基于不同優(yōu)先級的軟件定義網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于不同優(yōu)先級的軟件定義網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，該方法將路由流表項(xiàng)分為靜態(tài)路由、動(dòng)態(tài)路由和默認(rèn)路由，分別代表不同優(yōu)先級的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。在進(jìn)行路由決策時(shí)，交換機(jī)根據(jù)優(yōu)先級由高到低的順序來檢測路由，選擇最高優(yōu)先級路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)該路由策略，本發(fā)明可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)流量狀況和用戶需求選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，有效緩解了網(wǎng)絡(luò)擁塞，具有很廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】基于不同優(yōu)先級的軟件定義網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)路由【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種在軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SoftwareDefined Network, SDN)中基于優(yōu)先級的路由框架。
【背景技術(shù)】
[0002]由于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的種種局限性，催生了 SDN的產(chǎn)生。如果將網(wǎng)絡(luò)中所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備視為被管理的資源，那么參考操作系統(tǒng)的原理，可以抽象出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(Network OS)的概念一這個(gè)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)一方面抽象了底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的具體細(xì)節(jié)，同時(shí)還為上層應(yīng)用提供了統(tǒng)一的管理視圖和編程接口，這樣，基于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)這個(gè)平臺，用戶可以開發(fā)各種應(yīng)用程序，通過軟件來定義邏輯上的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌詽M足對網(wǎng)絡(luò)資源的不同需求，而無需關(guān)心底層網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這就是SDN。
[0003]SDN相對于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)有很多優(yōu)勢。控制器可以掌握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)、數(shù)據(jù)等拓?fù)湫畔?，根?jù)這些信息，可以實(shí)現(xiàn)很多功能，例如:(I)將開放式最短路徑優(yōu)先(Open ShortestPath First，0SPF)網(wǎng)絡(luò)中的路徑開銷放在控制器中計(jì)算，比現(xiàn)有的計(jì)算方式快很多。(2)計(jì)算路由的速度會比原有的計(jì)算方式快很多。(3)可為一些問題預(yù)先提供解決方法，當(dāng)問題出現(xiàn)時(shí)可以更快的解決。
[0004]現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)中路由表的生成靠的是自學(xué)習(xí)算法，每臺路由器只能從鄰居了解路由信息，很容易產(chǎn)生環(huán)路。學(xué)習(xí)和維護(hù)路由表的數(shù)據(jù)包會占用一定鏈路帶寬和路由器資源。隨著SDN的發(fā)展和普及，在SDN中為用戶提供的服務(wù)會越來越多。openflow實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)層和控制層的分離，其中openflow交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā),而Controller實(shí)現(xiàn)了控制層的功能。Controller通過openflow協(xié)議這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口對openflow交換機(jī)中的流表進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制。流表由很多個(gè)流表項(xiàng)組成，每個(gè)流表項(xiàng)就是一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包通過查詢流表來獲得轉(zhuǎn)發(fā)的目的端口。流表項(xiàng)由頭域、計(jì)數(shù)器和操作組成；其中頭域是個(gè)十元組，是流表項(xiàng)的標(biāo)識；計(jì)數(shù)器用來計(jì)數(shù)流表項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；操作標(biāo)明了與該流表項(xiàng)匹配的數(shù)據(jù)包應(yīng)該執(zhí)行的操作?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議通常不適合于軟件定義網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明因此而來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種基于不同優(yōu)先級的SDN路由框架，該框架提供一種根據(jù)不同優(yōu)先級選擇轉(zhuǎn)發(fā)下一跳的方法，根據(jù)不同的用戶需求提供不同的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述服務(wù)，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于不同優(yōu)先級的軟件定義網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法按照如下步驟進(jìn)行:
[0008](I)當(dāng)源需要向匯發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，控制器判斷從源到匯的靜態(tài)路由是否啟用；如果靜態(tài)路由已啟用，則交換機(jī)按照靜態(tài)路由選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；否則，執(zhí)行步驟(2)；
[0009](2)控制器判斷從源到匯的動(dòng)態(tài)路由是否啟用；如果已啟用，控制器根據(jù)路由選擇規(guī)則和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)計(jì)算出從源到匯的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，交換機(jī)按計(jì)算出來的轉(zhuǎn)發(fā)路徑選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；如果未啟用，則執(zhí)行步驟(3)；
[0010](3)交換機(jī)根據(jù)默認(rèn)路由來選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
[0011]優(yōu)選的，所述方法中啟用或不啟用靜態(tài)路由以及啟用或不啟動(dòng)動(dòng)態(tài)路由是軟件定義網(wǎng)絡(luò)中管理員根據(jù)需求在控制器中進(jìn)行設(shè)置。
[0012]優(yōu)選的，所述方法中靜態(tài)路由是管理員手動(dòng)設(shè)置的轉(zhuǎn)發(fā)路徑；當(dāng)啟用靜態(tài)路由時(shí)，交換機(jī)根據(jù)設(shè)置的靜態(tài)路由選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
[0013]優(yōu)選的，所述方法中默認(rèn)路由是控制器根據(jù)最短路徑方法計(jì)算出從源到匯的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。
[0014]優(yōu)選的，所述方法中軟件定義網(wǎng)絡(luò)為采用openflow協(xié)議的軟件定義網(wǎng)絡(luò)，openflow交換機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)頭(packet header)的匹配結(jié)果選擇轉(zhuǎn)發(fā)路由。
[0015]優(yōu)選的，所述方法中數(shù)據(jù)報(bào)頭設(shè)置有匹配字段Match Fields、優(yōu)先權(quán)字段Priority、計(jì)數(shù)字段 Counters、指令字段 Instructions、超時(shí)字段 Timeouts、Cookie ;當(dāng)存在多條匹配路由表項(xiàng)時(shí)，選擇優(yōu)先級最高的路由表項(xiàng)轉(zhuǎn)發(fā)；其中Priority字段為路由表項(xiàng)的優(yōu)先級，優(yōu)先級排序?yàn)殪o態(tài)路由 > 動(dòng)態(tài)路由 > 默認(rèn)路由。
[0016]優(yōu)選的，所述方法中管理員根據(jù)openf low協(xié)議在openf low控制器中增加、刪除、修改路由表項(xiàng)。
[0017]優(yōu)選的，所述方法中管理員設(shè)置的靜態(tài)路由啟用后，openf low控制器將該靜態(tài)路由寫入openflow交換機(jī)，同時(shí)檢查流表，如果有靜態(tài)路由與剛寫入的靜態(tài)路由的源和匯相同，則刪除。
[0018]優(yōu)選的，所述方法中靜態(tài)路由未啟用，而管理員啟用動(dòng)態(tài)路由后，控制器依據(jù)路由選擇規(guī)則和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)計(jì)算出從源到匯的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將計(jì)算的路由結(jié)果寫入openflow交換機(jī)。
[0019]優(yōu)選的，所述方法中默認(rèn)路由是openflow控制器會根據(jù)最短路徑方法計(jì)算出從源到匯的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將默認(rèn)路由寫入openflow交換機(jī)；在靜態(tài)路由或動(dòng)態(tài)路由都未啟用時(shí)，openflow交換機(jī)會根據(jù)默認(rèn)路由選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
[0020]本發(fā)明的原理在于將路由分為三大類型:靜態(tài)路由、動(dòng)態(tài)路由或默認(rèn)路由。將按優(yōu)先級轉(zhuǎn)發(fā)過程通過路由選擇進(jìn)行體現(xiàn)，其中靜態(tài)路由的優(yōu)先級最高，動(dòng)態(tài)路由的優(yōu)先級其次，默認(rèn)路由的優(yōu)先級最低。靜態(tài)路由是管理員手動(dòng)設(shè)置的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，其優(yōu)先級最高；當(dāng)啟用靜態(tài)路由時(shí)，交換機(jī)根據(jù)設(shè)置的靜態(tài)路由選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。動(dòng)態(tài)路由是控制器依據(jù)路由選擇規(guī)則，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)計(jì)算出的從源到匯的一條轉(zhuǎn)發(fā)路徑，其優(yōu)先級比靜態(tài)路由低，比默認(rèn)路由高；當(dāng)啟用動(dòng)態(tài)路由時(shí)，交換機(jī)根據(jù)動(dòng)態(tài)路由選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。默認(rèn)路由是控制器按照指定算法計(jì)算出的最短路徑路由，其優(yōu)先級最低；在沒有啟用動(dòng)態(tài)路由或靜態(tài)路由時(shí)，交換機(jī)會按照默認(rèn)路由選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
[0021]軟件定義網(wǎng)絡(luò)大多使用openflow協(xié)議,交換機(jī)會匹配數(shù)據(jù)報(bào)頭(packetheader)來選擇轉(zhuǎn)發(fā)路由。當(dāng)存在多條匹配路由表項(xiàng)時(shí)，會選擇優(yōu)先級最高的路由表項(xiàng)轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)報(bào)頭中的Priority字段為路由表項(xiàng)的優(yōu)先級，優(yōu)先級排序?yàn)?靜態(tài)路由 > 動(dòng)態(tài)路由 > 默認(rèn)路由。同時(shí)，openflow協(xié)議提供了增加、刪除、修改路由表項(xiàng)的功能，為實(shí)現(xiàn)路由選擇提供了操作接口。[0022]數(shù)據(jù)報(bào)頭如下所示:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種基于不同優(yōu)先級的軟件定義網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法按照如下步驟進(jìn)行: (1)當(dāng)源需要向匯發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，控制器判斷從源到匯的靜態(tài)路由是否啟用；如果靜態(tài)路由已啟用，則交換機(jī)按照靜態(tài)路由選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；否則，執(zhí)行步驟(2)； (2)控制器判斷從源到匯的動(dòng)態(tài)路由是否啟用；如果已啟用，控制器根據(jù)路由選擇規(guī)則和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)計(jì)算出從源到匯的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，交換機(jī)按計(jì)算出來的轉(zhuǎn)發(fā)路徑選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；如果未啟用，則執(zhí)行步驟(3)； (3)交換機(jī)根據(jù)默認(rèn)路由來選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法中啟用或不啟用靜態(tài)路由以及啟用或不啟動(dòng)動(dòng)態(tài)路由是軟件定義網(wǎng)絡(luò)中管理員根據(jù)需求在控制器中進(jìn)行設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法中靜態(tài)路由是管理員手動(dòng)設(shè)置的轉(zhuǎn)發(fā)路徑；當(dāng)啟用靜態(tài)路由時(shí)，交換機(jī)根據(jù)設(shè)置的靜態(tài)路由選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法中默認(rèn)路由是控制器根據(jù)最短路徑方法計(jì)算出從源到匯的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法中軟件定義網(wǎng)絡(luò)為采用openflow協(xié)議的軟件定義網(wǎng)絡(luò),openflow交換機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)頭(packet header)的匹配結(jié)果選擇轉(zhuǎn)發(fā)路由。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法中數(shù)據(jù)報(bào)頭設(shè)置有匹配字段Match Fields、優(yōu)先權(quán)字段Priority、計(jì)數(shù)字段Counters、指令字段Instruct ions、超時(shí)字段Timeouts、Cookie ;當(dāng)存在多條匹配路由表項(xiàng)時(shí),選擇優(yōu)先級最高的路由表項(xiàng)轉(zhuǎn)發(fā)；其中Priority字段為路由表項(xiàng)的優(yōu)先級，優(yōu)先級排序?yàn)殪o態(tài)路由 > 動(dòng)態(tài)路由 > 默認(rèn)路由。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法中管理員根據(jù)openflow協(xié)議在openflow控制器中增加、刪除、修改路由表項(xiàng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法中管理員設(shè)置的靜態(tài)路由啟用后，openflow控制器將該靜態(tài)路由寫入openflow交換機(jī)，同時(shí)檢查流表,如果有靜態(tài)路由與剛寫入的靜態(tài)路由的源和匯相同，則刪除。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法中靜態(tài)路由未啟用，而管理員啟用動(dòng)態(tài)路由后，控制器依據(jù)路由選擇規(guī)則和網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)計(jì)算出從源到匯的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將計(jì)算的路由結(jié)果寫入openflow交換機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述方法中默認(rèn)路由是openflow控制器會根據(jù)最短路徑方法計(jì)算出從源到匯的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并將默認(rèn)路由寫入openflow交換機(jī)；在靜態(tài)路由或動(dòng)態(tài)路由都未啟用時(shí)，openflow交換機(jī)會根據(jù)默認(rèn)路由選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。
【文檔編號】H04L12/741GK103825823SQ201410074396
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】黃劉生, 張鑫, 徐宏力, 孫文君, 牛慶功 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院