CN103718521B - 分离式架构系统中控制器‑交换机连接性的弹性感知混合设计 - Google Patents

Abstract

公开使用带内信令和带外信令的组合来优化网络的弹性的方法和装置。实施例的算法中使用的确定弹性的度量是受保护邻居的最大数量。更接近控制器的节点相比于更远离控制器的节点被分配更高的权重，这是因为如果这些节点的到网络的连接中断，则这些节点的所有下游节点将被影响并断开。因此，当确定到控制器的路径时，优选具有到控制器的备选路径的交换机。分配使用带外信令的专用连接来将未受保护节点转化为受保护节点从而改善网络的弹性。

Description

分离式架构系统中控制器-交换机连接性的弹性感知混合 设计

相关申请的交叉引用

本申请涉及2011年9月19日提交的美国正式专利申请13/236,296和2011年11月11日提交的美国正式专利申请13/294,559，并要求2011年7月29日提交的美国临时专利申请No. 61/513,140的优先权。

技术领域

本发明的实施例涉及网络的组织和设计。具体地，本发明的实施例涉及利用控制业务的带内信令和带外信令来优化网络的方法和系统。术语“边”和“链路”在本文中可互换使用，并且指网络路径互连节点。

背景技术

在常规网络架构中，因为控制分组和数据分组在相同的链路上传送，所以有转发平面和控制平面的耦合，因此当故障发生时控制业务和数据业务同等地受影响。为了简化，控制业务是在控制将如何处理和转发数据流的、在本文中称为控制器的网络元件和在本文中称为交换机的转发元件之间的业务。数据业务是在网络中寻求从一个节点传送到另一个节点的数据有效载荷。在本申请全文中，转发元件被称为交换机。然而，术语交换机的使用不应解释为将这样的转发元件限制为以太网交换机或第2层交换机。

在常规网络架构中转发平面和控制平面的这种耦合通常导致过于复杂的控制平面和复杂的网络管理。不利的是，已知这对新的协议和技术发展造成巨大负担和严重阻碍。在很大程度上，控制器和交换机的任务是使用诸如开放最短路径优先（OSPF）的路由协议来最小化节点之间的距离。OSPF（IETF RFC 2328）是链路状态协议，其中路由器对路由域中的所有节点广播其邻居的链路状态信息。使用该信息，每个路由器构建域中整个网络的拓扑图。每个路由器维护反映整个网络拓扑的链路状态数据库。基于该拓扑图和链路成本度量，路由器使用Dijkstra算法来确定到所有其它路由器的最短路径。该信息又用来创建用于IP分组转发的路由表。

使用最短路径路由协议的主要缺点是它不考虑网络弹性或保护。当评价网络设计时，网络弹性是重要的因素，这是因为几毫秒的故障可能轻易地导致高速链路上兆兆字节数据的损失。如本文中所用，弹性是面对正常操作出现故障和问题时提供和维持可接受的服务水平的能力。具有更大弹性的网络元件或转发元件相比于具有更小弹性的网络元件或转发元件更好地受保护以免遭正常操作出现故障和问题所带来的影响。如本文中所用，故障概率是表达为每小时的故障数量、设计的系统或组件发生故障的频率，或者是在长期看来每个节点发生故障的概率。

虽然在线速度、端口密度和性能方面进步迅速，但是网络控制平面机制相比于转发平面机制提升速度已慢了许多。为了克服引述的缺点，已开发了OpenFlow分离式架构协议。

分离式架构网络设计引入网络的控制组件和转发组件之间的分离。这样的架构的使用例子包括企业网络、互联网服务提供商（ISP）网络、移动回程网络、云计算、多层（L3、L2和L1、OTN、WDM）支持网络、数据中心和运营商级网络的接入/汇聚域，所有这些都包括在网络架构的主要构件中。因此，这些网络的适当设计、管理和性能优化非常重要。

不同于将转发平面和控制平面集成在相同网络元件中的常规网络架构，分离式架构网络在可能与转发元件（例如，交换机）处于不同物理位置中的控制元件（例如，控制器）上运行控制平面。分离式架构的使用使得能够简化实现转发平面的交换机并将网络的智能转移到监督交换机的多个控制器中。分离式架构网络中（例如作为流条目（flow entry）、分组、帧、段、协议数据单元发送）的控制业务可在与（例如作为分组、帧、段、协议数据单元发送的）数据业务不同的路径上传送或者甚至在分开的网络上传送。因此，这些网络中控制平面的可靠性不再直接与转发平面的可靠性相联系。然而，分离式架构网络中控制平面和转发平面之间的断开可能使转发平面无效。当交换机从其控制器断开时，它无法接收关于如何转发新的流的任何指令并实际上变成离线。

在分离式架构网络中，控制器从交换机收集信息，以及将适当的转发决定计算出并分发到交换机。控制器和交换机使用协议来传递和交换信息。这样的协议的一个示例是OpenFlow（见www.openflow.org），其提供用于交换机和控制器之间通信的开放的且标准的方法，且其已引起学术界和产业界的极大关注。

图1是简图100，示出交换机109和控制器101之间的OpenFlow接口的概观。交换机109是网络元件105的组件。控制器101使用OpenFlow协议通过安全信道103与交换机109通信。OpenFlow交换机的流表或转发表107填充有来自控制器101的条目，如图2中所看到的包括：定义分组报头中字段的匹配的规则201；与流匹配204关联的动作203；以及关于流206的统计205的集合。

当进来的分组匹配特定的规则时，对该分组执行关联的动作。如图2中所看到的，规则201包含来自协议栈中若干报头的关键字段202，例如以太网MAC地址、IP地址、IP协议、TCP/UDP端口号以及进来的端口号。为了定义流，可使用所有可用的匹配字段。但也可能通过为不需要的字段使用通配符来将匹配规则限制到可用字段的子集。

分离式架构的去耦合控制平台减轻了修改网络控制逻辑的任务并提供编程接口，开发者可在该编程接口上构建各种各样的新协议和管理应用。在该模型中，数据平面和控制平面可以独立演进和扩大（evolve and scale），而数据平面元件的成本被降低。

众所周知，链路故障和交换机故障可对网络性能造成不利影响。例如，几毫秒的故障可能轻易地导致高速边上兆兆字节数据的损失。链路故障可在传输控制业务、传输数据业务或传输两者的链路上发生，以及其指示经过链路的业务不能再在该链路上传送。故障可以或者是两个交换机之间的链路的故障或者是一个控制器和其连接到的交换机之间的链路的故障。多数情况下，这些链路独立地发生故障。

交换机故障指示网络元件或转发元件不能发起、响应或转发任何分组或其它协议数据单元。交换机故障可由软件错误、硬件故障、误配置以及类似的问题导致。多数情况下，这些交换机独立地发生故障。

特殊的故障情况包括交换机和控制器之间的连接性丢失：交换机可由于沿着该交换机和控制器之间的路径的节点或中间链路上的故障而丢失到其控制器的连接性。只要交换机不能与其分配的控制器通信，即使转发平面上的路径仍然有效，该交换机也将丢弃由控制器管理的转发平面上的所有分组。在另一些情况中，业务的子集可由转发平面转发或类似的受限功能性可持续有限的一段时间，直到重新建立与分配的控制器或另一控制器的连接。因此，这可以被视为交换机故障的特殊情况。

常规分离式架构设计假设在转发平面和控制平面之间或者使用完全带内连接性或者使用完全带外连接性。如本文中所用，带内连接意味着数据业务和控制业务共享相同的物理连接，而带外连接意味着数据业务和控制业务共享不同的物理连接。在常规网络中，控制分组和数据分组都在相同链路上传送，当故障发生时控制信息和数据信息同等地受影响。当用在分离式架构中时，控制器和转发平面之间的断开可能使转发平面无效，这是因为交换机无法接收关于如何转发新的流的任何指令。

在常规分离式架构网络设计中，每个交换机编程有到达控制器的路径。在链路或节点发生故障时，交换机依靠控制器来探测这样的故障并重新计算出用于该交换机的新路径。由控制器探测交换机或链路中的任何故障必须基于一些隐式机制，诸如当控制器未接收到来自交换机的Hello消息时。这在网络中引入显著延迟，因为它必须探测故障的准确位置然后重新建立控制器-交换机连接。如果不能为交换机配置备用路径，则该交换机到控制器的连接将被中断。

对网络的弹性的研究已在历史上假设了带内控制模型，这意味着控制平面和数据平面具有相同的弹性性质。目前关于分离式架构中控制平面和转发平面之间的连接性的工作或者假设完全带内连接或者假设完全带外连接。在完全带内情景中，单个基础设施用于数据业务和控制业务两者。在完全带外情景中，控制业务在与数据网络分开的网络上运载。虽然后者的情景为控制业务提供到交换机的更可靠的连接，但是为控制业务建立完全分开的网络可能成本很高。虽然分离式架构网络使用带外模型，但是链路和交换机故障仍然是个担忧，这是因为单个控制器由链路直接耦合到每个担当交换机的网络元件。在这样的网络中，如果控制器和交换机之间的链路发生故障，则交换机无法更新其转发表并最终发生故障。

当在接入/汇聚网络环境中使用分离式架构时，带外发送控制业务的优点可能不总是成立。第一，网络可能是在地理上分布式的。因此，每个交换机到控制器之间的直接链路可能要求长距离光纤和高成本的部署。第二，即使在单个地理位置中，当网络的大小增长到大规模时，为控制平面构建分开的带外专用网络也可能是昂贵的。所希望的是能够合并带内模型和带外模型的、控制器和交换机之间的连接的混合设计。

附图说明

在附图的各图中通过示例而不是通过限制来对本发明进行说明，在附图中相似的附图标记指示相似的元素。应注意到，本公开中对“实施例”或“一个实施例”的不同引用不一定是对相同实施例的引用，以及这样的引用意味着至少一个实施例。另外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，不管是否明确描述，都认为结合另一些实施例来改动这样的特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围之内。

图1是简单OpenFlow网络的简图；

图2是流表条目的内容的简图；

图3是图解具有基于从交换机到控制器的带内连接的路由树的网络拓扑的图；

图4是图解具有图3的路由树的、还包括到控制器的带外连接的混合网络拓扑的图；

图5是实施例中使用的路由算法的流程图；以及

图6是配置成实现实施例中使用的路由算法的装置的框图。

具体实施方式

在以下的描述中，阐述了大量特殊细节。然而，理解的是，可以在没有这些特殊细节的情况下将实施例付诸实践。在另一些实例中，未详细示出众所周知的电路、结构和技术，以免使本描述难以理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以在没有这样的特殊细节的情况下将本发明付诸实践。本领域普通技术人员利用所包括的描述将能够实现适当的功能性而无需过度试验。

图中所示的技术和要求保护的网络拓扑设计系统可使用在一个或更多电子设备（例如，端站、网络元件、服务器或类似的电子设备）上存储并运行的代码、指令和数据来实现。这样的电子设备使用诸如非短暂性机器可读存储介质或计算机可读存储介质（例如，磁盘；光盘；随机存取存储器；只读存储器；闪存存储器设备；以及相变存储器）的非短暂性机器可读介质或计算机可读介质来（在内部和/或通过网络与其它电子设备）存储和传递代码和数据。此外，这样的电子设备通常包括耦合到一个或更多其它组件的一组一个或更多微处理器，该一个或更多其它组件诸如一个或更多存储设备、用户输入/输出设备（例如，键盘、触摸屏和/或显示器）和网络连接。该组微处理器和其它组件的耦合通常通过一个或更多总线和桥（也称为总线控制器）。网络拓扑设计系统中的存储设备代表一个或更多非短暂性机器可读存储介质或计算机可读存储介质和非短暂性机器可读通信介质或计算机可读通信介质。因此，给定电子设备或网络拓扑设计系统的非短暂性机器可读存储介质或计算机可读存储介质通常存储用于在该电子设备的该组一个或更多处理器上运行的代码、指令和/或数据。当然，可以使用软件、固件和/或硬件的不同组合来实现实施例的一个或更多部分。

如本文中所用，网络元件或转发元件（例如，路由器、交换机、桥或类似的连网设备）是一件连网设备，包括与网络上的另一些设备（例如，另一些网络元件、端站或类似的连网设备）在通信上互连的硬件和软件。一些网络元件是为多个连网功能（例如，路由、桥接、交换、第2层汇聚、会话边界控制、多播和/或订户管理）提供支持和/或为多个应用服务（例如，数据收集）提供支持的“多服务网络元件”。

实施例包括为分离式架构网络中的控制业务最优地选择多个带外连接的方法和装置。实施例的输出是网络中的选定的要通过是仅用于控制业务的专用连接的带外连接来连接到控制器的交换机的集合。实施例以最大化网络的弹性的方式来建立该多个允许的带外连接。

可能的或可行的带外连接的数量是实施例的算法的输入，且该数量是由网络管理系统或运营商来确定。带外连接的数量越大，控制器和交换机之间的连接性就越可靠。

在给定带外连接的数量的情况下，实施例确定导致最大弹性的交换机的最优集合。换句话说，实施例在弹性方面最佳地使用转发平面和控制平面之间的这些额外带外连接。

实施例延伸了申请人在共同待决的美国正式专利申请13/236,296中的发明，该发明将分离式架构区域的控制器放置在选定的优化该区域中控制器和交换机之间的连接弹性的位置中。正如在这一共同待决的申请中，没有进行如何划分分离式架构区域的假设。如果有划分，则该划分可基于诸如地理约束的任何任意的度量。

申请人的共同待决的美国正式专利申请13/236,296公开在每个交换机中的备用路径的预配置，以使得如果到紧接的上游节点的主要外向链路没有正确工作，则可以使用次要外向链路作为备用路径。有这样的保护方案，当交换机探测到在其外向链路或其紧接的上游节点中的故障时，该交换机立即改变其到控制器的路由，并使用预编程在该交换机中的备用路径即外向接口来重新连接到控制器。这不需要涉及控制器也不需要对网络中的其余路由和对下游节点到控制器的连接产生任何影响即可发生。换句话说，只会有被影响的交换机的外向接口方面的局部变化。网络中的所有其它连接将保持不受扰动。如果不存在备用路径，则在到控制器的主要路径中出现故障的情况下交换机到控制器之间的连接将被中断。

在分离式架构系统中，更有弹性的网络将具有更大数量的带有备用路径的交换机，最有弹性的网络是其中每一个交换机都具有到控制器的预配置备用路径的网络。因此，弹性或保护度量可以描述为如下：

以图G=(V, E)来表示网络，其中V是是网络中节点的集合，且E是节点之间双向链路的集合。成本关联于网络中的每个链路。基于分配的链路成本，在网络中的任何两个节点之间计算最短路径路由。假设关于每个链路的成本适用于该链路的两个方向。在给定该拓扑的情况下，假设一个节点是控制器而其余节点是交换机。还假设没有对在交换机和控制器之间发送的控制业务进行负载均衡。因此，每个节点只具有一条到达控制器的路径。换句话说，通过根在控制节点的树发送控制业务到控制器和从控制器发送控制业务。这称为控制器路由树。该控制器路由树覆盖网络中的所有节点并且是链路E的子集。进一步假设相同的路由树将用于控制器和交换机之间的在两个方向上的通信。

在给定网络中固定的控制器位置的情况下，可使用不同的路由算法来形成不同的路由树，借此每个节点向控制器发送控制业务。在控制器路由树T中，如果T中有从节点v到节点u的朝向控制器的路径，则节点u是节点v的上游节点。如果T中有从节点u到节点v的朝向控制器的路径，则节点u称为节点v的下游节点。在控制器路由树中，节点的父节点是其紧接的上游节点而节点的子节点是其紧接的下游节点，上游和下游在生成初始控制器路由树之后被确定。

在给定固定的控制器位置和控制器路由树T的情况下，考虑节点a和其紧接的上游节点b。如果存在满足以下条件的节点，称为节点c的节点是V的元素但不包括节点a和b，则节点a受保护以免遭其外向链路（a, b）的故障的影响：

条件1：链路（a, c）在G中（即，在网络中节点a和c之间有链路）。

条件2：节点c不是T中节点a的下游节点。

条件3：节点c不是T中节点b的下游节点。

第一条件和第二条件保证将节点a连接到节点c的结果将不会导致环路。

第三条件保证节点c的朝向控制器的控制业务将不通过假设已发生故障的节点b。再次，节点a一探测到节点b中的故障，它就将其外向链路从（a, b）切换到（a, c）。

如果满足以上条件，则可分配链路（a, c）作为链路（a, b）的备用链路，以及可在控制器中生成该备用链路并将该备用链路传递到节点a且在节点a中预配置该备用链路。节点a一探测到链路（a, b）中的故障，它就通过将主要外向链路（a, b）改变为次要外向链路（a, c）来立即改变其到控制器的路由。如果节点c满足以上第三条件，则节点a还受保护以免遭其紧接的上游节点的故障的影响。具有备用链路的节点有助于网络的弹性。注意，对于那些使用带内信令直接连接到控制器的交换机，并未定义上游节点保护，这是因为紧接的上游节点就是控制器。

在实施例中，假设没有用于节点将故障通知其下游节点的扩展信令机制。因此，如果交换机从控制器断开且该交换机中没有编程备用路径，则断开的交换机的所有下游节点也将被断开，即使下游节点自身在局部受保护以免遭其外向链路或紧接的上游节点的故障的影响。这样的情景有助于网络的更小弹性。因此，在分配度量来评价网络弹性时，更多的重要性或权重应该分配到更靠近控制器的节点，控制器是控制器路由树的根。

基于以上讨论，节点的权重基于其下游节点的数量，路由树的权重是所有未受保护节点的权重之和。因为在确定路由树的权重时受保护节点未被计算在内，所以使用路由树权重来测量网络的“未受保护性”，受保护节点是具有到控制器的备用路径的节点。对于给定的路由树T，该权重称为Γ(T)。Γ(T)应当被最小化以最大化网络的弹性。通过对某些节点增加带外连接，未受保护节点可以变成不是受保护节点，从而降低Γ(T)并因此改善网络的弹性。

实施例中所用的算法使用给定的数量的即m个带外连接来确定交换机的子集和控制器之间的带外连接的最优布置。对应于m个专用连接中的每个的是直接连接到控制器的交换机。这些专用连接仅用于控制业务并且为了确定弹性的目的而假设为可靠的。

参数m（对比于m个专用连接中的每个的布置）是实施例中使用的算法的输入并且由网络管理系统或者运营商来确定。更大的m导致更可靠的网络，这是因为在先前未受保护的交换机和控制器之间有更多的直接连接。代价是更大的m也意味着用于建立这些带外连接的更大成本。

在给定m的情况下，实施例确定导致最大弹性增益的在交换机和控制器之间的专用连接的最优布置。换句话说，算法寻求在弹性方面最佳地使用转发平面和控制平面之间的这m个带外连接。

假设起初控制器路由树是最短路径树。如果网络的尺寸大，则在所有交换机中彻底搜索来为m个专用连接找到最优位置可能变得非常复杂。实施例中所用的算法提供找到哪m个交换机应当直接连接到控制器的启发式贪心方式。

参考图3的拓扑300，九个交换机301-309纯粹地使用带内连接在Internet2拓扑300中直接地或间接地连接到一个控制器310。网络中的链路以虚线示出，以及路由树以实线示出。在图3中，未受保护的交换机301、309被圈出。例如，301未受保护，这是因为如果节点309发生故障，则没有备选的路径来到达控制器，已知相邻交换机302也将受交换机309的故障的影响。如图3中所看到的，仅仅带内模型不足以取得最大弹性。

然而，如图4的拓扑400中所看到的，增加一条从交换机301到控制器310的带外链路401改善网络的总的弹性。因此，301和控制器310之间的链路的增加以如下的方式改变路由树：所有节点301-309受保护以免遭故障的影响。在该示例中，通过增加单条链路401，网络的弹性可以显著改善。实施例提供系统的方法来计算出在哪里设置带外链路以使得优化网络的弹性。

实施例使用近似算法，该近似算法确定使用带外链路的在m个交换机到控制器之间的m个专用连接的最优布置来为网络提供最大弹性。

实施例选定具有最大数量的下游邻居的未受保护节点，并通过带外连接将这些否则是未受保护的节点连接到控制器。如本文中所提到的，在确定最有弹性的路由树时，算法首先基于每个节点的所有下游节点（也称为该节点的子节点）的数量为每个节点分配权重。它然后确定哪些节点不具有到控制器的备选路径，这些节点是未受保护节点。仅将未受保护的节点用于计算中，实施例然后使用来自具有最多子节点的未受保护节点的m个专用连接来迭代生成建议路由树的集合。每个这样的建议路由树使用m个带外连接来将否则是未受保护的节点转化为受保护节点，从而降低Γ(T)。换句话说，实施例为每个建议路由树计算权重Γ(T)，Γ(T)是在进行m个专用连接之后所有未受保护节点的权重之和。因为当确定每个这样的路由树的权重时受保护节点即具有到控制器的备用路径的节点不计算在内，所以具有最小权重Γ(T)的路由树被选定为网络的路由树。

更可能为m个专用连接中的一个而选择的未受保护节点是那些更接近作为树的根的控制器的节点，这是因为更接近控制器的节点相比于更远离控制器的节点对Γ(T)贡献更多。

算法

1. 初始化：

S=网络中所有节点（交换机）的集合；

n=S中节点的数量，(s(n))是S中n个节点中的一个；

m=专用连接的数量；

2. 对于i=1至m，循环；注释：m是专用连接的数量；

3. 对S中的节点进行排序以使得；注释：=(s (n))的邻居节点的数量。如果两个节点之间有链路则它们就是邻居。这是在确定节点的受保护状态或未受保护状态之前分配给节点的权重。从具有较高权重的节点到具有较低权重的节点对节点(s(n))进行排序；

4. selected-node(i)←(s(1))；注释：开始于具有最高权重的第一节点

5.对于j=1至n，循环；注释：步骤5-7确定节点受保护的程度。节点(s(j))受保护的程度是D'(s(j))；

6.A=S中s(j)的邻居；

7.D'(s(j))=A中直接连接到A的另一个成员的成员的数量；注释：被选定来进行分析的第一节点将自动成为D'(selected-node(i))。此后，如果按照第8行语句D'(s(j))相比于那时当前的D'(selected-node(i))受保护更多，则D'(s(j))成为D'(selected-node (i))；

8.如果D'(s(j))>D'(selected-node(i))，则；注释：确定受保护最多的节点并将其从在哪里放置m个专用连接的确定中丢弃。这样，为m个专用连接首先考虑具有最多子节点和最少保护的节点；

9.selected-node(i)←s(j)；

10.结束；

11.如果(D'(s(j))==D(s(j)))，则跳出循环

12.结束

13.S=S\(selected-node(i))

14.结束。

已经看到实施例的目标是分配最佳地改善控制器路由树的弹性的m个专用连接。如第2行语句中所看到的，它通过以下操作来完成该目标：执行m次迭代来为到控制器的带外连接找到m个交换机。如所提到的，m是由用户或运营商确定的参数。

节点s的程度是S中邻居节点的数量，并由D(s)表示。每次迭代i开始于挑选节点(s (1))，即来自以程度递减的顺序排序的网络节点顺序列表的第一节点。在第i次迭代结束时，选定selected-node(i)。该选定的节点(i)是具有最大数量的受保护邻居的节点。这里，D'(s)表示节点的受保护邻居的数量。在开始下一次迭代之前，在第14行语句中更新在其中进行搜索的交换机的集合，且所选定的节点从搜索集合S中被移除，这是因为最不可能为m个专用连接选定具有最多的受保护邻居的节点。

在第5-12行语句中所看到的第二循环的第j次迭代中，首先如第7行语句中所看到的计算节点s(i)的受保护邻居的数量，以及如果节点s(j)在受保护邻居的数量方面更好于先前所搜索的节点，则选定的节点被更新为节点s(j)（第6-9行语句）。

当算法找到提供最大数量的受保护邻居的m个节点时，算法停止，这样的节点被选择为给其提供到控制器的直接连接的节点。

图5是公开实施例的算法的步骤的流程图500。在步骤501中，建立m。在步骤502中，使用最短路径优先算法计算带内控制器路由树。在步骤503中，当确定只具有带内连接的网络的弹性时，基于下游交换机的数量分配权重给每个交换机。在步骤504中，更高的权重被分配给具有更多的下游交换机的交换机。在步骤505中，从具有最高权重的交换机到具有最低权重的交换机对交换机进行排序。在步骤506中，分析经排序的交换机来确定每个这样的交换机具有到控制器的备选路径所达到的程度。在步骤507中，确定m个受保护最多的交换机。在步骤508中，m个交换机中的每个使用带外连接耦合到控制器。

图6是用来实现图5的方法的装置的框图600。如本文中所看到的，实施例的算法在微处理器模块601的路由树模块604中运行，算法的结果存储在存储器模块603的非短暂性计算机可读介质中。然后通过输入/输出605使算法的结果可用。微处理器模块601通过总线602耦合到非短暂性计算机可读存储器模块603。根据本发明的方法，路由树模块604配置成：为每个交换机和控制器之间的控制业务只使用带内连接来计算初始控制器路由树；计算只具有带内连接的网络的弹性；接收参数m，m中的每个代表用于带外控制业务的、对应交换机和控制器之间的专用连接；并使用近似算法来确定每个对应交换机和控制器之间的、m个专用连接中的每个的布置，以便为了最大弹性而优化带内连接和带外连接的配置。

应理解，以上的描述意在是说明性的而不是限制性的。对于本领域技术人员而言，在阅读并理解了以上的描述后，许多其它实施例将显而易见。实施例的范围因此应当参照所附权利要求书以及这样的权利要求书对其享有权利的等同物的全部范围来确定。

Claims (19)

1.一种由网络拓扑设计系统实现的用来确定用于分离式架构网络中的控制器路由树的方法，所述分离式架构网络中控制平面组件由控制器运行以及数据平面组件由多个交换机运行，所述方法包括以下步骤：

为每个交换机和所述控制器之间的控制业务使用带内连接来计算初始控制器路由树；

计算只具有带内连接的所述网络的弹性；

建立参数m，m中的每个代表用于带外控制业务的、对应交换机和所述控制器之间的专用连接；以及

使用近似算法来确定交换机和所述控制器之间的、m个专用连接中的每个的布置，以便为了最大弹性而优化带内连接和带外连接的配置。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括使用最短路径优先算法来计算带内控制器路由树的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括当确定只具有带内连接的所述网络的弹性时，基于下游交换机的数量来分配权重给每个交换机。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括给具有较多的下游交换机的交换机分配较高的权重的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括从具有最高权重的交换机到具有最低权重的交换机对所述交换机进行排序的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括分析经排序的交换机来确定每个这样的交换机具有到所述控制器的备选路径所达到的程度的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括通过根据所述分析排除受保护最多的交换机来确定m个受保护最少的交换机。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括使用带外连接将所述m个交换机中的每个耦合到所述控制器的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其中参数m的确定由网络运营商进行。

10.一种最大化网络的弹性的装置，包括：

通过总线耦合到非短暂性计算机可读存储器模块的微处理器模块，所述微处理器模块还包括路由树模块，所述路由树模块配置成：

为每个交换机和控制器之间的控制业务只使用带内连接来计算初始控制器路由树；

计算只具有带内连接的所述网络的弹性；

接收参数m，m中的每个代表用于带外控制业务的、对应交换机和控制器之间的专用连接；以及

使用近似算法来确定每个对应交换机和所述控制器之间的、m个专用连接中的每个的布置，以便为了最大弹性而优化带内连接和带外连接的配置。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述路由树模块还配置成使用最短路径优先算法来计算所述初始控制器路由树。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述路由树模块配置成当确定只具有带内连接的所述网络的弹性时，基于下游交换机的数量来分配权重给每个交换机。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述路由树模块配置成给具有较多的下游交换机的交换机分配较高的权重。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述路由树模块配置成从具有最高权重的交换机到具有最低权重的交换机对所述交换机进行排序。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述路由树模块配置成分析经排序的交换机来确定每个这样的交换机具有到所述控制器的备选路径所达到的程度。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述路由树模块配置成通过根据所述分析排除受保护最多的交换机来确定m个受保护最少的交换机。

17.一种网络，包括：

控制器，

多个交换机，

所述多个交换机通过带内连接耦合到所述控制器；以及

所述多个交换机中的m个通过m个带外连接耦合到所述控制器。

18.根据权利要求17所述的网络，其中每个对应交换机和所述控制器之间的、m个专用连接中的每个的布置为了最大弹性而优化带内连接和带外连接的配置。

19.根据权利要求18所述的网络，其中参数m的确定由网络运营商进行。