CN102916887A - 基于带内虚通道的OpenFlow带外组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于带内虚通道的OpenFlow带外组网方法，包括：S1、建立数据平面；S2、分析所述数据平面的物理拓扑结构，在每个资源簇中选定一个交换设备与控制器直接相连；S3、在每个资源簇中，以选定的所述交换设备为根节点，构建连接所述资源簇内各个交换设备的树，得到L个树；S4、在所述控制平面的所有物理链路中，建立虚通道，得到基于带内虚通道的控制平面，所述物理链路包括所述L个树和所述根节点与所述控制器直接相连的控制链路。本发明利用带内控制方式节省了资源消耗、保证了鲁棒性，同时利用虚通道的方式实现控制平面和数据平面的隔离、保证了安全性。

Description

基于带内虚通道的OpenFlow带外组网方法

技术领域

本发明涉及互联网领域，特别涉及一种基于带内虚通道的OpenFlow带外组网方法。

背景技术

OpenFlow是一种部署在交换机上，基于流分类的新型网络实验技术，其核心是根据流表来对网络数据流进行分类，并根据制定规则对各种数据流分别处理。OpenFlow技术能实现现有互联网与未来新型实验网络的共存，因此受到国内外学术界和业界的广泛关注，并在未来网络研究领域中发挥重要作用。

近年来，OpenFlow网络广泛应用于国内外网络实验平台的搭建，比如GENI（Global Environment for Network Innovations，GENI）、FIRE（Future Internet Research & Experimentation，FIRE）、TUNIE（TsinghuaUniversity Network Innovation Environment，TUNIE）等。GENI在全美搭建的骨干网由OpenFlow交换机组成，正在下一级校园网中推广使用OpenFlow交换机、OpenFlow无线路由接入器（Access Point，AP）。FIRE计划在欧洲搭建基于OpenFlow的实验平台，从硬件设备到网络应用。TUNIE搭建了包括OpenFlow交换机、OpenFlow AP等硬件设备，和控制器等软件的OpenFlow网络实验平台。可见，搭建OpenFlow网络，不仅有学术研究价值，同时还有实际部署需求。这就凸显了OpenFlow组网方案的研究必要性。

OpenFlow网络一般包括OpenFlow交换机、OpenFlow AP、控制器、主机终端等各种软硬件设备。OpenFlow组网需要分别建立数据平面和控制平面：建立数据平面，即是建立物理拓扑；建立控制平面，即是实现控制器对全网的控制。

具体地，根据建立控制通道的方式不同，现有技术方案包括带内控制和带外控制两种。在带外控制中，控制器与每个OpenFlow交换设备直接相连，建立独立于数据平面的物理链路，作为专属控制通道，最终形成独立于数据平面的控制平面。在带内控制中，控制器只需要与部分OpenFlow交换设备直接相连，然后借助数据平面中的物理链路实现与其他OpenFlow交换设备的可达；其中，控制器与各个交换设备的控制通信流量，与数据平面中的数据流量之间不隔离，即没有形成独立于数据平面的控制平面。

这两种技术方案各有优劣，主要体现在资源消耗、隔离性、安全性、鲁棒性等方面：在建立控制平面的过程中，带外控制方式对端口资源的消耗要多于带内控制；带外控制实现了控制平面和数据平面的良好隔离，两个平面中的数据流量分别传输；带内控制由于没有建立独立的控制平面，控制平面的数据流量在数据平面的物理链路中传输，因此无法实现控制平面和数据平面的隔离；在带外控制中，控制平面与数据平面实现良好隔离，因此控制平面的数据有较好安全性；在带内控制中，控制平面的数据与数据平面的数据混合，安全性较差；在带外控制中，由于控制器与每个OpenFlow交换设备之间直接相连，如果某条控制链路失效，控制器就失去对1个交换设备的控制。在带内控制中，控制平面中有2类控制链路，第1类是控制器与OpenFlow交换设备之间的物理链路，第2类是OpenFlow交换设备之间的物理链路。如果第1类链路失效，控制器可能失去对多个交换设备的控制；如果第2类链路失效，控制器可以重新运行生成树协议，寻找其他路径来保证控制器对每个交换设备的控制。

目前，尚未有研究者提出一种融合上述两种方式优点的组网方案，既节省资源消耗，又有良好的隔离性、安全性、鲁棒性。

发明内容

（一）解决的技术问题

本发明解决的技术问题是：提出一种融合带内控制和带外控制两种方案优点的组网方法，既能节省资源消耗，又有良好的隔离性、安全性、鲁棒性。

（二）技术方案

本发明提出了一种基于带内虚通道的OpenFlow带外组网方法，所述方法包括：

S1、建立数据平面；

S2、分析所述数据平面的物理拓扑结构，所述物理拓扑由L个之间互不连通的资源簇构成，分别在每个所述资源簇中选定一个交换设备与控制器直接相连；

S3、在每个所述资源簇中，以选定的所述交换设备为根节点，构建连接所述资源簇内各个交换设备的树，得到L个树，所述控制器与所述交换设备构成的控制链路和所述L个树构成控制平面；

S4、在所述控制平面的所有物理链路中，建立虚通道，得到基于带内虚通道的控制平面，所述物理链路包括所述L个生成树和所述根节点与所述控制器直接相连的控制链路。

优选地，所述基于带内虚通道的控制平面独立于所述数据平面。

优选地，步骤S4中建立虚通道的方法包括：

S41、所述控制器为所述控制平面选择一个虚拟局域网号；

S42、将所述控制平面的所有物理链路的两个端口加入所述虚拟局域网号，从而建立基于虚拟局域网技术的虚通道。

（三）有益效果

本发明利用带内控制方式节省了资源消耗、保证了鲁棒性，同时利用虚通道的方式实现控制平面和数据平面的隔离、保证了安全性。

附图说明

图1是本发明提出的基于带内虚通道的OpenFlow带外组网方法流程图；

图2是本发明提出的基于带内虚通道的OpenFlow带外组网方法中的具体结构；

图3是本发明提出方法的部署过程示例图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

本发明提出了一种基于带内虚通道的OpenFlow带外组网方法，来建立OpenFlow网络。具体地，建立OpenFlow网络，包括建立数据平面和控制平面两部分。建立数据平面即是建立OpenFlow物理拓扑，在数据平面建立之后，再建立控制平面。建立控制平面，即是部署控制器与OpenFlow交换设备之间的控制通道，以实现控制器对整个OpenFlow网络的集中控制。如图1和图2所示，所述方法包括：

S1、建立数据平面；

S2、分析所述数据平面的物理拓扑结构，假设整个数据平面中有n个交换设备，并由L(1≤L＜n)个连通子图构成，则所述物理拓扑由L个之间互不连通的资源簇构成，采用带内控制的思路，分别在每个所述资源簇中选定一个交换设备与控制器直接相连；这样，控制器与L个交换设备之间直接有物理链路相连。

S3、在每个所述资源簇中，以选定的所述交换设备为根节点，运行生成树协议，构建连接所述资源簇内各个交换设备的生成树，得到L个生成树，所述控制器与所述交换设备构成的控制链路和所述L个树构成控制平面；在实际部署中，可以按照实际需求来自主选择特定的交换设备与控制器连接，但得到的必须是相同生成树。

此时，控制器与L个交换设备直接相连，在各个资源簇内部，又存在以这些交换设备为根节点的生成树。因此，控制器已经与每个交换设备实现相连，可以对整个网络进行控制。

S4、在所述控制平面的所有物理链路中，建立虚通道，得到基于带内虚通道的独立于所述数据平面的控制平面，所述物理链路包括所述L个生成树和所述根节点与所述控制器直接相连的控制链路，且控制器与OpenFlow交换设备直接相连的物理链路不属于数据平面。

虚通道所采用的技术方案有多种选择，虚拟局域网（Virtual LocalArea Network，VLAN）技术可以作为其中的一种具体实现方式来进行实际部署。控制器可以根据数据平面中的VLAN技术使用情况，结合自身的管理信息，为所述控制平面选择一个VLAN号。然后将所述控制平面的所有物理链路的两个端口加入所述VLAN号，从而建立基于VLAN技术的虚通道。

实施例2：

本发明提出了一种基于带内虚通道的OpenFlow带外组网方法，本实施例以图3为实例说明基于本发明进行OpenFlow组网的过程，主要描述控制平面的建立过程。如图3所示，所有的交换设备都是OpenFlowAP，这些AP通过安装OpenWRT固件来实现对OpenFlow的支持。

在图3中，物理拓扑只有1个资源簇，即所有AP构成一个连通图。为了建立控制平面，需要在物理拓扑中选定物理链路，作为控制平面中的通信通道。如图3所示，虚线表示控制平面、实线表示数据平面。将控制器的对应网卡、控制平面中每条链路的两端端口都加入同一个VLAN，同时给控制平面中的数据包打上VLAN标签，这样就利用虚通道实现了控制平面与数据平面的隔离。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (3)

1.一种基于带内虚通道的OpenFlow带外组网方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、建立数据平面；

S2、分析所述数据平面的物理拓扑结构，所述物理拓扑由L个之间互不连通的资源簇构成，分别在每个所述资源簇中选定一个交换设备与控制器直接相连；

S3、在每个所述资源簇中，以选定的所述交换设备为根节点，构建连接所述资源簇内各个交换设备的树，得到L个树，所述控制器与所述交换设备构成的控制链路和所述L个树构成控制平面；

S4、在所述控制平面的所有物理链路中，建立虚通道，得到基于带内虚通道的控制平面，所述物理链路包括所述L个生成树和所述根节点与所述控制器直接相连的控制链路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于带内虚通道的控制平面独立于所述数据平面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中建立虚通道的方法包括：

S41、所述控制器为所述控制平面选择一个虚拟局域网号；

S42、将所述控制平面的所有物理链路的两个端口加入所述虚拟局域网号，从而建立基于虚拟局域网技术的虚通道。

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