本發(fā)明涉及網(wǎng)絡的配置管理領域，具體涉及一種服務功能鏈的備份方法。

背景技術：

1、網(wǎng)絡功能虛擬化（network?function?virtualization，nfv）技術，通過將傳統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡設備功能虛擬化為軟件模塊，部署在標準化的計算、存儲和網(wǎng)絡資源上；然后，根據(jù)網(wǎng)絡業(yè)務請求（network?service?request，nsr），將多個服務功能（service?function，sf）按特定順序鏈接起來，形成服務功能鏈（service?function?chain，sfc），并將其部署至物理網(wǎng)絡（physical?network，pn）中，形成服務功能路徑（service?functionpath，sfp），從而為用戶數(shù)據(jù)提供一系列的處理。nfv能夠有效地提高網(wǎng)絡資源利用率，促進底層基礎設施資源的共享，從而實現(xiàn)更具動態(tài)性和服務感知能力的網(wǎng)絡。

2、但虛擬化帶來的動態(tài)性和靈活性，同時引入了安全和管理方面的挑戰(zhàn)。在實際運營過程中，網(wǎng)絡故障發(fā)生的概率顯著增加，其基本故障類型主要包括：

3、一、節(jié)點故障

4、節(jié)點故障，是指服務功能鏈中的某服務功能所在物理節(jié)點發(fā)生故障。由于服務功能鏈的服務功能是依次串聯(lián)的，每個節(jié)點的輸出是下一個節(jié)點的輸入，所以一個節(jié)點的故障可能導致整個服務功能鏈中斷或性能下降；其次，服務功能鏈中的某個節(jié)點發(fā)生故障時，它無法繼續(xù)處理通過鏈路傳輸?shù)牧髁浚@可能導致流量丟失、延遲增加或服務請求失敗。

5、二、鏈路故障

6、鏈路故障，是指連接服務功能鏈中兩個或多個服務功能所在物理節(jié)點之間的物理或邏輯鏈路發(fā)生故障，導致鏈路無法傳遞流量或服務功能鏈中斷的情況。鏈路故障會直接影響到服務功能鏈中故障鏈路兩側的節(jié)點和流量傳輸。

7、三、服務功能故障

8、服務功能故障，是指在服務功能鏈中某個服務功能未能按照預期執(zhí)行其職責的情況。其將導致服務功能鏈中受影響服務功能的性能下降或者直接不可用，并直接影響到整體服務的可用性和用戶體驗。

9、因此，需要建立備份，確保在主鏈出現(xiàn)故障或需要升級維護時，能夠迅速切換到備份的節(jié)點或鏈路，確保服務的連續(xù)性和可靠性。具體的講，與上述故障類型相對應的，現(xiàn)有的備份主要包括：

10、一、節(jié)點備份

11、節(jié)點備份，用于確保在主節(jié)點或服務功能出現(xiàn)故障時能夠快速恢復服務。節(jié)點備份，通常包括主節(jié)點和備份節(jié)點兩部分，主節(jié)點是正常情況下處理服務請求的節(jié)點，負責實際執(zhí)行服務功能，處理輸入請求并生成相應的輸出；備份節(jié)點是為了防止主節(jié)點出現(xiàn)故障而設置的備用節(jié)點。一旦檢測到主節(jié)點故障，備份節(jié)點會接管服務，以確保切換過程能夠迅速、可靠地完成，最小化服務中斷時間。

12、二、路徑備份

13、路徑備份，通常涉及在網(wǎng)絡或數(shù)據(jù)傳輸路徑中設置備用路徑，以便在主路徑出現(xiàn)故障或性能下降時能夠快速切換，從而保持服務的連續(xù)性和質(zhì)量。主路徑是正常情況下服務數(shù)據(jù)傳輸或通信的路徑，它通常是最優(yōu)的、帶寬充足的路徑，以確保服務的高效運行；備份路徑是為了應對主路徑發(fā)生故障或臨時性能下降而設置的替代路徑。備份路徑可以是物理上的備用網(wǎng)絡鏈路、虛擬邏輯上的路由改變，或是其他互補的傳輸路徑。

14、三、服務功能實例備份

15、服務功能實例備份，是指對運行中的服務實例進行定期的復制，以便在需要時能夠快速恢復或部署新的實例。服務功能實例備份通常以快照或鏡像的形式進行。

16、現(xiàn)有的nfv故障管理，遵循“逐層關聯(lián)、分類管理”的原則，根據(jù)故障的性質(zhì)和影響范圍將其分類，并應用相應的管理策略。進一步的講，在面向服務功能鏈時，其主要針對同類型組件，如服務功能實例、物理節(jié)點、鏈路等，實施分類管理，并通過依次構建、部署的方式，實現(xiàn)對服務功能鏈的完整備份。

17、但應當注意到，現(xiàn)有的備份方法，大多采用專用備份，基于獨享資源或給定可靠性能指標的思想，嚴重依賴于充盈的算力、網(wǎng)絡資源或前期給定參數(shù)。資源的有限性，可能會限制備份的部署，導致備份請求接受率下降。因此，現(xiàn)有研究方向主要在于：如何降低資源開銷，比如：一些研究提出基于單位開銷可靠性提高值的vnf選擇方法，以準確表示備份vnf單位開銷所獲得的可靠性收益，通過選擇合適的備份策略減少資源開銷；一些研究，通過聯(lián)合備份方式，改進相鄰備份實例之間的放置策略，降低帶寬資源開銷。

18、因此，現(xiàn)有備份方法，主要針對同構故障容錯。所謂同構故障，也即相同類型服務功能組件，由相同或相似的原因?qū)е碌墓收稀６S著網(wǎng)絡的復雜化，以及網(wǎng)絡攻擊手段的不斷升級，異構并發(fā)故障的發(fā)生幾率顯著增大。所述異構并發(fā)故障，也即不同類型的故障同時或幾乎同時發(fā)生。現(xiàn)有備份方法，在面對異構并發(fā)故障時，由于不同服務功能組件的故障容錯機制往往無法直接兼容，融合力度欠缺，因此，導致故障恢復和容錯機制的實時性較差，且容錯能力有限。但當前對異構故障容錯的研究，還處在積極探索階段，在實際運營過程中，針對異構并發(fā)故障，主要采用現(xiàn)有備份方法，并通過引入冗余路徑，如多路徑路由和網(wǎng)絡負載均衡器，規(guī)避單點故障的影響；設計基于異構備份的服務功能鏈部署方法，提高服務功能鏈的抗攻擊能力。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題是：提出一種服務功能鏈的備份方法，其針對異構并發(fā)故障，能滿足業(yè)務恢復的低時延要求，且容錯能力強。

2、本發(fā)明解決上述技術問題采用的技術方案是：

3、一種服務功能鏈的備份方法，包括以下步驟：

4、a1、獲取主鏈，所述主鏈為部署在物理網(wǎng)絡中的服務功能鏈；

5、a2、對步驟a1所獲取主鏈所對應服務功能鏈，進行分段，獲得主鏈所對應服務功能鏈的分段方案；服務功能鏈的分段，首先，基于分段策略，確定服務功能鏈所包含的部分服務功能，作為斷點；然后，基于斷點，將完整的服務功能鏈，分解為一組分段功能鏈，構成基于該分段策略的分段方案；

6、a3、針對每一分段方案所包含的各分段功能鏈，分別地：

7、基于物理網(wǎng)絡的拓撲關系，以及物理網(wǎng)絡中各物理節(jié)點所具備的服務功能，構建滿足備份部署要求的分段功能鏈的備份鏈；所述分段功能鏈的備份鏈，包含分段功能鏈所包含的所有服務功能；

8、a4、若分段方案所包含的各分段功能鏈的備份鏈，均構建成功，則該分段方案為可實施分段方案；若可實施分段方案的數(shù)量大于或等于一個，則執(zhí)行步驟a5；

9、否則，首先，基于分段策略的更新策略，新增斷點；然后，基于新增斷點對該分段策略的分段方案進行更新，以更新獲得的分段方案作為輸入，返回步驟a3；

10、a5、若可實施分段方案的數(shù)量為一個，則以其為最終分段方案；若可實施分段方案的數(shù)量大于一個，則分別計算各可實施分段方案的資源開銷，以其中資源開銷最小的可實施分段方案，作為最終分段方案；

11、可實施分段方案資源開銷的計算，首先，利用其所包含各分段功能鏈的備份鏈，按主鏈所對應服務功能鏈所包含服務功能的執(zhí)行順序，拼接構成主鏈的備份鏈；然后，計算所構建主鏈的備份鏈部署在物理網(wǎng)絡的資源開銷，作為該可實施分段方案的資源開銷；

12、a6、基于最終分段方案所包含的各分段功能鏈的備份鏈，按主鏈所對應服務功能鏈所包含服務功能的執(zhí)行順序，拼接構成主鏈的備份鏈；以所構建主鏈的備份鏈在物理網(wǎng)絡中的部署策略，作為主鏈的備份方案；

13、a7、基于主鏈的備份方案，對主鏈實施備份；

14、所述備份部署要求，包括資源約束、執(zhí)行順序約束和不相交約束；

15、所述資源約束為：備份鏈所包含各服務功能所部署物理節(jié)點的剩余資源，應滿足主鏈所對應服務功能鏈中對應服務功能對資源的需求；

16、所述執(zhí)行順序約束為：備份鏈所包含各服務功能的執(zhí)行順序，應與主鏈所對應服務功能鏈中對應服務功能的執(zhí)行順序相一致；

17、所述不相交約束為：備份鏈所包含各服務功能所部署物理節(jié)點及所構成的鏈路，同主鏈所對應服務功能鏈所包含各服務功能所部署物理節(jié)點及所構成的鏈路，不具有交集。

18、進一步的，所述備份部署要求，還包括安全約束；

19、所述安全約束為：備份鏈所包含各服務功能的安全系數(shù)和，應大于或等于主鏈所對應服務功能鏈中對應各服務功能的安全系數(shù)之和。

20、進一步的，所述安全系數(shù)，按如下公式計算獲得：

21、 sg i =(ah i /?max(ah)+nv i /?max(nv)+s i /?max(s))/3

22、其中， ah i表示第 i個服務功能所部署物理節(jié)點被攻擊的歷史數(shù)量， nv i表示第 i個服務功能所部署物理節(jié)點的漏洞數(shù)量， s i表示第 i個服務功能的預設安全性； max(ah)表示物理網(wǎng)絡中各物理節(jié)點歷史的最大被攻擊數(shù)量， max(nv)表示物理網(wǎng)絡中各物理節(jié)點最大的漏洞數(shù)量， max(s)表示部署于該物理網(wǎng)絡中的各服務功能中最大的預設安全性。

23、進一步的，所述分段策略，包括順序策略、重要性點策略和重要性鏈策略中的一種或多種；

24、所述順序策略，基于主鏈所對應服務功能鏈所包含服務功能的執(zhí)行順序，確定斷點；

25、所述重要性點策略，基于主鏈所對應服務功能鏈所包含服務功能和/或其所部署物理節(jié)點的重要性排序，確定斷點；所述重要性鏈策略，基于主鏈所對應服務功能鏈所包含服務功能所部署物理節(jié)點間鏈路的重要性排序，確定斷點。

26、進一步的，所述分段策略還包括基于共享分段庫的歷史策略；

27、步驟a2中，包括：

28、a21、基于歷史策略，進行分段：

29、判定共享分段庫中，是否存在被步驟a1獲取主鏈所對應服務功能鏈被包含的分段功能鏈；若存在，則提取各被包含的分段功能鏈，以提取獲得的所有分段功能鏈或其中包含服務功能數(shù)量最多的分段功能鏈，構建分段方案；否則，直接執(zhí)行步驟a22；

30、a22、基于其他的分段策略，進行分段；

31、a23、將基于歷史策略獲得的分段方案和基于其他的分段策略獲得的分段方案，進行合并，獲得輸入步驟a3的分段方案；

32、步驟a6中，基于最終分段方案所包含的分段功能鏈，對共享分段庫進行更新。

33、進一步的，所述順序策略為：以步驟a1獲取主鏈所對應服務功能鏈所包含服務功能中，除第一個、第二個、第n-1個和第n個以外的其余服務功能，分別作為斷點，并分別構建分段方案；所述n為主鏈所對應服務功能鏈所包含服務功能的數(shù)量；

34、所述順序策略的更新策略為：

35、針對待更新分段方案，保留成功構建備份鏈的分段功能鏈；

36、針對未成功構建備份鏈的分段功能鏈，若m>2，則分別以其所包含服務功能中，除第一個和第m個以外的其余服務功能，分別作為新增斷點，實現(xiàn)對分段方案的更新；否則，以其所包含服務功能，分別構成分段功能鏈，實現(xiàn)對分段方案的更新；所述m為分段功能鏈所包含服務功能的數(shù)量。

37、進一步的，所述分段策略包括重要性點策略和/或重要性鏈策略；

38、所述重要性點策略，基于服務功能所部署物理節(jié)點的重要性排序，確定作為斷點的服務功能；所述重要性鏈策略，以相鄰服務功能所部署兩物理節(jié)點的重要性之和作為鏈的重要性，以鏈的重要性排序，確定作為斷點的服務功能；

39、所述服務功能所部署物理節(jié)點的重要性，基于服務功能所部署物理節(jié)點在物理網(wǎng)絡中的中心性計算獲得，包括：

40、首先，基于物理網(wǎng)絡構建無向圖 g(v,e,f)，其中， v表示物理節(jié)點， e表示物理鏈路， f表示服務功能；

41、然后，利用無向圖 g(v,e,f)，分別計算步驟a1所獲得主鏈所對應服務功能鏈所包含各服務功能所部署物理節(jié)點的介數(shù)中心性、接近中心性、度數(shù)中心性和帶寬負載率；

42、之后，分別按如下公式，計算步驟a1所獲得主鏈所對應服務功能鏈所包含各服務功能所部署物理節(jié)點的重要性：

43、 bppv i =(bc i +?dc i +?cc i )/?(r bwi /?t bwi )

44、其中， bc i表示第 i個服務功能所部署物理節(jié)點的介數(shù)中心性， dc i表示第 i個服務功能所部署物理節(jié)點的接近中心性， cc i表示第 i個服務功能所部署物理節(jié)點的度數(shù)中心性， r bwi表示第 i個服務功能所部署物理節(jié)點所有鏈路的剩余帶寬之和， t bwi表示表示第 i個服務功能所部署物理節(jié)點所有鏈路的總帶寬之和。

45、進一步的，所述重要性點策略為：以重要性最大的物理節(jié)點所部署的服務功能作為斷點，構建分段方案；所述斷點，按服務功能的執(zhí)行順序?qū)儆趫?zhí)行在前和/或執(zhí)行在后的分段功能鏈；

46、所述重要性點策略的更新策略為：

47、針對待更新分段方案，保留成功構建備份鏈的分段功能鏈；

48、針對未成功構建備份鏈的分段功能鏈，若m>2，則以其所包含重要性最大的物理節(jié)點所部署服務功能作為新增斷點，對待更新分段方案進行更新；否則，以其所包含服務功能，分別構成分段功能鏈，實現(xiàn)對分段方案的更新；所述m為分段功能鏈所包含服務功能的數(shù)量。

49、進一步的，所述重要性鏈策略為：以重要性最大的鏈兩端物理節(jié)點中重要性大的物理節(jié)點所部署的服務功能作為斷點，構建分段方案；

50、所述重要性鏈策略的更新策略為：

51、針對待更新分段方案，保留成功構建備份鏈的分段功能鏈；

52、針對未成功構建備份鏈的分段功能鏈，若m>2，則以其所包含重要性最大的鏈兩端的物理節(jié)點中重要性大的物理節(jié)點所部署的服務功能作為新增斷點，對待更新分段方案進行更新；否則，以其所包含服務功能，分別構成分段功能鏈，實現(xiàn)對分段方案的更新；所述m為分段功能鏈所包含服務功能的數(shù)量。

53、進一步的，在步驟a1和a2之間，還包括：

54、b、基于物理網(wǎng)絡的拓撲關系，以及物理網(wǎng)絡中各物理節(jié)點所具備的服務功能，構建滿足備份部署要求的主鏈的備份鏈；所述主鏈的備份鏈，包含主鏈所對應服務功能鏈所包含的所有服務功能；

55、若主鏈的備份鏈構建成功且數(shù)量為一個，則以其在物理網(wǎng)絡中的部署策略作為主鏈的備份方案，并執(zhí)行步驟a7；

56、若主鏈的備份鏈構建成功且數(shù)量為大于一個，則分別計算所成功構建的各主鏈的備份鏈部署在物理網(wǎng)絡的資源開銷；以其中資源開銷最小的主鏈的備份鏈在物理網(wǎng)絡中的部署策略，作為主鏈的備份方案，并執(zhí)行步驟a7；

57、否則，執(zhí)行步驟a2。

58、進一步的，在步驟a4中，若分段迭代輪數(shù)大于設定次數(shù)，則終止分段并執(zhí)行如下步驟：

59、c1、若存在備份鏈構建成功的分段功能鏈，則選擇包含服務功能數(shù)量最多且大于或等于2的分段功能鏈，作為可選的分段功能鏈；若存在多個可選的分段功能鏈，則以部署在物理網(wǎng)絡的資源開銷最小的可選的分段功能鏈作為基礎的分段功能鏈；否則執(zhí)行步驟c3；

60、c2、將主鏈所對應服務功能鏈中除基礎的分段功能鏈所包含服務功能以外的服務功能，分別構成分段功能鏈；以基礎的分段功能鏈及基礎的分段功能鏈以外其他服務功能所構成的分段功能鏈，構建分段方案并返回步驟a3；

61、c3、將主鏈所對應服務功能鏈所包含各服務功能，分別構成分段功能鏈，構建分段方案并返回步驟a3。

62、本發(fā)明的有益效果是：

63、本發(fā)明的備份方法，引入分段方式，通過選擇合適的斷點，將服務功能鏈進行分段，為每個切割分段設計相應備份路徑，分段功能鏈的備份鏈包含服務功能實例及其部署的物理節(jié)點和鏈路，確保分段中任意組件隨機發(fā)生故障時，業(yè)務流量能夠迅速切換至分段的備份鏈，保持業(yè)務連續(xù)性。在此過程中，備份鏈的部署還考慮與主鏈工作路徑的節(jié)點不相交性和鏈路不相交性，以保證能夠迅速切換至分段的備份鏈。通過建立分段功能鏈的備份鏈，并在各分段功能鏈的備份鏈的基礎上，拼接構成服務功能鏈全鏈的備份鏈。因此，在發(fā)生異構并發(fā)故障時，無論是在一個分段還是多個分段發(fā)生并發(fā)故障，都能快速的實現(xiàn)故障恢復，滿足業(yè)務恢復的低時延要求。

64、分段功能鏈的備份鏈整合其所包含各組件的備份，避免了不同服務功能組件的故障容錯機制無法直接兼容的問題。同時，考慮到不同子段可能由不同類型邊端設備組成，具有不同故障特性和容錯需求，分段容錯方法也能更好地進行適應。因此，本發(fā)明的方法能更好地適應異構并發(fā)故障的特性，容錯能力強，并兼具靈活性。

65、相較于現(xiàn)有主流方法中，服務功能鏈基于組間進行點備份，本發(fā)明的方法在分段和整體上均考慮了資源開銷，避免了點備份可能存在的鏈路繞路問題，在同樣的約束條件下，本發(fā)明降低了備份開銷；同時，由于每條分段功能鏈僅為服務功能鏈的部分，在同樣的約束條件下，越短的備份路徑越容易滿足約束條件，因此，相較于對服務功能鏈全鏈實施備份，本發(fā)明的分段方法能夠有效的降低備份拒絕率。

66、但相較于現(xiàn)有主流方法中，服務功能鏈基于組間進行點備份，分段方式仍可能存在備份請求被拒絕的問題。因此，為保證分段備份的接收率，本發(fā)明在斷點的選擇上，提出了多種分段策略，可以根據(jù)實際的業(yè)務場景需要，采用一種或多種分段方式，從而獲得多種可供選擇的分段方案，提高分段備份的接收率。并創(chuàng)造性的提出，基于服務功能所部署物理節(jié)點在物理網(wǎng)絡中的中心性，確定斷點的方式。

67、進一步的，發(fā)明人認為，在分段備份方法中，斷點的選擇與服務功能鏈中各服務功能所部署的物理節(jié)點有著強關聯(lián)性。其中，介數(shù)中心性量化了部署各服務功能物理節(jié)點作為業(yè)務發(fā)起地和目的地之間最短路徑橋梁的頻率。如果一個節(jié)點位于許多服務功能路徑的最短路徑上，那么該節(jié)點的介數(shù)中心性就高，代表該節(jié)點起著重要的橋梁作用，能夠控制或影響網(wǎng)絡中信息的流動。接近中心性則衡量了這個物理節(jié)點與網(wǎng)絡中其他所有節(jié)點的距離。度數(shù)中心性則衡量了一個節(jié)點在網(wǎng)絡中的連接數(shù)量，高度數(shù)中心性代表了該節(jié)點在網(wǎng)絡中具有更多的直接聯(lián)系，是關鍵的信息傳播者或影響者。這些中心性指標的值將總體權衡物理節(jié)點作為斷點的影響力和重要性。與此同時，帶寬代表網(wǎng)絡中信息或資源流動的速度或容量。在這種情況下，使用這樣的一個公式，囊括節(jié)點的各中心性值與其所在網(wǎng)絡的帶寬之比，反映了該節(jié)點在給定信息流動速度或容量下，相對于整個網(wǎng)絡的重要性或影響力。同時，基于實驗驗證，以中心性確定斷點，對降低備份拒絕率有著正面影響。

68、本發(fā)明的方法，適用于各類場景下sfc的備份，尤其是要求高可靠、低延遲、海量部署的算網(wǎng)融合業(yè)務。