CN103532672B - 一种sdn网络中分片报文乱序的处理方法及应用 - Google Patents

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Abstract

一种SDN网络中分片报文乱序的处理方法及应用,包括以下内容:下发转发路径的PMTU“Path MTU,路径MTU”和分片规则;该进入SDN网络的流中的报文添加流id;对于SDN网络内部遇到的分片报文,确定其所属的流,并按照流转发分片报文。

Description

一种SDN网络中分片报文乱序的处理方法及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及网络通信技术,尤其涉及云计算中一种解决SDN网络中分片报文发送 中乱序的处理方法。

背景技术

[0002] SDN是软件定义网络(Software Defined Network)的英文缩写,是美国斯坦福大 学clean slate研究组提出的一种新型网络创新架构,其核心技术OpenFlow通过将网络设 备控制面与数据面分离开来,从而实现了网络流量的灵活控制,为核心网络及应用的创新 提供了良好的平台。

[0003] SDN网络中,其网络兀素主要包括:控制器(Controller)和0F交换机(OpenFlow Switch)。前者负责收集SDN网络的拓扑信息、OF交换机的能力和属性;然后结合网络控制策 略为0F交换机计算并下发转发路径(即流表)。后者根据流表,实现报文的接收与转发;如果 遇到流表无法匹配的报文,通常会上送Control ler处理。

[0004]目前,OpenFlow规范为流表提供的匹配字段主要包括:入端口、源/目的MAC地址、 源/ 目的 IP (IPv4和IPv6)、源/ 目的TCP/UDP (Transmission Control Protocol/User Datagram Protocol,传输控制协议/用户数据报协议)端口号和MPLS (Multi-Protocol Labe 1 Swi tching,多协议标签交换)标签等。其中TCP/UDP端口号主要用于标识网络中四层 及其四层以上的会话(比如FTP (File Transfer Protocol,文件传输协议)会话)。会话中的 报文通常以流的方式传送一一即这些报文在传输过程中,需要尽量保持原有的顺序,对于 时间敏感的会话(比如语音流、视频流等)更是如此。

[0005]受0F交换机规格和性能的影响,不同交互机的端口可能具有不同的端口类型和 MTU (Maximum Transmission Unit,最大传输单元);因此,报文在从源主机向目的主机传递 中,经过MTU小的交互机端口时,难免会被分片。根据IP报文分片规则,对于包含四层报文头 (即TCP或UDP头)的IP报文,经过分片后,只有第一个分片报文是带有四层信息的,后续报文 均不带四层信息,也就无法结合TCP/UPD端口号确定分片报文所属的会话(或称为数据流) 了。

[0006]根据配置和能力不同,在遇到分片报文是,〇F交互机采用的处理方式主要包括:1) 丢弃,如果0F交互机不支持分片报文,通常会采用这种处理方式;2)重组后转发,如果册交 互机支持分报文的重组,通常会等到同一报文中的分片都到达后,重组成完整的报文,然后 再转发;3)上送Contro 11 er处理。

[0007]丢弃分片报文会引起会话终端;上送Control ler不但会增加Control ler的消息处 理负担,还会导致报文乱序(比如第二个报文的第一分片会被0F交换机先发送到目的主机, 第一个报文的第二或第三分片才会被controller处理,并发送到目的主机),报文乱序在一 定程度上会影响会话质量甚至导致会话中断。而重组后转发,首先需要等待一个报文的全 部分片到达后才能重组成一个完整的报文,然后才能查询流表确定转发端口,在从转发端 口发送前还需要重新进行分片,这不但会增加报文传送延至时间,重组后再次分片的转发 的方式也增加/糸统开销。

[0008]针对OF规范中对分片报文处理的不足,本发明提出了一种SDN网络中,分片报文的 处理方法,可以避免流标识丢失引起的报文乱序、重传甚至会话中断。

发明内容

[0009]所要解决的技术问题:针对同一个流中分片报文与其他报文沿着不同的转发路径 转发引起的报文乱序、重传甚至会话终端问题本发明提供了一种SDN网络中分片报文乱序 的处理方法及应用。

[001 0]技术方案:为了解决以上问题本发明提供了一种SDN网络中分片报文乱序的处理 方法,其特征在于:包括以下内容

[0011]①下发转发路径的PMTU“Path MTU,路径MTU”和分片规则,包括:

[0012]根据从其控制的0F交换机收集到的拓扑信息和端口属性,Controller为每条流所 经过的转发路径计算PMTU;其中PMTU等于该流所经过的SDN转发路径上各个OF交换机端口 的最小值;Controller将该PMTU作为该流对应的流表的一个属性下发到转发路径的0F交换 机上,并控制0F交换机在沿着该路径转发报文时,如果进行报文分片,则分片大小不能超过 该PMTU;

[0013]②该进入SDN网络的流中的报文添加流id,包括:

[0014]对于含有TCP/UDP端口号的报文,当这些报文进入SDN网络时,Controller通过流 表控制入口处的0F交换机,为属于同一个流的报文,在1?报文头中添加流id,用来标识该报 文所属的流;Controller向该流的转发路径上的后续0F交换机下发的流表中,含有该流的 流id;后续0F交换机借助该流id,确定报文所属的流和查询转发路径;

[0015]③对于SDN网络内部遇到的分片报文,确定其所属的流,并按照流id转发分片报 文,包括:

[0016] 1)对于含有TCP/UDP端口号的报文,具有相同源/目的IP地址对和TCP/UDP端口号 的报文,定义为属于同一个流;

[0017] 2)对于不含TCP/UDP端口号的分片报文,源目的〗?地址相同与前面含有TCP/UDP端 口号相同,并且报文头中流id与包含TCP/UDP端口号的报文相同,这些分片也属于前面报文 所属的流。

[0018] 0F交换机根据上述方法对不含流id的IPv4分片报文的处理应用,其特征在于:包 括以下步骤: _9]步骤1:接收IPv4报文,解析源/目的IP、流id、标志“Flags”和片偏移“Fragment Of f set”字段;如果标志“Flags”中的分片标志为〇且〇f f set为零,则表示接收到的报文不是 分片报文,继续步骤2;否则,转至步骤4;

[0020] 步骤2:解析报文头中的Protoco 1字段,对于TCP/UDP报文,从TCP/UDP报文头中获 取源/目的Port号;结合步骤1中的源/目的IP,确定报文所属的流;把具有相同源/目的IP和 源/目的Port号的报文归属于同一个流;

[0021]步骤3:记录该报文的流id信息,将该报文的流归属信息、报文的流id传送到到分 片报文处理模块,并用该流id更新的分片报文流归类表”中对应条目的流id信息;在该归类 表中的条目通常包括:目的/源IP、和流id,转至步骤5;

[0022]步骤4:解析报文头获取流id字段,结合步骤1中获取的源/目的IP信息,查询分片 报文处理模块的“分片报文流归类表”,获取该分片报文所属的流对应的条目,并返回该条 目中保存的源/目的Port号;

[0023]步骤5:获取转发路径,根据源/目的IP和源/目的por1^,查询流表,获取该流的转 发路径,根据转发路径转发该报文。

[0024]入口OF交换机根据上述方法对含流id的IPv4报文的处理应用,其特征在于:包括 以下步骤:

[0025]步骤1:下发流表到OF交换机,Controller为经过入口交换机A的流f计算转发路径 DPath,以及该路径的PMTU;将该DPath及其PMTU下发该转发路径上经过的所有〇F交互机; [0026]步骤2:入口交换机A接收IPv4报文,解析报文的IPv4报文头,解析出的源/目的IP, 确定报文所属的流;

[0027]步骤3:为该报文所属的流确定转发路径,根据报文所属的流信息,查询流表,获取 该报文所需的转发路径及其该路径的PMTU;

[0028]步骤4:报文长度判断,比较接收到的报文的长度和步骤3中获得的PMTU,如果报文 长度大于PMTU,则进行分片;

[0029]步骤5:在报文“包括分片报文”的IP报文头的IP选项字段中添加流id,然后按照步 骤3中确定的转发路径转发该报文;

[0030]步骤6:后续OF交换机收到IPv4报文后,从报文头中获取源/目的IP和选项字段中 的流id,根据上述信息确定报文所属的流,然后查询流表获取转发路径;

[0031]步骤7:转发携带流id的报文,OF交换机根据步骤6中选定的转发路径继续转发该 IP报文;

[0032]步骤8:移除IP选项字段中的流id,携带流id的Pv4报文或其分片到达SDN网络出口 后,OF交换机移除扩展字段中的流id,将处理后的报文转发出SDN网络。

[0033] 入口 OF交换机根据上述方法对含扩展报文头的IPv4报文的处理应用,其特征在 于:包括以下步骤:

[0034] 步骤1:下发流表到OF交换机,Controller为经过入口交换机A的流f计算转发路径 DPath,以及该路径的PMTU;将该DPath及其PMTU下发该路径上经过的所有OF交互机;

[0035]步骤2:交换机A接收IPv4报文,解析报文的IPv4报文头,解析出的源/目的IP,确定 报文所属的流;

[0036]步骤3:为该报文所属的流确定转发路径,根据报文所属的流信息,查询流表,获取 该报文所需的转发路径及其该路径的PMTU;

[0037]步骤4:报文长度判断,比较接收到的报文的长度和步骤3中获得的PMTU,如果报文 长度大于PMTU,则进行分片;分片后,分片报文添加步骤5所述的新报文头后,分片长度不会 大于PMTU;

[OG38] 步骤5:为报文包括分片报文添加新的报文头,其中报文头中携带标识该报文所属 的流的流id,然后按照步骤3中确定的转发路径转发该报文;

[0039] 步骤6:后续0F交换机收到IPv4报文后,从报文头中获取源/目的IP和扩展头中的 流id,根据上述信息确定报文所述的流,然后查询流表获取转发路径;

[QQ4Q] 步骤7:继续转发携带流id的报文,OF交换机根据步骤6中选定的转发路径继续转 发该IP报文;

[0041] 步骤8:移除扩展报文头,携带扩展报文头的IPv4报文或其分片达到SDN网络出口 后,0F交换机移除扩展报文头,将处理后的报文转发出SDN网络。

[0042] 有益效果:与现有技术相比较,本发明针对SDN网络中,0F交换机目前基于流表进 行转发的过程中,无法有效的确定分片报文所归属的流,并基于流来转发分片报文的问题, 提出了解决方案。与现有的0F交互机对分片报文的处理相比,在本发明中,通过向入口0F交 换机下发转发路径的PMTU信息,将大报文在入口处事先分片,并为归属于同一个流的报文 添加流标识,提尚报文在整个SDN网络的转发效率。其次,对于分片报文,通过确定其归属的 流,对其进行按流转发,避免了重组后转发带来的转发延迟和转发效率降低。

附图说明

[0043] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发 明的示意性附图及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

[0044] 图1不含流标识的IPv4分片报文的处理流程图;

[0045] 图2含流标识的IPv4报文处理流程图;

[0046] 图3含扩展报文头的IPv4报文处理流程图。

具体实施方式

[0047] 下面以IPv4报文为例,结合Controller获取和下发PMTU,阐述0F交换机对归属于 流的报文的处理加以描述。

[0048]下面结合图1,描述一下0F交换机对IPv4报文的转发处理流程。

[0049] 步骤1:接收IPv4报文,解析源/目的IP、流id (Identification)、标志(Flags)和片 偏移(Fragment Offset)等字段。如果标志Hags中的分片标志为〇且Offset为零,则表示接 收到的报文不是分片报文,继续步骤2;否则,转至步骤4;

[0050] 步骤2:解析报文头中的Protocol字段,对于TCP/UDP报文,从TCP/UDP报文头中获 取源/目的Port号。结合步骤1中的源/目的IP,确定报文所属的流。本发明中,把具有相同 源/目的IP和源/目的Port号的报文归属于同一个流。

[0051]步骤3:记录该报文的流id信息,将该报文的流归属信息、报文的流id传送到到分 片报文处理模块,并用该流id更新的分片报文流归类表中对应条目的标识信息。在该归类 表中的条目通常包括:目的/源IP、和流id等信息。转至步骤5。

[0052]步骤4:解析报文头获取流id字段,结合步骤1中获取的源/目的IP信息,查询分片 报文处理模块的“分片报文流归类表”,获取该分片报文所属的流对应的条目,并返回该条 目中保存的源/目的Port号。

[0053]步骤5:获取转发路径,根据源/目的IP和源/目的port号,查询流表,获取该流的转 发路径,根据转发路径转发该报文。

[0054]下面结合图2,入口 0F交换机对IPv4报文的处理加以描述。

[0055] 步骤1:下发流表到0F交换机,Controller为经过入口交换机A的流f计算转发路径 DPath,以及该路径的PMTU;将该DPath及其PMTU下发该转发路径上经过的所有0F交互机; [0056]步骤2: A接收IPv4报文,解析报文的IPv4报文头,解析出的源/目的IP,确定报文所 属的流(具体参见实施例1中的步骤2-4);

[0057]步骤3:为该报文所属的流确定转发路径,根据报文所属的流信息(比如源/目的IP 和源/目的端口号),查询流表,获取该报文所需的转发路径及其该路径的PMTU;

[0058] 步骤4:报文长度判断,比较接收到的报文的长度和步骤3中获得的PMTU,如果报文 长度大于PMTU,则进行分片;

[0059] 步骤5:在报文(包括分片报文)的IP报文头的IP选项字段中添加流id,然后按照步 骤3中确定的转发路径转发该报文;

[0060] 步骤6:后续OF交换机收到IPv4报文后,从报文头中获取源/目的IP和选项字段中 的flow id,根据上述信息确定报文所述的流,然后查询流表获取转发路径。

[0061] 步骤7:转发携带流id的报文,0F交换机根据步骤6中选定的转发路径继续转发该 IP报文。

[0062] 步骤8:移除IP选项字段中的流id、,携带流id的Pv4报文或其分片到达SDN网络出 口后,0F交换机移除扩展字段中的流id,将处理后的报文转发出SDN网络。

[0063] 下面结合图3,入口 0F交换机对IPv4报文的处理加以描述。

[0064] 步骤1:下发流表到0F交换机,Controller为经过入口交换机A的流f计算转发路径 DPath,以及该路径的PMTU;将该DPath及其PMTU下发该路径上经过的所有0F交互机;

[0065] 步骤2: A接收IPv4报文,解析报文的IPv4报文头,解析出的源/目的IP,确定报文所 属的流(具体参见实施例1中的步骤2-4);

[0066]步骤3:为该报文所属的流确定转发路径,根据报文所属的流信息(比如源/目的IP 和源/目的端口号),查询流表,获取该报文所需的转发路径及其该路径的PMTU;

[0067] 步骤4:报文长度判断,比较接收到的报文的长度和步骤3中获得的PMTU,如果报文 长度大于PMTU,则进行分片(分片后,分片报文添加步骤5所述的新报文头后,分片长度不会 大于PMTU);

[0068] 步骤5:为报文(包括分片报文)添加新的报文头(比如VXLAN报文头或MPLS报文 头),其中报文头中携带标识该报文所属的流的流id,然后按照步骤3中确定的转发路径转 发该报文;

[0069] 步骤6:后续0F交换机收到IPv4报文后,从报文头中获取源/目的IP和扩展头中的 流id,根据上述信息确定报文所属的流,然后查询流表获取转发路径。

[0070] 步骤继续转发携带流id的报文,0F交换机根据步骤6中选定的转发路径继续转 发该IP报文。

[0071] 步骤8:移除扩展报文头,携带扩展报文头的IPv4报文或其分片达到SDN网络出口 后,0F交换机移除扩展报文头,将处理后的报文转发出SDN网络。

[0072]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不限制于本实用新型,对于本领 域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之 内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种SDN网络中分片报文乱序的处理方法,其特征在于:包括以下内容 ① 下发转发路径的PMTU “Path MTU,路径MTU”和分片规则,包括: 根据从其控制的OF交换机收集到的拓扑信息和端口属性,Controller为每条流所经过 的转发路径计算PMTU;其中PMTU等于该流所经过的SDN转发路径上各个OF交换机端口的最 小值;Controller将该PMTU作为该流对应的流表的一个属性下发到转发路径的OF交换机 上,并控制OF交换机在沿着该路径转发报文时,如果进行报文分片,则分片大小不能超过该 PMTU; ② 该进入SDN网络的流中的报文添加流id,包括: 对于含有TCP/UDP端口号的报文,当这些报文进入SDN网络时,Controller通过流表控 制入口处的OF交换机,为属于同一个流的报文,在IP报文头中添加流id,用来标识该报文所 属的流;Controller向该流的转发路径上的后续OF交换机下发的流表中,含有该流的流id; 后续OF交换机借助该流id,确定报文所属的流和查询转发路径; ③ 对于SDN网络内部遇到的分片报文,确定其所属的流,并按照流id转发分片报文,包 括: 1) 对于含有TCP/UDP端口号的报文,具有相同源/目的IP地址对和TCP/UDP端口号的报 文,定义为属于同一个流; 2) 对于不含TCP/UDP端口号的分片报文,源/目的IP地址与前面含有TCP/UDP端口号的 分片报文中的源/目的IP地址相同,并且报文头中流id与包含TCP/UDP端口号的报文头中的 标识相同,这些分片也属于前面报文所属的流。
2.0F交换机根据权利要求1所述方法对不含流id的IPv4分片报文的处理方法,其特征 在于:包括以下步骤: 步骤1:接收IP v4报文,解析源/目的IP、流i d、标志“F1 ag s”和片偏移“Fr agmen t Of f s e t” 字段;如果标志“Flags”中的分片标志为0且片偏移“Fragment Offset”为零,则表不接收到 的报文不是分片报文,继续步骤2;否则,转至步骤4; 步骤2:解析报文头中的Protocol字段,对于TCP/UDP报文,从TCP/UDP报文头中获取源/ 目的Port号;结合步骤1中的源/目的IP,确定报文所属的流;把具有相同源/目的IP和源/目 的Port号的报文归属于同一个流;继续步骤3; 步骤3:记录该报文的流id信息,将该报文的流归属信息、报文的流id传送到分片报文 处理模块,并用该流id更新“分片报文流归类表”中对应条目的流id信息;在该“分片报文流 归类表”中的条目通常包括:源/目的IP、流id,转至步骤5; 步骤4:解析报文头获取流id字段,结合步骤1中解析出的源/目的IP信息,查询分片报 文处理模块的“分片报文流归类表”,获取该分片报文所属的流对应的条目,并返回该条目 中保存的源/目的Port号;继续步骤5; 步骤5:获取转发路径,根据源/目的IP和源/目的port号,查询流表,获取该流的转发路 径,根据转发路径转发该报文。
3.入口 OF交换机根据权利要求1所述方法对含流id的IPv4报文的处理方法,其特征在 于:包括以下步骤: 步骤1:下发流表到0?交换机,(:〇111:1'〇1161'为经过入口交换机々的流1'计算转发路径 DPath,以及该路径的PMTU;将该DPath及其PMTU下发该转发路径上经过的所有OF交换机; 步骤2:入口交换机A接收IPv4报文,解析报文的IPv4报文头,解析出的源/目的IP,确定 报文所属的流; 步骤3:为该报文所属的流确定转发路径,根据报文所属的流信息,查询流表,获取该报 文所需的转发路径及其该路径的PMTU; 步骤4:报文长度判断,比较接收到的报文的长度和步骤3中获得的PMTU,如果报文长度 大于PMTU,则进行分片; 步骤5:在报文的IP报文头的IP选项字段中添加流id,然后按照步骤3中确定的转发路 径转发该报文; 步骤6:后续OF交换机收到IPv4报文后,从报文头中获取源/目的IP和选项字段中的流 id,根据源/目的IP和流id信息确定报文所属的流,然后查询流表获取转发路径; 步骤7:转发携带流id的报文,OF交换机根据步骤6中选定的转发路径继续转发该IP报 文; 步骤8:移除IP选项字段中的流id,携带流id的IPv4报文或其分片到达SDN网络出口后, 交换机移除扩展字段中的流id,将处理后的报文转发出SDN网络。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于: 所述的步骤2还包括以下步骤: 步骤2-1:解析报文头中的Protocol字段,对于TCP/UDP报文,从TCP/UDP报文头中获取 源/目的Port号;结合解析出的源/目的IP,确定报文所属的流;把具有相同源/目的IP和源/ 目的Port号的报文归属于同一个流; 步骤2-2:记录该报文的流id信息,将该报文的流归属信息、报文的流id传送到分片报 文处理模块,并用该标识更新“分片报文流归类表”中对应条目的标识信息;在该“分片报文 流归类表”中的条目通常包括:目的/源IP、流id; 步骤2-3:解析报文头获取流id字段,结合解析出的源/目的IP信息,查询分片报文处理 模块的“分片报文流归类表”,获取该分片报文所属的流对应的条目,并返回该条目中保存 的源/目的Port号。
5.入口OF交换机根据权利要求1所述方法对含扩展报文头的IPv4报文的处理方法,其 特征在于:包括以下步骤: 步骤1:下发流表到OF交换机,Control ler为经过入口交换机A的流f计算转发路径 DPath,以及该路径的PMTU;将该DPath及其PMTU下发该路径上经过的所有OF交换机; 步骤2:交换机A接收IPv4报文,解析报文的IPv4报文头,解析出的源/目的IP,确定报文 所属的流; 步骤3:为该报文所属的流确定转发路径,根据报文所属的流信息,查询流表,获取该报 文所需的转发路径及其该路径的PMTU; 步骤4:报文长度判断,比较接收到的报文的长度和步骤3中获得的PMTU,如果报文长度 大于PMTU,则进行分片; 步骤5:为报文包括分片报文添加新的报文头,其中报文头中携带标识该报文所属的流 的流id,然后按照步骤3中确定的转发路径转发该报文; 步骤6:后续OF交换机收到IPv4报文后,从报文头中解析出源/目的IP和扩展头中的流 id,根据源/目的IP和流id信息确定报文所属的流,然后查询流表获取转发路径; 步骤7:继续转发携带流id的报文,OF交换机根据步骤6中选定的转发路径继续转发该 IP报文; 步骤8:移除扩展报文头,携带扩展报文头的IPv4报文或其分片达到SDN网络出口后,OF 交换机移除扩展报文头,将处理后的报文转发出SDN网络。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于: 所述的步骤2还包括以下步骤: 步骤2-1:解析报文头中的Protocol字段,对于TCP/UDP报文,从TCP/UDP报文头中获取 源/目的Port号;结合步骤1中解析出的源/目的IP,确定报文所属的流;把具有相同源/目的 IP和源/目的Port号的报文归属于同一个流; 步骤2-2:记录该报文的流id信息,将该报文的流归属信息、报文的流id传送到分片报 文处理模块,并用该标识更新“分片报文流归类表,,中对应条目的标识信息;在该“分片报文 流归类表”中的条目通常包括:目的/源^、流id; 、步骤2_3:解析报文头获取流id字段,结合步骤丨中解析出的源/目的Ip信息,查询分片 报文处理模块的“分片报文流归类表,,,获取该分片报文所属的流对应的条目,并返回该条 目中保存的源/目的Port号。
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