一種多通道網絡切換方法和系統與流程

2023-12-01 09:55:26

本發明涉及信息技術領域，特別是涉及一種多通道網絡切換方法和系統。

背景技術：

當運營商IP網絡發生割接、擁塞或者故障時，異地網際網路數據中心(IDC)機房之間網絡吞吐量下降非常嚴重，甚至會引起網絡連接中斷。目前常採用的解決方案是將IDC機房網絡採用雙線接入，即通過特殊的技術手段，同時接入不同的網絡接入商(ISP)的服務，例如同時接入中國聯通和中國電信服務。

如今，一些企業或者政府部門對接入網際網路的可靠性要求越來越高。目前急需解決的問題是在滿足雙線接入備份的同時，也要求當單條連入ISP的線路出現故障之後，訪問網際網路的流量自動切換到另一備份線路上，從而實現網絡接入的可靠性和故障的快速恢復性。但是，現有技術中由於從一種網絡切換至另一種網絡的時候，而終端上的應用軟體在網絡切換後，其需要重新識別切換後的網絡，因此，其容易造成數據延遲、丟包等現象的發生，難以實現兩種網絡的無縫切換。

技術實現要素：

本發明主要解決的技術問題是提供一種多通道網絡切換方法和系統，能夠保證網絡傳輸質量。

為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是：提供一種多通道網絡切換方法，包括：分別在兩個終端中設置軟體定義網絡(software defined network,SDN)模塊，以分別在所述兩個終端內配置虛擬網卡信息，其中，所述虛擬網卡信息包括虛擬IP位址，所述兩個終端內分別安裝有應用軟體，且所述兩個終端之間設置有至少兩個物理IP通信鏈路，而所述兩個終端對應於每個所述物理IP通信鏈路分別具有一個對應的物理IP位址，所述兩個終端內的所述應用軟體調用所述兩個終端的虛擬IP位址，而所述SDN模塊根據每個所述終端的虛擬IP位址和每個所述物理IP通信鏈路所對應的物理IP位址之間的映射而構建路由信息；所述至少兩個物理IP通信鏈路中的一個鏈路作為活動鏈路，其它鏈路作為備用鏈路；調取當前的所述活動鏈路而在所述兩個終端之間進行通信；所述SDN模塊監控所述至少兩個物理IP通信鏈路的通信狀態，以判斷當前的所述活動鏈路的通信質量是否達到預定通信標準；當確定當前的所述活動鏈路的通信質量未達到所述預定通信標準時，則所述SDN模塊切換至一條通信質量達到所述預定通信標準的所述備用鏈路，並以切換後的所述備用鏈路作為當前的活動鏈路以在所述兩個終端之間進行通信。

其中，所述SDN模塊監控所述至少兩個物理IP通信鏈路的通信狀態，以判斷當前的所述活動鏈路的通信質量是否達到預定通信標準；當確定當前的所述活動鏈路的通信質量未達到所述預定通信標準時，則所述SDN模塊切換至一條通信質量達到所述預定通信標準的所述備用鏈路，並以切換後的所述備用鏈路作為當前的活動鏈路以在所述兩個終端之間進行通信包括：周期性發送心跳包到遠端，所述遠端收到所述心跳包後返回回復心跳包；根據收到的所述回復心跳包，實時統計距當前預定時間內的所述活動鏈路和所述備用鏈路的網絡不良率；若當前所述活動鏈路的所述網絡不良率大於所述預定通信標準，則進一步判斷所述備用鏈路的所述網絡不良率是否小於所述預定通信標準，若是則將所述備用鏈路切換為當前的活動鏈路以在所述兩個終端之間進行通信。

其中，所述網絡不良率為佔第一權重的網絡延遲率和佔第二權重的丟包率之和，所述第一權重與所述第二權重之和為1。

其中，當確定當前的所述活動鏈路的通信質量未達到所述預定通信標準時，則所述SDN模塊切換至一條通信質量達到所述預定通信標準的所述備用鏈路，並以切換後的所述備用鏈路作為當前的活動鏈路以在所述兩個終端之間進行通信，進一步包括：在切換後，以切換後的當前的活動鏈路在所述兩個終端之間發送和接收數據，且切換前的當前的活動鏈路繼續在所述兩個終端之間接收數據，以避免丟包現象的發生。

其中，所述在切換後，以切換後的當前的活動鏈路在所述兩個終端之間發送數據包括：所述應用軟體的待發送數據進入第一協議棧，所述第一協議棧對所述待發送數據進行第一協議包封裝和內層IP包封裝，從而獲得第一數據包，並將所述第一數據包通過當前數據發送終端的虛擬網卡發送至所述SDN模塊；所述SDN模塊接收所述第一數據包，讀取封裝後所述內層IP包首部，進行路由，發送至第二協議棧；所述第二協議棧對所述第一數據包進行第二協議包封裝和外層IP包封裝，從而獲得第二數據包，並通過數據發送終端的物理網卡將所述第二數據包發出，進而完成數據發送。

其中，所述在切換後，以切換後的當前的活動鏈路在所述兩個終端之間接收數據，且切換前的當前的活動鏈路繼續在所述兩個終端之間接收數據包括：所述切換後的當前活動鏈路或所述切換前的當前活動鏈路的數據接收終端的物理網卡接收所述第二數據包，並將所述第二數據包傳輸至所述第二協議棧，所述第二協議棧對所述第二數據包的所述外層IP包和所述第二協議包進行解封，進而得到所述第一數據包；所述SDN模塊讀取所述第一數據包的所述內層IP包首部，並將所述第一數據包通過所述數據接收終端的虛擬網卡傳輸至所述第一協議棧，所述第一協議棧對所述第一數據包的所述內層IP包和所述協議包進行解封，所述應用軟體進行數據讀取。

為解決上述技術問題，本發明採用的另一個技術方案是：提供提供一種多通道網絡切換系統，所述切換系統包括應用軟體和SDN模塊，所述SDN模塊包括：數據傳輸子模塊，用於建立至少兩個物理IP通信鏈路，且所述至少兩個物理IP通信鏈路中的一個鏈路作為活動鏈路，其它鏈路作為備用鏈路，所述活動鏈路為正常通信鏈路；路由管理子模塊，用於配置虛擬網卡信息，其中，所述虛擬網卡信息包括虛擬IP位址；根據每個虛擬IP位址和每個所述物理IP通信鏈路所對應的物理IP位址之間的映射而構建路由信息；監控子模塊，用於根據監控和判斷當前所述活動鏈路的通信質量是否達到預定的通信標準；切換子模塊，用於當確定當前所述活動鏈路的通信質量未達到預定通信標準的時候，從當前的活動鏈路切換至一條通信質量達到所述預定通信標準的所述備用鏈路，並以切換後的所述備用鏈路作為當前的活動鏈路；

所述應用軟體通過路由管理子模塊調用所述虛擬IP位址進行通信。

其中，所述監控子模塊包括發送單元、判斷單元，所述發送單元周期性發送心跳包到遠端，所述遠端收到所述心跳包後發回回復心跳包；所述判斷單元根據收到的所述回復心跳包，實時統計距當前預定時間內的所述活動鏈路和所述備用鏈路的所述網絡不良率；若當前所述活動鏈路的所述網絡不良率大於所述預定通信標準，且當前所述備用鏈路的所述網絡不良率小於所述預定通信標準，則發送第一信號至所述切換子模塊；所述切換子模塊接收所述第一信號，進而切換至一條通信質量達到所述預定通信標準的所述備用鏈路，並以切換後的所述備用鏈路作為當前的活動鏈路。

其中，所述監控子模塊進一步包括計算單元，所述計算單元用於計算所述網絡不良率，所述網絡不良率的計算方法為佔第一權重的網絡延遲率和佔第二權重的丟包率之和，所述第一權重與所述第二權重之和為1。

其中，所述數據傳輸子模塊進一步用於建立與所述應用軟體的通信通道，建立與所述遠端的通信通道。

本發明的有益效果是：區別於現有技術的情況，一方面，本發明通過分別在兩個終端中設置的SDN模塊來配置兩個終端內虛擬網卡信息，SDN模塊監聽兩個終端之間至少兩個物理IP通信鏈路的通信狀態，切換以使正常通信的活動鏈路匹配到通信狀態最佳的鏈路上，從而保證了網絡通信質量；而終端內的應用軟體通過調用虛擬網卡的虛擬IP位址以實現在網絡中的通信，無需知道其使用的具體物理IP通信鏈路，從而保證了應用軟體的網絡通信質量。

另一方面，活動鏈路一直處於發送和接收數據的狀態，備用鏈路一直處於接收數據的狀態，噹噹前活動鏈路由於通信質量不佳而被切換為備用鏈路時，數據接收終端可以一直接收未被及時傳輸到的數據，從而降低數據傳輸的丟包率。

附圖說明

圖1是本發明多通道網絡切換方法的一實施方式的流程示意圖；

圖2是本發明活動鏈路發送數據的流程示意圖及數據包封包示意圖；

圖3是本發明活動鏈路和備用鏈路接收數據的流程示意圖及數據包解封示意圖；

圖4是本發明多通道網絡切換系統SDN模塊的一實施方式的結構示意圖；

圖5是圖4中監控子模塊的結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1.圖1為本發明多通道網絡切換方法的一實施方式的流程示意圖，包括：

S101：分別在兩個終端中設置軟體定義網絡(software defined network,SDN)模塊，以分別在兩個終端內配置虛擬網卡信息，其中，虛擬網卡信息包括虛擬IP位址，兩個終端內分別安裝有應用軟體，且兩個終端之間設置有至少兩個物理IP通信鏈路，而兩個終端對應於每個物理IP通信鏈路分別具有一個對應的物理IP位址，兩個終端內的應用軟體調用兩個終端的虛擬IP位址，而SDN模塊根據每個終端的虛擬IP位址和每個物理IP通信鏈路所對應的物理IP位址之間的映射而構建路由信息；至少兩個物理IP通信鏈路中的一個鏈路作為活動鏈路，其它鏈路作為備用鏈路；

具體地，兩個終端之間設置至少兩條通信鏈路的實現方式為，在終端上分別安裝至少兩個物理網卡，物理網卡分別接入電信、聯通或移動等其他網絡接入商，並設置其對應的物理IP位址；同時在兩個終端上添加物理IP位址路由表來實現通信鏈路設置。

在兩個終端中分別設置SDN模塊，SDN模塊在其對應的終端內初始化虛擬網卡，並配置虛擬網卡的信息，包括虛擬IP位址、最大傳輸單元(MTU)等；SDN模塊構建虛擬IP位址和物理IP位址的映射，創建路由信息，該路由信息可對外查詢和及時更新；SDN模塊建立與遠端的通信通道，在一個應用場景中，該通信通道為UDP(user datagram protocol,用戶數據報協議)通道，在其他應用場景中，可以為基於其他協議的通道；SDN模塊通過文件接口，建立與本終端虛擬網卡的通信通道。

本實施例中應用軟體直接調用SDN模塊的虛擬IP位址通信，而不需要知道SDN模塊具體連結的是哪條物理IP通信鏈路。

S102：調取當前的活動鏈路而在兩個終端之間進行通信；

具體地，當前的活動鏈路在兩個終端之間發送和接收數據，而當前其餘備用鏈路在兩個終端之間接收數據。

請結合圖2，圖2(a)為本發明活動鏈路發送數據的流程示意圖，圖2(b)為待發送數據封裝示意圖。活動鏈路發送數據過程為：應用軟體的待發送數據進入第一協議棧201，第一協議棧201對待發送數據進行第一協議包封裝和內層IP包封裝，從而獲得第一數據包，並將第一數據包通過當前數據發送終端的虛擬網卡202發送至SDN模塊203；在一個應用場景中，第一協議棧201對待發送數據進行TCP協議封裝，在其他應用場景中，還可為UDP、ICMP等協議封裝；SDN模塊203接收第一數據包後，讀取內層IP包首部信息，進行路由，發送至第二協議棧204；第二協議棧204對第一數據包進行第二協議包封裝和外層IP包封裝，從而獲得第二數據包，並通過數據發送終端的物理網卡將第二數據包發出，進而完成數據發送，第二數據包通過外層IP包首部在網際網路傳輸，並根據路由信息到達指定接收終端；在一個應用場景中，第二協議包封裝為基於UDP協議封裝，在其他應用場景中，可以基於其他協議。

請結合圖3，圖3(a)為本發明活動鏈路或備用鏈路接收數據的流程示意圖，圖3(b)為待接收數據解封示意圖。活動鏈路或備用鏈路接收數據的方法包括：活動鏈路或備用鏈路的數據接收端物理網卡205通過第二數據包的外層IP包首部接收第二數據包，並將第二數據包傳輸至第二協議棧204；第二協議棧204對第二數據包的外層IP包和第二協議包進行解封，進而得到第一數據包；SDN模塊203讀取第一數據包的內層IP包首部，並將第一數據包通過數據接收終端的虛擬網卡202傳輸至第一協議棧201，第一協議棧201對第一數據包的內層IP包和協議包進行解封，進而完成數據接收。

在上述兩個應用場景中，第一協議棧201和第二協議棧204可以為同一個，也可以為不同的兩個。

S103：SDN模塊監控至少兩個物理IP通信鏈路的通信狀態，以判斷當前的活動鏈路的通信質量是否達到預定通信標準；

周期性發送心跳包到遠端，遠端收到心跳包後發回回復心跳包；根據收到的回覆心跳包，實時統計距當前預定時間內的活動鏈路和備用鏈路的網絡不良率，網絡不良率為佔第一權重的網絡延遲率和佔第二權重的丟包率之和，第一權重與第二權重之和為1。

在一個應用場景中，每間隔1ms發送心跳包到遠端伺服器，遠端伺服器收到心跳包後發回回復心跳包；SDN模塊根據收到的回覆心跳包，實時統計距當前過去5min內的活動鏈路和備用鏈路的網絡不良率。經統計得出，當前活動鏈路的網絡延遲率為80％，丟包率為90％，當前某一條備用鏈路的網絡延遲率為30％，丟包率為20％；另外本應用場景中，第一權重為30％，第二權重為70％，計算得出當前活動鏈路的網絡不良率＝30％*80％+90％*30％＝0.51，當前某一條備用鏈路的網絡不良率＝30％*30％+20％*70％＝0.23；在其他應用場景中，周期性發送心跳包的周期和實時統計的預定時間均可自行設定，計算網絡不良率的方法也可根據實際情況進行更改，其餘備用鏈路的網絡不良率未具體給出，其計算方式類似。

S104：當確定當前的活動鏈路的通信質量未達到預定通信標準時，則SDN模塊切換至一條通信質量達到預定通信標準的備用鏈路，並以切換後的備用鏈路作為當前的活動鏈路以在兩個終端之間進行通信；

具體地，若當前活動鏈路的網絡不良率大於預定通信標準，且當前備用鏈路的網絡不良率小於預定通信標準，則將一條備用鏈路切換為當前的活動鏈路以在兩個終端之間進行通信。在上述應用場景中，當前活動鏈路的網絡不良率為0.51，當前某一條備用鏈路的網絡不良率為0.23，而預定通信標準為0.3，此時SDN模塊將上述某一條備用鏈路切換為活動鏈路，而當前的活動鏈路則切換為備用鏈路。在其他應用場景中，預定通信標準可根據實際需求設定。另外，在某些情況下，若此時有不只一條備用鏈路的網絡不良率小於預定通信標準，可在其中任選一條或者選擇通信狀態最佳的一條備用鏈路將其切換為活動鏈路。

在切換後，以切換後的當前的活動鏈路在兩個終端之間發送和接收數據，且切換前的當前的活動鏈路繼續在兩個終端之間接收數據，以避免丟包現象的發生。上述發送和接收數據的過程與上述步驟S102中相同，在此不再贅述。

本發明所提供的多通道網絡切換系統包括應用軟體和SDN模塊，請參閱圖4，圖4為本發明多通道網絡切換系統SDN模塊一實施方式的結構示意圖，SDN模塊包括路由管理子模塊401、數據傳輸子模塊402、監控子模塊403、切換子模塊404。

具體地，數據傳輸子模塊402，用於建立至少兩個物理IP通信鏈路，且至少兩個物理IP通信鏈路中的一個鏈路作為活動鏈路，其它鏈路作為備用鏈路，活動鏈路為正常通信鏈路；還用於建立與應用軟體的通信通道，建立與遠端的通信通道；

路由管理子模塊401，用於配置虛擬網卡信息，其中，虛擬網卡信息包括虛擬IP位址；根據每個虛擬IP位址和每個物理IP通信鏈路所對應的物理IP位址之間的映射而構建路由信息；

監控子模塊403，用於根據監控和判斷當前活動鏈路的通信質量是否達到預定的通信標準；

切換子模塊404，用於當確定當前活動鏈路的通信質量未達到預定通信標準的時候，從當前的活動鏈路切換至一條通信質量達到預定通信標準的備用鏈路，並以切換後的備用鏈路作為當前的活動鏈路；

應用軟體根據路由管理子模塊401調用虛擬IP位址進行通信。

在一個應用場景中，請參閱圖5，圖5為圖4中監控子模塊結構示意圖，監控子模塊403包括發送單元501和判斷單元503，發送單元501周期性發送心跳包到遠端，遠端收到心跳包後發回回復心跳包；判斷單元503根據收到的回覆心跳包，實時統計距當前預定時間內的活動鏈路和備用鏈路的網絡不良率；若當前活動鏈路的網絡不良率大於預定通信標準，且當前備用鏈路的網絡不良率小於預定通信標準，則發送第一信號至切換子模塊404；切換子模塊404接收第一信號，進而切換至一條通信質量達到預定通信標準的備用鏈路，並以切換後的備用鏈路作為當前的活動鏈路。請繼續參閱圖5，監控子模塊403還包括計算單元502，計算單元502用於計算網絡不良率，並將計算結果實時發送給判斷單元503，網絡不良率的計算方法為佔第一權重的網絡延遲率和佔第二權重的丟包率之和，第一權重與第二權重之和為1。

綜上所述，區別於現有技術的情況，一方面，本發明通過分別在兩個終端中設置的SDN模塊來配置兩個終端內虛擬網卡信息，SDN模塊監控兩個終端之間至少兩個物理IP通信鏈路的通信狀態，切換以使正常通信的活動鏈路匹配到通信狀態最佳的鏈路上，從而保證了網絡通信質量；而終端內的應用軟體通過調用虛擬網卡的虛擬IP位址以實現在網絡中的通信，無需知道其使用的具體物理IP通信鏈路，從而保證了應用軟體的網絡通信質量。

另一方面，活動鏈路一直處於發送和接收數據的狀態，備用鏈路一直處於接收數據的狀態，噹噹前活動鏈路由於通信質量不佳而被切換為備用鏈路時，數據接收終端可以一直接收未被及時傳輸到的數據，從而降低數據傳輸的丟包率。

以上所述僅為本發明的實施方式，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。