CN103856417A - 软件定义网络报文转发方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软件定义网络报文转发方法和系统，其方法包括步骤：交换机检测所述交换机的端口关联的主机；当所述主机离开关联的端口时，所述交换机主动删除本地流表中与所述主机相关的表项；所述交换机向网络控制器上报流表删除信息；所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，重新处理待转发报文。本发明中的交换机在检查到其端口上关联的主机离开时，主动删除本地流表中与主机相关的表项，并主动上报至网络控制器，使网络控制器及时获知主机位置发生迁移，对后续待转发报文采取新的处理措施，有效避免因主机位置迁移所造成的报文丢失。

Description

软件定义网络报文转发方法和系统

技术领域

本发明涉及到网络通信技术领域，特别涉及到软件定义网络报文转发方法和系统。

背景技术

在软件定义网络（Software Defined Network，SDN）技术中，OpenFlow协议成为网络通信基础，该协议采用转发/控制分离架构，外置控制面实体，采用OpenFlow协议控制转发面设备实现各种转发逻辑，而转发面设备主要功能就是根据OpenFlow控制器下发的流表执行受控转发，基本的OpenFlow数据转发流程为：在收到一条报文后，取出其头部相关字段值，以其作为关键字查找匹配的表项，根据表项内容中的指令集对报文字段进行变换，完毕后根据指示转发到某一逻辑或物理端口。

如图1所示，一个基本的SDN网络包括一个逻辑集中的网络控制器101（包括C1）、若干物理互联的交换机102（包括S1-S5）、以及与连接在交换机102上的主机103（包括H1和H2）。网络控制器101负责整个SDN网络中所有交换机102的管理与控制，实现主机103之间的数据交换。首先，主机H1发起通信，报文发送到关联的交换机S1上，交换机S1按照基本的OpenFlow数据转发流程，将报文上送到网络控制器C1，网络控制器C1根据报文的源和目的地址信息、以及网络拓扑信息，计算转发路径，并向路径上的交换机S2下发转发流表，建立转发路径，这样，主机H1发往主机H2的报文即可成功转发。然而，当主机H1和主机H2的通信过程中，若主机H2发生迁移，从交换机S2迁移到交换机S3上，网络控制器C1不能无间隙的感知主机H2的迁移，造成虽然交换机S2在本地转发流表匹配成功，但发送到交换机S2上的报文不能成功送达主机H2，报文丢失。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种避免因主机迁移关联的交换机造成报文丢失的软件定义网络报文转发方法和系统。

本发明提出一种软件定义网络报文转发方法，包括步骤：

交换机检测所述交换机的端口关联的主机；

当所述主机离开关联的端口时，所述交换机主动删除本地流表中与所述主机相关的表项；

所述交换机向网络控制器上报流表删除信息；

所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，重新处理待转发报文。

优选地，所述本地流表中与所述主机相关的表项包括：

端口信息表项中与所述主机关联的表项；

和/或目的地址表项中与所述主机地址匹配的表项；

和/或源地址表项中与所述主机地址匹配的表项。

优选地，所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，重新处理待转发的报文的步骤具体包括：

所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，查找离开的所述主机的迁移位置；

当所述网络控制器判定所述主机迁移至新交换机的关联端口时，所述网络控制器重新建立所述交换机与新交换机之间、以及新交换机与所述主机之间的转发路径；

所述交换机将所述待转发的报文经由所述新交换机转发至所述主机。

优选地，所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，查找离开的所述主机的迁移位置的步骤之后还包括：

当所述网络控制器判定所述主机离开网络时，所述网络控制器指示所述交换机丢弃所述待转发的报文。

优选地，所述交换机检测所述交换机的端口关联的主机的步骤之后还包括：

当所述主机离开关联的端口时，所述交换机向网络控制器上报端口状态变化信息；

所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，重新处理待转发报文的步骤具体包括：

所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息和端口状态变化信息，重新处理待转发报文。

本发明还提出一种软件定义网络报文转发系统，包括网络控制器、交换机和主机，其中：

所述交换机，用于检测所述交换机的端口关联的主机；当所述主机离开关联的端口时，主动删除本地流表中与所述主机相关的表项；向网络控制器上报流表删除信息；

所述网络控制器，用于根据接收的所述流表删除信息，重新处理待转发报文。

优选地，所述本地流表中与所述主机相关的表项包括：

端口信息表项中与所述主机关联的表项；

和/或目的地址表项中与所述主机地址匹配的表项；

和/或源地址表项中与所述主机地址匹配的表项。

优选地，所述软件定义网络报文转发系统还包括新交换机，其中：

所述网络控制器具体用于，根据接收的所述流表删除信息，查找离开的所述主机的迁移位置；当判定所述主机迁移至新交换机的关联端口时，重新建立所述交换机与新交换机之间、以及新交换机与所述主机之间的转发路径；

所述交换机具体用于，将所述待转发的报文经由所述新交换机转发至所述主机。

优选地，所述网络控制器还具体用于：

当判定所述主机离开网络时，指示所述交换机丢弃所述待转发的报文。

优选地，所述交换机还用于，当所述主机离开关联的端口时，向网络控制器上报端口状态变化信息；

所述网络控制器还用于，根据接收的所述流表删除信息和端口状态变化信息，重新处理待转发报文。

本发明中的交换机在检查到其端口上关联的主机离开时，主动删除本地流表中与主机相关的表项，并主动上报至网络控制器，使网络控制器及时获知主机位置发生迁移，对后续待转发报文采取新的处理措施，有效避免因主机位置迁移所造成的报文丢失。

附图说明

图1为SDN网络的结构示意图；

图2为本发明软件定义网络报文转发方法的第一实施例的流程图；

图3为本发明软件定义网络报文转发方法的第二实施例的流程图；

图4为本发明软件定义网络报文转发方法的第三实施例的流程图；

图5为本发明软件定义网络报文转发方法的第四实施例的流程图；

图6为本发明软件定义网络报文转发系统第一实施例的结构示意图；

图7为本发明软件定义网络报文转发系统第二实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，图2为本发明软件定义网络报文转发方法的第一实施例的流程图。本实施例提到的软件定义网络报文转发方法，包括：

步骤S10，交换机检测交换机的端口关联的主机；

本实施例中，交换机时刻检测端口状态，有利于在主机离开关联端口时，交换机能够及时发现并作出后续解决方案。

步骤S20，当主机离开关联的端口时，交换机主动删除本地流表中与主机相关的表项；

由于传统的SDN网络，在主机离开交换机时，交换机并不会主动删除与主机关联的表项，为了避免主机离开后交换机流表匹配成功，但报文不能成功送达主机的情况发生，本实施例采用了交换机主动删除与主机相关的表项。本地流表中与主机相关的表项包括：端口信息表项中与主机关联的表项；和/或目的地址表项中与主机地址匹配的表项；和/或源地址表项中与主机地址匹配的表项。

步骤S30，交换机向网络控制器上报流表删除信息；

流表删除信息中可携带流表删除原因，该原因为“端口关联的主机离开”。由于删除流表的原因可以为多种，例如因更新表项需要删除旧的表项，此时的主机仍然是与当前的交换机关联，网络控制器无需重新处理待转发报文，节省处理流程，提高报文转发效率；只有在网络控制器接收到流表删除原因为“端口关联的主机离开”的流表删除信息后，网络控制器才对待转发报文进行后续处理，例如查找主机关联的新交换机，以重新建立转发路径，避免报文丢失。

步骤S40，网络控制器根据接收的流表删除信息，重新处理待转发报文。

网络控制器对流表删除信息进行分析，从流表删除信息中获取到当前离开交换机的主机，随后对该主机的新的位置进行查询，使待转发的报文被转发到正确的交换机，进而使待转发的报文送达到主机。

本实施例中的交换机在检查到其端口上关联的主机离开时，主动删除本地流表中与主机相关的表项，并主动上报至网络控制器，使网络控制器及时获知主机位置发生迁移，对后续待转发报文采取新的处理措施，有效避免因主机位置迁移所造成的报文丢失。

如图3所示，图3为本发明软件定义网络报文转发方法的第二实施例的流程图。本实施例是以图2所示实施例为基础，对网络控制器重新处理待转发报文步骤的详细描述，其中，步骤S40具体包括：

步骤S41，网络控制器根据接收的流表删除信息，查找离开的主机的迁移位置；

步骤S42，当网络控制器判定主机迁移至新交换机的关联端口时，网络控制器重新建立原交换机与新交换机之间、以及新交换机与主机之间的转发路径；

步骤S43，原交换机将待转发的报文经由新交换机转发至主机。

本实施例中，当主机是因为迁移到新交换机的端口上，而离开了原来的交换机端口，则由网络控制器查询主机的新的关联端口，获得新交换机地址，并在原交换机与新交换机之间、以及新交换机与主机之间建立转发路径，将原交换机将后续的待转发报文转发至新交换机，再由新交换机将报文转发到主机，实现主机间的数据通信，避免报文丢失。

步骤S44，当网络控制器判定主机离开网络时，网络控制器指示交换机丢弃待转发的报文。

本实施例中，当主机彻底离开网络时，网络控制器可向发送报文的一方反馈报文发送失败的信息，并通知接收了报文的原关联的交换机丢弃报文，避免了存储空间被占用。

如图4所示，图4为本发明软件定义网络报文转发方法的第三实施例的流程图。本实施例在图2所示实施例基础上，增加了上报端口状态变化信息的步骤，具体包括：

步骤S10，交换机检测交换机的端口关联的主机；

步骤S50，当主机离开关联的端口时，交换机向网络控制器上报端口状态变化信息。

端口状态变化信息中可携带端口变化原因，其原因为“端口移除”。

步骤S20，当主机离开关联的端口时，交换机主动删除本地流表中与主机相关的表项；

步骤S30，交换机向网络控制器上报流表删除信息；

步骤S45，网络控制器根据接收的流表删除信息和端口状态变化信息，重新处理待转发报文。

本实施例通过交换机向网络控制器上报端口状态变化信息和流表删除信息，进一步使网络控制器获知主机已离开当前交换机，网络控制器需要对待转发报文进行后续处理，查找主机关联的新交换机，以重新建立转发路径，避免报文丢失。

如图5所示，图5为本发明软件定义网络报文转发方法的第四实施例的流程图。本实施例是以图2所示实施例为基础，对报文转发的整个流程进行详细描述，同时参照图1所示的SDN网络的结构示意图，具体包括：

步骤S601，主机H1向关联的交换机S1发送与主机H2网络通信的报文；

步骤S602，交换机S1按照基本的OpenFlow数据转发流程，将报文上送到网络控制器C1；

步骤S603，网络控制器C1根据报文的源地址和目的地址信息、以及网络拓扑信息，计算转发路径{S1，……，S2}，并向路径上与主机H2关联的交换机S2下发转发流表，建立转发路径；

步骤S604，在主机H1和H2正常通信过程中，当主机H2从其所关联的交换机S2上离开时，交换机S2检测到其端口关联的主机H2离开；

步骤S605，交换机S2向网络控制器C1上报端口变化消息，携带端口变化原因为“端口移除”；

步骤S606，交换机S2主动删除本地流表中与主机H2相关的表项，向网络控制器上报流表删除消息，携带流表删除原因为“端口关联的主机离开”。

步骤S607，当主机H1和H2后续的报文到达交换机S2时，由于本地流表已经删除与主机H2相关的表项，本地流表匹配不成功，交换机S2根据网络配置规则将报文返回给网络控制器C1，或根据网络配置规则将报文直接丢弃；

步骤S608，网络控制器C1收到端口变化消息和/或流表删除消息；

步骤S609，当网络控制器C1判定主机H2迁移到新的位置时，网络控制器C1查找与主机H2关联的新交换机S3；

步骤S610，网络控制器C1重新建立交换机S2与交换机S3之间、以及交换机S3与主机H2之间的路由路径，交换机S2将报文经由交换机S3转发给主机H2。

步骤S611，当网络控制器C1判定主机H2彻底离开网络时，网络控制器C1直接丢弃后续报文，或指示交换机S2对后续报文执行丢弃操作。

本实施例中的交换机S2在检查到其端口上关联的主机H2离开时，主动删除本地流表中与主机H2相关的表项，并主动上报至网络控制器C1，使网络控制器C1及时获知主机H2位置发生迁移，对后续待转发报文采取新的处理措施，有效避免因主机H2位置迁移所造成的报文丢失。

如图6所示，图6为本发明软件定义网络报文转发系统第一实施例的结构示意图。本实施例提及的软件定义网络报文转发系统，包括网络控制器201、交换机202和主机203，其中：

交换机202，用于检测交换机202的端口关联的主机203；当主机203离开关联的端口时，主动删除本地流表中与主机203相关的表项；向网络控制器201上报流表删除信息；

网络控制器201，用于根据接收的流表删除信息，重新处理待转发报文。

本实施例中，交换机202时刻检测端口状态，有利于在主机203离开关联端口时，交换机202能够及时发现并作出后续解决方案。由于传统的SDN网络，在主机203离开交换机202时，交换机202并不会主动删除与主机203关联的表项，为了避免主机203离开后交换机202流表匹配成功，但报文不能成功送达主机203的情况发生，本实施例采用了交换机202主动删除与主机203相关的表项。本地流表中与主机203相关的表项包括：端口信息表项中与主机203关联的表项；和/或目的地址表项中与主机203地址匹配的表项；和/或源地址表项中与主机203地址匹配的表项。流表删除信息中可携带流表删除原因，该原因为“端口关联的主机203离开”。由于删除流表的原因可以为多种，例如因更新表项需要删除旧的表项，此时的主机203仍然是与当前的交换机202关联，网络控制器201无需重新处理待转发报文，节省处理流程，提高报文转发效率；只有在网络控制器201接收到流表删除原因为“端口关联的主机203离开”的流表删除信息后，网络控制器201才对待转发报文进行后续处理，例如查找主机203关联的新交换机，以重新建立转发路径，避免报文丢失。网络控制器201对流表删除信息进行分析，从流表删除信息中获取到当前离开交换机202的主机203，随后对该主机203的新的位置进行查询，使待转发的报文被转发到正确的交换机202，进而使待转发的报文送达到主机203。本实施例中的交换机202在检查到其端口上关联的主机203离开时，主动删除本地流表中与主机203相关的表项，并主动上报至网络控制器201，使网络控制器201及时获知主机203位置发生迁移，对后续待转发报文采取新的处理措施，有效避免因主机203位置迁移所造成的报文丢失。

如图7所示，图7为本发明软件定义网络报文转发系统第二实施例的结构示意图。本实施例以图6所示实施例为基础，软件定义网络报文转发系统还包括新交换机2021，其中：

本发明实施例中，网络控制器201具体用于，根据接收的流表删除信息，查找离开的主机203的迁移位置；当判定主机203迁移至新交换机2021的关联端口时，重新建立交换机202与新交换机2021之间、以及新交换机2021与主机203之间的转发路径；

交换机202具体用于，将待转发的报文经由新交换机2021转发至主机203。

本实施例中，当主机203是因为迁移到新交换机2021的端口上，而离开了原来的交换机202端口，则由网络控制器201查询主机203的新的关联端口，获得新交换机2021地址，并在原交换机202与新交换机2021之间、以及新交换机2021与主机203之间建立转发路径，原交换机202将后续的待转发报文转发至新交换机2021，再由新交换机2021将报文转发到主机203，实现主机203间的数据通信，避免报文丢失。

本发明实施例中，网络控制器201还具体用于：

当判定主机203离开网络时，指示交换机202丢弃待转发的报文。

本实施例中，当主机203彻底离开网络时，网络控制器201可向发送报文的一方反馈报文发送失败的信息，并通知接收了报文的原关联的交换机202丢弃报文，避免了存储空间被占用。

本发明实施例中，交换机202还用于，当主机203离开关联的端口时，向网络控制器201上报端口状态变化信息；

网络控制器201还用于，根据接收的流表删除信息和端口状态变化信息，重新处理待转发报文。

本实施例端口状态变化信息中可携带端口变化原因，其原因为“端口移除”，通过交换机202向网络控制器201上报端口状态变化信息和流表删除信息，进一步使网络控制器201获知主机203已离开当前交换机202，网络控制器201需要对待转发报文进行后续处理，查找主机203关联的新交换机2021，以重新建立转发路径，避免报文丢失。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种软件定义网络报文转发方法，其特征在于，包括步骤：

交换机检测所述交换机的端口关联的主机；

当所述主机离开关联的端口时，所述交换机主动删除本地流表中与所述主机相关的表项；

所述交换机向网络控制器上报流表删除信息；

所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，重新处理待转发报文。

2.根据权利要求1所述的软件定义网络报文转发方法，其特征在于，所述本地流表中与所述主机相关的表项包括：

端口信息表项中与所述主机关联的表项；

和/或目的地址表项中与所述主机地址匹配的表项；

和/或源地址表项中与所述主机地址匹配的表项。

3.根据权利要求1或2所述的软件定义网络报文转发方法，其特征在于，所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，重新处理待转发的报文的步骤具体包括：

所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，查找离开的所述主机的迁移位置；

当所述网络控制器判定所述主机迁移至新交换机的关联端口时，所述网络控制器重新建立所述交换机与新交换机之间、以及新交换机与所述主机之间的转发路径；

所述交换机将所述待转发的报文经由所述新交换机转发至所述主机。

4.根据权利要求3所述的软件定义网络报文转发方法，其特征在于，所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，查找离开的所述主机的迁移位置的步骤之后还包括：

当所述网络控制器判定所述主机离开网络时，所述网络控制器指示所述交换机丢弃所述待转发的报文。

5.根据权利要求3所述的软件定义网络报文转发方法，其特征在于，所述交换机检测所述交换机的端口关联的主机的步骤之后还包括：

当所述主机离开关联的端口时，所述交换机向网络控制器上报端口状态变化信息；

所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息，重新处理待转发报文的步骤具体包括：

所述网络控制器根据接收的所述流表删除信息和端口状态变化信息，重新处理待转发报文。

6.一种软件定义网络报文转发系统，其特征在于，包括网络控制器、交换机和主机，其中：

所述交换机，用于检测所述交换机的端口关联的主机；当所述主机离开关联的端口时，主动删除本地流表中与所述主机相关的表项；向网络控制器上报流表删除信息；

所述网络控制器，用于根据接收的所述流表删除信息，重新处理待转发报文。

7.根据权利要求6所述的软件定义网络报文转发系统，其特征在于，所述本地流表中与所述主机相关的表项包括：

端口信息表项中与所述主机关联的表项；

和/或目的地址表项中与所述主机地址匹配的表项；

和/或源地址表项中与所述主机地址匹配的表项。

8.根据权利要求6或7所述的软件定义网络报文转发系统，其特征在于，还包括新交换机，其中：

所述网络控制器具体用于，根据接收的所述流表删除信息，查找离开的所述主机的迁移位置；当判定所述主机迁移至新交换机的关联端口时，重新建立所述交换机与新交换机之间、以及新交换机与所述主机之间的转发路径；

所述交换机具体用于，将所述待转发的报文经由所述新交换机转发至所述主机。

9.根据权利要求8所述的软件定义网络报文转发系统，其特征在于，所述网络控制器还具体用于：

当判定所述主机离开网络时，指示所述交换机丢弃所述待转发的报文。

10.根据权利要求8所述的软件定义网络报文转发系统，其特征在于，所述交换机还用于，当所述主机离开关联的端口时，向网络控制器上报端口状态变化信息；

所述网络控制器还用于，根据接收的所述流表删除信息和端口状态变化信息，重新处理待转发报文。

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