（西南石油大學計算機科學學院 四川 610500）

1 緒論

1.1 研究背景與意義

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和云計算等業(yè)務的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為云計算基礎架構(gòu)的也隨之大規(guī)模建設和部署，而數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)尤其是跨域組網(wǎng)也面臨新的要求及挑戰(zhàn)。

軟件定義網(wǎng)絡SDN 及軟件定義廣域網(wǎng)SD-WAN的體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡自動化、智能化的部署提供了可能。SDN 將數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的控制層面和轉(zhuǎn)發(fā)層面解耦，構(gòu)建了可編程的集中控制器和分布式流表轉(zhuǎn)發(fā)的體系結(jié)構(gòu)，該技術(shù)屏蔽了異構(gòu)硬件及設備的復雜度，為上層應用提供了簡單高效的配置與管理。但是基于OpenFlow的SDN技術(shù)實現(xiàn)為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡部署帶來新的問題：對于數(shù)據(jù)流的控制粒度太小，基于流的轉(zhuǎn)發(fā)方式為每一條數(shù)據(jù)流都生成一條表項，需要維持的表項結(jié)構(gòu)過于龐大；集中控制器根據(jù)網(wǎng)絡狀態(tài)生成流表，同步給網(wǎng)絡設備，網(wǎng)絡設備再將其下發(fā)到硬件指導數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從某些層面增加了處理及轉(zhuǎn)發(fā)延遲；集中控制器收集網(wǎng)絡拓撲信息然后再根據(jù)拓撲變化計算轉(zhuǎn)發(fā)邏輯，會造成收斂緩慢等問題。

1.2 研究現(xiàn)狀

隨著云計算技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡規(guī)模也隨著服務器的容量規(guī)模增多而擴大，從成本和運維角度上來看，大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構(gòu)的設計必須考慮較高的服務器密度，而隨著虛擬機遷移等東西向流量的日益增加，合理的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構(gòu)的提出必須迎合上述需求、應對上述挑戰(zhàn)。

2 相關(guān)技術(shù)介紹

2.1 分段路由技術(shù)

SR（Segment Routing）體系結(jié)構(gòu)不是基于特定的網(wǎng)絡拓撲，而是可以使用SR來優(yōu)化大型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的部署，網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)可以使用SR 從“網(wǎng)絡適配器業(yè)務”向“業(yè)務驅(qū)動的網(wǎng)絡”演進，SR 可用于根據(jù)需要計算業(yè)務顯示路徑，實時動態(tài)調(diào)整前向神經(jīng)網(wǎng)絡路徑。SR 具有以下基本概念：

段路由域：SR 節(jié)點的集合。

SID：即Segment ID，用于標識唯一的Segment，作為SRGB的索引，轉(zhuǎn)發(fā)層可以映射到MPLS標簽等。

SRGB（分段路由全局塊）：用戶指定的為分段路由保留的全局標簽集。

作為高度可擴展的路由協(xié)議，ISIS 通過使用類型/長度/值（TLV）三元組對通知信息進行編碼。此外，通知使用sub-tlv（Sub TLV）將更多信息封裝在TLV中。通過定義新的TLV 或擴展現(xiàn)有的TLV，可以輕松添加新協(xié)議的功能。ISIS SR 擴展引入了必要的TLV，可以是Prefix-SID和Adjacency-SID 附加到各種前綴和Adjacency 通知TLV。BGP 也可以用作SR，SID 平面，控制某些網(wǎng)絡中的分發(fā)網(wǎng)絡，特別是大型跨域數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡將BGP僅用作路由協(xié)議，而BGP相對簡單，其屬性使BGP 路由功能可以支持流量工程的每一個飛躍，所有供應商都可以支持交易，但是實際上通過MP-BGP協(xié)議BGP 分配和單播前綴標簽在當前網(wǎng)絡中非常普遍。

2.2 IS-IS for SR

隨著網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，VoIP和在線視頻等業(yè)務對實時性的要求越來越高，而IS-IS 故障恢復需要經(jīng)歷“故障感知、LSP 更新、LSP泛洪、路由計算和下發(fā)FIB 由這幾個過程才能將流量切換到新的鏈路上，因此流量中斷的時間遠遠超過了50ms，不能滿足此類網(wǎng)絡業(yè)務對實時性的要求。TI-LFA FRR 能為Segment Routing 隧道提供鏈路及節(jié)點的保護。當某處鏈路或節(jié)點故障時，流量會快速切換到備份路徑，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而最大程度上避免流量的丟失。LFA和Remote LFA對于某些大型組網(wǎng)，特別是P 空間和Q 空間即沒有交集，也沒有直連的鄰居，當某處鏈路或者節(jié)點故障時，無法計算出備份路徑，導致流量丟失，不能滿足可靠性要求。這種情況下實現(xiàn)了TI-LFA。

3 中心網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 快速重路由

快速重路由（FRR）是為網(wǎng)絡中出現(xiàn)鏈路或節(jié)點故障后的這些重要節(jié)點或鏈路提供備份保護，以實現(xiàn)快速重路由，減少鏈路或節(jié)點故障對流量的影響，使流量快速恢復。段路由（SR）是一種新興的網(wǎng)絡技術(shù)，可以應用于快速重路由方案。單鏈路故障時可以實現(xiàn)快速重路由。對于具有大量流量的網(wǎng)絡，當多個鏈接同時出現(xiàn)故障時，將出現(xiàn)一些問題。最可能的問題是鏈路擁塞，這會導致整體網(wǎng)絡性能下降。如果多個鏈路發(fā)生故障，并且仍基于下一跳選擇恢復路徑，則業(yè)務流量會頻繁地在故障鏈路的兩端恢復，不僅影響業(yè)務的恢復過程，而且在業(yè)務出現(xiàn)故障時容易造成擁塞，流量很大，而且，先前的算法可能存在一些網(wǎng)絡拓撲的恢復路徑重疊的問題。

3.2 分段路由

分段路由（Segment Routing，可以轉(zhuǎn)換為指令的路由），簡稱為SR，是一種基于SPRING 框架，網(wǎng)絡節(jié)點（通常為路由器或主機設備等）選擇路徑的源路由協(xié)議，并且引導數(shù)據(jù)包沿網(wǎng)絡路徑通過，具體的實現(xiàn)方法是在入口節(jié)點中按順序插入Segment數(shù)據(jù)包頭列表，以指導如何處理相應的節(jié)點并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。這種部署方法可以將整個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡簡化為幾個部分。由幾個段構(gòu)成的顯示路徑只需要根據(jù)上述指示轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，而不需要維護大量的狀態(tài)信息或轉(zhuǎn)發(fā)項。通過將SR的部署模式與SDN相結(jié)合，SDN 集中式控制器只需在網(wǎng)絡源節(jié)點或入口節(jié)點上發(fā)布相應的網(wǎng)段列表，就大大簡化了控制級別的復雜性，并提高了相應SDN 控制器的可擴展性。但是，上述部署模式不需要控制器與所有網(wǎng)絡節(jié)點之間頻繁的交互，因此可以提高網(wǎng)絡的收斂速度。

針對網(wǎng)絡中多鏈路故障的情況下的快速重路由。該算法基于不同的服務目的地來計算其恢復路徑，當受影響的服務數(shù)量較大時，可以最大限度地減少網(wǎng)絡多鏈路故障引起的鏈路擁塞。通過應用分段路由（SR）編碼恢復路徑來獲得分段列表，然后在分段列表中標簽（分段）的指導下將受影響的業(yè)務流轉(zhuǎn)發(fā)到目標。

目前，主流的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構(gòu)是Clos網(wǎng)絡架構(gòu)，可以根據(jù)需求分為三層或兩層。

4 結(jié)論

隨著Internet的不斷快速發(fā)展，部署在Internet上的應用程序發(fā)生了很大變化。Internet上部署的應用程序正在從非實時應用程序發(fā)展為實時應用程序（股票交易，視頻流，實時通信等）。但是現(xiàn)在，實時應用程序可用于網(wǎng)絡并對網(wǎng)絡提出了更高的要求。在此之前，分組傳輸網(wǎng)絡已經(jīng)在運營商網(wǎng)絡中大規(guī)模部署，以滿足客戶對于網(wǎng)絡越來越高的要求。