專利名稱：開放最短路徑優(yōu)先路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)及工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于互聯(lián)網(wǎng)的開放最短路徑優(yōu)先OSPF路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)及其工作方法，屬于網(wǎng)絡(luò)互連通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著Internet規(guī)模的指數(shù)增長，其帶寬容量和底層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都發(fā)生了巨大變化，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)能力不斷增強。現(xiàn)在的IP網(wǎng)絡(luò)不僅承載了大量的HTTP、FTP等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，VOIP、IPTV等流媒體業(yè)務(wù)也在高速持續(xù)增長。電信運營商需要在IP網(wǎng)絡(luò)上承載電信業(yè)務(wù)，大力開展NGI/NGN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。眾所周知，網(wǎng)絡(luò)運行的魯棒性和可靠性與高效、穩(wěn)定的路由密切相關(guān)，然而在大型運營網(wǎng)絡(luò)中，尤其是網(wǎng)絡(luò)處于較大流量壓力下，必須對鏈路狀態(tài)的變化、路由不穩(wěn)定的頻率進(jìn)行實時監(jiān)測統(tǒng)計，盡快發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，提高網(wǎng)絡(luò)的效率，降低網(wǎng)絡(luò)運維成本。
但是，在目前的IP網(wǎng)絡(luò)運行中，基本沒有對路由器進(jìn)行監(jiān)測和分析，在路由故障的監(jiān)測方面技術(shù)手段非常有限。國外的一些大型運營商(如AT&T、Sprint等)已經(jīng)對路由監(jiān)測開展了比較深入研究，Agilent、Spirent公司還開發(fā)了相關(guān)測試儀表，國內(nèi)清華大學(xué)在協(xié)議的被動測試方面也做了大量研究和開發(fā)。
從采集路由變化信息的方式來看，當(dāng)前常用的技術(shù)有兩種(1)網(wǎng)絡(luò)探測工具Ping和TraceRoute，在網(wǎng)絡(luò)中關(guān)注的節(jié)點部署主機(jī)，發(fā)起到不同節(jié)點的主動測量和收集數(shù)據(jù)，從而監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)端到端的路由；再對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到網(wǎng)絡(luò)中路由的動態(tài)特性。這種方法比較簡單，只能在一定程度上提供少量反映網(wǎng)絡(luò)路由情況的信息，且路徑探測不全，無法探測到備用路由；再者，這種方法響應(yīng)時間長。
(2)監(jiān)測路由表方式通過訪問簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP(Simple NetworkManagement Protocol)路由器中的路由表對象ipRouteTable，能夠分析得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有關(guān)信息；或者查詢開放最短路徑優(yōu)先OSPF組中的相關(guān)移動IB數(shù)據(jù)也能得到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?。但是由于SNMP采用輪詢機(jī)制采集數(shù)據(jù)，速度慢，不能滿足網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控的需要，而且設(shè)備商對其支持的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，可靠性比較低。
(3)鏈路狀態(tài)跟蹤直接通過SNMP的Trap跟蹤接口up/down狀態(tài)，這樣就可以不依賴OSPF消息。但是需要仿真OSPF協(xié)議構(gòu)建鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSDB和基于LSDB計算path。
目前我國IP骨干承載網(wǎng)已經(jīng)建成，并醞釀建立全球最大的IPv6的業(yè)務(wù)支撐網(wǎng)絡(luò)，還啟動了研制開發(fā)的中國下一代互聯(lián)網(wǎng)-CNGI項目。各電信運營商急需在互聯(lián)網(wǎng)上開展電信級的業(yè)務(wù)。這些都急切需要有一個穩(wěn)定的路由環(huán)境來保證網(wǎng)絡(luò)的高效、穩(wěn)定運行。但是路由性能的不穩(wěn)定性減緩了這一趨勢。因此，盡快在互聯(lián)網(wǎng)上提供有服務(wù)質(zhì)量保證的電信業(yè)務(wù)，提供一種對互聯(lián)網(wǎng)中的開放最短路徑優(yōu)先OSPF(Open Shortest Path First)路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)及其工作方法，就成為業(yè)內(nèi)技術(shù)人員關(guān)注的焦點。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種互聯(lián)網(wǎng)的開放最短路徑優(yōu)先路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)及其工作方法，該系統(tǒng)利用分布式的各個監(jiān)測節(jié)點模擬運行OSPF協(xié)議的路由器，通過監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中路由鏈路變化信息來推測網(wǎng)絡(luò)中路由的運行狀態(tài)，以對網(wǎng)絡(luò)影響最小的方式完成路由監(jiān)測；并且，能夠?qū)Χ鄠€監(jiān)測節(jié)點監(jiān)測到的各個區(qū)域內(nèi)部的路由變化進(jìn)行匯總處理，有效擴(kuò)大系統(tǒng)的監(jiān)控范圍，以適應(yīng)大型電信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管的需求。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種互聯(lián)網(wǎng)的開放最短路徑優(yōu)先OSPF路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)由管理節(jié)點和分布設(shè)置在被監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中各個自治域系統(tǒng)AS的一個或多個監(jiān)測節(jié)點所組成，其中監(jiān)測節(jié)點，由鏈路狀態(tài)信息采集分析模塊和存儲路由狀態(tài)信息的鏈路信息數(shù)據(jù)庫所組成，用作開放最短路徑優(yōu)先OSPF網(wǎng)絡(luò)中運行OSPF協(xié)議的仿真路由器，從其鄰接路由器接收所在區(qū)域的各種鏈路狀態(tài)和路由變化信息，但不產(chǎn)生自身的通告信息，以盡量減少該監(jiān)測節(jié)點對OSPF網(wǎng)絡(luò)運行的影響；對采集的鏈路信息進(jìn)行分析、處理后，將該所在區(qū)域內(nèi)的路由變化信息發(fā)送到管理節(jié)點；管理節(jié)點，由順序連接的路由變更信息匯總模塊、路由拓?fù)涔芾砟K、路由拓?fù)涑尸F(xiàn)模塊和節(jié)點與鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫所組成；根據(jù)多個監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息，匯總、整理出整個自治域的路由變更信息，進(jìn)而構(gòu)建和呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邏輯連接與反映路由變更狀況的拓?fù)鋱D，并在界面上完成路由拓?fù)浼奥酚蓜討B(tài)變化的可視化呈現(xiàn)，以支持大型復(fù)雜多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的路由性能監(jiān)測。
所述監(jiān)測節(jié)點的路由狀態(tài)信息采集分析模塊負(fù)責(zé)收集網(wǎng)絡(luò)中鄰接路由器對鏈路狀態(tài)變化所洪泛的鏈路狀態(tài)通告LSA消息，更新本地鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫LSDB，并對LSA內(nèi)容進(jìn)行分析，提取鏈路狀態(tài)變更信息，分析路由變更信息，再將分析結(jié)果發(fā)送到管理節(jié)點。
所述監(jiān)測節(jié)點所采集、分析的在區(qū)域內(nèi)洪泛的鏈路狀態(tài)通告LSA消息中包括類型1的router_lsa，用于根據(jù)router_lsa內(nèi)容得到產(chǎn)生該lsa消息節(jié)點的鄰居，再根據(jù)其內(nèi)容變化得到網(wǎng)絡(luò)鏈路變更狀況；類型2的network_lsa，用于根據(jù)network_lsa消息中相連路由器的變化得到網(wǎng)絡(luò)中是否有新的節(jié)點加入或撤出；類型3、4、5的鏈路狀態(tài)統(tǒng)計消息，前兩種用于分析區(qū)域間路由變動信息，后者用于分析獲得區(qū)域與自治域外部關(guān)聯(lián)的路由變化。
所述系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中分布設(shè)置的監(jiān)測節(jié)點的數(shù)量多少取決于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小或組網(wǎng)的不同需求，但在網(wǎng)絡(luò)中的骨干區(qū)域必須設(shè)置監(jiān)測節(jié)點，這些監(jiān)測節(jié)點分別獨立監(jiān)測其所關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)自治域中的路由變更信息；所述管理節(jié)點和監(jiān)測節(jié)點可以運行于不同的主機(jī)，也可以根據(jù)需要駐留在同一主機(jī)內(nèi)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種互聯(lián)網(wǎng)的開放最短路徑優(yōu)先路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于分布在被監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的各個區(qū)域的監(jiān)測節(jié)點收集網(wǎng)絡(luò)中的路由通告信息LSA，采用最短路由算法SPF計算各個節(jié)點的最優(yōu)路徑樹，并判斷是否發(fā)生路由變更事件，再將搜集到的路由變更事件的相關(guān)信息匯總到管理節(jié)點；管理節(jié)點對各個監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息進(jìn)行整合處理，并維護(hù)兩級拓?fù)鋱D反映基本連接性的網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)鋱D及在其基礎(chǔ)上反映路由變更的路由變更圖，再根據(jù)監(jiān)測節(jié)點反映的路由變更信息對拓?fù)鋱D進(jìn)行實時更新和可視化呈現(xiàn)；該方法包括下列步驟(1)監(jiān)測節(jié)點收集網(wǎng)絡(luò)中的路由通告信息LSA，獲得路由變化信息；(2)管理節(jié)點將各個監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息進(jìn)行整合匯總處理；(3)管理節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)路由拓?fù)鋱D進(jìn)行管理；(4)管理節(jié)點對路由拓?fù)鋱D進(jìn)行實時更新和可視化呈現(xiàn)。
所述步驟(1)進(jìn)一步包括下列操作(11)監(jiān)測節(jié)點同步本區(qū)域內(nèi)的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSDB，分析該數(shù)據(jù)庫中的路由器LSA消息，獲得區(qū)域內(nèi)路由器連接狀況；(12)監(jiān)測節(jié)點監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布的LSA消息，如果監(jiān)聽到未處理的新LSA消息，則將該LSA消息加入到LSDB中；如果監(jiān)聽到的LSA消息是已處理過的舊LSA消息，則對數(shù)據(jù)庫中相關(guān)的LSA消息執(zhí)行更新操作；(13)如果域內(nèi)存在有未處理的節(jié)點，則監(jiān)測節(jié)點采用dijkstra算法分別計算域內(nèi)路由和/或域間路由；(14)監(jiān)測節(jié)點重新采用最短路由算法計算SPF樹，并與原來的SPF樹進(jìn)行比較，如果沒有變化，則返回步驟(13)；如果出現(xiàn)變化，執(zhí)行后續(xù)操作；(15)監(jiān)測節(jié)點根據(jù)SPF樹生成新的路由表，再將新生成的路由表與原來的路由表進(jìn)行比較，獲得所在區(qū)域內(nèi)的路由變動信息。
所述步驟(13)中采用SPF算法計算SPF樹時，分為下述兩部分A.域內(nèi)路由計算遍歷根據(jù)Route_LSA生成的區(qū)域內(nèi)路由器節(jié)點鏈表router_list，以該鏈表的每個記錄所描述路由器的router id為根節(jié)點，分析LSDB中所有Router_LSA消息的內(nèi)容，將除stub類型以外的鏈路轉(zhuǎn)化為向量形式，利用Dijstra算法，建立spf樹和按照鏈路價值正序排列的candidate鏈表；每次均選取鏈表的頭部記錄，并根據(jù)向量中含有的nexthop信息將該頭部記錄插入到spf樹中；當(dāng)candidate鏈表為空時，遍歷LSDB中Router_LSA，將所有類型為stub的鏈路作為葉子節(jié)點加入到spf樹中，則完成域內(nèi)路由計算；B.域間路由計算在spf樹中查詢獲得節(jié)點到區(qū)邊界路由器ABR的最短路徑，將詳細(xì)描述summarY_lsa中的區(qū)域間鏈路增加到spf樹中，同時根據(jù)類型4的summary_lsa獲得到自治域邊界路由器ASBR的最短路徑，以備域間路由計算；如果節(jié)點是虛鏈路的一個端點，存在不經(jīng)過另一個虛鏈路端點到達(dá)目的鏈路的最短路徑，則修改spf樹，從而獲得域內(nèi)路由；查詢獲得產(chǎn)生該域外部LSAAS_external_lsa消息的ASBR的最短路徑，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)地址將鏈路直接加入到路由表中。
所述步驟(2)進(jìn)一步包括下列操作(21)對區(qū)域內(nèi)的每個ABR節(jié)點，在其他區(qū)域中尋找具有相同router id的節(jié)點，將該ABR在不同區(qū)域內(nèi)的路由變更消息進(jìn)行整合匯總；(22)判斷該區(qū)域內(nèi)是否加入路由變更消息，如果沒有該區(qū)域的路由變更消息，則保存，以便將不同區(qū)域的路由變更信息連接起來，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌蝗绻性搮^(qū)域的路由變更消息，則將所有的路由變更信息以設(shè)定格式保存，構(gòu)建路由變更圖，以供拓?fù)涔芾砟K調(diào)用。
所述步驟(3)進(jìn)一步包括下列操作(31)管理節(jié)點分析路由表獲得網(wǎng)絡(luò)連接性信息，獲知網(wǎng)絡(luò)運行的基本狀態(tài)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)洌?32)如果發(fā)生路由變更，根據(jù)路由變更信息處理模塊的分析結(jié)果，構(gòu)建反映網(wǎng)絡(luò)路由信息變更狀況的路由變更拓?fù)鋱D，以供管理員根據(jù)路由變更拓?fù)鋱D評估網(wǎng)絡(luò)運行狀況，及時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)或升級，使網(wǎng)絡(luò)健康運行。
所述步驟(4)進(jìn)一步包括下列操作(41)管理節(jié)點從數(shù)據(jù)庫讀取已經(jīng)生成的標(biāo)準(zhǔn)格式的路由變更信息，從該信息中獲取監(jiān)測節(jié)點路由器的IP地址；
(42)管理節(jié)點分析每一條路由變更信息記錄，生成帶路由變更信息的鄰接表，根據(jù)該鄰接表呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，并以圖形方式動態(tài)反映路由的變化情況。
本發(fā)明是一種互聯(lián)網(wǎng)的開放最短路徑優(yōu)先路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)及其工作方法，其優(yōu)點和效果是本發(fā)明的整個體系架構(gòu)是以數(shù)據(jù)驅(qū)動為主線，在功能上能夠比較清晰地體現(xiàn)了設(shè)計構(gòu)思基于LSA信息采集的監(jiān)測系統(tǒng)，必須對整個網(wǎng)絡(luò)的影響最小，又能即時捕捉到自治域內(nèi)路由的變動情況。
該監(jiān)測與分析系統(tǒng)采用分布式設(shè)計思想，將監(jiān)測節(jié)點放置在各個區(qū)域(AREA)內(nèi)部，監(jiān)測各個區(qū)域內(nèi)部的路由變化，再將各個區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測信息匯總到管理節(jié)點統(tǒng)一處理，可以有效擴(kuò)大系統(tǒng)的監(jiān)控范圍，以適應(yīng)大型電信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管的需要。針對小型網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測節(jié)點和管理節(jié)點則可以合并成一個單機(jī)系統(tǒng)完成監(jiān)測任務(wù)。


圖1是本發(fā)明OSPF路由性能監(jiān)測與分析系統(tǒng)的監(jiān)測節(jié)點部署狀況示意圖。
圖2是本發(fā)明OSPF路由性能監(jiān)測與分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
圖3是本發(fā)明OSPF路由性能監(jiān)測與分析系統(tǒng)的實現(xiàn)方法流程圖。
圖4是圖3中的實現(xiàn)方法流程圖中采集分析路由信息操作的流程方框圖。
圖5是圖3中的實現(xiàn)方法流程圖中路由變更匯總操作的流程方框圖。
圖6是圖3中的實現(xiàn)方法流程圖中拓?fù)涔芾砹鞒滩僮鞯牧鞒谭娇驁D。
圖7是圖3中的實現(xiàn)方法流程圖中拓?fù)涑尸F(xiàn)流程操作的流程方框圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
參見圖1，介紹本發(fā)明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模或不同的組網(wǎng)需求，實際運營網(wǎng)絡(luò)會被分成不同的自治域系統(tǒng)AS(Autonomous System，簡稱域)，在自治域系統(tǒng)內(nèi)部運行IGP協(xié)議，OSPF協(xié)議則是IGP中的主流協(xié)議。運行OSPF路由協(xié)議的自治域網(wǎng)絡(luò)一般分為多個區(qū)域AREA，圖中示有三個自治域，其中區(qū)域0是骨干區(qū)域。本發(fā)明的構(gòu)思是采用模擬OSPF路由器在區(qū)域內(nèi)監(jiān)測OSPF協(xié)議通告信息，但其不產(chǎn)生自身的通告信息。根據(jù)實際組網(wǎng)特點和OSPF協(xié)議的運行特征，本發(fā)明的OSPF路由性能監(jiān)測與分析系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，即在自治域AS的每個區(qū)域AREA內(nèi)都設(shè)署一個監(jiān)測節(jié)點(圖中用帶有數(shù)字的方框表示)，監(jiān)測所屬域內(nèi)的鏈路狀態(tài)和路由變化信息(圖中用圓圈表示路由節(jié)點)。每個監(jiān)測節(jié)點作為OSPF網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，運行OSPF協(xié)議，然而，它僅僅和其鄰接路由器建立鄰接關(guān)系。也就是監(jiān)測節(jié)點作為一個類路由器運行，從其鄰居接收所有鏈路狀態(tài)通告LSA(Link State Advertisement)信息，但不向其鄰居傳播鏈路狀態(tài)通告信息，從而使監(jiān)測節(jié)點對OSPF網(wǎng)絡(luò)運行的影響達(dá)到最小。
整個監(jiān)測系統(tǒng)由一個或多個監(jiān)測節(jié)點和管理節(jié)點(圖中用帶有字母M的方框表示)組成。如圖1所示，監(jiān)測節(jié)點部署在各個監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，作為仿真路由器運行，負(fù)責(zé)接收其鄰居發(fā)送的所在區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)鏈路變化信息。監(jiān)測節(jié)點對接收到的鏈路信息進(jìn)行分析、處理和簡單匯總后，將得到所在區(qū)域內(nèi)的路由變化信息發(fā)送到管理節(jié)點。管理節(jié)點根據(jù)多個監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息，匯總、整理出整個自治域的路由變更信息，進(jìn)而構(gòu)建和呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邏輯連接與反映路由變更狀況的拓?fù)鋱D，并在界面上完成路由拓?fù)浼奥酚蓜討B(tài)變化的可視化呈現(xiàn)，以支持大型復(fù)雜多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的路由性能監(jiān)測。
參見圖2，介紹本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和功能分解監(jiān)測節(jié)點由鏈路狀態(tài)信息采集分析模塊和存儲路由狀態(tài)信息的鏈路信息數(shù)據(jù)庫所組成，負(fù)責(zé)收集網(wǎng)絡(luò)中鏈路狀態(tài)變化所洪泛的鏈路狀態(tài)通告LSA消息，更新本地鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSDB；同時分析LSA的具體內(nèi)容，提取鏈路狀態(tài)變更信息，分析路由變更信息，將分析結(jié)果發(fā)送到管理節(jié)點。
管理節(jié)點由順序連接的路由變更信息匯總模塊、路由拓?fù)涔芾砟K、路由拓?fù)涑尸F(xiàn)模塊和節(jié)點與鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫所組成；根據(jù)多個監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息，匯總、整理出整個自治域的路由變更信息，將信息保存到數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)而構(gòu)建和呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邏輯連接與反映路由變更狀況的拓?fù)鋱D，并在界面上完成路由拓?fù)浼奥酚蓜討B(tài)變化的可視化呈現(xiàn)，從而幫助網(wǎng)絡(luò)管理員了解網(wǎng)絡(luò)中路由變化狀況，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，以保證網(wǎng)絡(luò)的正確、穩(wěn)定、高效的運行。本發(fā)明系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中分布設(shè)置的監(jiān)測節(jié)點的數(shù)量多少取決于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小或組網(wǎng)的不同需求，但在網(wǎng)絡(luò)中的骨干區(qū)域必須設(shè)置監(jiān)測節(jié)點，這些監(jiān)測節(jié)點分別獨立監(jiān)測其所關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)自治域中的路由變更信息；管理節(jié)點和監(jiān)測節(jié)點物理上可以部署、運行于不同的主機(jī)，根據(jù)需要也可以駐留在同一主機(jī)內(nèi)。
由于本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，為了獲得網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)的變化，需要分析在區(qū)域內(nèi)洪泛的鏈路變更消息，即作為鏈路狀態(tài)更新報文負(fù)載數(shù)據(jù)的LSA消息中類型為1的router_lsa和類型為2的network_lsa。根據(jù)router_lsa的內(nèi)容可以得到產(chǎn)生該lsa消息節(jié)點的鄰居，根據(jù)其內(nèi)容的變化得到網(wǎng)絡(luò)鏈路變更狀況；根據(jù)network_lsa消息中相連路由器的變化得到網(wǎng)絡(luò)中是否有新的節(jié)點加入或撤出；統(tǒng)計類型3和4的LSA，分析區(qū)域間路由變動信息；分析類型5的LSA獲得區(qū)域與自治域外部關(guān)聯(lián)的路由變化。
本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)的工作方法是系統(tǒng)部署在被測網(wǎng)絡(luò)中，監(jiān)測節(jié)點分布在各個監(jiān)測域中。監(jiān)測節(jié)點收集網(wǎng)絡(luò)中的路由通告信息LSA，采用SPF算法計算最優(yōu)路徑樹，并初步判斷是否發(fā)生路由變更事件，再將搜集到的路由變更事件的相關(guān)信息匯總到管理節(jié)點。管理節(jié)點對各個監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息進(jìn)行整合處理，并維護(hù)兩級拓?fù)鋱D反映基本連接性的網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)鋱D及在其基礎(chǔ)上疊加的反映路由變更的路由變更圖，再根據(jù)監(jiān)測節(jié)點反映的路由變更信息對拓?fù)鋱D進(jìn)行實時更新和可視化呈現(xiàn)。
參見圖3，介紹本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方法的具體操作步驟(1)監(jiān)測節(jié)點收集網(wǎng)絡(luò)中的路由通告信息LSA，獲得路由變化信息；(2)管理節(jié)點將各個監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息進(jìn)行整合匯總處理；(3)管理節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)路由拓?fù)鋱D進(jìn)行管理；(4)管理節(jié)點對路由拓?fù)鋱D進(jìn)行實時更新和可視化呈現(xiàn)。
參見圖4，詳細(xì)描述監(jiān)測節(jié)點根據(jù)LSA消息獲得路由變更信息的處理流程。監(jiān)測節(jié)點先同步區(qū)域內(nèi)的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，同時分析LSDB數(shù)據(jù)庫中的Router_LSA消息，形成描述產(chǎn)生該LSA的路由器信息的router_node記錄，并以尾插入的方式保存在router_list鏈表中，獲得區(qū)域內(nèi)路由器連接狀況。監(jiān)測節(jié)點監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布的LSA消息，如果監(jiān)聽到未處理的LSA，則更新LSDB中的相應(yīng)LSA消息。
監(jiān)測節(jié)點將從其鄰居節(jié)點同步和洪泛得到的LSA消息存儲于LSDB中，同時分析LSDB數(shù)據(jù)庫中的Router_LSA消息，判斷Router_LSA報文中Link信息，如果鏈路是stub、transit類型，不做處理；如果鏈路是點到點類型，獲得鏈路ID號，即得到鏈路目的地址，并以產(chǎn)生該LSA路由器的router id為源地址，生成linklist鏈表，保存所有路由器到路由器的鏈路信息，獲得鏈路data數(shù)據(jù)，將其作為接口地址加入到相應(yīng)路由器的if_ist鏈表中。即其監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中鏈路狀態(tài)通告LSA消息，更新本地鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSDB，同時修改router_list鏈表，獲得區(qū)域內(nèi)的路由器連接狀況。監(jiān)測節(jié)點的LSDB根據(jù)LSA消息以路由表的形式建立，當(dāng)節(jié)點接收到LSA消息時，如果該消息在LSDB中不存在，或者序列號比LSDB中的LSA較大，則將該LSA消息加入到LSDB中。如果域內(nèi)存在未處理的節(jié)點，則運行dilkstra算法，運算域內(nèi)和域間路由。重新執(zhí)行SPF算法計算SPF樹，并與原來的SPF樹進(jìn)行比較，如果出現(xiàn)變化，則生成新的路由表，再將新生成的路由表與原來的路由表進(jìn)行比較，獲得路由變動信息。
為了獲得網(wǎng)絡(luò)路由的變化，需要運行SPF算法，它分為下述兩部分(1)域內(nèi)路由計算遍歷根據(jù)Route_LSA生成的區(qū)域內(nèi)路由器節(jié)點鏈表router_list，以該鏈表的每個記錄所描述路由器的router id為根節(jié)點，分析其LSDB中所有Router_LSA消息的內(nèi)容，將除stub類型以外的鏈路轉(zhuǎn)化為向量形式，利用Dijstra算法，建立spf樹和按照鏈路價值正序排列的candidate鏈表，每次均取鏈表的頭部記錄，并根據(jù)向量中含有的nexthop將該頭部記錄插入到spf樹中，當(dāng)candidate鏈表為空時，遍歷LSDB中Router_LSA，將所有類型為stub的鏈路作為葉子節(jié)點加入到spf樹中，則域內(nèi)路由計算完畢。
(2)域間路由計算在spf樹中查詢獲得節(jié)點到區(qū)邊界路由器ABR的最短路徑，將詳細(xì)描述summary_lsa中的區(qū)域間鏈路增加到spf樹中，同時根據(jù)類型4的summary_lsa獲得到自治域邊界路由器ASBR的最短路徑，以備域間路由計算；如果節(jié)點是虛鏈路的一個端點，存在不經(jīng)過另一個虛鏈路端點到達(dá)目的鏈路的最短路徑，則修改spf樹，從而獲得域內(nèi)路由；查詢獲得到產(chǎn)生該域外部AS_external_lsa消息的ASBR的最短路徑，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)地址將鏈路直接加入到路由表中。
下面參見圖4～圖7，詳細(xì)介紹本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)方法的各個操作步驟在步驟(1)中路由計算完畢，與舊的路由信息進(jìn)行比較，則獲得監(jiān)測點所在區(qū)域的路由變更信息。但AS域的路由變更消息的獲得，還需要對各個區(qū)域的路由變更信息匯總，這由步驟(2)在管理節(jié)點進(jìn)行處理，該處理過程在圖5中作了詳細(xì)描述匯總并非簡單的消息疊加，對區(qū)域內(nèi)的每個ABR節(jié)點，在其他區(qū)域中尋找具有相同router id的節(jié)點，將該ABR在不同區(qū)域內(nèi)的路由變更消息進(jìn)行整合匯總；同時判斷該區(qū)域內(nèi)是否加入路由變更消息，如果沒有該區(qū)域的路由變更消息，則保存，以便將不同區(qū)域的路由變更信息連接起來，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌蝗绻性搮^(qū)域的路由變更消息，則將所有的路由變更信息以設(shè)定格式保存，構(gòu)建路由變更圖，以供拓?fù)涔芾砟K調(diào)用。保存路由變更信息格式如下

參見圖6，介紹步驟(3)實現(xiàn)拓?fù)涔芾淼牧鞒獭９芾砉?jié)點分析路由表獲得網(wǎng)絡(luò)連接性信息，得到網(wǎng)絡(luò)運行的基本狀態(tài)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；如果發(fā)生路由變更，則根據(jù)每個變更信息記錄中保存的域內(nèi)路由信息From、To字段，構(gòu)建邏輯拓?fù)鋱D。再根據(jù)路由變更信息處理模塊的分析結(jié)果，構(gòu)建反映網(wǎng)絡(luò)路由信息變更狀況的路由變更拓?fù)鋱D。管理員根據(jù)路由變更拓?fù)鋱D可以評估網(wǎng)絡(luò)運行狀況，及時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)或升級，使得網(wǎng)絡(luò)運行在健康的狀態(tài)。
拓?fù)涑尸F(xiàn)是以圖形化方式來查看網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由變化信息，并通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓膭討B(tài)演示來形象直觀的演示AS域內(nèi)路由隨時間的連續(xù)變化。參見圖7，介紹步驟(4)實現(xiàn)拓?fù)涑尸F(xiàn)的操作流程首先管理節(jié)點讀取前述步驟中生成的具有標(biāo)準(zhǔn)固定格式文件，從文件名中獲得監(jiān)測節(jié)點路由器的IP地址，并將該路由器作為中心，繪制出全域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；然后管理節(jié)點分析文件內(nèi)容，對應(yīng)于文件的每一行，生成一個路由變更信息記錄OSPFRecord，保存OSPF路由器的節(jié)點信息；再分析每一行的對應(yīng)字段的值，以O(shè)SPFRecord為參數(shù)生成各個節(jié)點的delta node記錄，然后根據(jù)時間排序生成delta鏈表，并綜合所有路由器節(jié)點的delta鏈表，生成為可擴(kuò)展的鄰接表，從而根據(jù)該鄰接表呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，并動態(tài)反映出路由的變化。
權(quán)利要求
1.一種互聯(lián)網(wǎng)的開放最短路徑優(yōu)先OSPF路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)由管理節(jié)點和分布設(shè)置在被監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中各個自治域系統(tǒng)AS的一個或多個監(jiān)測節(jié)點所組成，其中監(jiān)測節(jié)點，由鏈路狀態(tài)信息采集分析模塊和存儲路由狀態(tài)信息的鏈路信息數(shù)據(jù)庫所組成，用作開放最短路徑優(yōu)先OSPF網(wǎng)絡(luò)中運行OSPF協(xié)議的仿真路由器，從其鄰接路由器接收所在區(qū)域的各種鏈路狀態(tài)和路由變化信息，但不產(chǎn)生自身的通告信息，以盡量減少該監(jiān)測節(jié)點對OSPF網(wǎng)絡(luò)運行的影響；對采集的鏈路信息進(jìn)行分析、處理后，將該所在區(qū)域內(nèi)的路由變化信息發(fā)送到管理節(jié)點；管理節(jié)點，由順序連接的路由變更信息匯總模塊、路由拓?fù)涔芾砟K、路由拓?fù)涑尸F(xiàn)模塊和節(jié)點與鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫所組成；根據(jù)多個監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息，匯總、整理出整個自治域的路由變更信息，進(jìn)而構(gòu)建和呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邏輯連接與反映路由變更狀況的拓?fù)鋱D，并在界面上完成路由拓?fù)浼奥酚蓜討B(tài)變化的可視化呈現(xiàn)，以支持大型復(fù)雜多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的路由性能監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)測節(jié)點的路由狀態(tài)信息采集分析模塊負(fù)責(zé)收集網(wǎng)絡(luò)中鄰接路由器對鏈路狀態(tài)變化所洪泛的鏈路狀態(tài)通告LSA消息，更新本地鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫LSDB，并對LSA內(nèi)容進(jìn)行分析，提取鏈路狀態(tài)變更信息，分析路由變更信息，再將分析結(jié)果發(fā)送到管理節(jié)點。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于所述監(jiān)測節(jié)點所采集、分析的在區(qū)域內(nèi)洪泛的鏈路狀態(tài)通告LSA消息中包括類型1的router_lsa，用于根據(jù)router_lsa內(nèi)容得到產(chǎn)生該lsa消息節(jié)點的鄰居，再根據(jù)其內(nèi)容變化得到網(wǎng)絡(luò)鏈路變更狀況；類型2的network_lsa，用于根據(jù)network_lsa消息中相連路由器的變化得到網(wǎng)絡(luò)中是否有新的節(jié)點加入或撤出；類型3、4、5的鏈路狀態(tài)統(tǒng)計消息，前兩種用于分析區(qū)域間路由變動信息，后者用于分析獲得區(qū)域與自治域外部關(guān)聯(lián)的路由變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中分布設(shè)置的監(jiān)測節(jié)點的數(shù)量多少取決于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小或組網(wǎng)的不同需求，但在網(wǎng)絡(luò)中的骨干區(qū)域必須設(shè)置監(jiān)測節(jié)點，這些監(jiān)測節(jié)點分別獨立監(jiān)測其所關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)自治域中的路由變更信息；所述管理節(jié)點和監(jiān)測節(jié)點可以運行于不同的主機(jī)，也可以根據(jù)需要駐留在同一主機(jī)內(nèi)。
5.一種互聯(lián)網(wǎng)的開放最短路徑優(yōu)先路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于分布在被監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的各個區(qū)域的監(jiān)測節(jié)點收集網(wǎng)絡(luò)中的路由通告信息LSA，采用最短路由算法SPF計算各個節(jié)點的最優(yōu)路徑樹，并判斷是否發(fā)生路由變更事件，再將搜集到的路由變更事件的相關(guān)信息匯總到管理節(jié)點；管理節(jié)點對各個監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息進(jìn)行整合處理，并維護(hù)兩級拓?fù)鋱D反映基本連接性的網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)鋱D及在其基礎(chǔ)上反映路由變更的路由變更圖，再根據(jù)監(jiān)測節(jié)點反映的路由變更信息對拓?fù)鋱D進(jìn)行實時更新和可視化呈現(xiàn)；該方法包括下列步驟(1)監(jiān)測節(jié)點收集網(wǎng)絡(luò)中的路由通告信息LSA，獲得路由變化信息；(2)管理節(jié)點將各個監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息進(jìn)行整合匯總處理；(3)管理節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)路由拓?fù)鋱D進(jìn)行管理；(4)管理節(jié)點對路由拓?fù)鋱D進(jìn)行實時更新和可視化呈現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所述步驟(1)進(jìn)一步包括下列操作(11)監(jiān)測節(jié)點同步本區(qū)域內(nèi)的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSDB，分析該數(shù)據(jù)庫中的路由器LSA消息，獲得區(qū)域內(nèi)路由器連接狀況；(12)監(jiān)測節(jié)點監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布的LSA消息，如果監(jiān)聽到未處理的新LSA消息，則將該LSA消息加入到LSDB中；如果監(jiān)聽到的LSA消息是已處理過的舊LSA消息，則對數(shù)據(jù)庫中相關(guān)的LSA消息執(zhí)行更新操作；(13)如果域內(nèi)存在有未處理的節(jié)點，則監(jiān)測節(jié)點采用dijkstra算法分別計算域內(nèi)路由和/或域間路由；(14)監(jiān)測節(jié)點重新采用最短路由算法計算SPF樹，并與原來的SPF樹進(jìn)行比較，如果沒有變化，則返回步驟(13)；如果出現(xiàn)變化，執(zhí)行后續(xù)操作；(15)監(jiān)測節(jié)點根據(jù)SPF樹生成新的路由表，再將新生成的路由表與原來的路由表進(jìn)行比較，獲得所在區(qū)域內(nèi)的路由變動信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所述步驟(13)中采用SPF算法計算SPF樹時，分為下述兩部分A.域內(nèi)路由計算遍歷根據(jù)Route_LSA生成的區(qū)域內(nèi)路由器節(jié)點鏈表router_list，以該鏈表的每個記錄所描述路由器的router id為根節(jié)點，分析LSDB中所有Router_LSA消息的內(nèi)容，將除stub類型以外的鏈路轉(zhuǎn)化為向量形式，利用Dijstra算法，建立spf樹和按照鏈路價值正序排列的candidate鏈表；每次均選取鏈表的頭部記錄，并根據(jù)向量中含有的nexthop信息將該頭部記錄插入到spf樹中；當(dāng)candidate鏈表為空時，遍歷LSDB中Router_LSA，將所有類型為stub的鏈路作為葉子節(jié)點加入到spf樹中，則完成域內(nèi)路由計算；B.域間路由計算在spf樹中查詢獲得節(jié)點到區(qū)邊界路由器ABR的最短路徑，將詳細(xì)描述summary_lsa中的區(qū)域間鏈路增加到spf樹中，同時根據(jù)類型4的summary_lsa獲得到自治域邊界路由器ASBR的最短路徑，以備域間路由計算；如果節(jié)點是虛鏈路的一個端點，存在不經(jīng)過另一個虛鏈路端點到達(dá)目的鏈路的最短路徑，則修改spf樹，從而獲得域內(nèi)路由；查詢獲得產(chǎn)生該域外部LSAAS_external_lsa消息的ASBR的最短路徑，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)地址將鏈路直接加入到路由表中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所述步驟(2)進(jìn)一步包括下列操作(21)對區(qū)域內(nèi)的每個ABR節(jié)點，在其他區(qū)域中尋找具有相同router id的節(jié)點，將該ABR在不同區(qū)域內(nèi)的路由變更消息進(jìn)行整合匯總；(22)判斷該區(qū)域內(nèi)是否加入路由變更消息，如果沒有該區(qū)域的路由變更消息，則保存，以便將不同區(qū)域的路由變更信息連接起來，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌蝗绻性搮^(qū)域的路由變更消息，則將所有的路由變更信息以設(shè)定格式保存，構(gòu)建路由變更圖，以供拓?fù)涔芾砟K調(diào)用。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所述步驟(3)進(jìn)一步包括下列操作(31)管理節(jié)點分析路由表獲得網(wǎng)絡(luò)連接性信息，獲知網(wǎng)絡(luò)運行的基本狀態(tài)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)洌?32)如果發(fā)生路由變更，根據(jù)路由變更信息處理模塊的分析結(jié)果，構(gòu)建反映網(wǎng)絡(luò)路由信息變更狀況的路由變更拓?fù)鋱D，以供管理員根據(jù)路由變更拓?fù)鋱D評估網(wǎng)絡(luò)運行狀況，及時進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)維護(hù)或升級，使網(wǎng)絡(luò)健康運行。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所述步驟(4)進(jìn)一步包括下列操作(41)管理節(jié)點從數(shù)據(jù)庫讀取已經(jīng)生成的標(biāo)準(zhǔn)格式的路由變更信息，從該信息中獲取監(jiān)測節(jié)點路由器的IP地址；(42)管理節(jié)點分析每一條路由變更信息記錄，生成帶路由變更信息的鄰接表，根據(jù)該鄰接表呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，并以圖形方式動態(tài)反映路由的變化情況。
全文摘要
一種互聯(lián)網(wǎng)的OSPF路由協(xié)議的監(jiān)測與分析系統(tǒng)，由管理節(jié)點和分布在被監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中各個AS中的一個或多個監(jiān)測節(jié)點所組成。該系統(tǒng)的工作方法是分布在被監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中各區(qū)域的監(jiān)測節(jié)點收集網(wǎng)絡(luò)中的LSA，采用SPF算法計算各節(jié)點的最優(yōu)路徑樹，并判斷是否發(fā)生路由變更事件，再將搜集到的路由變更信息匯總到管理節(jié)點；管理節(jié)點對各監(jiān)測節(jié)點上報的路由變更信息進(jìn)行整合，維護(hù)兩級拓?fù)鋱D反映基本連接的網(wǎng)絡(luò)邏輯圖及反映路由變更的路由變更圖，再根據(jù)路由變更信息對拓?fù)鋱D進(jìn)行實時更新和可視化呈現(xiàn)。本發(fā)明以對網(wǎng)絡(luò)影響最小方式完成路由監(jiān)測，并對多個監(jiān)測節(jié)點獲知的各個區(qū)域內(nèi)的路由變化信息進(jìn)行匯總，擴(kuò)大系統(tǒng)監(jiān)控范圍，能夠支持大型復(fù)雜多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的路由性能監(jiān)測。
文檔編號H04L12/56GK1905512SQ200610112198
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月17日
發(fā)明者王芳, 孫文海, 焦利, 林宇, 崔毅東, 王永貴 申請人:北京郵電大學(xué)