CN111404734A - 一种基于配置迁移的跨层网络故障恢复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于配置迁移的跨层网络故障恢复系统及方法，该方法包括：上层交换网络控制器将设备故障信息发送至超级控制器；超级控制器进行故障设备定位，并在上层交换网络中选择备用上层交换网络设备；超级控制器生成第三转发表，下发至上层交换网络控制器与下层交换网络控制器；上层交换网络控制器依据第三转发表生成需要更新的第一转发表并下发至对应的故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中；下层交换网络控制器依据第三转发表计算下层交换网络传输通道，并更新这些传输通道上的下层交换网络设备的第二转发表。本发明利用下层交换网络的可重构性，实现了上层交换网络故障设备的快速替代及业务恢复。

Description

一种基于配置迁移的跨层网络故障恢复系统及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是为双层交换网络提供快速的故障恢复方法和系统。

背景技术

近年来，无人驾驶、VR(Virtual Reality，虚拟现实)、卫星定位等新技术的蓬勃发展，为整个IT(Information Technology，信息科技和产业)行业带来了巨大变革。为保障这些服务的服务质量，前传/回程网络中需要低延迟和高可靠性的通信方案。

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)将传统网络体系分为了控制平面和数据平面，前者决策数据转发，后者只负责底层数据的转发，采用集中式的控制方式、灵活的编程接口实现基于流表的转发机制，无须依赖底层网络设备，屏蔽了来自底层网络设备的差异，实现对网络设备的灵活高效管控，其灵活开放、可编程、数控分离、集中控制等特点，使得一些新型的网络应用得以迅速部署，其价值已经得到业界的普遍认可。

NFV(Network Functions Virtualization,网络功能虚拟化)通过虚拟化技术，将网络节点功能，分割成几个功能区块，分别以软件进行实现、管理，使得网络功能不再局限于硬件架构。NFV可以提供原本只能通过硬件实现的网络功能，例如路由、防火墙、跨层通信等等，减少网络对硬件设备的依赖，增加网络的开放性，将管理层面与底层网络分离，实现网络的按需动态调整管控，得到了业界的广泛认可。

多层网络(如IP+光网络)为用户提供了大容量、高速传输的服务。在多层网络中，下层网络的故障将触发快速保护和恢复发表。但是，上层网络的故障通常需要协议状态同步和服务重新路由，这将非常耗时。协议状态同步在恢复过程中占用了很多时间。更重要的是，恢复一个失败的节点可能会导致数千个服务的重新路由。以前关于上层网络恢复的研究通常集中在服务管理层的服务恢复/重路由，但是这些研究的重点主要是重新恢复路由服务而不是恢复网络。此外，这些方法在假设物理网络资源不变后，通过利用网络中现有的其余资源来执行服务恢复。但是，经过网络技术的发展，尤其是软件定义网络技术的发展，目前的下层网络是可变的。因此，调整下层网络可以实现网络重配置，避免协议状态同步和业务重路由。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于配置迁移的跨层网络故障恢复的系统及方法，以降低跨层网络故障的恢复时间。具体技术方案如下：

为实现上述发明目的，本发明实施例的第一方面公开了一种基于配置迁移的跨层网络故障恢复的系统，包括：至少一个上层交换网络控制器，至少一个下层交换网络控制器，至少一个超级控制器以及至少两个上层交换网络设备、一个下层交换网络设备。上层交换网络控制器负责管理上层交换网络，下层交换网络控制器负责管理下层交换网络，超级控制器负责对上层交换网络控制器和下层交换网络控制器进行统一协同管理。上层交换网络负责对业务流的解析、管理和短距离传输，下层交换网络控制器负责上层交换网络节点之间的业务传输。

所述至少一个上层交换网络控制器，用于在网络故障发生时，接收并处理上层交换网络设备发送的故障信息或发现上层交换网络设备存在故障而生成故障信息，发送至所述超级控制器；接收所述超级控制器发送的第三转发表，为故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备生成需要更新的第一转发表项，并将更新的第一转发表下发至对应的故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中；所述第一转发表用于描述上层交换网络设备对上层业务的交换行为；所述第三转发表描述了故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备，同下层交换网络设备之间的连接关系和业务交换行为，使备用上层交换网络设备具有与故障上层交换网络设备相同业务交换配置，能够承载原故障上层交换网络设备所有职能；

所述至少一个超级控制器，用于在上层交换网络控制器确定故障上层交换网络设备后，接收所述上层交换网络控制器所发送的故障信息，在第一转发表中，查找上层交换网络中故障设备，确定故障上层交换网络设备及故障端口；通过拓扑连接表与上层交换网络设备属性，在上层交换网络中选择合适的备用上层交换网络设备，根据与此备用上层交换网络设备连接、适用于传输故障上层交换网络设备中业务的下层交换网络设备传输通道信息、故障上层交换网络设备的邻居设备信息、备用上层交换网络设备信息，确定备用上层交换网络设备与故障上层交换网络设备所有邻居设备的连接关系、备用上层交换网络设备和故障上层交换网络设备所有邻居设备同下层交换网络设备的连接关系生成所述第三转发表，下发至上层交换网络控制器与下层交换网络控制器；

所述至少一个下层交换网络控制器，用于接收所述超级控制器发送的的第三转发表，从第三转发表获得第二转发表项，依据第三转发表反映的故障上层交换网络设备的邻居设备到备用上层交换网络设备之间的连接关系，计算实现上述连接关系的下层交换网络传输通道，并更新这些传输通道上的下层交换网络设备的第二转发表；

可选地，上层交换网络控制器还包含：

上层交换网络拓扑收集模块，存在于控制单元的上层交换网络控制器中，用于收集上层数据交换网络内所有上层交换网络设备信息，包括上层交换网络设备属性、上层交换网络拓扑、上层交换网络设备的端口工作状态和连接的链路状态。同时，上层交换网络拓扑收集模块还需要收集各上层交换网络设备的端口信息及地址信息、各个端口的流量统计信息、各个上层交换网络设备的第一转发表匹配次数以及链路的流量、时延、QoS(Qualityof Service，服务质量)等信息，并且上层交换网络拓扑收集模块定期将收集到的信息发送给计算模块。

可选地，所述地址解析模块，存在于控制单元的上层交换网络控制器中，用于在新业务第一次进入上层交换网络设备时解析此业务的转发控制信息，发送配置生成与更新模块。

可选地，所述故障信息模块，存在于控制单元的上层交换网络控制器中，用于接收并处理上层交换网络设备发送的故障信息，或发现上层交换网络设备存在故障而生成故障信息，发送至故障定位模块进行故障定位；

可选地，所述配置生成与更新模块，存在于控制单元的上层交换网络控制器中，用于生成上层交换网络设备配置信息和更新配置。当新业务到达上层交换网络设备时，接收计算模块发送的路径信息，生成第一转发表，发送至故障定位模块备份，下发至该路径上所有的上层交换网络设备；当故障发生后，接收超级控制器发送的第三转发表，为故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备生成需要更新的第一转发表项，并将更新的第一转发表项下发至对应的故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中；

可选地，下层交换网络控制器还包含：

所述下层交换网络拓扑收集模块，存在于控制单元的下层交换网络控制器中，用于收集下层数据交换网络内所有下层交换网络设备的拓扑、下层交换网络设备的端口工作状态和连接的链路状态，同时，下层交换网络拓扑收集模块还需要收集各下层交换网络设备的端口信息及地址信息、各个端口的流量统计、各个下层交换网络设备的第二转发表匹配次数以及链路的流量、时延、QoS(Quality of Service，服务质量)等信息，并且下层交换网络拓扑收集模块定期将收集到的信息发送给计算模块。

可选地，所述传输通道调整模块，存在于控制单元的下层交换网络控制器中，用于接收计算模块发送的信息，根据此结果生成或更新第二转发表，下发至下层交换网络设备。

可选地，超级控制器还包含：

所述拓扑生成模块，存在于控制单元的超级控制器中，用于接收上层拓扑收集模块和下层拓扑收集模块发送的上层交换网络拓扑结果和下层交换网络拓扑结果，合成双层交换网络拓扑连接表，发送至计算模块。

可选地，所述故障定位模块，存在于控制单元的超级控制器中，用于接收配置生成与更新模块的第一转发表备份和上层交换网络控制器故障信息模块发送的故障信息进行故障定位，将故障定位结果发送至计算模块。

可选地，所述计算模块，存在于控制单元的超级控制器中，当上层交换网络设备接收到新业务时，根据所述地址解析模块发送的业务源、目的地址，所述拓扑生成模块发送的拓扑连接表，计算此业务在上、下层交换网络的传输路径，路径结果发送至所述配置生成与更新模块和所述传输通道调整模块。路径结果包括该业务所传业务标识信息、源、目的地址、路径上每一经过的交换设备ID、入端口号、出端口号；

当故障发生时，根据所述拓扑生成模块发送的拓扑结果、上层交换网络设备属性、所述故障定位模块发送的故障上层交换网络设备ID，搜索能够通过下层交换网络与所有故障上层交换网络设备的邻居设备相连的上层交换网络设备相连、可通过下层交换网络与邻居设备传输故障影响业务，且具有不小于故障上层交换网络设备交换能力的上层交换网络设备作为备用交换网络设备。根据备用上层交换网络设备信息、所有通过下层交换网络与故障上层交换网络设备相连的故障上层交换网络设备的邻居设备的第一转发表，生成第三转发表下发至配置生成与更新模块和传输通道调整模块。

为实现上述发明目的，本发明提出一种基于配置迁移的跨层网络故障恢复方法,所述方法应用于双层交换网络，包括上层交换网络(上层网络)和下层交换网络(下层网络)，所述方法包括：

当上层交换网络发生故障时，上层交换网络控制器发现网络故障，将故障信息发送至超级控制器。

超级控制器根据故障信息、第一转发表备份，进行故障定位。

超级控制器根据故障定位结果、上层交换网络设备属性、上层、下层交换网络拓扑信息，从上层交换网络设备中选择一个设备作为故障设备的备用上层交换网络设备。备用上层交换网络设备，能够代替故障的上层交换网络设备进行工作，且能够通过下层交换网络与故障设备的邻居设备连通且能传输受故障影响的业务；

超级控制器至少依据故障设备所有邻居设备的第一转发表，确定上述备用上层交换网络设备与故障上层交换网络设备所有邻居设备的连接关系、备用上层交换网络设备和故障上层交换网络设备所有邻居设备同下层交换网络设备的连接关系，生成第三转发表，下发至上层交换网络控制器与下层交换网络控制器；

上层交换网络控制器根据第三转发表，提取每一受故障影响业务的、用于前一邻居设备、备用上层交换网络设备、后一邻居设备的第一转发表项，并更新前一邻居设备、备用上层交换网络设备、后一邻居设备的第一转发表。上层交换网络控制器将更新后的第一转发表发送至超级控制器，更新超级控制器中第一转发表备份。其中，前一邻居设备为受故障影响业务在到达故障上层交换网络设备前经过的前一邻居设备，后一邻居设备为受故障影响业务在到达故障上层交换网络设备后的经过的后一邻居设备。

下层交换网络控制器根据第三转发表，依据第三转发表反映的故障上层交换网络设备的邻居设备到备用上层交换网络设备之间的连接关系，计算获得用于前一邻居设备与备用上层交换网络设备间、备用上层交换网络设备与后一邻居设备间的下层交换网络设备的第二转发表项，并更新下层交换网络设备的第二转发表。

可选地，所述拓扑连接表的建立过程，包括：

所述上层交换网络中各所述上层交换网络设备和所述下层交换网络中各所述下层交换网络设备运行拓扑发现协议，获取各所述上层交换网络设备和各下层交换网络设备的标识信息、端口信息，获取所述上层交换网络设备间、所述下层交换网络设备间、所述上层交换网络设备与所述下层交换网络设备间设备连接情况、端口连接情况，建立双层交换网络连接拓扑，生成所述拓扑连接表。

可选地，所述第一转发表的更新过程，包括：

当上层交换网络设备第一次接收到某业务时，上层交换网络设备将业务包发送至上层交换网络控制器。上层交换网络控制器从数据包中提取业务信息，发送至超级控制器。

超级控制器根据上层网络控制器发送的业务信息的和上、下层交换网络拓扑结果计算该业务上、下层交换网络传输路径，上层交换网络传输路径和下层交换网络传输路径结果分别发送至上层交换网络控制器和下层交换网络控制器。上、下层交换网络传输路径结果需要包括业务信息、传输路径设备信息、传输路径端口信息，例如包括该业务源、目的地址、路径上每一经过的交换设备ID、入端口号、出端口号。

上层交换网络控制器根据上层交换网络传输路径结果生成位于此上层交换网络传输路径中每一上层交换网络设备用于转发此业务的第一转发表项,并更新此上层交换网络传输路径中每一上层交换网络设备的第一转发表。第一转发表项需要包括业务信息，业务所经过上层交换网络设备信息、业务所经过上层交换网络设备端口信息，例如包括该业务标识信息、业务源、目的主机地址、该上层交换网络设备ID、该业务进入该上层交换网络设备的入端口号、该业务离开该上层交换网络设备的出端口号。上层交换网络控制器将更新后的第一转发表下发至此上层交换网络传输路径中每一上层交换网络设备。

当故障发生后，上层交换网络控制器接收到超级控制器发送的第三转发表，从第三转发表中提取上层交换网络相关信息，为故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备生成需要更新的第一转发表项，并将更新的第一转发表下发至对应的故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中。此第一转发表项需要包括故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中的业务信息，业务所经过上层交换网络设备信息、业务所经过上层交换网络设备端口信息，例如包括该业务标识信息、业务源、目的主机地址、该上层交换网络设备ID、该业务进入该上层交换网络设备的入端口号、该业务离开该上层交换网络设备的出端口号。

可选地，所述第二转发表的更新过程，包括：

当下层交换网络控制器接收到超级控制器发送的下层交换网络传输路径后，下层交换网络控制器根据下层交换网络传输路径结果生成位于此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备用于转发此业务的第二转发表项，并更新此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备转发此业务的第二转发表，下发至此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备。第二转发表项需要包括业务在下层网络转发所需的设备信息、端口信息，例如下层交换网络设备ID、该业务进入该下层交换网络设备的入端口号、该业务离开该下层交换网络设备的出端口号。

当故障发生后，下层交换网络控制器接收超级控制器发送的第三转发表，依据第三转发表反映的故障上层交换网络设备的邻居设备到备用上层交换网络设备之间的连接关系，计算获得用于前一邻居设备与备用上层交换网络设备间、备用上层交换网络设备与后一邻居设备间的、用于传输受故障影响业务的下层交换网络设备的下层交换网络传输通道和第二转发表项，并更新下层交换网络设备的第二转发表。此第二转发表项包括故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备间传输通道上的下层交换网络设备信息、端口信息。例如包括该下层层交换网络设备ID、该业务进入该上层交换网络设备的入端口号、该业务离开该上层交换网络设备的出端口号。

可选地，所述第三转发表的建立过程，包括：

故障发生后，超级控制器至少依据故障设备所有邻居设备的第一转发表，确定上述备用上层交换网络设备与故障上层交换网络设备所有邻居设备的连接关系、备用上层交换网络设备和故障上层交换网络设备所有邻居设备同下层交换网络设备的连接关系，生成第三转发表，下发至上层交换网络控制器与下层交换网络控制器。第三转发表项需要包括业务信息、业务所经过设备信息、业务所经过设备端口信息，例如包括业务标识信息、前一邻居设备ID、前一邻居设备出端口号、与前一邻居设备所连的下层交换网络设备ID、下层交换网络设备入端口号、下层交换网络设备出端口号、备用上层交换网络设备ID、备用上层交换网络设备入端口号、备用上层交换网络设备出端口号、与备用上层交换网络设备所连的后一邻居下层交换网络设备ID、下层交换网络设备入端口号、下层交换网络设备出端口号、后一邻居设备ID、后一邻居设备入端口号。每一第三转发表项实现一个受故障影响业务从前一邻居设备，经过备用上层交换网络设备，达到后一邻居设备的转发方式。所有第三转发表项合并生成第三转发表。

本发明实施例提供的一种基于配置迁移的跨层网络故障恢复系统及方法，以低时延的网络故障恢复。当上层交换网络故障发生时，上层网络控制器接收处理上层交换网络设备发送的故障信息，或上层网络控制器发现故障设备，生成故障信息，将处理过的或生成故障信息发送至超级控制器进行故障定位。超级控制器通过拓扑连接表、故障定位结果和各第一转发表计算用于恢复此网络故障的备用上层交换网络设备,并生成第三转发表，发送至上层交换网络控制器和下层交换网络控制器。上层交换网络控制器根据第三转发表更新第一转发表，下发至对应上层交换网络设备。下层交换网络控制器根据第三转发表更新第二转发表，下发至对应下层交换网络设备。完成网络故障恢复。

本发明的跨层网络故障恢复系统及方法，注重网络恢复而不是业务恢复，利用下层交换网络的可重构性，实现了上层交换网络故障设备的快速替代及业务恢复。本发明通过迁移故障节点设备配置，仅对故障节点设备进行恢复，从网络层面对网络故障进行恢复，避免因业务恢复而引起的整体网络连接方式的变化。另外，从网络层面对故障进行恢复，避免的上层交换网络业务重路由和多种协议同步，进而解决了现有恢复技术中大量耗时的业务重路由的连锁反应和复杂的协议同步过程。同时，由于对故障节点仅进行配置迁移，故障恢复前后，网络配置不变，双层网络对外呈现一致性，网络管理和运营方式无需改变。本发明实施例的跨层网络故障恢复方法，充分利用了SDN的灵活性，简化了双层网络的跨城协同过程，减少业务恢复路径的计算规划时间，减少因故障恢复而造成的网络变化，显著提高双层网络故障恢复效率。最终，通过本发明实施例的跨层网络故障恢复方法，可满足AI、物联网等新兴技术对故障恢复时延的需求。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例的双层网络示意图。

图2为本发明实施例的一种低时延的跨层网络故障恢复系统结构示意图；

图3为本发明实施例的一种低时延的跨层网络故障恢复方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

本发明旨在针对故障网络进行恢复，通过故障节点的配置迁移避免双层交换网络故障恢复过程中的复杂的重路由计算和耗时的协议同步，大大降低故障恢复时间；同时，由于对故障节点仅进行配置迁移，故障恢复前后，网络配置不变，双层网络对外呈现一致性，网络管理和运营方式无需改变。

图1为本系统与方法实施的跨层网络结构示意图。为了更好地说明本发明实施例的跨层网络故障恢复系统，本发明实施例还公开了一种低时延的跨层网络故障恢复系统，可参见图2。图2为本发明实施例的一种低时延的跨层网络故障恢复系统的结构示意图。在该图2中，跨层网络故障恢复系统分为控制单元以及转发平面：控制单元负责对在双层网络中交换的业务数据流的控制处理；转发平面的作用为按照控制单元对数据流的控制进行实际的数据传输。

其中，控制单元包含三个装置：超级控制器、上层交换网络控制器和下层交换网络控制器。超级控制器包括：拓扑生成模块、计算模块、故障信息模块。上层交换网络控制器包括：上层交网络拓扑收集模块、故障信息模块、配置生成与更新模块、地址解析模块。下层交换网络控制器包括：下层交换网络拓扑收集模块、传输通道调整模块。转发平面具体包括上层交换网络设备、下层交换网络设备。

在本发明实施例中，网络转发设备包括：上层交换网络中的转发设备(如SDN交换机(SoftwareDefined Network switch，软件定义网络交换机))，下层交换网络转发设备(如OTN(Optical TransportNetwork，光传送网)设备)，控制单元与转发平面设备之间运行南向协议(如openflow协议)，说明本发明实施例的跨层网络故障恢复系统的故障恢复过程。具体如下：

上层交换网络拓扑收集模块，存在于控制单元的上层交换网络控制器中，用于收集上层数据交换网络内所有上层交换网络设备的拓扑、上层交换网络设备的端口工作状态和连接的链路状态。同时，上层交换网络拓扑收集模块还需要收集各上层交换网络设备的端口信息及地址信息、各个端口的流量统计信息、各个上层交换网络设备的第一转发表匹配次数以及链路的流量、时延、QoS(Quality of Service，服务质量)等信息，并且上层交换网络拓扑收集模块定期将收集到的信息发送给计算模块。

具体为，上层交换网络拓扑收集模块运行拓扑发现协议(如LLTD(Link LayerTopology Discovery，链接层拓扑结构发现协议)协议)，收集本发明实施例的故障恢复系统的上层交换网络设备属性信息、网络拓扑信息、链路状态、转发设备地址及端口信息。

地址解析模块，存在于控制单元的上层交换网络控制器中，用于在业务包第一次进入上层交换网络设备时解析此业务的转发控制信息，发送配置生成与更新模块。

具体为，上层交换网络设备接收到业务包时，与第一转发表进行流表匹配。如果匹配成功则进行业务转发，若匹配不成功则发送至上层交换网络控制器中的地址解析模块。地址解析模块接收到上层交换网络设备发送的数据包后，解析该业务包的转发控制信息，发送至计算模块进行路经计算，为之后更新第一转发表做准备。

故障信息模块，存在于控制单元的上层交换网络控制器中，用于接收、处理故障信息，发送至故障定位模块进行故障定位。

具体为，上层交换网络设备发现故障后，将故障信息后上报给上层交换网络控制器中的故障信息模块，故障信息模块对故障信息进行解封装，提取受故障影响业务的源、目的地址，发送至故障定位模块；若上层交换网络设备发现设备故障，则直接将包含故障设备信息的故障信息发送至故障定位模块。上述故障设备信息为故障设备ID。

所述配置生成与更新模块，存在于控制单元的上层交换网络控制器中，用于生成上层交换网络设备配置信息和更新配置。当新业务到达上层交换网络设备时，接收计算模块发送的路径信息，生成第一转发表，发送至故障定位模块备份，下发至该路径上所有的上层交换网络设备；当故障发生后，接收超级控制器发送的第三转发表，为故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备生成需要更新的第一转发表项，并将更新的第一转发表项下发至对应的故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中。

具体为，当新业务第一次到达上层交换网络设备时，计算模块计算该业务路径信息，发送至配置生成与更新模块。配置生成与更新模块生成第一转发表，发送至故障定位模块备份，下发至该路径上所有的上层交换网络设备。第一转发表项包括该业务标识信息、该业务源、目的地址、该上层交换网络设备ID、该业务进入该上层交换网络设备的入端口号、该业务离开该上层交换网络设备的出端口号。当下一业务包到来时，进行业务标识匹配，匹配成功则从表中出端口进行转发；若匹配不成功则发送至地址解析模块进行地址解析。

具体为，当故障发生后，配置生成与更新模块接收计算模块发送的第三转发表，根据第三转发表中上层交换网络信息，计算出备用上层交换网络设备、故障上层交换网络设备的邻居设备的第一转发表项，更新这些上层交换网络的第一转发表，将第一转发表发送至故障定位模块更新备份，并下发至相关上层交换网络设备。

下层交换网络拓扑收集模块，存在于控制单元的下层交换网络控制器中，用于收集下层数据交换网络内所有下层交换网络设备的拓扑、下层交换网络设备的端口工作状态和连接的链路状态，同时，下层交换网络拓扑收集模块还需要收集各下层交换网络设备的端口信息及地址信息、各个端口的流量统计、各个下层交换网络设备的第二转发表匹配次数以及链路的流量、时延、QoS(Quality of Service，服务质量)等信息，并且下层交换网络拓扑收集模块定期将收集到的信息发送给计算模块。

具体为，下层交换网络拓扑收集模块运行拓扑发现协议(如LLTD(Link LayerTopology Discovery，链接层拓扑结构发现协议)协议)，收集本发明实施例的故障恢复系统的下层交换网络设备的网络拓扑信息、链路状态、转发设备地址及端口信息。

传输通道调整模块，存在于控制单元的下层交换网络控制器中，用于接收计算模块发送的信息，生成或更新第二转发表，下发至下层交换网络设备。

具体为，当传输通道调整模块接收到路经计算模块发送的路径信息时，生成位于此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备用于转发此业务的第二转发表项，并更新此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备的第二转发表，下发至此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备。下层交换网络控制器将更新后的第二转发表发送至超级控制器，更新超级控制器中第二转发表备份。下层交换网络控制器将更新后的第二转发表下发至此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备。第二转发表项包括下层交换网络设备ID、该数据包进入该下层交换网络设备的入端口号、该数据包离开该下层交换网络设备的出端口号。

当传输通道调整模块接收到路经计算模块发送的第三转发表时，更新第二转发表。传输通道调整模块根据第三转发表中故障上层交换网络设备的邻居设备到备用上层交换网络设备间连接关系，计算实现此连接关系的下层交换网络传输通道，计算并更新这些传输通道上的下层交换网络设备的第二转发表，下发到下层交换网络设备。

拓扑生成模块，存在于控制单元的超级控制器中，用于接收上层拓扑收集模块和下层拓扑收集模块发送的上层交换网络拓扑结果和下层交换网络拓扑结果，合成双层交换网络拓扑，发送至计算模块。

具体为，拓扑生成模块接收上层拓扑收集模块和下层拓扑收集模块发送的上层交换网络拓扑结果和下层交换网络拓扑结果，根据两层设备间连通情况，建立完整的双层交换网络拓扑结果，发送至计算模块。

故障定位模块，存在于控制单元的超级控制器中，用于接收配置生成与更新模块的第一转发表备份和故障信息模块发送的受故障影响业务源、目的地址或故障设备信息进行故障定位，将故障定位结果发送至计算模块。上述故障设备信息为故障设备ID。

具体为，故障定位模块接收到故障信息模块发送的受故障影响业务源、目的地址，在第一转发表中查找对应传输该业务的故障上层交换网络设备ID，发送至计算模块。

计算模块，存在于控制单元的超级控制器中，用于接收拓扑生成模块发送的双层交换网络拓扑结果、故障定位模块发送的故障上层交换网络设备ID，以及地址解析模块发送的新业务的转发控制信息，对新业务计算计算生成新的传输路径，对受故障影响业务计算生成包含备用上层交换设备的恢复路径并生成第三转发表，将传输路径或第三转发表下发至配置生成与更新模块和传输通道调整模块。

具体为，当新业务到达时，地址解析模块解析业务包，将业务源、目的地址发送至计算模块。计算模块根据业务地址信息和拓扑生成模块发送的上、下层交换网络拓扑结果计算业务传输路径，路径结果发送至配置生成与更新模块和传输通道调整模块。路径结果包括该业务所传业务标识信息、源、目的地址、路径上每一经过的交换设备(包括上层交换网络设备和下层交换网络设备)ID、入端口号、出端口号。

具体为，当故障发生时，计算模块接收故障定位模块发送的故障上层交换网络设备ID，根据拓扑生成模块发送的双层交换网络拓扑结果和上层交换网络设备属性，查找备用上层交换网络设备，生成第三转发表，结果发送至配置生成与更新模块和传输通道调整模块。

具体为，计算模块搜索可用的备用上层交换网络设备：首先、查找与受故障影响的业务在到达故障上层交换网络设备前经过的前一邻居设备、后一邻居设备(简称前一邻居设备、后一邻居设备)；

然后，根据上层交换网络设备属性信息，搜索所有具有不小于故障上层交换网络设备交换能力的上层交换网络设备。对上述所有上层交换网络设备，计算时候存在受故障影响业务通过下层交换网络，从前一邻居设备经过此上层交换网络设备到达后一邻居设备的传输路径。在满足条件的上层交换网络设备中选择最优设备作为备用上层交换网络设备，进行故障恢复。

具体为，计算模块生成第三转发表：根据故障上层交换网络设备的邻居设备的第一转发表和备用上层交换网络设备信息，生成第三转发表，发送至上层交换网络控制器与下层交换网络控制器，具体为：超级控制器生成第三转发表项，包括前一邻居设备、备用上层交换网络设备、后一邻居设备通过下层交换网络设备接入到下层交换网络的连接关系。第三转发表项包括：受故障影响的业务标识信息、业务源、目的地址、前一邻居设备ID、前一邻居设备出端口号、与前一邻居设备所连的用于传输此业务的下层交换网络设备ID、此下层交换网络设备入端口号、此下层交换网络设备出端口号、备用上层交换网络设备ID、备用上层交换网络设备入端口号、备用上层交换网络设备出端口号、与备用上层交换网络设备所连的下层交换网络设备ID，此下层交换网络设备入端口号、此下层交换网络设备出端口号、与后一邻居设备所连的用于传输此业务的下层交换网络设备ID、此下层交换网络设备入端口号、此下层交换网络设备出端口号。每一第三转发表项包含传输某一受故障影响的业务的前一邻居设备、备用上层交换网络设备、后一邻居设备与下层交换网络的连接关系。所有第三转发表项合并生成第三转发表。

为实现上述发明目的，在本发明实施例的公开了一种低时延的跨层网络传输与故障恢复方法，如图3所示。需要说明的是，本方法是应用于上述系统的方法.

上层网络控制器和下层网络控制器分别收集上层数据交换网络和下层交换网络中所有交换网络设备的拓扑、交换网络设备属性以及端口工作状态和连接的链路状态。上层交换网络控制器与下层交换网络控制器发送上层、下层网络拓扑结果至超级控制器。

当上层交换网络设备第一次接收某业务时，上层交换网络设备将业务包发送至上层交换网络控制器。上层交换网络控制器从数据包中提取转发信息(如源、目的地址、业务标识信息等)，发送至超级控制器。

超级控制器根据上层网络控制器发送的业务信息的和上、下层交换网络拓扑结果计算该业务上、下层交换网络传输路径，上层交换网络传输路径和下层交换网络传输路径结果分别发送至上层交换网络控制器和下层交换网络控制器。上、下层交换网络传输路径结果需要包括业务信息、传输路径设备信息、传输路径端口信息，例如包括该业务源、目的地址、路径上每一经过的交换设备ID、入端口号、出端口号。

上层交换网络控制器根据上层交换网络传输路径结果生成位于此上层交换网络传输路径中每一上层交换网络设备用于转发此业务的第一转发表项,并更新此上层交换网络传输路径中每一上层交换网络设备的第一转发表。上层交换网络控制器将更新后的第一转发表发送至超级控制器，更新超级控制器中第一转发表备份。上层交换网络控制器将更新后的第一转发表下发至此上层交换网络传输路径中每一上层交换网络设备。第一转发表项需要包括业务信息，业务所经过上层交换网络设备信息、业务所经过上层交换网络设备端口信息，例如包括该业务标识信息、业务源、目的主机地址、该上层交换网络设备ID、该业务进入该上层交换网络设备的入端口号、该业务离开该上层交换网络设备的出端口号。上层交换网络控制器将更新后的第一转发表下发至此上层交换网络传输路径中每一上层交换网络设备。

当下一业务到来时，进行业务标识信息匹配，匹配成功则从表中出端口进行转发；若匹配不成功则将数据包发送至上层交换网络控制器。

下层交换网络控制器根据下层交换网络传输路径结果生成位于此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备用于转发此业务的第二转发表项，并更新此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备转发此业务的第二转发表，下发至此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备。下层交换网络控制器将更新后的第二转发表发送至超级控制器，更新超级控制器中第二转发表备份。下层交换网络控制器将更新后的第二转发表下发至此下层交换网络传输路径中每一下层交换网络设备。第二转发表项需要包括业务在下层网络转发所需的设备信息、端口信息，例如下层交换网络设备ID、该业务进入该下层交换网络设备的入端口号、该业务离开该下层交换网络设备的出端口号。

S301，当上层交换网络发生故障时，若上层交换网络控制器接收到故障信息，对故障信息进行解封装，提取受故障影响业务的源、目的地址，发送至超级控制器；若上层交换网络控制器发现故障设备，生成包含故障设备信息的故障信息，发送至超级控制器。上述故障信息为故障设备ID。

S302，超级控制器根据故障信息、第一转发表备份，进行故障定位。

S303，超级控制器根据故障上层交换网络设备ID、上层交换网络设备属、上层、下层交换网络拓扑信息，搜索所有具有不小于故障上层交换网络设备交换能力的上层交换网络设备。对上述所有上层交换网络设备，计算时候存在受故障影响业务通过下层交换网络，从前一邻居设备经过此上层交换网络设备到达后一邻居设备的传输路径。前一邻居设备、后一邻居设备分别为受故障影响的业务在到达故障上层交换网络设备前经过的前一邻居设备、后一邻居设备

S304，若超级控制器搜索不到合适的上层交换网络设备，则报告网络恢复资源不足。

S305，若超级控制器搜索到合适的上层交换网络设备，在满足条件的上层交换网络设备中选择最优设备作为备用上层交换网络设备，进行故障恢复。超级控制器至少依据故障设备所有邻居设备的第一转发表，确定上述备用上层交换网络设备与故障上层交换网络设备所有邻居设备的连接关系、备用上层交换网络设备和故障上层交换网络设备所有邻居设备同下层交换网络设备的连接关系，生成第三转发表，下发至上层交换网络控制器与下层交换网络控制器。第三转发表项需要包括业务信息、业务所经过设备信息、业务所经过设备端口信息，例如包括业务标识信息、前一邻居设备ID、前一邻居设备出端口号、与前一邻居设备所连的下层交换网络设备ID、下层交换网络设备入端口号、下层交换网络设备出端口号、备用上层交换网络设备ID、备用上层交换网络设备入端口号、备用上层交换网络设备出端口号、与备用上层交换网络设备所连的后一邻居下层交换网络设备ID、下层交换网络设备入端口号、下层交换网络设备出端口号、后一邻居设备ID、后一邻居设备入端口号。每一第三转发表项实现一个受故障影响业务从前一邻居设备，经过备用上层交换网络设备，达到后一邻居设备的转发方式。所有第三转发表项合并生成第三转发表。

S306，上层交换网络控制器接收到超级控制器发送的第三转发表，从第三转发表中提取上层交换网络相关信息，为故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备生成需要更新的第一转发表项，并将更新的第一转发表下发至对应的故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中。此第一转发表项需要包括故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中的业务信息，业务所经过上层交换网络设备信息、业务所经过上层交换网络设备端口信息，例如包括该业务标识信息、业务源、目的主机地址、该上层交换网络设备ID、该业务进入该上层交换网络设备的入端口号、该业务离开该上层交换网络设备的出端口号。上层交换网络控制器将更新后的第一转发表发送至超级控制器，更新超级控制器中第一转发表备份。

S307，下层交换网络控制器接收超级控制器发送的第三转发表，依据第三转发表反映的故障上层交换网络设备的邻居设备到备用上层交换网络设备之间的连接关系，计算获得用于前一邻居设备与备用上层交换网络设备间、备用上层交换网络设备与后一邻居设备间的、用于传输受故障影响业务的下层交换网络设备的下层交换网络传输通道和第二转发表项，并更新下层交换网络设备的第二转发表。此第二转发表项包括故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备间传输通道上的下层交换网络设备信息、端口信息。例如包括该下层层交换网络设备ID、该业务进入该上层交换网络设备的入端口号、该业务离开该上层交换网络设备的出端口号。

Claims (14)

1.一种基于配置迁移的跨层网络故障恢复系统，包括：至少一个上层交换网络控制器，至少一个下层交换网络控制器，至少一个超级控制器以及至少两个上层交换网络设备，至少一个下层交换网络设备，其中，

所述上层交换网络控制器，将上层交换网络设备故障信息发送至所述超级控制器；接收超级控制器生成并发出的用于故障恢复的第三转发表；

所述超级控制器，接收上层交换网络控制器所发送的故障信息，根据故障信息与拓扑连接表进行故障定位；至少根据故障定位结果、拓扑连接表和上层交换网络设备属性，在上层交换网络中选择合适的备用上层交换网络设备；确定“故障设备的邻居设备”到超级控制器选择的备用上层交换网络设备之间的上层交换网络连接关系，以及备用上层交换网络设备、故障设备所有邻居设备与下层交换网络设备的连接关系，并据此生成第三转发表，发送至上层交换网络控制器与下层交换网络控制器；其中，“故障设备的邻居设备”是指在原有上层交换网络视图中与故障设备直接相连的上层交换网络设备；

所述下层交换网络控制器，接收超级控制器发送的第三转发表，并依据第三转发表更新下层交换网络设备的第二转发表。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上层交换网络控制器，在网络故障发生时，通过接收上层交换网络设备发送的故障信息、主动发现上层交换网络设备存在故障的一种或多种方式，生成上层交换网络设备故障信息，将上层交换网络设备故障信息发送至超级控制器；接收超级控制器发送的第三转发表，为故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备生成需要更新的第一转发表项，并将更新的第一转发表下发至对应的故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上层交换网络控制器还包括：

故障信息模块，用于接收并处理上层交换网络设备发送的故障信息，发送至故障定位模块进行故障定位；

配置生成与更新模块，用于生成上层交换网络设备配置信息和更新配置；网络正常运行时，如有新业务进入网络，则接收计算模块发送的路径信息，生成第一转发表，发送至故障定位模块备份，并更新该路径上所有上层交换网络设备的第一转发表；当故障发生后，接收超级控制器发送的第三转发表，为故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备生成需要更新的第一转发表项，并将更新的第一转发表项下发至对应的故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下层交换网络控制器，接收超级控制器发送的第三转发表，依据第三转发表反映的“故障设备的邻居设备”到备用上层交换网络设备之间的连接关系，计算实现上述连接关系的下层交换网络传输通道，并更新这些传输通道上的下层交换网络设备的第二转发表。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下层交换网络控制器还包括：传输通道调整模块，用于接收超级控制器计算模块发送的信息，生成或更新第二转发表，下发至下层交换网络设备。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述超级控制器，在网络故障发生时，接收上层交换网络控制器发送的故障信息，还确定上层交换网络故障设备的故障端口；通过故障定位结果、拓扑连接表、故障设备信息以及上层交换网络设备属性，在上层交换网络中选择合适的备用上层交换网络设备；进一步地，至少依据故障设备所有邻居设备的第一转发表，生成第三转发表。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述备用上层交换网络设备，能够通过下层交换网络与故障设备的邻居设备连通且能传输受故障影响的业务，以保证备用上层交换网络设备具有代替故障的上层交换网络设备工作的能力。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述拓扑连接表,包含上层交换网络设备间、下层交换设备间、上层交换网络设备与下层交换网络设备间的连接关系；

所述第一转发表，描述上层交换网络设备对上层业务的交换行为，包括业务经过的设备端口信息；

所述第二转发表，描述下层交换网络设备对下层业务的交换行为，包括业务经过的设备端口信息；

所述第三转发表,描述故障设备的邻居设备、备用上层交换网络设备同下层交换网络设备之间的连接关系和业务交换行为，以及备用上层交换网络设备对上层业务的交换行为。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超级控制器还包括：

故障定位模块，用于接收上层交换网络控制器配置生成与更新模块的第一转发表备份和上层交换网络控制器故障信息模块发送的故障信息进行故障定位，将故障定位结果发送至超级控制器的计算模块；

计算模块，根据拓扑连接表、故障定位结果以及上层交换网络设备属性，从上层交换网络设备中选择一个设备作为故障设备的备用上层交换网络设备，并至少依据故障设备所有邻居设备的第一转发表生成第三转发表；其中，计算模块选择的备用上层交换网络设备能力应不低于故障设备的交换能力，且备用上层交换网络设备应该可以通过下层交换网络与故障设备的邻居设备连通，以保证备用上层交换网络设备对故障设备具有完全替代能力。

10.一种基于配置迁移的跨层网络故障恢复方法,所述方法应用于双层交换网络，包括上层交换网络和下层交换网络，所述方法包括：

当上层交换网络中业务故障发生时，上层交换网络控制器接收并处理上层交换网络设备发送的故障信息、或发现上层交换网络设备存在故障而生成故障信息，将上述故障信息发送至超级控制器；

超级控制器根据故障信息与第一转发表，查找上层交换网络中故障设备，进行故障设备定位；

超级控制器至少根据拓扑信息、故障定位结果以及上层交换网络设备属性，在上层交换网络中选择备用上层交换网络设备；

超级控制器至少依据故障设备的所有邻居设备的第一转发表，生成第三转发表，下发至上层交换网络控制器与下层交换网络控制器；其中，“故障设备的邻居设备”是指在原有上层交换网络中与故障设备直接相连的设备；

上层交换网络控制器依据第三转发表为故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备生成需要更新的第一转发表项，并将更新的第一转发表下发至对应的故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中；

下层交换网络控制器依据第三转发表反映的“故障设备的邻居设备”到备用上层交换网络设备之间的连接关系，计算实现上述连接关系的下层交换网络传输通道，并更新这些传输通道上的下层交换网络设备的第二转发表。

11.根据权利要求10所述的故障恢复方法，其特征在于，所述超级控制器“选择备用上层交换网络设备”，包括：

超级控制器根据拓扑信息、故障定位结果和上层交换网络设备属性，在上层交换网络中选择合适的备用上层交换网络设备；其中，备用上层交换网络设备，能够代替故障的上层交换网络设备进行工作，且能够通过下层交换网络与故障设备的邻居设备连通且能传输受故障影响的业务。

12.根据权利要求10所述的故障恢复方法，其特征在于，所述上层交换网络控制器“生成需要更新的第一转发表项”，包括：

上层交换网络控制器根据超级控制器发送的第三转发表，提取上层交换网络相关信息，为故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备生成需要更新的第一转发表项；这些第一转发表项需要包括故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备中的受故障影响的业务信息，受故障影响的业务所经过上层交换网络设备信息、受故障影响的业务所经过上层交换网络设备端口信息。

13.根据权利要求10所述的故障恢复方法，其特征在于，所述下层交换网络控制器“计算实现上述连接关系的下层交换网络传输通道，并更新这些传输通道上的下层交换网络设备的第二转发表”，包括：

下层交换网络控制器依据第三转发表，计算并获得用于连接故障设备的邻居设备与备用上层交换网络设备的下层交换网络传输通道，并生成第二转发表项；此第二转发表项包括故障上层交换网络设备的邻居设备和备用上层交换网络设备间传输通道上的下层交换网络设备信息、端口信息。

14.根据权利要求10所述的故障恢复方法，其特征在于：

超级控制器确定备用上层交换网络设备与故障设备所有邻居设备的连接关系、备用上层交换网络设备和故障设备所有邻居设备同下层交换网络设备的连接关系，进而生成第三转发表；第三转发表需要包括受故障影响的业务信息、受故障影响的业务所经过设备信息、受故障影响的业务所经过设备端口信息；其中，受故障影响的业务所经过设备包括故障设备的邻居设备和备用上层交换网络设备以及连接上述设备的下层交换网络设备。

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