用于提供带有性能路由测量的双向转发检测的系统和方法与流程

用于提供带有性能路由测量的双向转发检测的系统和方法
1.优先权声明
2.本技术要求于2019年11月6日提交的题为systems and methods for providing bidirectional forwarding detection with performance routing measurements的美国非临时专利申请第16/675,465号的权益和优先权，该美国非临时专利申请又要求于2019年7月24日提交的题为systems and methods for providing bidirectional forwarding detection with performance routing measurements的美国临时专利申请第62/877,997号的权益，上述申请的全部内容通过引用都并入本文。
技术领域
3.本公开的主题涉及带有性能路由测量的双向转发检测，特别用于低带宽链路。


背景技术：

4.在低带宽链路或诸如lte的使用即用即付模型的链路上，任何链路检测和性能路由(pfr)测量探测都会增加大量开销。例如，如果分支连接到两个数据中心路由器，每个路由器有两个wan链接，则以1秒间隔运行的分组大小为100b的双向转发检测(bfd)一个月内将消耗价值2gb的数据。这对最终用户来说意味着巨大的开销。bfd请求和响应只会增加大量开销。
5.图1示出了数据中心102和分支104之间的当前方法100。第一bfd回声请求108从数据中心102发送到分支104。作为响应，bfd回声回复112被发送。分支104还发送bfd回声请求114，其中数据中心102提供bfd回声回复116。请求和生成的响应的时间流被示为数据中心102的特征106和分支104的特征110。图1示出了各种bfd回声请求和回复的高水平开销。
附图说明
6.为了描述可以获得本公开的上述和其他优点和特征的方式，将通过参考附图中示出的具体实施例来对上述简要描述的原理进行更具体的描述。应理解，这些附图仅描绘了本公开的示例性实施例并且因此不被认为是对其范围的限制，通过使用附图以额外的特性和细节描述和解释了本文的原理，其中：
7.图1示出了数据中心和分支之间的bfd会话；
8.图2a示出了单向连接性丢失的bfd会话；
9.图2b示出了完全连接性丢失的bfd会话；
10.图2c示出了bfd会话和测量丢失的方法；
11.图2d示出了bfd会话和测量延迟和抖动；
12.图3示出了示例方法；
13.图4示出了另一个示例方法；
14.图5示出了又一个示例方法；
15.图6示出了根据各种示例的示例网络设备；
16.图7示出了根据一些示例的示例计算设备架构。
具体实施方式
17.下面详细讨论本公开的各种实施例。虽然讨论了具体的实现方式，但应该理解，这只是为了说明的目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以使用其他组件和配置。
18.概述
19.本发明的各方面在独立权利要求中陈述并且优选特征在从属权利要求中陈述。一个方面的特征可以单独地或与其他方面组合地应用于每个方面。
20.本公开的附加特征和优点将在随后的描述中阐述，并且部分地从描述中将是显而易见的，或者可以通过在此公开的原理的实践而获知。本公开的特征和优点可以通过所附权利要求中特别指出的手段和组合来实现和获得。本公开的这些和其他特征将从以下描述和所附权利要求中变得更加明显，或者可以通过在此阐述的原理的实践而获悉。
21.本公开提供了关于上述双向转发的问题的解决方案。在正常的bfd会话中，bfd回声请求分组由双方路由器或设备发送，并且每个相应路由器以bfd回声响应分组进行回复。这意味着在每个配置的时间间隔内，四个分组将在链路上流动。提议的解决方案将使各方设备以主/从模式运行，并且只有一个设备会发送bfd回声请求分组。从设备将依赖回声请求分组来检测活跃度、丢失、延迟和抖动。
22.一种方法包括：第一设备和第二设备在建立通信的初始阶段各自发送bfd回声请求分组。该方法包括：确定检测到特定模式，例如低带宽模式。基于检测到特定模式或通信链路处于特定模式，该方法包括：选择第一设备或第二设备作为主设备或从设备。在确定其中一台设备为主设备而另一台设备为从设备后，只有主设备将发送bfd回声请求分组。考虑到只有主设备发送bfd回声请求分组，于是在这种情况下有多种方法测量性能、延迟、抖动或检测活跃度。
23.示例实施例的描述
24.本文公开了用于创新的系统、方法和计算机可读介质，这些创新集中于改进在特定模式(例如低带宽模式，其中第一设备与第二设备通信)中对可用带宽的使用的能力。其他模式也可以应用，例如根据协议，用户应该比其他用户获得更多带宽或具有更高优先级。这里公开的方法提供了对双向转发检测(bfd)回声请求分组的使用的改进。
25.本公开的方法方面包括：第一设备和第二设备在这两个设备之间建立通信的初始阶段各自发送bfd回声请求分组。该方法可以包括：确定检测到特定模式，例如低带宽模式。任何模式或事件也可能触发设备之间的主/从交互。该方法可以由这些设备之一或两者或单独的网络控制器来实施。基于检测到特定模式或通信链路处于特定模式，该方法包括：第一设备或第二设备被选择作为主设备或从设备。在确定其中一台设备为主设备另一台设备为从设备后，只有主设备将发送bfd回声请求分组。对于设备被选择作为主设备或从设备的触发还可以是其他参数或事件，例如数据流的趋势或预测事件，例如预期即将启动特定模式。任何参数或条件可以触发其中一个设备作为主设备而另一个作为从设备的选择。触发事件可以是网络状况(需要更多带宽)或对未来带宽需求的预测、网络中的节点停机等。客户可能会为更高的带宽支付更多费用，这可能会触发此处公开的选择和处理。例如，可以通
过流式传输视频或响应于网络拥塞或对大文件的需求而实施该模式。
26.图2a示出了本公开200的一个方面，该方面涉及当完全连接性丢失时检测从设备上的活跃度故障。主设备202和从设备204被建立。随着时间的推移206，主设备202可以向从设备204发送bfd回声请求208。从设备204可以提供bfd回声回复210。从设备204可以将等待时(time-out)时间保持进行长达间隔x。该等待时也可以是另一个等待时值的倍数。每当设备204接收到bfd回声请求分组212、214、216时，该等待时可以被重置。如果在等待时时段内没有接收到分组，则bfd状态将从开启(up)转换到关停(down)218、220。以这种方式，带宽被节省，因为只有一个bfd回声回复210被发送。
27.本公开200的另一方面在图2b中公开，其涉及当单向连接性丢失时检测从设备204上的活跃度故障。数据中心主设备202和从设备204被建立。如上所述，可以基于任意数量的因素触发主/从关系的建立。主设备202向从设备204发送bfd回声请求230。第一回声回复232被提供。第二bfd回声请求234被发送到从设备204。在这种情况下，由从设备204向主设备202发送的bfd回声响应分组236将未被接收到并且等待时将首先发生在主设备侧206。此后，主设备202发送的bfd回声请求分组246将具有本地状态关停248，迫使从设备204也转换到关停状态250。在这种情况下，在主设备202处未接收到bfd回声回复236、240、244。这些回复是分别响应于bfd回声请求234、238、242而发送的。
28.本公开的另一方面在图2c中提供并且涉及测量丢失。丢失测量可以基于两种方法的组合。在具有主设备202和从设备204的系统200中，建立bfd“开启”状态的主/从选择过程保持相同252。在这种方法中，系统使用从主设备202发送到从设备204的丢失值。首先，从主设备202向从设备204发送bfd回声请求254。bfd回声回复256丢失并且没有在主设备202处接收到。丢失值或参数258被建立并且该数据作为下一个bfd回声请求260的一部分而被提供。例如，如果这是第一个丢失的回声回复256，则可以将“丢失＝1”值添加到bfd回声请求260。如果回声回复分组被丢弃，则这是重要的或必不可少的。从设备204可以取得该数据并使用该信息来递增计数器262或bfd性能(pfr)数据库264。从设备204然后可以提供bfd回声回复266。
29.假设主设备202然后发送bfd回声请求268，该bfd回声请求268未在从设备204处接收到。从设备204可以在特征270中再次将丢失数据库264递增1。主设备202将发送另一个bfd回声请求272，该bfd回声请求272未被从设备204接收到。从设备204通过特征274再次递增数据库264中的丢失计数。
30.然后假设主设备202向从设备204发送bfd回声请求276。bfd回声请求276可以包括对于丢失量的指示，在该示例中，该丢失量等于2，因为有两个回声回复没有在主设备202处接收到，因为回声请求268和回声请求272都没有在从设备204处接收到。发送到丢失数据库264的数据可以表示为特征278，当回声请求276被从设备204接收时，其指示丢失为零。一方面，在这个阶段的丢失可以是接收丢失计数(在这种情况下为2)减去先前连续丢失计数(即2)，得到丢失值为零。
31.该方法可以基于本地时间或基于从设备204测量未接收到bfd回声请求的每个间隔。例如，如果两个回声请求分组被丢弃(268、272)，则从设备204可以将丢失值增加2，然后第三回声请求分组276也将具有为2的丢失，如图2c所示。为了避免对此丢失的重复计数，从设备204将减去在分组278之前看到的先前丢失计数。
32.在图2d所示的另一个示例中，本文公开的方法200可以提供测量主设备202和从设备204之间的延迟和/或抖动的能力。在这种情况下，主从选择和设置过程252保持相同。主设备202发送206bfd回声请求282。从设备204发送bfd回声回复284。延迟或抖动280在主设备202处被确定。确定延迟或抖动的过程将是本领域技术人员已知的。可以在从设备204上基于主设备202测量或检测到的内容来更新该数据。下一个回声请求分组286可以包括以微秒或某个其他框架为单位的延迟和/或抖动数据，并且从设备204可以使用该数据来更新288其pfr数据库290。换言之，该过程可以包括将延迟和/或抖动数据插入到bfd回声请求分组中并且从设备204可以接收该延迟和/或抖动数据并且更新数据库。
33.图2d示出了bfd回声回复292，其也可以具有相关联的延迟或抖动282。该数据在发送给从设备204的bfd回声请求294中提供。从设备204将该数据报告297给数据库290。在此示例中，假设在主设备202处根本没有接收到bfd回声回复296。在这种情况下，bfd回声请求298将包括识别丢失值为1的数据。该丢失值也被报告299给bfd性能数据库290。
34.图3从主节点的角度示出了本公开的方法方面。一种方法包括：在第一设备和第二设备之间建立通信链路，其中第一设备和第二设备中的每一者发送双向转发检测回声请求分组(302)，确定关于通信链路或其他因素检测到特定模式或状况(304)，基于检测到特定模式或状况，在第一设备和第二设备之间选择主设备和从设备(306)，并且在确定第一设备和第二设备中的一个为主设备并且第一设备和第二设备中的另一个为从设备时，仅从主设备向从设备发送双向转发检测回声请求分组(308)。如果主节点202没有接收到对例如两个以上回声请求的回复，则主节点202可以认为通信模式为关停。最后的步骤(308)可以扩展为包括：管理从主设备202向从设备204进行的双向转发检测回声请求分组的发送，使得对每个相应回声请求的回复不被发送。如图所示，例如，在图2a中，回复210仅被发送一次。这也可能意味着在设置阶段完成后以特定方式管理双向转发检测回声请求分组的发送和处理。
35.该方法还可以包括：在主设备处基于是否接收到响应于回声请求消息的预期回声回复消息来确定丢失值，并且将该丢失值添加到随后的回声请求消息。从设备204可以将丢失值记录在数据库中。另一方面，该方法可以包括：在主设备处没有接收回声回复消息的预定间隔之后确定关停状态，并且将关停状态在回声请求消息中从主设备发送给从设备。
36.在主设备处没有接收回声回复消息的预定间隔之后确定关停状态还可以包括：在确定关停状态之前，在主设备处没有接收至少两个回声回复消息。
37.图4从从节点204的角度示出了另一个方法方面。一种方法包括：在第一设备和第二设备之间建立通信链路，其中第一设备和第二设备中的每一者发送双向转发检测回声请求分组(402)，确定关于通信链路或其他因素检测到特定模式或状况(404)，基于检测到特定模式或状况，在第一设备和第二设备之间选择主设备和从设备(406)，一旦确定了第一设备和第二设备中的一个是主设备并且第一设备和第二设备中的另一个是从设备，不从从设备向主设备发送双向转发检测回声请求分组(408)。在一个示例中，如果从设备204未能从主设备202接收到例如两个以上回声请求，则从设备204可以认为两个设备之间的通信信道关停220。或者说，系统建立了一种模式，其中只有主设备发送bfd回声请求分组，并且被认为是从设备的设备不再发送bfd回声请求分组。
38.另一方面，从设备204可以仅基于特定标准(例如，未从主设备202接收到bfd回声
请求分组的每第三个时间间隔或数个时间间隔)发送bfd回声请求分组。
39.图5示出了一种方法，该方法涉及利用这里描述的过程以便识别或推断与主设备202和从设备204之间的通信相关联的一个或多个参数。例如，利用此基本方法，可以使得能够跟踪丢失的分组、延迟或抖动以及确定何时出现停机状态。图2c和2d示出了利用这里描述的基本方法与从设备204相关的数据库递增地跟踪丢失和/或延迟/抖动的能力。
40.一种示例方法包括：在第一设备和第二设备之间建立通信链路，其中第一设备和第二设备中的每一者发送双向转发检测回声请求分组(502)，确定关于通信链路或其他因素检测到特定模式或状况(504)，基于检测到特定模式或状况，在第一设备和第二设备之间选择主设备和从设备(506)，一旦确定了第一设备和第二设备中的一个是主设备并且第一设备和第二设备中的另一个是从设备，只从主设备向从设备发送双向转发检测回声请求分组(508)，并且基于从主设备发送的双向转发检测回声请求分组和从从设备发送的回声回复分组并基于各个分组是否在各自的目的地设备处被接收到，确定与通信相关联的丢失或与通信相关联的延迟/抖动中的一个或多个(510)。
41.通常，对于图2c和2d中的从设备204，图5中描述的方法可以包括向与从设备204相关联的数据库290提供关于丢失或延迟/抖动的数据。然而，主设备202也可以存储关于丢失和/或延迟/抖动的数据。
42.图6示出了适合于实现本公开的方面的示例网络设备600。在一些示例中，控制平面310和/或svp 318可以根据网络设备600的配置来实现。网络设备600包括中央处理单元(cpu)604、接口602和连接610(例如，pci总线)。当在适当软件或固件的控制下动作时，cpu 604负责执行分组管理、错误检测和/或路由功能。cpu 604优选地在包括操作系统和任何适当应用软件的软件的控制下完成所有这些功能。cpu 604可以包括一个或多个处理器608，例如来自intel x86系列微处理器的处理器。在一些情况下，处理器608可以是专门设计的用于控制网络设备600的操作的硬件。在一些情况下，存储器606(例如，非易失性ram、rom等)也形成cpu 604的一部分。然而，有许多不同的方式可以将存储器耦合到系统。
43.接口602通常被提供为模块化接口卡(有时称为“线卡”)。通常，它们控制通过网络发送和接收数据分组，并且有时支持与网络设备600一起使用的其他外围设备。可以提供的接口包括以太网接口、帧中继接口、电缆接口、dsl接口、令牌环接口等。此外，可提供各种超高速接口，诸如快速令牌环接口、无线接口、以太网接口、千兆以太网接口、atm接口、hssi接口、pos接口、fddi接口、wifi接口、3g/4g/5g蜂窝接口、can bus、lora等。通常，这些接口可以包括适合与适当介质进行通信的端口。在一些情况下，它们还可能包括独立的处理器，在一些情况下，还包括易失性ram。独立的处理器可以控制诸如分组交换、介质控制、信号处理、密码处理和管理之类的通信密集型任务。通过为通信密集型任务提供单独的处理器，这些接口允许cpu 604有效地执行路由计算、网络诊断、安全功能等。
44.虽然图6所示的系统是本技术的一种特定网络设备，它绝不是可以实现本技术的唯一网络设备架构。例如，经常使用具有处理通信以及路由计算等的单个处理器的架构。此外，其他类型的接口和介质也可以与网络设备600一起使用。
45.不管网络设备的配置如何，它都可以采用一个或多个存储器或存储器模块(包括存储器606)，其被配置为存储用于通用网络操作的程序指令和本文所述的漫游、路由优化和路由功能的机制。例如，程序指令可以控制操作系统和/或一个或多个应用的操作。一个
或多个存储器还可以被配置为存储诸如移动绑定、注册和关联表等的表。存储器606还可以保存各种软件容器和虚拟化执行环境和数据。
46.网络设备600还可以包括专用集成电路(asic)，其可以被配置为执行路由和/或交换操作。asic可以经由连接610与网络设备600中的其他组件通信，以交换数据和信号并协调网络设备600的各种类型的操作，例如路由、交换和/或数据存储操作。
47.图7示出了可以实现这里描述的各种技术的示例计算设备的示例计算设备架构700。计算设备架构700的组件被示出为使用诸如总线的连接705彼此电通信。示例计算设备架构700包括处理单元(cpu或处理器)710和计算设备连接705，该计算设备连接705将包括计算设备存储器715(例如只读存储器(rom)720和随机存取存储器(ram)725)的各种计算设备组件耦合到处理器710。
48.计算设备架构700可以包括高速存储器的高速缓存，其直接连接、靠近处理器710或作为其一部分而被集成。计算设备架构700可以将数据从存储器715和/或存储设备730复制到高速缓存712以供处理器710快速访问。以此方式，高速缓存可提供避免处理器710在等待数据时延迟的性能提升。这些和其他模块可以控制或被配置为控制处理器710执行各种动作。也可以使用其他计算设备存储器715。存储器715可以包括具有不同性能特性的多种不同类型的存储器。处理器710可以包括任何通用处理器和硬件或软件服务，例如存储在存储设备730中的服务1 732、服务2 734和服务3 736，被配置为控制处理器710以及专用处理器，其中软件指令合并到实际处理器设计中。处理器710本质上可以是自包含系统，包含多个核或处理器、总线、存储器控制器、高速缓存等。多核处理器可以是对称的或非对称的。
49.为了使用户能够与计算设备架构700交互，输入设备745可以代表任何数量的输入机制，例如用于语音的麦克风、用于手势或图形输入的触敏屏幕、键盘、鼠标、运动输入、语音等等。输出设备735也可以是本领域技术人员已知的多种输出机制中的一种或多种，例如显示器、投影仪、电视、扬声器设备等。在一些情况下，多模式计算设备可以使用户能够提供多种类型的输入以与计算设备架构700通信。通信接口740通常可以支配和管理用户输入和计算设备输出。对任何特定硬件配置的操作没有限制，因此这里的基本特征可以很容易地替换为开发的改进的硬件或固件配置。
50.存储设备730是非易失性存储器并且可以是硬盘或可以存储可由计算机访问的数据的其他类型的计算机可读介质，例如磁带、闪存卡、固态存储设备、数字多功能磁盘、盒式磁带、随机存取存储器(ram)725、只读存储器(rom)720及其混合体。存储设备730可以包括用于控制处理器710的服务732、734、736。可以想到其他硬件或软件模块。存储设备730可以连接到计算设备连接705。一方面，执行特定功能的硬件模块可以包括存储在计算机可读介质中的软件组件与必要的硬件组件，例如处理器710、连接705、输出设备735等等，以执行该功能。
51.为了解释的清楚，在一些情况下，本技术可以被呈现为包括单独的功能块，这些单独的功能块包括功能块，包括体现在软件或者硬件和软件的组合中的方法中的设备、设备组件、步骤或例程。
52.本公开提供了一种提议的bfd低带宽实现方式，其可以将bfd开销减少多达50％，这将为sdwan(广域网中的软件定义网络)客户提供大收益。
53.总之，公开了第一设备和第二设备在这两个设备之间建立通信的初始阶段各自发
送bfd回声请求分组。一种方法可以包括：确定检测到特定模式，例如低带宽模式。该方法可以由这些设备之一或两者或单独的网络控制器来实施。基于检测到特定模式或通信链路处于特定模式，该方法包括：第一设备或第二设备被选择作为主设备或从设备。在确定其中一个设备是主设备而另一个设备是从设备后，只有主设备将发送bfd回声请求分组。
54.在一些实施例中，计算机可读存储设备、介质和存储器可以包括包含比特流等的电缆或无线信号。然而，当提及时，非暂态计算机可读存储介质明确排除诸如能量、载波信号、电磁波和信号本身的介质。
55.根据上述示例的方法可以使用存储的或以其他方式从计算机可读介质可用的计算机可执行指令来实现。这样的指令可以包括例如导致或以其他方式配置通用计算机、专用计算机或专用处理设备以执行特定功能或功能组的指令和数据。使用的部分计算机资源可以通过网络访问。计算机可执行指令可以是例如二进制、中间格式指令(例如汇编语言)、固件或源代码。可用于存储指令、使用的信息和/或在根据所描述的示例的方法期间创建的信息的计算机可读介质的示例包括磁盘或光盘、闪存、提供有非易失性存储器的usb设备、网络存储设备等。
56.实现根据这些公开的方法的设备可以包括硬件、固件和/或软件，并且可以采用多种外形因素中的任一种。此类外形因素的一些示例包括通用计算设备，例如服务器、机架安装设备、台式计算机、膝上型计算机等，或通用移动计算设备，例如平板电脑、智能手机、个人数字助理、可穿戴设备等。这里描述的功能也可以体现在外围设备或附加卡中。作为进一步的示例，这样的功能也可以在不同芯片之间在电路板上实现或在单个设备中执行的不同过程上实现。
57.指令、用于传送此类指令的介质、用于执行它们的计算资源以及用于支持此类计算资源的其他结构是用于提供在这些公开中描述的功能的装置。
58.尽管使用各种示例和其他信息来解释所附权利要求范围内的各方面，但不应基于此类示例中的特定特征或布置来暗示对权利要求的限制，因为普通技术人员将能够使用这些示例来推导出各种各样的实现方式。此外，虽然一些主题可能已经以特定于结构特征和/或方法步骤的示例的语言进行了描述，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于这些描述的特征或动作。例如，这样的功能可以不同地分布或在不同于本文所识别的那些的组件中执行。相反，所描述的特征和步骤被公开为所附权利要求范围内的系统和方法的组件的示例。
59.记载集合
“…
中的至少一个”的权利要求语言表示该集合的一个成员或该集合的多个成员满足该权利要求。例如，记载“a和b中的至少一个”的权利要求语言是指a、b或a和b。