一种虚拟网络功能VNF故障处理方法及VNF管理设备

摘要

本发明公开了一种虚拟网络功能VNF故障处理方法，预先在NFV系统的VNF中设置内存块，在确认VNF发生故障时将该VNF的管理网络以及业务网络断开，以及将NFV系统中与VNF互为备份的备VNF连接至管理网络，并在存储的同步关系表中查询到VNF对应内存块的描述信息以及内存数据后将描述信息以及内存数据发送至备VNF，最后在备VNF根据描述信息以及内存数据进行内存更新后启用备VNF的业务网络，从而在NFV网络中出现VNF故障的情况下简便、有效地实现VNF的主备切换，并尽量减少实现故障切换所需要的系统资源，提高了网络整体的稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种VNF故障处理方法。本发明同 时还涉及一种VNF管理设备。

背景技术

NFV(NetworkFunctionVirtualization，网络功能虚拟化)是一种通过使 用通用性硬件以及虚拟化技术来承载其他功能的软件处理技术，旨在降低网 络昂贵的设备成本。NFV通过软硬件解耦及功能抽象，使网络设备功能不再 依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署， 并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。

随着虚拟化技术的兴起，NFV技术的日渐成熟，众多网络设备商开始推 出基于虚拟平台的网络设备，如虚拟路由器、虚拟LB、虚拟防火墙等等。对 于运营商、企业网等使用传统网络设备较多的公司来说，为了满足在性能和 可靠性方面的高要求，一般会针对传统网络设备进行硬件备份以及链路备份。 其中硬件备份通过实现双主控等方式进行设备的硬件热备来提高设备可靠 性，而链路备份则是通过双链路实现业务路径的备份来提高链路可靠性。

在使用环境由传统设备改变为虚拟设备后，为了保证可靠性以及稳定性， 仍然需要在虚拟环境中进行链路备份。但是因设备本身是虚拟的，传统的硬 件备份方法很难实现在虚拟设备的环境中，只能采用其他方式进行备份。

如图1所示，为现有的NFV环境中的NFV框架示意图，此框架中的VNF (虚拟网络功能)管理器Manager负责对VNF的生命周期进行管理，以及通 过VNF自身实现虚拟设备之间的主备备份，从而实现后续VNF故障的情况 下主备之间的切换。

然而，发明人在实现本发明的过程中发现，若按照现有技术通过VNF自 身实现主备的话，需要在VNF启动的时候通过人工操作来手动复制VNF。同 时，主VNF以及备VNF两者同时都要保持在工作状态，以便后续基于业务 对会话进行实时备份以及故障时VNF的切换，在此过程中主VNF以及备VNF 都是处于激活的状态，技术人员需要在该VNF中同时实现主备设备的控制管 理、业务会话实时同步等操作，组网设计以及实现机制非常复杂。此外，由 于主VNF以及备VNF都是处于激活的状态，备份VNF也将占用IP资源，控 制信息、业务信息的实时同步将消耗额外的链路接口资源，从而导致事倍功 半。

由此可见，如何在NFV网络中出现VNF故障的情况下简便、有效地实 现VNF的主备切换，并尽量减少实现故障切换所需要的系统资源，成为本领 域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明公开了一种VNF故障处理方法，用以在提高效率以及简便性的基 础上，实现VNF故障的主备快速切换，并减少实现故障切换所需要的系统资 源，该方法应用于包括VNF以及VNF管理设备的网络功能虚拟化NFV系统 中，所述VNF设有对应的内存块，该方法包括：

当确认所述VNF发生故障时，所述VNF管理设备将所述VNF的管理网 络以及业务网络断开，并将所述NFV系统中与所述VNF互为备份的备VNF 连接至管理网络；

所述VNF管理设备在存储的同步关系表中查询所述VNF对应内存块的 描述信息以及内存数据，其中，所述同步关系表包含所述NFV系统中当前启 用主备的VNF对应内存块的描述信息以及内存数据；

所述VNF管理设备将查询到的所述VNF对应内存块的描述信息以及内 存数据发送至所述备VNF，以使所述备VNF根据所述描述信息以及内存数据 进行内存更新；

所述VNF管理设备启用所述备VNF的业务网络。

优选地，所述VNF对应内存块的描述信息包括所述VNF对应内存块的 地址信息以及标识信息，还包括:

所述VNF管理设备接收来自于所述VNF对应内存块的更新消息，其中， 所述更新消息包括标识信息、地址信息以及内存数据；

所述VNF管理设备根据所述VNF对应内存块更新消息携带的标识信息 和地址信息更新所述VNF对应内存块在所述同步关系表中的内存数据。

优选地，所述VNF对应内存块的更新消息携带的地址信息以及内存数据 为所述VNF对应内存块中内存数据发生变化的内存地址以及变化后的内存数 据。

优选地，还包括：

在所述VNF启动时判断是否存在与所述VNF对应的备份激活标识；

若存在与所述VNF对应的备份激活标识，所述VNF管理设备在所述VNF 完成启动后通过克隆复制所述VNF生成所述备VNF，并将所述备VNF的管 理网络以及业务网络设置为中断状态；

接收所述VNF上报的该VNF对应的所有内存块的描述信息以及内存数 据，在所述同步关系表中建立所述VNF对应的表项。

优选地，所述地址信息具体包括所述内存数据的起始地址以及结束地址， 所述标识信息具体包括所述VNF对应内存块数据对应的内存标识以及与所述 VNF对应内存块数据对应的VNF的标识，还包括：

所述描述信息以及所述内存数据在发送至所述备VNF之后，由所述备 VNF根据各所述内存数据对应的内存标识以及起始地址以及结束地址对自身 的内存数据进行覆盖更新。

优选地，还包括：

当所述VNF的业务配置在发生变更后，所述VNF管理设备删除所述同 步关系表中已建立的所述VNF对应的表项；

通过克隆复制所述业务配置变更后VNF生成所述业务配置变更后VNF 的备VNF，并将该备VNF的管理网络以及业务网络设置为中断状态；

接收所述业务配置变更后的VNF上报的该VNF对应的所有内存块的描 述信息以及内存数据，在所述同步关系表中建立所述业务配置变更后VNF对 应的表项。

相应地，本发明还提出了一种VNF管理设备，应用于包括VNF以及所 述VNF管理设备的网络功能虚拟化NFV系统中，其特征在于，所述VNF设 有对应的内存块，该设备包括：

处理模块，当确认所述VNF发生故障时将所述VNF的管理网络以及业 务网络断开，并将所述NFV系统中与所述VNF互为备份的备VNF连接至管 理网络；

查询模块，在存储的同步关系表中查询所述VNF对应内存块的描述信息 以及内存数据，其中，所述同步关系表包含所述NFV系统中当前启用主备的 VNF对应内存块的描述信息以及内存数据；

发送模块，将查询到的所述VNF对应内存块的描述信息以及内存数据发 送至所述备VNF，以使所述备VNF根据所述描述信息以及内存数据进行内存 更新；

启用模块，启用所述备VNF的业务网络。

优选地，所述VNF对应内存块的描述信息包括所述VNF对应内存块的 地址信息以及标识信息，该设备还包括:

接收模块，接收来自于所述VNF对应内存块的更新消息，其中，所述更 新消息包括标识信息、地址信息以及内存数据；

更新模块，根据所述VNF对应内存块更新消息携带的标识信息和地址信 息更新所述VNF对应内存块在所述同步关系表中的内存数据。

优选地，所述VNF对应内存块的更新消息携带的地址信息以及内存数据 为所述VNF对应内存块中内存数据发生变化的内存地址以及变化后的内存数 据。

优选地，该设备还包括：

判断模块，在所述VNF启动时判断是否存在与所述VNF对应的备份激 活标识；

生成模块，在存在与所述VNF对应的备份激活标识时在所述VNF完成 启动后通过克隆复制所述VNF生成所述备VNF，并将所述备VNF的管理网 络以及业务网络设置为中断状态；

建立模块，接收所述VNF上报的该VNF对应的所有内存块的描述信息 以及内存数据，在所述同步关系表中建立所述VNF对应的表项。

优选地，所述地址信息具体包括所述内存数据的起始地址以及结束地址， 所述标识信息具体包括所述VNF对应内存块数据对应的内存标识以及与所述 VNF对应内存块数据对应的VNF的标识，还包括：

所述描述信息以及所述内存数据在发送至所述备VNF之后，由所述备 VNF根据各所述内存数据对应的内存标识以及起始地址以及结束地址对自身 的内存数据进行覆盖更新。

优选地，该设备还包括：

重配置模块，当所述VNF的业务配置在发生变更后删除所述同步关系表 中已建立的所述VNF对应的表项，通过克隆复制所述业务配置变更后VNF 生成所述业务配置变更后VNF的备VNF，并将该备VNF的管理网络以及业 务网络设置为中断状态，接收所述业务配置变更后VNF上报的该VNF对应 的所有内存块的描述信息以及内存数据，在所述同步关系表中建立所述业务 配置变更后VNF对应的表项。

通过应用本发明的技术方案，预先在NFV系统的VNF中设置内存块， 在确认VNF发生故障时将该VNF的管理网络以及业务网络断开，以及将NFV 系统中与VNF互为备份的备VNF连接至管理网络，并在存储的同步关系表 中查询到VNF对应内存块的描述信息以及内存数据后将描述信息以及内存数 据发送至备VNF，最后在备VNF根据描述信息以及内存数据进行内存更新后 启用备VNF的业务网络，从而在NFV网络中出现VNF故障的情况下简便、 有效地实现VNF的主备切换，并尽量减少实现故障切换所需要的系统资源， 提高了网络整体的稳定性。

附图说明

图1为现有技术中在NFV环境下的NFV框架示意图；

图2为本发明提出的一种VNF故障处理方法的流程示意图

图3为本发明具体实施例中单/多块业务会话内存块情况示意图；

图4为本发明具体实施例中内存块更新示意图；

图5为本发明提出的一种VNF管理设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种VNF故障处理方法，用于在简便、快捷的前提下，对 NFV系统中的VNF故障进行快速切换处理。该方法应用于包括VNF以及VNF 管理设备的NFV系统中，在该NFV系统中的VNF中都预先设置了对应的内 存块。

基于设有VNF对应内存块的VNF，本发明的方法流程示意图如图2所示， 包括以下步骤：

S201，当确认所述VNF发生故障时，所述VNF管理设备将所述VNF的 管理网络以及业务网络断开，并将所述NFV系统中与所述VNF互为备份的 备VNF连接至管理网络。

表1.记录的内存情况的同步关系表

为了使当前的VNF在故障时能够及时将其切换，本发明针对NFV系统 中的VNF设置与其互为备份的备VNF。在NFV系统中，VNF同时连接管理 网络以及业务网络，管理网络为技术人员实现针对该VNF的管理用途，而业 务网络则是该VNF向外提供功能的途径。

与现有技术所不同的是，该备VNF在设置之后其管理网络以及业务网络 都是断开状态(即处于隔离睡眠状态)，仅在当前的主VNF发生故障的时候 才将其接入，并根据同步关系表在其内存中存入当前VNF的业务会话的内存 数据。因此在检测到VNF发生故障时，需要将备VNF的管理网络连接到实 际管理网络，同时将当前的主VNF的管理网络、业务网络连接断开。

出于效率以及成本角度的考虑，技术人员能够仅针对需要进行主备的重 要VNF进行备份处理。具体地，VNF管理设备可在创建一个VNF实例的过 程(即VNF创建阶段)中根据预先设置的主备策略或是指示确定该VNF是 否需要进行备份，若需要，则VNF管理设备为该VNF设置备份激活标识。

本发明优选的实施例在VNF启动时判断是否存在与VNF对应的备份激 活标识，若存在的话，则通过克隆复制VNF生成备VNF，并将备VNF的管 理网络以及业务网络设置为中断状态。从而节省资源以及避免主VNF以及备 VNF同时工作所带来的网络混乱问题。同时，为了保证能在当前VNF故障后 及时将备VNF进行同步，VNF管理设备还将在后续的过程中接收VNF上报 的该VNF对应的所有内存块的描述信息以及内存数据，在同步关系表中建立 以及更新VNF对应的表项。

需要说明的是，以上通过备份激活标识创建备VNF以及设置同步关系表 的过程仅为本发明优选实施例为了实现VNF主备所提出的一种优选的实施方 案，本领域技术人员可在此基础上进一步进行改进或是扩展，这些都属于本 发明的保护范围。

在日常的使用过程中，VNF管理设备中同步关系表需要与VNF中VNF 对应内存块的实际情况保持一致，因此本发明一方面设置由VNF向VNF管 理设备定时发送其关于自身VNF对应内存块的内存更新消息，另一方面VNF 设备在接收到内存块更新消息后也将根据该内存块更新消息更新自身的对应 关系表，在本发明优选的实施例中，VNF管理设备在接收到来自于所述VNF 的内存块更新消息时的执行过程如下：

步骤a)所述VNF管理设备接收来自于所述VNF对应内存块的更新消 息，其中，所述更新消息包括标识信息、地址信息以及内存数据；

步骤b)所述VNF管理设备根据所述VNF对应内存块更新消息携带的 标识信息和地址信息更新所述VNF对应内存块在所述同步关系表中的内存数 据。

在本发明的一个具体实施例中，VNF创建阶段以及VNF启动阶段的具体 实现过程如下：

(1)VNF创建阶段

该VNF管理设备在创建一个VNF实例时，VNF管理设备判断该VNF是 否需要进行主备，如果需要主备，该VNF管理设备将针对该VNF设置相应 的特殊标记，以便后续进行主备的相关操作。

(2)VNF启动阶段

在VNF创建完毕之后，VNF管理设备将监控VNF的启动过程。如果VNF 管理设备基于过程(1)中的特殊标记判断此VNF需要主备，VNF管理设备 则在VNF完成所有启动项(包括初始配置)后克隆复制此VNF的所有虚机， 据此生成与VNF互为备份的备VNF，并确保此备VNF与外部网络连接全部 中断。之后，(主)VNF开辟独立业务内存块用于业务会话的建立，并通知 VNF管理设备内存地址范围。内存可以是多业务共享一块内存，也可以是多 业务独立保存在独立内存中。具体示意图如图3所示。

以上过程为针对VNF从创建至运行启动阶段所进行的过程，在VNF处 于运行阶段时，VNF管理设备将定期检测该VNF的运行状态，从而确定该 VNF是否正常运行。

S202，所述VNF管理设备在存储的同步关系表中查询所述VNF对应内 存块的描述信息以及内存数据，其中，所述同步关系表包含所述NFV系统中 当前启用主备的VNF对应内存块的描述信息以及内存数据。

为了实现当前VNF中的内存数据在VNF管理设备上的实时更新，在VNF 运行阶段不断的同步VNF对应内存块的更新。对于VNF来说，其在通过内 存块更新消息发送改变的内存数据可以采取两种不同的方式：方式一为仅发 送发生变化的内存数据，方式二则为发送所有的内存数据。这两种方式各有 优劣，方式一可以显著地降低每次备份所需要的数据量，但是需要对当前的 NFV系统以及VNF进行相应的设置以及改进，使其能够判断并识别内存数据 中哪些相对于原有的内存数据发生了改变；方式二易于实施，然而每次传输 需要耗费较多的数据量以及设备资源。

在本发明优选的实施例中，针对以上两种情况可以分别采取以下方式更 新原始内存块在同步关系表中的内存数据：

(1)VNF对应内存块的更新消息携带的地址信息以及内存数据为所述 VNF对应内存块中内存数据发生变化的内存地址以及变化后的内存数据

在该情况下，VNF管理设备首先获取所述同步关系表中与所述内存块更 新消息携带的标识信息所匹配的表项，然后，VNF管理设备根据所述VNF 对应内存块更新消息携带的标识信息和地址信息更新所述VNF对应内存块在 所述同步关系表中的内存数据。

在一个例子中，VNF定期将发生更新的业务内存块通过更新消息发送到 VNF管理设备，相应地VNF管理设备将业务内存块备份保存。为尽可能减少 备份数据量，VNF可在每次备份时只传输变化的内存部分，更新消息格式如 下表2所示，对应的更新示意图如图4所示：

表2.内存块更新消息格式

(2)VNF对应内存块的更新消息携带的地址信息以及内存数据为VNF 对应内存块所有内存数据。

在该情况下，VNF管理设备首先获取所述同步关系表中与所述内存块更 新消息携带的标识信息所匹配的表项，然后，VNF管理设备根据所述VNF 对应内存块更新消息携带的标识信息更新该VNF对应内存块在所述同步关系 表中的内存数据。

S203，所述VNF管理设备将查询到的所述VNF对应内存块的描述信息 以及内存数据发送至所述备VNF，以使所述备VNF根据所述描述信息以及内 存数据进行内存更新。

为了实现虚拟环境下虚拟设备的备份，通过管理网络将保存的所有当前 主VNF内存块中的数据同步给备VNF。备份VNF根据地址信息，将自身对 应内存块进行内存覆盖，这样保证了备VNF中的内存数据与故障前的主VNF 中的内存数据以及存储位置一致。

在本发明优选的实施例中，地址信息可以由各段内存数据的起始地址以 及结束地址组成，标识信息则包括所述VNF对应内存块数据的标识以及与所 述VNF对应内存块数据对应的VNF的标识，备VNF在获取了内存更新消息 里面的描述信息以及所述内存数据之后，将按照各段内存数据对应的起始地 址以及结束地址将内存数据覆盖至备VNF对应的内存块中，从而保证备VNF 中的业务会话的内存数据与发送故障前的VNF的业务会话内存数据一致。

S204，所述VNF管理设备启用所述备VNF的业务网络。

在将原有的主VNF的内存数据拷贝至备VNF之后，即可将备份VNF的 业务网络启用以使其向外提供服务。同时记录备份VNF为主VNF，并将此 VNF的相关信息通知到相关组件(例如SDN控制器等)，从而实现了业务恢 复到新的主VNF上。

在当前的VNF正常工作的过程中，若是VNF的业务配置在发生了变更，， VNF管理设备需要删除同步关系表中已建立的所述VNF对应的表项，通过克 隆复制所述业务配置变更后VNF生成所述业务配置变更后VNF的备VNF， 并将该备VNF的管理网络以及业务网络设置为中断状态，接收所述业务配置 变更后的VNF上报的该VNF对应的所有内存块的描述信息以及内存数据， 在同步关系表中建立业务配置变更后VNF对应的表项。

本发明还提出了一种VNF管理设备，如图5所示，该设备应用于包括 VNF以及所述VNF管理设备的网络功能虚拟化NFV系统中，所述VNF设有 对应的内存块，如图5所示，该设备包括：

处理模块510，当确认所述VNF发生故障时将所述VNF的管理网络以及 业务网络断开，并将所述NFV系统中与所述VNF互为备份的备VNF连接至 管理网络；

查询模块520，在存储的同步关系表中查询所述VNF对应内存块的描述 信息以及内存数据，其中，所述同步关系表包含所述NFV系统中当前启用主 备的VNF对应内存块的描述信息以及内存数据；

发送模块530，将查询到的所述VNF对应内存块的描述信息以及内存数 据发送至所述备VNF，以使所述备VNF根据所述描述信息以及内存数据进行 内存更新；

启用模块540，启用所述备VNF的业务网络。

在具体的应用场景中，所述VNF对应内存块的描述信息包括所述VNF 对应内存块的地址信息以及标识信息，还包括:

接收模块，接收来自于所述VNF对应内存块的更新消息，其中，所述更 新消息包括标识信息、地址信息以及内存数据；

更新模块，根据所述VNF对应内存块更新消息携带的标识信息和地址信 息更新所述VNF对应内存块在所述同步关系表中的内存数据。

在具体的应用场景中，所述VNF对应内存块的更新消息携带的地址信息 以及内存数据为所述VNF对应内存块中内存数据发生变化的内存地址以及变 化后的内存数据。

在具体的应用场景中，还包括：

判断模块，在所述VNF启动时判断是否存在与所述VNF对应的备份激 活标识；

生成模块，在存在与所述VNF对应的备份激活标识时在所述VNF完成 启动后通过克隆复制所述VNF生成所述备VNF，并将所述备VNF的管理网 络以及业务网络设置为中断状态；

建立模块，接收所述VNF上报的该VNF对应的所有内存块的描述信息 以及内存数据，在所述同步关系表中建立所述VNF对应的表项。

在具体的应用场景中，所述地址信息具体包括所述内存数据的起始地址 以及结束地址，所述标识信息具体包括所述VNF对应内存块数据对应的内存 标识以及与所述VNF对应内存块数据对应的VNF的标识，还包括：

所述描述信息以及所述内存数据在发送至所述备VNF之后，由所述备 VNF根据各所述内存数据对应的内存标识以及起始地址以及结束地址对自身 的内存数据进行覆盖更新。

在具体的应用场景中，还包括：

重配置模块，当所述VNF的业务配置在发生变更后删除所述同步关系表 中已建立的所述VNF对应的表项，通过克隆复制所述业务配置变更后VNF 生成所述业务配置变更后VNF的备VNF，并将该备VNF的管理网络以及业 务网络设置为中断状态，接收所述业务配置变更后VNF上报的该VNF对应 的所有内存块的描述信息以及内存数据，在所述同步关系表中建立所述业务 配置变更后VNF对应的表项。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发 明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。 基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软 件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬 盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服 务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施场景所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中 的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景 描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施 场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可 以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于 此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。