一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量系統(tǒng)及方法。它基于一個(gè)OpenFlow網(wǎng)絡(luò)和一臺(tái)測(cè)量服務(wù)器，所述OpenFlow網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)控制器和n臺(tái)分別與控制器連接的交換機(jī)，n臺(tái)交換機(jī)接受控制器的OpenFlow控制；控制器和n個(gè)交換機(jī)擴(kuò)充本地日志功能和時(shí)鐘同步功能后成為測(cè)量實(shí)體受測(cè)量服務(wù)器集中控制。其特點(diǎn)包括：無(wú)集中式性能瓶頸，測(cè)量本身對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用干擾??；能夠全面獲取數(shù)據(jù)平面和控制平面信息；能夠得到控制平面與數(shù)據(jù)平面之間的交互關(guān)系。
【專利說(shuō)明】—種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，因特網(wǎng)所面臨的流量激增、對(duì)移動(dòng)性、多宿性和安全性支持等根本性問(wèn)題在現(xiàn)行因特網(wǎng)框架下無(wú)法得到解決，采用全新的方法重新設(shè)計(jì)規(guī)劃未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行?；贠penFlow的軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Networking, SDN)技術(shù),提供了一個(gè)可以用于研究部署網(wǎng)絡(luò)新協(xié)議和新算法的創(chuàng)新平臺(tái)，為解決現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)存在的僵化難題提供了新的解決方案。OpenFlow網(wǎng)絡(luò)主要由OpenFlow交換機(jī)(0F交換機(jī))、控制器(Controller)兩部分組成,前者在數(shù)據(jù)平面上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，后者在控制平面上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的控制邏輯功能。
[0003]OpenFlow交換機(jī)是OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的核心部件，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)平面的數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)。OpenFlow交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)分組后，首先在本地的流表上查找轉(zhuǎn)發(fā)目標(biāo)端口，如果沒(méi)有匹配，則把數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)給控制器，由控制平面決定轉(zhuǎn)發(fā)端口。OpenFlow交換機(jī)由流表、安全通道和OpenFlow協(xié)議三部分組成。網(wǎng)絡(luò)管理者通過(guò)控制器發(fā)布的指令來(lái)設(shè)置交換機(jī)的流表項(xiàng)，從而靈活地對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行定義和配置。交換機(jī)的流表包括三個(gè)部分，分別是Match Fields (匹配域,表示匹配的流信息元組)、Counters (計(jì)數(shù)器,對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)分組字節(jié)統(tǒng)計(jì))、Instructions (操作,表示針對(duì)這個(gè)流的處理方式)，每個(gè)流表項(xiàng)包括了一組Instruet ions,當(dāng)數(shù)據(jù)流匹配到這個(gè)表項(xiàng)時(shí)就執(zhí)行的操作。
[0004]控制器通過(guò)OpenFlow協(xié)議這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)OpenFlow交換機(jī)中的流表進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制?？刂破饔卸喾N類型，其作用類似于OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)。
[0005]這種實(shí)現(xiàn)機(jī)制能夠?yàn)榛贠penFlow的企業(yè)網(wǎng)或數(shù)據(jù)中心提供統(tǒng)一和集中式的編程接口，提供觀察和控制網(wǎng)絡(luò)的能力。基于OpenFlow的網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)概念上的特色:(1)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)為單一的機(jī)器，為程序員呈現(xiàn)集中式編程模型；(2)根據(jù)高層抽象而非低層配置參數(shù)來(lái)配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這些特色為創(chuàng)新未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)研究提供了良好的試驗(yàn)環(huán)境。
[0006]長(zhǎng)期以來(lái)由于對(duì)定量分析網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的問(wèn)題一直未能很好解決，因特網(wǎng)許多機(jī)制性問(wèn)題如QoS、安全性等難以分析解決，這影響了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)我們開(kāi)展全新的未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分重視定量分析和科學(xué)評(píng)估未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵機(jī)制的問(wèn)題。對(duì)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的研究并非是對(duì)網(wǎng)絡(luò)某個(gè)特定目標(biāo)的改進(jìn)，必定是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的全面設(shè)計(jì)，需要綜合考慮當(dāng)前主要的和未來(lái)可能的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的資源定位尋址、信息安全性、結(jié)點(diǎn)移動(dòng)性、系統(tǒng)性能和可靠性等機(jī)制性問(wèn)題，為此也要考慮能夠科學(xué)評(píng)價(jià)和定量分析這些新型體系結(jié)構(gòu)和機(jī)制的試驗(yàn)床等問(wèn)題。全面、準(zhǔn)確地測(cè)量OpenFlow網(wǎng)絡(luò)中的各種信息是支持定量分析網(wǎng)絡(luò)機(jī)理基礎(chǔ)性工作。只有解決了這個(gè)問(wèn)題，才可能為定量分析和科學(xué)評(píng)價(jià)新型網(wǎng)絡(luò)機(jī)制或新型協(xié)議奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)目前OpenFlow網(wǎng)絡(luò)無(wú)法對(duì)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)行全面、準(zhǔn)確測(cè)量的問(wèn)題，提出了一種以分布式測(cè)量與集中式控制和分析相結(jié)合的架構(gòu)、支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量系統(tǒng)及其方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量系統(tǒng),它基于一個(gè)OpenFlow網(wǎng)絡(luò)和一臺(tái)測(cè)量服務(wù)器，所述OpenFlow網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)控制器和η臺(tái)分別與控制器連接的交換機(jī)，η臺(tái)交換機(jī)接受控制器的OpenFlow控制；所述控制器和η臺(tái)交換機(jī)包括以下模塊:
[0010]本地日志模塊:用于生成本地日志，包括在η臺(tái)交換機(jī)上分布式地測(cè)量并本地記錄數(shù)據(jù)平面的重要信息；在控制器上測(cè)量并本地記錄控制平面的重要信息；
[0011]時(shí)鐘同步模塊:用于將控制器和η臺(tái)交換機(jī)的時(shí)鐘與測(cè)量服務(wù)器的時(shí)鐘保持同
I K
少；
[0012]本地日志格式模塊:用于將控制器和η臺(tái)交換機(jī)本地測(cè)量到的信息以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式放入設(shè)備內(nèi)存或存儲(chǔ)器中。
[0013]更具體的，所述數(shù)據(jù)平面的重要信息包括:a、控制器插入事件，b、控制器刪除的事件，C、因超時(shí)被交換機(jī)刪除的事件，d、根據(jù)控制器定義的時(shí)間粒度、周期性地讀取流表中流表項(xiàng)的狀態(tài)的時(shí)間；
[0014]所述控制平面的重要信息包括:a、交換機(jī)連接，b、交換機(jī)斷開(kāi)，C、收到待處理分組，d、安裝流表項(xiàng)，e、收到表項(xiàng)超時(shí)分組，f、刪除流表項(xiàng)，g、收到ARP分組。
[0015]更優(yōu)的，本地日志的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)至少包括以下字段:插入本記錄時(shí)的交換機(jī)時(shí)間、發(fā)起事件的交換機(jī)或控制器的ID、事件類型、交換機(jī)規(guī)格參數(shù)定義的規(guī)則。
[0016]本發(fā)明還包括一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量方法，基于本發(fā)明提出的測(cè)量系統(tǒng)，包括下列步驟:
[0017]S101.對(duì)控制器和η個(gè)交換機(jī)擴(kuò)充本地日志功能和時(shí)鐘同步功能，在OpenFlow網(wǎng)絡(luò)中，控制器和交換機(jī)分別記為控制器實(shí)體和交換機(jī)實(shí)體；在測(cè)量系統(tǒng)中，控制器和交換機(jī)統(tǒng)稱為測(cè)量實(shí)體，測(cè)量服務(wù)器對(duì)η+1個(gè)測(cè)量實(shí)體進(jìn)行集中式管理；
[0018]S102.測(cè)量實(shí)體注冊(cè)和時(shí)鐘同步，使測(cè)量服務(wù)器得知測(cè)量實(shí)體狀態(tài)并進(jìn)行時(shí)鐘同
I K
少；
[0019]S103.啟動(dòng)測(cè)量，各測(cè)量實(shí)體開(kāi)始本地測(cè)量并生成本地日志；
[0020]S104.終止測(cè)量,各測(cè)量實(shí)體停止本地測(cè)量；
[0021 ]S105.聚合本地日志，通知測(cè)量實(shí)體將本地日志發(fā)送至測(cè)量服務(wù)器并按時(shí)間戳生成聚合日志；
[0022]S106.分析聚合日志，對(duì)聚合日志內(nèi)容進(jìn)行包括過(guò)濾和排序的分析；
[0023]S107.結(jié)束。
[0024]更優(yōu)的，步驟S102中，采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP進(jìn)行時(shí)鐘同步。
[0025]更優(yōu)的，步驟S103中，各測(cè)量實(shí)體開(kāi)始本地測(cè)量并生成本地日志包括:
[0026]在交換機(jī)上分布式地測(cè)量并本地記錄數(shù)據(jù)平面的重要信息；[0027]在控制器上測(cè)量并本地記錄控制平面的重要信息。
[0028]在生成本地日志過(guò)程中，所述數(shù)據(jù)平面的重要信息包括:a、控制器插入事件，b、控制器刪除的事件，C、因超時(shí)被交換機(jī)刪除的事件，d、根據(jù)控制器定義的時(shí)間粒度、周期性地讀取流表中流表項(xiàng)的狀態(tài)的時(shí)間；
[0029]在生成本地日志過(guò)程中，所述控制平面的重要信息包括:a、交換機(jī)連接，b、交換機(jī)斷開(kāi)，C、收到待處理分組，d、安裝流表項(xiàng)，e、收到表項(xiàng)超時(shí)分組，f、刪除流表項(xiàng)，g、收到ARP分組。
[0030]更優(yōu)的，步驟S106中，過(guò)濾和排序的關(guān)鍵詞包括:信息類型、測(cè)量實(shí)體類型ID、特殊事件和特定時(shí)段，其中:所述信息類型分為數(shù)據(jù)流或控制流，所述測(cè)量實(shí)體類型ID分為交換機(jī)或控制器。
[0031]更優(yōu)的，所述測(cè)量服務(wù)器通過(guò)人機(jī)接口，管理人員實(shí)施如下操作:
[0032]選擇測(cè)量實(shí)體；
[0033]定義測(cè)量起始/終止時(shí)間；
[0034]選擇測(cè)量模式:是本地存放測(cè)量信息或是將測(cè)量信息實(shí)時(shí)傳送給測(cè)量服務(wù)器；
[0035]向測(cè)量實(shí)體發(fā)送控制命令，接收來(lái)自測(cè)量實(shí)體的本地日志文件或?qū)崟r(shí)記錄報(bào)文。
[0036]有益效果:
[0037]本發(fā)明首次提出了一種以分布式測(cè)量與集中式控制和分析相結(jié)合的測(cè)量系統(tǒng)，以支持量化分析基于OpenFlow的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能，克服了目前的OpenFlow網(wǎng)絡(luò)缺乏相關(guān)機(jī)制的缺點(diǎn)。本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)采用了分布式測(cè)量與集中式分析結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，分布式測(cè)量功能是指每個(gè)測(cè)量實(shí)體具有的本地測(cè)量功能:所有設(shè)備內(nèi)置被動(dòng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的功能，記錄下經(jīng)過(guò)本實(shí)體的所有控制平面和數(shù)據(jù)平面信息；以最小侵?jǐn)_的方式進(jìn)行測(cè)量，記錄兩個(gè)平面運(yùn)行軌跡的日志僅存放在本地，直至試驗(yàn)結(jié)束為止。其中集中式分析功能是指匯集分散在各個(gè)實(shí)體上的本地日志，以形成完整的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行視圖。
[0038]通過(guò)本發(fā)明公開(kāi)的測(cè)量系統(tǒng)及方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0039](I)控制器不再成為網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的瓶頸，克服了控制器頻繁讀取交換機(jī)流表數(shù)據(jù)很容易影響網(wǎng)絡(luò)性能的缺陷；
[0040](2)通過(guò)在控制器上測(cè)量并記錄控制平面的重要信息，不再遺漏大量控制平面的有用信息，保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的完整性；
[0041](3)同時(shí)對(duì)控制器和交換機(jī)進(jìn)行測(cè)量，得到了控制平面與數(shù)據(jù)平面之間的交互關(guān)系O
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0042]圖1為本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0043]圖2為本發(fā)明的測(cè)量方法流程圖。
[0044]圖3為實(shí)施例中OpenFlow應(yīng)用運(yùn)行試驗(yàn)環(huán)境示意圖。
[0045]圖4為實(shí)施例中AggrLog中部分控制流的軌跡圖。
[0046]圖5為實(shí)施例中AggrLog中的數(shù)據(jù)平面分析圖。
【具體實(shí)施方式】[0047]下邊結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說(shuō)明。
[0048]圖1給出了本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。它包括一個(gè)測(cè)量服務(wù)器、及由η個(gè)交換機(jī)和一個(gè)控制器經(jīng)擴(kuò)充本地日志功能和時(shí)鐘同步功能后得到的η+1個(gè)測(cè)量實(shí)體，測(cè)量服務(wù)器對(duì)各測(cè)量實(shí)體進(jìn)行集中式管理。為了方便說(shuō)明，在OpenFlow網(wǎng)絡(luò)中，將交換機(jī)稱為交換機(jī)實(shí)體，控制器稱為控制器實(shí)體；在測(cè)量系統(tǒng)中，η個(gè)交換機(jī)經(jīng)功能擴(kuò)充后記為測(cè)量實(shí)體SI?測(cè)量實(shí)體Sn、控制器經(jīng)功能擴(kuò)充后記為測(cè)量實(shí)體Cl。
[0049]圖2給出了本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)工作流程圖。
[0050]該流程開(kāi)始于初始化步驟SlOl，測(cè)量系統(tǒng)對(duì)OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的控制器實(shí)體和η個(gè)交換機(jī)實(shí)體擴(kuò)充本地日志功能和時(shí)鐘同步功能。
[0051]然后進(jìn)入測(cè)量實(shí)體注冊(cè)和時(shí)鐘同步步驟S102，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，各測(cè)量實(shí)體與測(cè)量服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP進(jìn)行時(shí)鐘同步。
[0052]如果測(cè)量服務(wù)器對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的測(cè)量開(kāi)始，則測(cè)量實(shí)體進(jìn)入本地測(cè)量處理步驟S103，在交換機(jī)上分布式地測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)平面的重要信息，a、控制器插入事件，b、控制器刪除的事件，C、因超時(shí)被交換機(jī)刪除的事件，d、根據(jù)控制器定義的時(shí)間粒度、周期性地讀取流表中流表項(xiàng)的狀態(tài)的時(shí)間；在控制器上測(cè)量并記錄控制平面的重要信息，包括:a、交換機(jī)連接，b、交換機(jī)斷開(kāi),C、收到待處理分組,d、安裝流表項(xiàng)，e、收到表項(xiàng)超時(shí)分組,f、刪除流表項(xiàng)，g、收到ARP分組。
[0053]在步驟S104時(shí)測(cè)量系統(tǒng)到達(dá)預(yù)先設(shè)定的測(cè)量終止時(shí)間，則各測(cè)量實(shí)體停止本地測(cè)量。
[0054]如果測(cè)量服務(wù)器終止測(cè)量實(shí)體的本地測(cè)量，則進(jìn)入步驟S105進(jìn)行聚合本地日志過(guò)程，測(cè)量服務(wù)器通知測(cè)量實(shí)體將本地日志發(fā)送給測(cè)量服務(wù)器并按時(shí)間戳生成聚合日志。
[0055]最后，進(jìn)入分析聚合日志步驟S106，測(cè)量服務(wù)器對(duì)按時(shí)間戳排序的聚合日志記錄進(jìn)行過(guò)濾和排序，過(guò)濾和排序的關(guān)鍵詞包括:信息類型(分?jǐn)?shù)據(jù)流或控制流)、測(cè)量實(shí)體類型ID (分交換機(jī)或控制器)、特殊事件和特定時(shí)段，最終得到網(wǎng)絡(luò)性能過(guò)濾和排序分析結(jié)果O
[0056]測(cè)量分析過(guò)程在S107結(jié)束。
[0057]結(jié)合圖3給出的一個(gè)OpenFlow測(cè)量系統(tǒng)的試驗(yàn)環(huán)境。下面通過(guò)將其工作過(guò)程與測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的聚合日志中的信息進(jìn)行對(duì)比和量化分析，來(lái)驗(yàn)證OpenFlow測(cè)量系統(tǒng)的可行性及其具備測(cè)量功能的完整性。該試驗(yàn)環(huán)境有3臺(tái)OpenFlow交換機(jī)(A、B和C)和I臺(tái)控制器如Ν0Χ。其中，OpenFlow交換機(jī)通過(guò)在具有Linux操作系統(tǒng)的PC上運(yùn)行OpenFlow軟件實(shí)現(xiàn)(版本號(hào)1.0.0)，其具有約平均4.2萬(wàn)/秒的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)速率；0penFlOW控制器用運(yùn)行NOX程序(版本號(hào)為0.9.1)的PC充當(dāng)；測(cè)量服務(wù)器和幾臺(tái)PC主機(jī)都裝有Linux操作系統(tǒng)。該試驗(yàn)網(wǎng)中的所有設(shè)備都通過(guò)NTP協(xié)議與測(cè)量服務(wù)器上運(yùn)行的NTP服務(wù)器時(shí)鐘保持同步。在該試驗(yàn)網(wǎng)上我們先將OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)實(shí)體和控制器實(shí)體升級(jí)為測(cè)量實(shí)體。然后，在該測(cè)量平臺(tái)上，運(yùn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的OpenFlow應(yīng)用，該OpenFlow應(yīng)用的工作過(guò)程如下:首先主機(jī)I經(jīng)由交換機(jī)A、B和C與主機(jī)3進(jìn)行持續(xù)100秒時(shí)間的TCP數(shù)據(jù)傳輸，其數(shù)據(jù)流稱之為流I ;其間，主機(jī)2經(jīng)由交換機(jī)B和C與主機(jī)3進(jìn)行3次TCP數(shù)據(jù)傳輸，每次持續(xù)10秒時(shí)間，其數(shù)據(jù)流稱之為流2。顯然，根據(jù)TCP友好特性，流2的3次加入都會(huì)對(duì)流I的持續(xù)通信造成影響，使其通信流量減少為可用帶寬的一半；而當(dāng)流2停止后，流I就應(yīng)當(dāng)逐漸恢復(fù)到原有的帶寬。根據(jù)OpenFlow的工作原理，可以得到下列工作過(guò)程:首先，當(dāng)來(lái)自主機(jī)I的流I首個(gè)分組到達(dá)交換機(jī)A時(shí)，該分組將被轉(zhuǎn)發(fā)給控制器NOX ；N0X將會(huì)在交換機(jī)A、B和C上建立表項(xiàng)，使流I能夠從主機(jī)I到達(dá)主機(jī)3。其次，當(dāng)來(lái)自主機(jī)2的流2首個(gè)分組到達(dá)交換機(jī)B時(shí)，該分組將被轉(zhuǎn)發(fā)給控制器NOX ；Ν0Χ將會(huì)在交換機(jī)B和C上建立表項(xiàng)，使流2能夠從主機(jī)2到達(dá)主機(jī)3。
[0058]本發(fā)明的OpenFlow測(cè)量系統(tǒng)在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，啟動(dòng)生成本地日志LocalLog過(guò)程；結(jié)束時(shí)，測(cè)量服務(wù)器分別從OpenFlow交換機(jī)A、B、C和控制器NOX上得到了日志文件LocalLogA>LocalLogB>LocalLogC 和 LocalLogNOX,及其它們的聚合日志 AggrLog。我們能夠在AggrLog中，按時(shí)序回溯出這個(gè)過(guò)程。不僅如此，我們還能夠還原出網(wǎng)絡(luò)通信流在各段信道上通信的真實(shí)情況。
[0059]通過(guò)從AggrLog過(guò)濾掉所有流表中流表項(xiàng)的狀態(tài)信息，就得到控制流和與之相關(guān)的記錄。我們對(duì)其進(jìn)行時(shí)序分析，其部分分析結(jié)果如圖4所示，其中橫軸表示時(shí)間，縱軸的不同位置表示由不同實(shí)體俘獲的蹤跡。顯然，在圖4的上部給出了包括ARP分組的流I和流2的起始時(shí)間和超時(shí)時(shí)間。可見(jiàn)，流I開(kāi)始于約第7秒并終止于第107秒；流2分別起始于第18秒、42秒和79秒,終止于28秒、52秒和89秒。
[0060]如果使用更細(xì)的粒度，則能夠反應(yīng)不同流之間的更詳細(xì)的交互關(guān)系。圖4下半部顯示了具有更細(xì)粒度的部分軌跡。其中，在主機(jī)I開(kāi)始發(fā)送流I的分組之前，將向控制器NOX發(fā)送一個(gè)ARP分組，該控制器NOX而后將在一些OpenFlow交換機(jī)中建立一個(gè)流表項(xiàng)。當(dāng)流I的分組到達(dá)最后一臺(tái)交換機(jī)時(shí)，需要用主機(jī)3的MAC地址代替目的MAC地址。因此，控制器NOX向主機(jī)3發(fā)送一個(gè)ARP請(qǐng)求以獲得它的MAC地址。使用不同的過(guò)濾方法能夠組成具有不同交互關(guān)系的不同的控制流。因此我們能夠得到如下結(jié)論:本發(fā)明提出的OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量系統(tǒng)(OpenTrace)能夠整合網(wǎng)絡(luò)中的控制流信息，并能夠找出流交互的過(guò)程。
[0061]從AggrLog或LocalLogB日志文件中具有不同時(shí)間粒度的流統(tǒng)計(jì)信息,通過(guò)過(guò)濾掉所有流表中流表項(xiàng)的控制信息，能夠得到流I和流2在各個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)流狀態(tài)(如每秒字節(jié)數(shù))。圖5中的(a)、(b)、(c)分別顯示當(dāng)狀態(tài)讀取時(shí)間間隔為10s、ls、0.1s時(shí)的流I和流2這兩條流的流量分布情況。其中橫軸為時(shí)間，縱軸為流量大小。當(dāng)狀態(tài)讀取間隔較大時(shí)，我們從日志文件只能觀察到數(shù)據(jù)平面流帶寬變化的大致情況，例如對(duì)于10秒的粒度，圖5中的(a)僅能概略地呈現(xiàn)流I和流2的流速率。正如所期待的那樣，請(qǐng)求統(tǒng)計(jì)量間隔的時(shí)間越細(xì)，數(shù)據(jù)平面上的流速率越精確，如圖5中的(b)和(c)所示，在時(shí)間為20?30秒，45?53秒和79?89秒?yún)^(qū)間，流I受到流2的干擾而出現(xiàn)了下降并在最大值一半的地方趨于平衡，而當(dāng)流2消失則流I恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。此外，通過(guò)對(duì)比圖4和圖5，能夠觀察和分析出數(shù)據(jù)平面和控制平面之間的因果關(guān)系。顯然，因此我們能夠得到如下結(jié)論:本發(fā)明提出的OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量系統(tǒng)(OpenTrace)能夠?yàn)橥笍胤治龊屠斫庑滦途W(wǎng)絡(luò)機(jī)制和應(yīng)用提供一種可行的定量分析方法。
【權(quán)利要求】
1.一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于它基于一個(gè)OpenFlow網(wǎng)絡(luò)和一臺(tái)測(cè)量服務(wù)器，所述OpenFlow網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)控制器和η臺(tái)分別與控制器連接的交換機(jī)，η臺(tái)交換機(jī)接受控制器的OpenFlow控制；所述控制器和η臺(tái)交換機(jī)包括以下模塊: 本地日志模塊:用于生成本地日志，包括在η臺(tái)交換機(jī)上分布式地測(cè)量并本地記錄數(shù)據(jù)平面的重要信息；在控制器上測(cè)量并本地記錄控制平面的重要信息； 時(shí)鐘同步模塊:用于將控制器和η臺(tái)交換機(jī)的時(shí)鐘與測(cè)量服務(wù)器的時(shí)鐘保持同步；本地日志格式模塊:用于將控制器和η臺(tái)交換機(jī)本地測(cè)量到的信息存放入設(shè)備內(nèi)存或存儲(chǔ)器中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于 所述數(shù)據(jù)平面的重要信息包括:a、控制器插入事件，b、控制器刪除的事件，C、因超時(shí)被交換機(jī)刪除的事件，d、根據(jù)控制器定義的時(shí)間粒度、周期性地讀取流表中流表項(xiàng)的狀態(tài)的時(shí)間； 所述控制平面的重要信息包括:a、交換機(jī)連接，b、交換機(jī)斷開(kāi)，C、收到待處理分組，d、安裝流表項(xiàng)，e、收到表項(xiàng)超時(shí)分組，f、刪除流表項(xiàng)，g、收到ARP分組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于本地日志的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)至少包括以下字段:插入本記錄時(shí)的交換機(jī)時(shí)間、發(fā)起事件的交換機(jī)或控制器的ID、事件類型、交換機(jī)規(guī)格參數(shù)定義的規(guī)則。
4.一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量方法，基于權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括下列步驟: 5101.對(duì)控制器和η個(gè)交換機(jī)擴(kuò)充本地日志功能和時(shí)鐘同步功能，在OpenFlow網(wǎng)絡(luò)中，控制器和交換機(jī)分別記為控制器實(shí)體和交換機(jī)實(shí)體；在測(cè)量系統(tǒng)中，控制器和交換機(jī)統(tǒng)稱為測(cè)量實(shí)體，測(cè)量服務(wù)器對(duì)這η+1個(gè)測(cè)量實(shí)體進(jìn)行集中式管理； 5102.測(cè)量實(shí)體注冊(cè)和時(shí)鐘同步，使測(cè)量服務(wù)器得知測(cè)量實(shí)體狀態(tài)并進(jìn)行時(shí)鐘同步； 5103.啟動(dòng)測(cè)量，各測(cè)量實(shí)體開(kāi)始本地測(cè)量并生成本地日志； 5104.終止測(cè)量，各測(cè)量實(shí)體停止本地測(cè)量； 5105.聚合本地日志，通知測(cè)量實(shí)體將本地日志發(fā)送至測(cè)量服務(wù)器并按時(shí)間戳生成聚合日志； 5106.分析聚合日志，對(duì)聚合日志內(nèi)容進(jìn)行包括過(guò)濾和排序的分析； 5107.結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量方法，其特征在于步驟S102中，采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP進(jìn)行時(shí)鐘同步。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量方法，其特征在于步驟S103中，各測(cè)量實(shí)體開(kāi)始本地測(cè)量并生成本地日志包括: 在交換機(jī)上分布式地測(cè)量并本地記錄數(shù)據(jù)平面的重要信息； 在控制器上測(cè)量并本地記錄控制平面的重要信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)平面的重要信息包括:a、控制器插入事件，b、控制器刪除的事件，C、因超時(shí)被交換機(jī)刪除的事件，d、根據(jù)控制器定義的時(shí)間粒度、周期性地讀取流表中流表項(xiàng)的狀態(tài)的時(shí)間； 所述控制平面的重要信息包括:a、交換機(jī)連接，b、交換機(jī)斷開(kāi)，C、收到待處理分組，d、安裝流表項(xiàng)，e、收到表項(xiàng)超時(shí)分組，f、刪除流表項(xiàng)，g、收到ARP分組。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量方法，其特征在于步驟S106中，過(guò)濾和排序的關(guān)鍵詞包括:信息類型、測(cè)量實(shí)體類型ID、特殊事件和特定時(shí)段，其中:所述信息類型分為數(shù)據(jù)流或控制流，所述測(cè)量實(shí)體類型ID分為交換機(jī)或控制器。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種支持量化分析OpenFlow應(yīng)用性能的測(cè)量方法，其特征在于所述測(cè)量服務(wù)器通過(guò)人機(jī)接口，管理人員實(shí)施如下操作: 選擇測(cè)量實(shí)體； 定義測(cè)量起始/終止時(shí)間； 選擇測(cè)量模式:是本地存放測(cè)量信息或是將測(cè)量信息實(shí)時(shí)傳送給測(cè)量服務(wù)器； 向測(cè)量實(shí)體發(fā)送控制命令，接收來(lái)自測(cè)量實(shí)體的本地日志文件或?qū)崟r(shí)記錄報(bào)文。
【文檔編號(hào)】H04L12/26GK103997432SQ201410203183
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】陳鳴, 蔣培成, 翁溪, 左青云, 邢長(zhǎng)友, 張國(guó)敏 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)