于整个发明。

3、现实世界的网络可以表示为拓扑g＝(v,e,w)，其中g是拓扑名称，v是拓扑的节点集合，e是拓扑的边集合，w是拓扑中各个边上的权重集合。hop(v,＞)＝1代表根据节点编号，寻找节点v，即满足与节点v相连，且相连节点中只有一个节点的编号比节点v小的节点。deg(v)代表节点v的度，节点的度指与节点v相连的边数。single_jump∪{(-deg(v),v)}表示将节点v的度的相反数和节点v组成的元组放到single_jump中。节点x和节点y之间的反序关系用符号表示为ω(x,y)，其中节点y是节点x的下一跳节点，公式代表邻居节点y的序列号比节点x的序列号大，但数据报可以从节点x转发至节点y。pri(x)+1代表节点x的优先级降低一级，式子中加一是因为在优先级队列中，节点值越大，节点优先级越低。bn(x,d,y)代表节点x到目的节点d的备份下一跳节点是y。

4、基于上述定义的符号和公式，为了解决网络中路由恢复过程中存在的挑战，最大限度地保证了流量可以在不同节点之间顺畅运行，从而提高路由可用性，本发明采取以下技术方案：一种基于节点反序关系的域内路由保护方法，以节点d为目的节点，其包括以下步骤：

5、步骤1：根据网络拓扑模型给节点编号；

6、步骤2：对于节点v∈v，根据每个节点的编号找出拓扑中只有最优下一跳的节点v，即hop(v,＞)＝1，按照节点v的度(deg(v))的相反数作为节点优先级，将节点v和其优先级作为元组的形式存放到优先级队列single_jump中，即single_jump∪{(-deg(v),v)}；

7、步骤3：取出队首节点x并判断是否遍历超过5次，如果是，则算法结束，否则，执行步骤4；

8、步骤4：选择满足节点反序关系ω(x,y)的邻居节点y；

9、步骤5：判断节点y是否满足链路转变规则，如果不满足，则执行步骤6，如果满足，执行步骤7；

10、步骤6：判断满足反序关系的邻接节点是否遍历完，如果没有遍历完，则返回执行步骤4，否则，执行步骤8；

11、步骤7：将节点y作为x的备份下一跳节点，记为bn(x,d,y)，执行步骤6；

12、步骤8：判断节点x是否找到备份下一跳，如果找到，从single_jump中删除该节点，执行步骤10，如果没有找到，执行步骤9；

13、步骤9：节点x的优先级降低一级，即pri(x)+1，执行步骤10；

14、步骤10：重复执行步骤3至8，计算single_jump中的所有节点，直到single_jump为空，则算法结束。

15、进一步优选实施方式，对上述步骤4中满足节点反序关系的邻居节点的方法作进一步地解释，其包括以下步骤：

16、步骤4.1：对于节点x∈v，遍历节点x的邻居节点y；

17、步骤4.2：如果邻居节点y的编号大于节点x的编号，则执行步骤5，否则，返回执行步骤4.1，如果没有邻居节点满足条件，则执行步骤6。

18、进一步优选实施方式，对上述步骤5判断节点满足链路转变规则的方法作进一步地解释，其包括以下步骤：

19、步骤5.1：不考虑节点x,y之间的边，搜索节点y是否有可以通过其他节点到达节点x的路径，如果没有，继续执行步骤5.2，否则执行步骤6；

20、步骤5.2：不考虑节点x,y之间的边，搜索节点y是否有可以通过其他节点到达节点y的路径，如果没有，继续执行步骤5.3，否则执行步骤6；

21、步骤5.3：不考虑节点x,y之间的边，搜索节点y是否有可以通过其他节点到达目的节点d的路径，如果有，则执行步骤7，否则执行步骤6。

22、与已有路由保护方案相比，本发明具有如下优点：

23、1、本发明通过利用数据报转发过程中节点之间的反序关系和节点邻接链路的转变规则，可以有效提升路由中的故障保护率、节点的备份多跳数等指标，从而显著提升路由可用性。

24、2、本发明通过给节点编号，约束数据报在节点之间的转发规则，定义节点反序关系，可以有效避免数据报转发过程中出现环路。

25、3、本发明利用链路转变规则可以使更多节点拥有备份下一跳节点，大大提升节点在遇到故障时的处理能力。

26、4、本发明对节点的保护效力明显，可以实现网络中流量负载均衡，有利于节省网络资源和带宽。

27、5、本发明实现简单，容易实施，是一种有效的路由保护解决方案。

技术特征：

1.一种基于节点反序关系的域内路由保护方法，其特征在于，其包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于节点反序关系的域内路由保护方法，其特征在于，在步骤4中，选择满足节点反序关系的邻居节点的方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种基于节点反序关系的域内路由保护方法，其特征在于，在步骤5中，判断节点满足链路转变规则包括以下步骤：

技术总结
本发明属于互联网中路由的恢复与保护方案的技术领域，其公开一种基于节点反序关系的域内路由保护方法。本发明在考虑已有路由保护方案不能较好平衡故障保护率、规避路由环路、部署困难等关系的基础上，利用数据报转发过程中节点之间的反序关系和节点邻接链路的转变规则，通过给节点编号，约束数据报在节点之间的转发规则，定义节点反序关系，可以有效避免数据报转发过程中出现环路。本发明的提出不仅可以有效处理网络中的路由故障，而且可以实现网络中的负载均衡，防止出现流量过载，有利于保护网络带宽。因此，该方案对维护路由的可用性提供一种有效的解决方案。

技术研发人员：耿海军,胡睿乾
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13