肖漫漫，劉驥琛，李艷麗，馬 迎

(中國人民大學(xué) 信息技術(shù)中心， 北京 100872)

近年來，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、IPv6、在線視頻、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)流量變得復(fù)雜多樣，應(yīng)用種類也越來越多，互聯(lián)網(wǎng)的帶寬資源越來越豐富，企業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的彈性、靈活性和QoS(quality of service)的需求也越來越高。因此業(yè)界提出了軟件定義廣域網(wǎng)(SD-WAN, software-defined wide area network)，通過部署SD-WAN，可將網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，降低流量成本，提高帶寬利用率，加速網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分發(fā)效率[1]，實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)部署和流量調(diào)度。為保障SD-WAN可靠性及利用率，SD-WAN通過部署多鏈路備份方案，同時(shí)接入專線、互聯(lián)網(wǎng)、LTE/衛(wèi)星線路，利用overlay技術(shù)將不同線路混合捆綁，從而實(shí)現(xiàn)多鏈路間的流量調(diào)度和復(fù)雜服務(wù)質(zhì)量[2]。而目前業(yè)界部署的SD-WAN多鏈路間的流量調(diào)度方案均為基于IPv4協(xié)議棧技術(shù)，支持IPv4/IPv6的雙棧流量調(diào)度還沒有統(tǒng)一的解決方案。

另一方面，分段路由(SR, segment routing)技術(shù)以及與軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN, software defined network)結(jié)合受到了人們的青睞。分段路由支持無狀態(tài)源路由，可以減輕控制器和中間節(jié)點(diǎn)的開銷，對(duì)路徑的管理和控制也十分靈活[3]，因此也有一些工作研究了如何基于分段路由技術(shù)解決SDN中的流量調(diào)度問題[4-7]。其中文獻(xiàn)[4]將流量路徑進(jìn)行分解，在考慮2段段列表的情況下，開發(fā)了離線和在線的流量調(diào)度優(yōu)化算法。文獻(xiàn)[5]提出了一種基于分段路由路徑變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過記錄經(jīng)過節(jié)點(diǎn)和可能的下一跳節(jié)點(diǎn)，達(dá)到流量調(diào)度時(shí)減小消耗計(jì)算資源的目的。文獻(xiàn)[6]分析了基于分段路由技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)流量模型，考慮在流轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)使用單路徑而不是會(huì)加大計(jì)算資源消耗的等價(jià)多路徑模型。文獻(xiàn)[7]提出了一種SDN網(wǎng)絡(luò)中基于分段路由的多路徑流量調(diào)度算法，該算法在進(jìn)行路徑權(quán)重計(jì)算后，根據(jù)路徑權(quán)重選擇最優(yōu)路徑，并基于分段路由技術(shù)構(gòu)造分段流表下發(fā)到邊緣交換機(jī)。但以上所述流量調(diào)度算法僅針對(duì)IPv4流量，還不能解決雙棧流量的調(diào)度問題。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 SRv6簡(jiǎn)介

SRv6是一種基于IPv6數(shù)據(jù)平面實(shí)現(xiàn)的分段路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分段路由技術(shù)[8]通過將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)路徑切割為不同的分段，并在路徑的起始點(diǎn)往報(bào)文中插入分段信息指導(dǎo)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。這樣的路徑分段通過SID(段標(biāo)識(shí)符, segment identifier)來標(biāo)識(shí)。路徑的起始節(jié)點(diǎn)把這些路徑分段組合起來形成段序列(segment list)，指引報(bào)文按照段列表在網(wǎng)絡(luò)上將數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。為在IPv6報(bào)文中實(shí)現(xiàn)SRv6轉(zhuǎn)發(fā)，依據(jù)IPv6原有的路由擴(kuò)展報(bào)文頭定義了SRv6擴(kuò)展報(bào)文頭SRH(段路由擴(kuò)展報(bào)文頭, segment routing header)[9]，SRH通過攜帶段列表等信息顯式地指定一條SRv6路徑。由于對(duì)雙棧流量進(jìn)行了調(diào)度，與文獻(xiàn)[4-7]針對(duì)IPv4的流量調(diào)度研究中壓入SID信息引導(dǎo)流量轉(zhuǎn)發(fā)的方式不同，通過在恢復(fù)路徑中壓入SRH信息引導(dǎo)流量轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)而通過在處理節(jié)點(diǎn)指定行為指令對(duì)流量報(bào)文進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)流量調(diào)度。在IETF的SRv6 Network Programming[10]文稿中定義了很多SRv6段端節(jié)點(diǎn)(Endpoint)行為的指令，SRv6常見指令功能介紹如表1所示。

表1 SRv6 Endpoint常見指令功能Table 1 Function of SRv6 Endpoint

1.2 FRR技術(shù)

快速重路由(FRR, fast reroute)技術(shù)是指在鏈路故障發(fā)生時(shí)，能夠快速切換到備份路由路徑的機(jī)制[11]。基于FRR技術(shù)，當(dāng)鏈路狀態(tài)失效無法正常傳輸流量數(shù)據(jù)時(shí)， SD-WAN控制器會(huì)對(duì)備份路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算，并將計(jì)算好的備份路徑轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則部署到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，以調(diào)度中斷的流量。

基于以上2種技術(shù)原理，由于網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)和故障恢復(fù)后會(huì)產(chǎn)生環(huán)路現(xiàn)象，而SRv6通過創(chuàng)建無環(huán)的SRv6 段列表就可以有效地消除網(wǎng)絡(luò)環(huán)路[12]，因此分段路由技術(shù)結(jié)合FRR技術(shù)也越來越多地被用來解決鏈路失效時(shí)的路徑恢復(fù)問題[13-15]。其中文獻(xiàn)[13] 分別針對(duì)單鏈路失效和多鏈路失效提出基于分段路由的快速重路由技術(shù)，2種算法都是在檢測(cè)到鏈路失效后，計(jì)算出拼接路徑，并通過分段路由技術(shù)引導(dǎo)業(yè)務(wù)流量的恢復(fù)路徑。文獻(xiàn)[14]提出基于分段路由的主動(dòng)式鏈路故障恢復(fù)策略，該策略利用分段路由的方法，通過將鏈路信息壓入數(shù)據(jù)包頭部進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，從而達(dá)到鏈路恢復(fù)時(shí)減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備消耗流表項(xiàng)資源的目的。

2 DSTS算法

2.1 系統(tǒng)場(chǎng)景

在多園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中，各園區(qū)保留獨(dú)立的園區(qū)接入廣域網(wǎng)的出口鏈路，而當(dāng)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)支持雙協(xié)議棧架構(gòu)時(shí)，各園區(qū)接入廣域網(wǎng)出口多部署IPv4/IPv6雙鏈路，多園區(qū)雙棧網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢詺w結(jié)為如圖1所示拓?fù)淠Ｐ汀?/p>

圖1 多園區(qū)雙棧網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ虵ig. 1 Topology of dual stack in muti-brunches

如圖1所示，園區(qū)A任意主機(jī)Ha和園區(qū)B任意主機(jī)Hb分別通過雙棧鏈路接入廣域網(wǎng)，在任意園區(qū)IPv4和IPv6鏈路有效狀態(tài)下，Ha發(fā)往Hb的IPv4流量傳輸路徑為Ha->Ra0->Ra4->WAN->Rb4->Rb0->Hb、IPv6流量傳輸路徑為Ha->Ra0->Ra6->WAN->Rb6->Rb0->Hb。假設(shè)園區(qū)A IPv4鏈路出現(xiàn)故障，即Ra4->WAN鏈路失效，此時(shí)需在Ra4節(jié)點(diǎn)進(jìn)行快速重路由，按照現(xiàn)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，恢復(fù)路徑應(yīng)為Ra4->Ra6->WAN。但是當(dāng)IPv4數(shù)據(jù)流到達(dá)節(jié)點(diǎn)Ra6時(shí)，由于沒有匹配的路由轉(zhuǎn)發(fā)表，最終會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的丟失。同理，當(dāng)園區(qū)A IPv6鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，當(dāng)IPv6數(shù)據(jù)流到達(dá)節(jié)點(diǎn)Ra4時(shí)，仍會(huì)面對(duì)數(shù)據(jù)包丟失的問題。

針對(duì)上述應(yīng)用場(chǎng)景提出DSTS算法，該算法在SD-WAN的基礎(chǔ)上，通過觸發(fā)SD-WAN控制器為雙棧數(shù)據(jù)流重新計(jì)算一條路徑，實(shí)現(xiàn)路由快速恢復(fù)，并分為路徑編碼算法和報(bào)文處理算法2部分實(shí)現(xiàn)雙棧流量調(diào)度，進(jìn)而達(dá)到雙棧業(yè)務(wù)流量快速恢復(fù)的效果。

2.2 數(shù)學(xué)模型

將計(jì)算流量路徑描述為單源最短路徑模型，其數(shù)學(xué)模型描述為帶權(quán)有向圖G(N,A)，定義節(jié)點(diǎn)s∈N為源節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)為非源節(jié)點(diǎn)，路徑長(zhǎng)度為該路徑所包含鏈路長(zhǎng)度之和。計(jì)算單源最短路徑問題就是找出源節(jié)點(diǎn)s到每一個(gè)非源節(jié)點(diǎn)j的有向最短路徑，由于流量轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)計(jì)僅支持單路徑，進(jìn)一步將原優(yōu)化模型轉(zhuǎn)換為一個(gè)整數(shù)線性規(guī)劃(ILP, inter linear programming)模型，即優(yōu)化目標(biāo)是恢復(fù)單源路徑長(zhǎng)度。該模型用到的變量如表2所示。

表2 符號(hào)含義Table 2 Notation meaning

優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

Minimize∑(i,j)∈Acijxij，

(1)

s.t.

∑{j:(i,j)∈A}xij-∑{j:(j,i)∈A}xij=1,i,j∈A且i=s，

(2)

∑{j:(i,j)∈A}xij-∑{j:(j,i)∈A}xij=-1,i,j∈A且i=t，

(3)

∑{j:(i,j)∈A}xij-∑{j:(j,i)∈A}xij=0,i,j∈A且i≠s,t，

(4)

0≤xij≤1，i,j∈A，

(5)

∑{j:(i,j)∈A}xij≤1，i,j∈A且i≠s,t，

(6)

∑{j:(j,i)∈A}xij≤1，i,j∈A且i≠s,t，

(7)

目標(biāo)函數(shù)是最小化單源恢復(fù)路徑長(zhǎng)度，公式(1)表示i,j為鏈路(i,j)的上下游節(jié)點(diǎn)，如果鏈路(i,j)是在業(yè)務(wù)最短路徑上，則為1，否則為0。公式(2)(3)(4)表示鏈路流量守恒，若限制數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)僅支持單路徑，則遵守式(2)(4)。公式(5)表示如果鏈路(i,j)在最短路徑上，則值為0，否則為1。公式(6)(7)可防止產(chǎn)生環(huán)路。

優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)求解算法流程如下：

1)SD-WAN控制器記錄有向圖G(N,A)，記錄各鏈路權(quán)重cij，并采用Dijkstra算法計(jì)算最短路徑并保存。

2)當(dāng)出現(xiàn)鏈路故障時(shí)，更新失效鏈路權(quán)重cst=0，控制器刪除故障節(jié)點(diǎn)和失效鏈路，更新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇镚(N,A′)。

3)重復(fù)步驟1) ，根據(jù)更新后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌捎米疃搪窂剿惴ㄖ匦掠?jì)算最優(yōu)路徑并保存。

2.3 DSTS算法設(shè)計(jì)與分析

在快速重路由的應(yīng)用基礎(chǔ)上，基于SRv6提出雙棧流量調(diào)度算法。設(shè)計(jì)思路是在園區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袉螀f(xié)議棧出口鏈路失效的場(chǎng)景下，對(duì)于受影響的業(yè)務(wù)流量，SD-WAN控制器分別以失效鏈路2端的上下游節(jié)點(diǎn)為源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)計(jì)算一條恢復(fù)路徑，通過路徑編碼算法計(jì)算出并壓入SRH的內(nèi)容、通過報(bào)文處理算法計(jì)算出雙棧流量的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)方式，進(jìn)而將業(yè)務(wù)流量繞過失效鏈路引導(dǎo)至下游節(jié)點(diǎn)。基于SRv6的雙棧流量調(diào)度算法如表3所示。

表3 DSTS算法Table 3 Algorithm of DSTS

在該場(chǎng)景下，SD-WAN控制器監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)，當(dāng)鏈路失效后，控制器更新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，將失效鏈路刪除，進(jìn)而根據(jù)最短路徑算法計(jì)算出恢復(fù)路徑。如圖2所示，當(dāng)鏈路Ra4->WAN鏈路失效時(shí)，園區(qū)間IPv4流量會(huì)切換到重新計(jì)算的恢復(fù)路徑Ha->Ra0->Ra4->Ra6->Rb6->Rb4->Rb0->Hb。假設(shè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)均支持SRv6，可以把節(jié)點(diǎn)Ra4作為入口節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)Rb4作為出口節(jié)點(diǎn)。SD-WAN控制器監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)，當(dāng)鏈路失效后，控制器更新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑢⑹ф溌穭h除，在園區(qū)出口Ra4節(jié)點(diǎn)通過Segment List引導(dǎo)流量繞過失效鏈路，并通過SRv6作為underlay技術(shù)穿越廣域網(wǎng)，在出口節(jié)點(diǎn)(即故障鏈路的下游節(jié)點(diǎn))彈出所有路徑分段并恢復(fù)原始報(bào)文進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，保證雙棧流量通過快速重路由生成的替代路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。采用基于編碼算法的方式進(jìn)行路徑編碼，以此確定段列表壓入哪些Segment。

圖2 DSTS算法拓?fù)銯ig. 2 Topology of DSTS algorithm

2.4 DSTS算法實(shí)現(xiàn)

針對(duì)圖2所示場(chǎng)景的恢復(fù)路徑，設(shè)計(jì)的DSTS算法包括路徑編碼算法和報(bào)文處理算法2部分，算法偽代碼描述分別如表4、表5所示，表6為報(bào)文處理算法使用的符號(hào)及其含義。

表4 路徑編碼算法Table 4 Algorithm of path coding

表5 報(bào)文處理算法Table 5 Algorithm of packet

表6 報(bào)文處理算法符號(hào)及其含義Table 6 Notation meanings of algorithm 2

表4描述了圖2場(chǎng)景所示的恢復(fù)路徑編碼算法。針對(duì)不同協(xié)議流量類型，在該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，每條鏈路的權(quán)重值cij是不均等的，采用逆向遍歷解法。從失效鏈路下游節(jié)點(diǎn)開始，其中恢復(fù)路徑源節(jié)點(diǎn)S(即圖2中Ra4)為失效鏈路上游節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)T(即圖2中Rb4)為失效鏈路下游節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)X為恢復(fù)路徑的中間節(jié)點(diǎn)。逆向遍歷恢復(fù)路徑直到找到節(jié)點(diǎn)X使其路徑權(quán)重和滿足公式(8)，CTX為節(jié)點(diǎn)T到節(jié)點(diǎn)X的路徑權(quán)重和，而CXT為節(jié)點(diǎn)X到節(jié)點(diǎn)T的路徑權(quán)重和，Y為X下一跳節(jié)點(diǎn)，其他變量同理。

(8)

若X節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)重合，則壓入目的節(jié)點(diǎn)Segment，若X節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)不重合，則壓入該節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)Segment，之后各節(jié)點(diǎn)依據(jù)表5所示的報(bào)文處理算法進(jìn)行報(bào)文調(diào)度，最終遵循路由協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)，圖6為報(bào)文處理處理算法的符號(hào)及含義。

通過上述解決方案，可以基于SRv6實(shí)現(xiàn)受影響的廣域網(wǎng)雙棧流量的快速恢復(fù)，該方案主要解決了在單協(xié)議棧廣域網(wǎng)鏈路失效的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下，基于繞過失效鏈路的原則，以失效鏈路的上游節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)針對(duì)受影響數(shù)據(jù)流計(jì)算一條恢復(fù)路徑，并利用路徑編碼算法得到Segment List壓入數(shù)據(jù)包首部，進(jìn)而依據(jù)報(bào)文處理算法對(duì)數(shù)據(jù)流報(bào)文及其轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行處理，然后通過Segment的引導(dǎo)將受影響的數(shù)據(jù)流通過恢復(fù)路徑調(diào)度至失效鏈路的下游節(jié)點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)在盡可能減少網(wǎng)絡(luò)重新配置的前提下，數(shù)據(jù)流仍沿著原有廣域網(wǎng)鏈路進(jìn)行傳輸。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析

通過實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的仿真與驗(yàn)證，得出該方案可以解決SD-WAN單協(xié)議棧鏈路失效時(shí)的雙棧流量調(diào)度問題，采用仿真平臺(tái)mininet搭建測(cè)試拓?fù)?，使用iproute2進(jìn)行節(jié)點(diǎn)配置，控制器基于Python2.7開發(fā)實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選擇Ubuntu18.04(Linux內(nèi)核4.15.0)，流量發(fā)生和性能測(cè)試工具采用Iperf和Wireshark軟件。

3.1 系統(tǒng)仿真驗(yàn)證園區(qū)IPv4出口鏈路失效場(chǎng)景

場(chǎng)景仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示。

圖3 “園區(qū)IPv4出口鏈路失效場(chǎng)景”仿真拓?fù)銯ig. 3 Simulation topology of IPv4 link failure scenario

如圖3所示，“園區(qū)IPv4出口鏈路失效場(chǎng)景”的仿真拓?fù)溆蒆a和Hb2臺(tái)主機(jī)、6臺(tái)路由器和10條鏈接通過運(yùn)行生成在mininet中，其中2臺(tái)主機(jī)、6臺(tái)路由器均支持IPv4/IPv6雙協(xié)議棧，10條鏈接中除Ra4和Rb4鏈接構(gòu)成IPv4廣域網(wǎng)鏈路、Ra6和Rb6鏈接構(gòu)成IPv6廣域網(wǎng)鏈路外，其他均為雙棧鏈路。

在該仿真場(chǎng)景中，斷開Ra4和Rb4之間鏈接，Ha執(zhí)行至Hb的Ping命令，數(shù)據(jù)包在Ra4處進(jìn)行SRv6的T.Encaps壓入Segment，通過仿真IPv6廣域網(wǎng)后，向Ra6發(fā)送，并轉(zhuǎn)發(fā)至Rb4進(jìn)行END.DX4處理彈出Segment，還原為IPv4報(bào)文，向Hb進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，Hb收到來自Ha的ICMP-Echo-Request，向Ha發(fā)送ICMP-Echo-Reply。同理，Reply報(bào)文按相反方向進(jìn)行處理轉(zhuǎn)發(fā)，Ra4收到ICMP-Echo-Reply，即收到正確的Ping回復(fù)。通過在Ra4、Rb4進(jìn)行Wireshark抓包分析驗(yàn)證了恢復(fù)路徑的可行性，并驗(yàn)證了恢復(fù)路徑流量引導(dǎo)和報(bào)文處理，實(shí)現(xiàn)了流量調(diào)度的目標(biāo)。

為驗(yàn)證恢復(fù)路徑網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的性能，在Ha和Hb之間通過iperf對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)速，如圖4測(cè)量結(jié)果顯示鏈路失效時(shí)，基于SRv6的恢復(fù)路徑的網(wǎng)絡(luò)吞吐率約為19Gbps，滿足中型企業(yè)園區(qū)間的網(wǎng)絡(luò)需求。

圖4 “園區(qū)IPv4出口鏈路失效場(chǎng)景”iperf吞吐率Fig. 4 Throughput of IPv4 link failure scenario

3.2 系統(tǒng)仿真驗(yàn)證園區(qū)IPv6出口鏈路失效場(chǎng)景

場(chǎng)景仿真網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D5所示。

圖5 “園區(qū)IPv6出口鏈路失效場(chǎng)景”仿真拓?fù)銯ig. 5 Simulation topology of IPv6 link failure scenario

在該仿真拓?fù)渲?，仿真網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備與圖3相同，在該仿真場(chǎng)景中，斷開Ra6和Rb6之間鏈接，Ha執(zhí)行至Hb的Ping命令，數(shù)據(jù)包在Ra6處進(jìn)行SRv6的T.Encaps壓入Segment，轉(zhuǎn)發(fā)至Ra4節(jié)點(diǎn)后，通過6over4隧道封裝，最外層以IPv4報(bào)文頭向Rb4發(fā)送,通過仿真IPv4廣域網(wǎng)后，在Rb4節(jié)點(diǎn)對(duì)6over4報(bào)文頭解封裝，還原為SRv6報(bào)文，轉(zhuǎn)發(fā)至Rb6后進(jìn)行END.DX4彈出Segment，還原為IPv4報(bào)文，向Hb進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，Hb收到來自Ha的ICMP-Echo-Request請(qǐng)求，向Ha發(fā)送ICMP-Echo-Reply，即收到正確的Ping回復(fù)。通過在Ra6、Rb6進(jìn)行Wireshark抓包分析驗(yàn)證了恢復(fù)路徑的可行性，并驗(yàn)證了恢復(fù)路徑流量引導(dǎo)和報(bào)文處理的處理流程實(shí)現(xiàn)了流量調(diào)度的預(yù)期目標(biāo)。

為驗(yàn)證恢復(fù)路徑網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的性能，在Ha和Hb之間通過iperf對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)速，如圖6測(cè)量結(jié)果顯示鏈路失效時(shí)，基于SRv6的恢復(fù)路徑的網(wǎng)絡(luò)吞吐率約為1.4Gbps，保障了單協(xié)議棧鏈路失效時(shí)企業(yè)園區(qū)間的雙棧網(wǎng)絡(luò)需求。

圖6 “園區(qū)IPv6出口鏈路失效場(chǎng)景”iperf吞吐率Fig. 6 Throughput of IPv6 link failure scenario

3.3 實(shí)驗(yàn)分析

在Mininet系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)中，不同路徑和處理方式的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)或封裝轉(zhuǎn)發(fā)吞吐率如圖7所示、數(shù)據(jù)包往返時(shí)延如圖8所示、流量丟包率如圖9所示，仿真數(shù)據(jù)分析得出如下結(jié)論：

圖7 不同方式下iperf吞吐率對(duì)比Fig. 7 Throughput comparison of different forward method

圖8 不同方式下往返時(shí)延對(duì)比Fig. 8 RTT comparison of different forward method

圖9 不同方式下丟包率對(duì)比Fig. 9 Packet loss rate comparison of different forward method

1)鏈路失效時(shí)恢復(fù)路徑只使用SRv6處理報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)速率與鏈路正常時(shí)IPv6路由轉(zhuǎn)發(fā)的吞吐率接近，而鏈路失效時(shí)恢復(fù)路徑通過SRv6over4處理轉(zhuǎn)發(fā)的吞吐率低于另2種方式，但也基本滿足中型企業(yè)園區(qū)的網(wǎng)絡(luò)需求。

2)鏈路失效時(shí)恢復(fù)路徑的3種報(bào)文處理方式的往返時(shí)延差異不大，經(jīng)SRv6處理報(bào)文的往返時(shí)延與鏈路正常時(shí)IPv6路由轉(zhuǎn)發(fā)的往返時(shí)延非常接近，甚至略優(yōu)，而通過SRv6over4處理轉(zhuǎn)發(fā)的往返時(shí)延稍大于其他兩種，但平均值在0.25 ms以下，在合理范圍內(nèi)。

3)鏈路失效恢復(fù)路徑的3種報(bào)文處理方式的丟包率均為0，測(cè)試數(shù)據(jù)表明單協(xié)議棧鏈路失效時(shí)，恢復(fù)路徑的流量引導(dǎo)和報(bào)文處理達(dá)到了流量調(diào)度的目的，提高了雙棧SD-WAN鏈路的服務(wù)質(zhì)量。

由于報(bào)文處理流程會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)流報(bào)文IP報(bào)頭長(zhǎng)度增加，可能存在報(bào)文長(zhǎng)度超過路徑最大傳輸單元(PMTU, path maximum transfer unit)的問題，進(jìn)而導(dǎo)致報(bào)文在傳輸中被分片，大幅影響傳輸速率。因此，可以在網(wǎng)絡(luò)接入層對(duì)MTU進(jìn)行適當(dāng)限制，或通過G-SRv6(SRv6頭壓縮, Generalized-SRv6)[15]技術(shù)對(duì)SID長(zhǎng)度進(jìn)行壓縮，以減小處理后的報(bào)文長(zhǎng)度。

4 結(jié) 語

針對(duì)現(xiàn)有園區(qū)SD-WAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，單協(xié)議棧廣域網(wǎng)鏈路失效時(shí)園區(qū)雙棧流量的互聯(lián)互通問題，提出了一種SD-WAN架構(gòu)下基于SRv6的雙棧流量調(diào)度算法，該算法基于快速重路由機(jī)制，結(jié)合SRv6技術(shù)分為路徑編碼算法和報(bào)文處理算法兩部分實(shí)現(xiàn)。在鏈路失效時(shí)，通過快速重路由機(jī)制確定恢復(fù)路徑，在恢復(fù)路徑的基礎(chǔ)上，首先通過路徑編碼算法得出數(shù)據(jù)流添加Segment的類型，引導(dǎo)數(shù)據(jù)流在恢復(fù)路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)傳輸，然后在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)流報(bào)文信息利用報(bào)文處理算法確定報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)方式，最終保證雙棧流量通過快速重路由生成的替代路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。最終，在Mininet中運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并使用Iperf工具進(jìn)行性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明，提出的DSTS算法實(shí)現(xiàn)了鏈路失效時(shí)的雙棧流量調(diào)度，增加了企業(yè)園區(qū)廣域網(wǎng)的冗余度和可靠性，提升了企業(yè)帶寬利用率和服務(wù)質(zhì)量。