CN103916265A - 用于配置软件定义的网络的方法和控制器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于配置软件定义的网络的方法和控制器系统。一种用于配置软件定义的网络“SDN”的网络元件的方法，包括：针对不同的查找表检索（401）查找表特定的资源消耗估计，该查找表特定的资源消耗估计指示当运行与查找表有关的操作时网络元件的至少一个组件的负载因数；基于查找表特定的资源消耗估计来确定（402）用于至少一个查找系统的资源消耗估计，该至少一个查找系统包括查找表中的一个或多个并且具有适用于网络元件的功能；以及如果网络元件能够（403）运行查找系统，则向网络元件发送（404）定义查找系统的配置数据。该方法提供避免将网络元件配置为过载的可能性，并且另一方面，能够使用与不同网络元件有关的资源消耗估计以供将软件定义的网络作为整体进行优化。

Description

用于配置软件定义的网络的方法和控制器系统
技术领域
本发明一般地涉及软件定义的网络“SDN”。更具体地，本发明涉及用于配置软件定义的网络的一个或多个网络元件的方法、控制器系统、网络元件以及计算机程序。
背景技术
软件定义的联网是用于数据传输网络的新兴架构。在软件定义的网络“SDN”中，将控制平面与数据平面分离，使得控制平面以能够与网络元件分离的一个或多个控制器来实现，并且数据平面以网络元件来实现。网络元件能够是，例如，因特网协议“IP”路由器、多协议标签交换“MPLS”节点、分组光学交换机和/或以太网交换机。每个网络元件可以由单个设备或多个设备的组合来构成。通常，软件定义的联网允许交换和/或路由策略的快速实验和优化以及对原来被关闭并且专有的网络元件的内部的外部访问。
基于因特网协议“IP”的网络最初是基于自主系统“AS”的概念而构建的。该概念允许网络通过连接的结点进行缩放和扩展，该连接的结点基于部分需要知道的信息来将分组转发到合理的下一跳。AS原理更像是传统邮局服务来进行工作，其中，给定城市中的邮政工人不需要知道另一城市中的所有街道的所有占用者，以便于为手头的信件选择合理的下一跳。这种用于联网的方法是简单的，并且已经证明是弹性并且可缩放的。然而，这种方法有几个缺点。直到涉及分组递送服务，不允许指定目的地或具有家庭邮箱的占用者在不改变其身份的情况下进行移动。作为所附着到的网络接口的目的地的拓扑位置指示其与分组递送服务有关的身份。另外，仅使用基本AS原理，难以指定诸如逻辑分群组（grouping）、访问控制、服务质量、中间网络处理的其他特定，或者指定与形成流的分组序列相关的各方面。
使用邮政服务的类比，软件定义的联网针对任何给定街道位置进行工作，使得来自所有占用者的所有信件将首先由在软件定义的网络边缘的网络元件进行聚合。该网络元件被配置成使用全局查找机制来调查每个信件目的地的当前位置。基于全局查找并且基于其他全局定义并且全局测量的考虑，诸如访问控制或远程位置负载条件，所述网络元件将原始信件中的一个或多个放置在附加信封中，该附加信封寻址到目的地当前所在的街道位置中的每一个。然后，其使用如传统因特网协议“IP”进行工作的正常邮政服务来使这些外部信封到达远程位置。这是基于现有的并且可缩放的逐跳转发服务来完成的。然后，外部信件由远程网络元件打开，并且原始信封被递送至目的地。应注意的是，软件定义的联网与邮政服务之间的上述类比是极大的简化，并且仅仅给出了关于由软件定义的联网提供的多种可能性的有限观点。
然而，软件定义的量并不是没有挑战。一些挑战关于将网络元件配置为使得其能够不断地执行上述任务，并且使得以充分最佳的方式利用网络元件的资源。因此，仍然需要用于配置软件定义的网络的网络元件的技术解决方案。
发明内容
下面提出了简单的概述以提供对各种发明实施例的一些方面的基本理解。该发明内容不是本发明的广泛概括。既不意在标识本发明的关键或重要元素，也不描述本发明的范围。以下发明内容仅以简化的形式提出本发明的一些概念作为例示本发明的实施例的更详细描述的前序。
根据本发明，提供了一种用于配置软件定义的网络的网络元件的新方法。根据本发明的方法包括：
-针对一个或多个彼此不同的查找表中的每一个，检索查找表特定的资源消耗估计，该查找表特定的资源消耗估计指示当运行与查找表有关的操作时，网络元件的至少一个组件的负载因数，
-基于查找表特定的资源消耗估计来确定对于至少一个查找系统的资源消耗估计，该至少一个查找系统包括查找表中的一个或多个并且具有适用于网络元件的功能，
-基于查找系统的资源消耗估计来检查网络元件是否能够运行查找系统，以及
-响应于网络元件能够运行查找系统的情况来向网络元件发送定义查找系统的配置数据。
查找系统的资源消耗估计能够用于避免网络元件并未被充分地提供资源以运行对其配置的查找系统的情况。此外，与不同的网络元件有关的资源消耗估计能够用于将软件定义的网络作为整体进行优化，例如用于对软件定义的网络的路由拓扑进行优化。
例如，能够从数据帧读取查找表特定的资源消耗估计，该数据帧从要配置的网络元件进行接收或者其能够从配置成存储关于所述网络元件的足够信息的另一设备或系统进行接收。此外，在根据本发明的一些例示的实施例的方法中，能够从本地存储器读取查找表特定的资源消耗估计，该本地存储器被布置成存储关于要配置的网络元件的足够信息。
根据本发明，还提供了一种用于配置软件定义的网络的网络元件的新控制器系统。该控制器系统能够是单个设备或能够彼此进行通信的多个设备的组合。根据本发明的控制器系统包括一种处理系统，该处理系统适合用于：
-针对一个或多个彼此不同的查找表中的每一个，检测查找表特定的资源消耗估计，该查找表特定的资源消耗估计指示当运行与查找表有关的操作时网络元件的至少一个组件的负载因数，
-基于查找表特定的资源消耗估计来确定对于至少一个查找系统的资源消耗估计，该至少一个查找系统包括查找表中的一个或多个并且具有适用于网络元件的功能，
-基于查找系统的资源消耗估计来检查网络元件是否能够运行查找系统，以及
-响应于网络元件能够运行查找系统的情况来向网络元件发送定义查找系统的配置数据。
根据本发明，还提供了一种新的软件定义的网络，其包括一个或多个网络元件以及用于配置一个或多个网络元件的根据本发明的控制器系统。应注意的是，控制器系统或者其一个或多个部分还能够用作一个或多个网络元件，其能够例如是IP（因特网协议）路由器、多协议标签交换“MPLS”节点、分组光学交换机和/或以太网交换机。
根据本发明，还提供了一种用于软件定义的网络的新的网络元件。网络元件能够是例如因特网协议“IP”路由器、多协议标签交换“MPLS”交换机、分组光学交换机和/或以太网交换机。该网络元件可以由单个设备或多个设备的组合形成。此外，网络元件可以具有模块化结构，使得其包括一个或多个线路接口模块以及诸如控制模块的一个或多个其他模块。根据本发明的网络元件包括：
-数据传输接口，用于接收数据且用于传送数据，
-控制处理器部，用于保持至少一个查找表，该至少一个查找表定义与管理数据帧相关的要执行的动作，以及
-数据转发部，用于根据所述至少一个查找表来管理数据帧，
其中，控制处理器部适于：
-从在网络元件处接收到的一个或多个第一数据帧中读取一个或多个查找表的描述符，以及
-控制网络元件以向由一个或多个第一数据帧所承载的信息确定的目的地发送一个或多个第二数据帧，该第二数据帧针对一个或多个查找表中的每一个承载查找表特定的资源消耗估计，该查找表特定的资源消耗估计指示当运行与相应的查找表有关的操作时网络元件的一个或多个组件的负载因数。
根据本发明，还提供了一种用于配置软件定义的网络的网络元件的新的计算机程序。根据本发明的计算机程序包括计算机可执行指令，其用于控制可编程处理系统：
-针对一个或多个彼此不同的查找表中的每一个，检索查找表特定的资源消耗估计，该查找表特定的资源消耗估计指示当运行与查找表有关的操作时网络元件的至少一个组件的负载因数，
-基于查找表特定的资源消耗估计来确定用于至少一个查找系统的资源消耗估计，该至少一个查找系统包括查找表中的一个或多个并且具有适用于网络元件的功能，
-基于查找系统的资源消耗估计来检查网络元件是否能够运行查找系统，以及
-响应于网络元件能够运行查找系统的情况来向网络元件发送定义查找系统的配置数据。
根据本发明，还提供了一种新的计算机程序产品。该计算机程序产品包括用根据本发明的计算机程序进行编码的非易失性计算机可读介质，例如压缩盘“CD”。
在所附从属权利要求中描述了本发明的许多示例性和非限制性实施例。
当结合附图来阅读时，从特定示例性实施例的以下描述中将最好地理解关于构造和操作方法二者的本发明的各种示例性和非限制性实施例以及其他目的和优点。
动词“包括”和“包含”在本文中用作既不排除也不要求同样未叙述特征的存在的开放性限制。在从属权利要求中叙述的特征是可彼此自由组合的，除非另外明确地说明。
附图说明
下面参考附图来更详细地解释本发明的示例性和非限制性实施例及其优点，在附图中：
图1示出了根据本发明的示例性实施例的软件定义的网络的示意图，
图2示出了根据本发明的示例性实施例的用于配置软件定义的网络的网络元件的控制器系统的示意图，
图3示出了根据本发明的示例性实施例的网络元件的示意图，以及
图4示出了根据本发明的示例性实施例的用于配置软件定义的网络的网络元件的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的示例性实施例的软件定义的网络“SDN”100的示意图。该软件定义的网络包括网络元件101、102、103和104以及控制器系统105。如图1中所示，本示例性软件定义的网络的网络元件101-104与数据传输链路彼此互连。此外，示例性软件定义的网络“SDN”100可以包括图1中未示出的其他网络元件。网络元件可以是例如IP（因特网协议）路由器、多协议标签交换“MPLS”节点、分组光学交换机和/或以太网交换机。每个网络元件可以由单个设备或多个设备的组合来构成。同样地，控制器系统105可以由单个设备或多个设备的组合来构成。在图1中所示的示例性情况下，控制器系统105包括两个互连的设备。终端装置107连接到控制器系统105，并且网络元件102用作对能够是例如全球因特网的外部网络106的网关。控制器系统105包括用于从终端设备107和/或从与对控制器系统的数据传输接口的数据传输链路连接的一个或多个其他设备接收数据的数据传输接口。应注意的是，控制器系统105或其一个或多个部分还可以用作一个或多个网络元件，该一个或多个网络元件能够例如是IP（因特网协议）路由器、多协议标签交换"MPLS"节点、分组光学交换机和/或以太网交换机。
网络元件101-104中的每一个包括用于保持查找系统的控制处理器部以及用于根据查找系统来管理数据帧的数据转发部，该查找系统包括定义要与管理数据帧相结合执行的动作的至少一个查找表。查找系统的至少一个查找表可以包括例如但不一定是根据开放流（OpenFlow）规范的一个或多个连续流表和群组表。该开放流由开放联网基金会“ONF”来管理。在使用开放流的示例性情况下，网络元件中的每个流表包含一组流条目。每个流条目可以由匹配字段、计数器以及应用于匹配数据帧的一组动作来构成。匹配通常在第一流表处开始并且可以继续到附加流表。能够将流条目布置成优先级顺序，并且每个表中的第一匹配条目是正在使用的那个。如果发现匹配的流条目，则执行与该特定流条目相关联的一个或多个动作。如果在流表中没有发现匹配，则可以通过在正在考虑的网络元件与控制器系统105之间的开放流信道将数据帧转发到控制器系统105，数据帧可以被丢弃，或者数据帧可以继续至下一流表或至群组表。与每个流条目相关联的动作可以包括例如数据帧转发、数据帧修改、群组表处理以及管线（pipeline）处理。管线处理动作允许将数据帧发送到后续流表以供进一步的处理，并且允许以元数据的形式在流表之间通信信息。当与匹配的流条目相关联的一个或多个动作没有指定下一个表时，表管线处理停止。此时，通常修改并且转发正在考虑的数据帧。群组表处理动作允许将数据帧发送到群组表以用于进一步处理并且允许将信息以元数据的形式传送至群组表。群组表包含群组条目，其中每个群组条目可以包含要针对定义为属于特定群组的数据帧的一系列动作。
控制器系统105适于向每个网络元件101-104发送配置数据，该配置数据包括数据项目，该数据项目用于根据例如由例如开放流的协议定义以配置网络元件的动作的预定集合来配置网络元件以保持查找系统。此外，配置数据可以包括一个或多个配置程序，其中的每一个包括一个或多个计算机可执行指令，该计算机可执行指令定义与正在考虑中的网络元件中管理数据帧相关的要执行的动作或一系列动作。网络元件101-104中的每一个的控制处理器部能够适合于使每个配置系统与查找系统的一个或多个查找表相关联，使得该配置程序可调用为与借助于一个或多个查找表来管理管理数据帧相关地执行。网络元件101-104中的每一个的数据转发部能够适于响应于管理特定数据帧包括用于执行配置程序的顺序的情况来执行由配置程序定义的动作或一系列动作。由配置程序定义的动作或一系列动作可以包括例如：从数据帧中读取数据、修改数据帧、选择网络元件的出口端口中的一个或多个并且将数据帧及其可能副本转发到所选择的一个或多个入口端口、选择由网络元件保持的查找表中的一个并且执行从所选择的查找表中的查找、执行算术运算、分支操作、执行逻辑运算、读取与数据帧相关联的元数据、写入与数据帧相关联的元数据、修改与数据帧相关联的元数据、丢弃数据帧和/或复制数据帧。
作为在配置网络元件101、102、103和/或104之前的预备动作，控制器系统105从考虑中的网络元件或从布置成存储关于所述网络元件的足够信息的另一设备或系统或者从控制器系统105的本地存储器中检索查找表特定的资源消耗估计。在根据本发明的示例性实施例的软件定义的网络中，控制器系统105向要配置的网络元件发送一个或多个第一数据帧，并且从网络元件接收到的一个或多个第二数据帧中读取查找表特定的资源消耗估计。一个或多个第一数据帧包含查找表的描述符，从而使得网络元件能够向控制器系统105发送适当的查找表特定的资源消耗估计。查找表的每个描述符可以包括例如相应查找表的条目的最大数目、相应查找表的一个或多个查找键的大小、相应查找表中的允许的不考虑键匹配比特位置、与相应查找表的条目有关的任务的定义、相应查找表的最大查找频率和/或相应查找表的连续更新之间的平均时间。
每个查找表是要配置的网络元件的查找系统的可能的构建块，并且每个查找表特定的资源消耗估计指示当运行与相应的查找表有关的操作时网络元件的至少一个组件的负载因数。网络元件的至少一个组件可以包括例如网络元件的数据转发部、网络元件的控制处理器部、网络元件的一个或多个随机存取存储器“RAM”、网络元件的一个或多个内容访问存储器“CAM”、网络元件的一个或多个三元内容访问存储器“TCAM”和/或网络元件的一个或多个存储器总线。
控制器系统105适于基于查找表特定的资源消耗估计来确定用于至少一个查找系统的资源消耗，该至少一个查找系统包括查找表中的一个或多个并且具有适用于该网络元件的功能。控制器系统105适于基于查找系统的资源消耗估计来检查要配置的网络元件是否能够运行正在考虑的查找系统，并且响应于网络元件能够运行所述查找系统的情况来向网络元件发送定义该查找系统的配置数据。该查找表特定的资源消耗估计可以包括例如指示网络元件的一个或多个组件的负载因数的数值。例如，当运行与第一示例性查找表有关的操作时，网络元件的数据转发部的负载因数可以是例如处理容量的50%，网络元件的随机存取存储器“RAM”的负载因数可以是例如存储器容量的35%，网络元件的内容访问存取存储器“CAM”的负载因数可以是例如存储器容量的45%，并且存储器总线的负载因数可以是例如其传输容量的45%。相应地，当运行与第二示例性查找表有关的操作时，网络元件的数据转发部的负载因数可以是例如46%，网络元件的随机存取存储器“RAM”的负载因数可以是例如38%，网络元件的内容访问存取存储器“CAM”的负载因数可以是例如48%，并且存储器总线的负载因数可以是例如25%。因此，用于第一和第二示例性查找表的查找表特定的资源消耗估计分别是以下矢量：[50%,35%,45%,45%]和[46%,38%,48%,25%]。
控制器系统105有利地适于针对网络元件的每个组件来计算与网络元件的该组件有关的数值的总和。在该情况下，能够将与网络元件的组件有关的总和视为构成正在考虑的查找系统的资源消耗估计。例如，由上述第一和第二示例性查找表构成的查找系统的资源消耗估计可以是[96%,73%,93%,70%]。如果这些数值中的任何一个超过100%，则正在考虑的网络元件将不能运行正在考虑的查找系统。在这种情况下，应当针对网络元件定义不同的查找系统。值得注意的是，控制器系统105不需要知道例如表示查找表特定的资源消耗估计的矢量的第一元素与正在考虑的网络元件的数据转发部有关。此外，查找表特定的资源消耗估计可以具有与不同的网络元件相关的不同数目的数值。例如，与网络元件102有关的查找表特定的资源消耗估计可以是每一个具有两个数值的矢量，而与网络元件104有关的查找表特定的资源消耗估计可以是每一个仅具有一个数值的标量。因此，无论网络元件101-104的实施方式如何，都可以使得控制器系统105能够理解查找表特定的资源消耗估计。
查找系统的资源消耗估计能够用于避免网络元件101、102、103和/或104没有被充分提供资源，（即不具有足够有效的处理器和/或足够的存储器）以运行对其配置的查找系统的情况。此外，网络元件101-104的查找系统的资源消耗估计可以用于将软件定义的网络100作为整体进行优化。例如，控制器系统105能够适于配置软件定义的网络100的路由拓扑，使得在考虑当查找系统的资源消耗估计表明网络元件的较低负载时与当查找系统的资源消耗估计表明网络元件的较高负载时相比的情况下，更多的数据业务负载被分配给正在考虑的网络元件。网络元件可以具有模块化结构，使得其包括诸如入口和出口模块的一个或多个线路接口模块以及诸如控制模块和/或供电模块的一个或多个其他模块。在这种情况下，每个查找表特定的资源消耗估计能够由模块指示符来提供，模块指示符表达模块包含其负载因数由查找表特定的资源消耗估计来指示的组件。该模块指示符可以表达单独模块或仅一种模块，诸如：入口模块、出口模块或与对网络元件作为整体的控制有关的模块。例如，在例如一个或多个线路接口模块处于过载的风险，而网络元件的其他部分在其资源消耗中具有裕度的情况下，当优化例如软件定义的网络100的路由拓扑时，能够利用模块指示符。
针对其从正在考虑的网络元件或从其他源检索查找表特定的资源消耗估计的查找表可以构成一组查找表，借助于该组查找表，能够构造具有适用于网络元件的功能的替换查找系统。在根据本发明的示例性实施例的软件定义的网络中，控制器系统105适于基于查找表特定的资源消耗估计来搜索此类替换查找系统中的一个，其根据预定准则而具有足够有利的资源消耗估计。例如，控制器系统105能够适于基于与两个或更多替换查找系统所包含的查找表有关的查找表特定的资源消耗估计来计算对于替换查找系统中的两个或更多个的资源消耗估计，并且选择两个或更多个替换查找系统中的特定的一个，其根据预定准则而具有最有利的资源消耗估计。对于另一示例，控制器系统105能够适于使用遗传算法实现模拟的演进以用于搜索替换查找系统中的适当的一个。对于第三示例，控制器系统105能够适于使用Dijkstra、A*或其他适当的优化算法以用于从搜索网络中搜索替换查找系统中的适当的一个，其中，查找表与搜索网络的节点有关，并且查找表特定的资源消耗估计表示与节点或相邻节点之间的连接有关的成本。替换查找系统中的最佳的一个对应于通过搜索网络的最小成本路由，使得与最小成本路由有关的查找表形成具有适用于网络元件的功能的查找系统。上述预定的准备能够例如使得组成查找系统的资源消耗估计的数值中的最大的一个应当尽可能小，以便于避免网络元件的操作中的不利瓶颈。
图2示出了根据本发明的示例性实施例的用于配置软件定义的网络的网络元件的控制器系统205的示意图。在本示例性情况下，控制器系统是单个设备，但是如先前在本文中所述，控制器系统也可以是多个设备的组合。控制器系统包括用于接收数据和用于传送数据的数据传输接口211。数据传输接口211包括用于经由数据传输链路连接到数据传输网络220的入口端口214和215以及出口端口216和217。控制器系统包括处理系统210，其适于：
-针对一个或多个彼此不同的查找表中的每一个，检索查找表特定的资源消耗估计，查找表特定的资源消耗估计指示运行与查找表有关的操作的网络元件的至少一个组件的负载因数，
-基于查找表特定的资源消耗估计来确定对于至少一个查找系统的资源消耗估计，该至少一个查找系统包括查找表中的一个或多个并且具有适用于网络元件的功能，
-基于查找系统的资源消耗估计来检查网络元件是否能够运行查找系统，以及
-响应于网络元件能够运行查找系统的情况来向网络元件发送定义查找系统的配置数据。
在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，处理系统210适于配置软件定义的网络100的路由拓扑，使得如果查找系统的资源消耗估计表明网络元件的较低负载与如果查找系统的资源消耗估计表明网络元件的较高加载相比，更多的数据业务负载被分配给网络元件。
在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，彼此不同的查找表构成一组查找表，借助于该组查找表能够构建具有适用于网络元件的功能的替换查找系统，并且处理系统210适于基于查找表特定的资源消耗估计来搜索此类替换查找系统中的一个，其根据预定准则而具有足够有利的资源消耗估计。
在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，处理系统210适于基于与由两个或更多个替换查找系统所包含的查找表有关的查找表特定的资源消耗估计来计算用于上述替换查找系统中的两个或更多个的资源消耗估计，并且选择两个或更多个替换查找系统中的特定的一个，其根据预定准则而具有最有利的资源消耗估计。
在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，处理系统210适于使用遗传算法实现模拟演进以用于搜索上述替换查找系统中的适当的一个。
在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，处理系统210适于使用Dijkstra或A*优化算法以用于从搜索网络中搜索上述替换查找系统中的适当的一个，其中查找表与搜索网络的节点有关，并且查找表特定的资源消耗估计表示与节点或相邻节点之间的连接有关的成本。替换查找系统中的最佳的一个对应于通过搜索网络的最小成本路由，使得与最小成本路由有关的查找表形成具有适用于网络元件的功能的查找系统。
在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，处理系统210适于从在控制器系统处接收到的一个或多个数据帧中读取查找表特定的资源消耗估计。
在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，处理系统210适于控制该控制器系统向网络元件发送一个或多个第一数据帧，并且从网络元件接收到的一个或多个第二数据帧中读取查找表特定的资源消耗估计，该一个或多个第一数据帧包含查找表的描述符。查找表的每个描述符可以包括例如相应查找表的条目的最大数目、相应查找表的一个或多个查找键的大小、相应查找表中的允许的不考虑键匹配比特位置、与相应查找表的条目有关的任务的定义、相应查找表的最大查找频率和/或相应查找表的连续更新之间的平均时间。
在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，查找表特定的资源消耗估计包括指示网络元件的一个或多个组件的负载因数的数值，并且处理系统210适于针对网络元件的每个组件来计算与网络元件的该组件有关的数值的总和。在该情况下，能够将与网络元件的组件有关的总和视为构成查找系统的资源消耗估计。
能够用一个或多个处理器电路来实现图2中所示的控制器系统的处理系统210，一个或多个处理器电路中的每一个能够是可编程处理器电路，其设置有适当的软件、例如专用集成电路“ASIC”的专用硬件处理器或例如现场可编程门阵列“FPGA”的可配置硬件处理器。
图3示出了根据本发明的示例性实施例的网络元件301的示意图。网络元件能够是例如因特网协议“IP”路由器、多协议标签交换“MPLS”交换机、分组光学交换机和/或以太网交换机。在该示例性情况下，网络元件是单个设备，但是如先前在本文中所述，网络元件也可以是多个设备的组合。该网络元件包括用于接收数据和用于传送数据的数据传输接口311。数据传输接口311包括用于经由数据传输链路连接到数据传输网络320的入口端口314和315以及出口端口316和317。网络元件301包括处理系统310，其包括控制器处理器部313和数据转发部312。控制处理器部313适于保持至少一个查找表，该至少一个查找表定义要与管理数据帧相结合执行的动作，并且数据转发部312适于根据至少一个查找表来管理数据帧。控制处理器部适于从在网络元件处接收到的一个或多个第一数据帧中读取一个或多个查找表的描述符。此外，控制处理器部适于控制网络元件以向由一个或多个第一数据帧承载的信息所确定的目的地发送一个或多个第二数据帧，其针对一个或多个查找表中的每一个承载查找表特定的资源消耗估计，查找表特定的资源消耗估计指示当运行与相应查找表有关的操作时网络元件的至少一个组件的负载因数。
能够用一个或多个处理器电路来实现图3中所示的网络元件的处理系统310，一个或多个处理器电路中的每一个能够是可编程处理器电路，其设置有适当的软件、专用硬件处理器，例如专用集成电路“ASIC”的专用硬件处理器或例如现场可编程门阵列“FPGA”的可配置硬件处理器。
图4示出了根据本发明的示例性实施例的用于配置软件定义的网络的网络元件的方法的流程图。该方法包括下述动作：
-动作401：针对一个或多个彼此不同的查找表中的每一个，检索查找表特定的资源消耗估计，该查找表特定的资源消耗估计指示当正在运行与查找表有关的操作时网络元件的至少一个组件的负载因数，
-动作402：基于查找表特定的资源消耗估计来确定对于至少一个查找系统的资源消耗估计，该至少一个查找系统包括查找表中的一个或多个并且具有适用于网络元件的功能，
-动作403：基于查找系统的资源消耗估计来检查网络元件是否能够运行查找系统，以及
-动作404：响应于网络元件能够运行查找系统的情况来向网络元件发送定义查找系统的配置数据。
如果网络元件不能运行正在考虑的查找系统，则必须对网络元件定义用于查找系统的新的候选。在图4中所示的示例性方法中，对查找系统定义新的候选包括动作401和402。
根据本发明的示例性实施例的方法包括：配置软件定义的网络的路由拓扑，使得如果查找系统的资源消耗估计表明网络元件的较低负载与如果查找系统的资源消耗估计表明网络元件的较高负载相比，更多的数据业务负载被分配给网络元件。
在根据本发明的示例性实施例的方法中，彼此不同的查找表构成一组查找表，借助于该组查找表，能够构造具有适用于网络元件的功能的替换查找系统。在这种情况下，该方法包括基于查找表特定的资源消耗估计来搜索此类替换查找系统中的一个，此类替换查找系统中的一个根据预定准则而具有充分有利的资源消耗估计。
根据本发明的示例性实施例的方法包括：基于与两个或更多个替换查找系统所包含的查找表有关的查找表特定的资源消耗估计来计算对于替换查找系统中的两个或更多个的资源消耗估计，并且选择两个或更多个替换查找系统中的特定的一个，两个或更多个替换查找系统中的特定的一个根据预定准则而具有最有利资源消耗估计。
在根据本发明的示例性实施例的方法中，用遗传算法实现模拟演进来搜索替换查找系统中的适当的一个。
在根据本发明的示例性实施例的方法中，用Dijkstra或A*优化算法来从搜索网络中搜索替换查找系统中的适当的一个，其中，查找表与搜索网络的节点有关，并且查找表特定的资源消耗估计表示与节点或相邻节点之间的连接有关的成本。替换查找系统中的最佳的一个对应于通过搜索网络的最小成本路线，使得与最小成本路线有关的查找表形成具有适用于网络元件的功能的查找系统。
根据本发明的示例性实施例的方法包括：从在控制器系统处接收到的一个或多个数据帧中读取查找表特定的资源消耗估计。
根据本发明的示例性实施例的方法包括：向网络元件发送一个或多个第一数据帧，并且从网络元件接收到的一个或多个第二数据帧中读取查找包特定的资源消耗估计，一个或多个第一数据帧包含查找表的描述符。查找表的每个描述符可以包括例如相应查找表的条目的最大数目、相应查找表的一个或多个查找键的大小、相应查找表中的允许不考虑的键匹配比特位置、与相应查找表的条目有关的任务的定义、相应查找表的最大查找频率和/或相应查找表的连续更新之间的平均时间。
在根据本发明的示例性实施例的方法中，查找表特定资源消耗估计包括指示网络元件的一个或多个组件的负载因数的数值，并且该方法包括针对网络元件的每个组件来计算与网络元件的该组件有关的数值的总和。能够将与网络元件的组件有关的总和视为构成查找系统的资源消耗估计。
根据本发明的示例性实施例的用于配置软件定义的网络的网络元件的计算机程序包括用于控制可编程处理系统以执行根据本发明的任何上述示例性实施例的方法的计算机可执行指令。
根据本发明的示例性实施例的计算机程序包括用于配置软件定义的网络的网络元件的软件模块。该软件模块包括计算机可执行指令，计算机可执行指令用于控制可编程处理系统以：
-针对一个或多个彼此不同的查找表中的每一个，来检索查找表特定的资源消耗估计，该查找表特定的资源消耗估计指示当运行与查找表有关的操作时网络元件的至少一个组件的负载因数，
-基于查找表特定的资源消耗估计来确定对于至少一个查找系统的资源消耗估计，该至少一个查找系统包括查找表中的一个或多个并且具有适用于网络元件的功能，
-基于查找系统的资源消耗估计来检查网络元件是否能够运行查找系统，以及
-响应于网络元件能够运行查找系统的情况来向网络元件发送定义查找系统的配置数据。
软件模块能够是例如用适当的编程语言或用适用于该编程语言和可编程处理系统的编译器实现的子例程或函数。
根据本发明的示例性实施例的计算机程序产品包括用根据本发明的示例性实施例的计算机程序编码的计算机可读介质，例如压缩盘（“CD”）。
根据本发明的示例性实施例的信号被编码为承载定义根据本发明的示例性实施例的计算机程序的信息。
不应将上文给出的描述中提供的特定示例理解为限制所附权利要求的范围和/或适用性。

Claims (25)

1.一种用于配置软件定义的网络的网络元件的控制器系统（105、205），其特征在于，所述控制器系统包括：
-用于针对一个或多个彼此不同的查找表中的每一个来检索查找表特定的资源消耗估计的装置，所述查找表特定的资源消耗估计指示当运行与所述查找表有关的操作时所述网络元件的至少一个组件的负载因数，
-用于基于所述查找表特定的资源消耗估计来确定对于至少一个查找系统的资源消耗估计的装置，所述至少一个查找系统包括所述查找表中的一个或多个并且具有适用于网络元件的功能，
-用于基于所述查找系统的所述资源消耗估计来检查所述网络元件是否能够运行所述查找系统的装置，以及
-用于响应于所述网络元件能够运行所述查找系统的情况来向所述网络元件发送定义所述查找系统的配置数据的装置。
2.根据权利要求1所述的控制器系统，其中，所述控制器系统包括：用于配置所述软件定义的网络的路由拓扑，使得如果所述查找系统的所述资源消耗估计表明所述网络元件的较低负载与如果所述查找系统的所述资源消耗估计表明所述网络元件的较高负载相比，更多的数据业务负载被分配给所述网络元件的装置。
3.根据权利要求1所述的控制器系统，其中，所述彼此不同的查找表构成一组查找表，借助于所述一组查找表，能够构建具有适用于所述网络元件的功能的替换查找系统，并且所述控制器系统包括用于基于所述查找表特定的资源消耗估计来搜索所述替换查找系统中的这样的一个的装置，所述替换查找系统中的这样的一个根据预定准则而具有充分有利的资源消耗估计。
4.根据权利要求3所述的控制器系统，其中，所述控制器系统包括：用于基于与两个或更多个替换查找系统所包含的查找表有关的所述查找表特定的资源消耗估计来计算对于所述替换查找系统中的两个或更多个的资源消耗估计并且用于选择所述两个或更多个替换查找系统中的特定一个的装置，所述两个或更多个替换查找系统中的特定一个根据所述预定准则而具有最有利资源消耗估计。
5.根据权利要求3所述的控制器系统，其中，所述控制器系统包括：用于使用遗传算法实现模拟演进以用于搜索所述替换查找系统中的所述一个的装置。
6.根据权利要求3所述的控制器系统，其中，所述控制器系统包括：用于使用Dijkstra或A*优化算法以用于从搜索网络中搜索所述替换查找系统中的所述一个的装置，其中，所述查找表与所述搜索网络的节点有关，并且所述查找表特定的资源消耗估计表示与所述节点有关或与相邻节点之间的连接有关的成本，所述替换查找系统中的最佳的一个与通过所述搜索网络的最小成本路由相对应，使得与所述最小成本路由有关的查找表形成具有适用于所述网络元件的功能的查找系统。
7.根据权利要求1-6中的任何一项所述的控制器系统，其中，所述控制器系统包括：用于从在所述控制器系统处接收到的一个或多个数据帧中读取所述查找表特定的资源消耗估计的装置。
8.根据权利要求1-6中的任何一项所述的控制器系统，其中，所述控制器系统包括：用于控制所述控制器系统以向所述网络元件发送一个或多个第一数据帧并且用于从所述网络元件接收到的一个或多个第二数据帧中读取所述查找表特定的资源消耗估计的装置，所述一个或多个第一数据帧包含所述查找表的描述符。
9.根据权利要求1-6中的任何一项所述的控制器系统，其中，所述查找表特定的资源消耗估计包括指示所述网络元件的两个或更多个组件的负载因数的数值，并且所述控制器系统包括用于针对所述网络元件的每个所述组件来计算与所述网络元件的所述组件有关的数值的总和的装置，与所述网络元件的所述组件有关的所述总和构成所述查找系统的所述资源消耗估计。
10.根据权利要求8所述的控制器系统，其中，所述查找表的每个所述描述符包括下述中的至少一个：相应查找表的条目的最大数目、相应查找表的一个或多个查找键的大小、相应查找表中的允许不考虑键匹配比特位置、与相应查找表的条目有关的任务的定义、相应查找表的最大查找频率、相应查找表的连续更新之间的平均时间。
11.根据权利要求1-6中的任何一项所述的控制器系统，其中，每个所述查找表特定的资源消耗估计包括由与相应查找表有关的操作所引起的下述负载因数中的至少一个的估计：所述网络元件的数据转发部的负载因数、所述网络元件的控制处理器部的负载因数、所述网络元件的随机存取存储器的负载因数、所述网络元件的内容访问存储器的负载因数、所述网络元件的三元内容访问存储器的负载因数、所述网络元件的存储器总线的负载因数。
12.一种用于配置软件定义的网络的网络元件的方法，其特征在于，所述方法包括：
-针对一个或多个彼此不同的查找表中的每一个来检索（401）查找表特定的资源消耗估计，所述查找表特定的资源消耗估计指示当运行与所述查找表有关的操作时所述网络元件的至少一个组件的负载因数，
-基于所述查找表特定的资源消耗估计来确定（402）对于至少一个查找系统的资源消耗估计，所述至少一个查找系统包括所述查找表中的一个或多个并且具有适用于所述网络元件的功能，
-基于所述查找系统的所述资源消耗估计来检查（403）所述网络元件是否能够运行所述查找系统，以及
-响应于所述网络元件能够运行所述查找系统的情况来向所述网络元件发送（404）定义所述查找系统的配置数据。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法包括：配置所述软件定义的网络的路由拓扑，使得如果所述查找系统的所述资源消耗估计表明所述网络元件的较低负载与如果所述查找系统的所述资源消耗估计表明所述网络元件的较高负载相比，更多的数据业务负载被分配给所述网络元件。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述彼此不同的查找表构成一组查找表，借助于所述一组查找表，能够构建具有适用于所述网络元件的功能的替换查找系统，并且所述方法包括：基于所述查找表特定的资源消耗估计来搜索所述替换查找系统中的这样的一个，所述替换查找系统中的这样的一个根据预定准则而具有充分有利的资源消耗估计。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法包括：基于与两个或更多个替换查找系统所包含的所述查找表有关的所述查找表特定的资源消耗估计来计算对于所述替换查找系统中的两个或更多个的资源消耗估计，并且选择所述两个或更多个替换查找系统中的特定的一个，所述两个或更多个替换查找系统中的特定的一个根据所述预定准则而具有最有利资源消耗估计。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，利用遗传算法实现模拟演进来搜索所述替换查找系统中的所述一个。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，利用Dijkstra或A*优化算法来从搜索网络中搜索所述替换查找系统中的所述一个，其中，所述查找表与所述搜索网络的节点有关，并且所述查找表特定的资源消耗估计表示与所述节点有关或与相邻节点之间的连接有关的成本，所述替换查找系统中的最佳的一个与通过所述搜索网络的最小成本路由相对应，使得与所述最小成本路由有关的查找表形成具有适用于所述网络元件的功能的查找系统。
18.根据权利要求12-17中的任何一项所述的方法，其中，所述方法包括：从在所述控制器系统处接收到的一个或多个数据帧中读取所述查找表特定的资源消耗估计。
19.根据权利要求12-17中的任何一项所述的方法，其中，所述方法包括：向所述网络元件发送一个或多个第一数据帧，并且从所述网络元件接收到的一个或多个第二数据帧中读取所述查找表特定的资源消耗估计，所述一个或多个第一数据帧包含所述查找表的描述符。
20.根据权利要求12-17中的任何一项所述的方法，其中，所述查找表特定的资源消耗估计包括指示所述网络元件的两个或更多个组件的负载因数的数值，并且所述方法包括：针对所述网络元件的每个所述组件计算与所述网络元件的所述组件有关的数值的总和，与所述网络元件的所述组件有关的所述总和构成所述查找系统的所述资源消耗估计。
21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述查找表的每个所述描述符包括下述中的至少一个：相应查找表的条目的最大数目、相应查找表的一个或多个查找键的大小、相应查找表中的允许不考虑键匹配比特位置、与相应查找表的条目有关的任务的定义、相应查找表的最大查找频率、相应查找表的连续更新之间的平均时间。
22.根据权利要求12-17中的任何一项所述的方法，其中，每个所述查找表特定的资源消耗估计包括由与相应查找表有关的操作引起的下述负载因数中的至少一个的估计：所述网络元件的数据转发部的负载因数、所述网络元件的控制处理器部的负载因数、所述网络元件的随机存取存储器的负载因数、所述网络元件的内容访问存储器的负载因数、所述网络元件的三元内容访问存储器的负载因数、所述网络元件的存储器总线的负载因数。
23.一种用于软件定义的网络的网络元件（301），所述网络元件包括：
-数据传输接口（311），所述数据传输接口（311）用于接收数据并且用于传送数据，
-控制处理器部（313），所述控制处理器部（313）用于保持至少一个查找表，所述至少一个查找表定义要与管理数据帧相结合执行的动作，以及
-数据转发部（312），所述数据转发部（312）用于根据所述至少一个查找表来管理所述数据帧，
其特征在于，所述网络元件包括：
-用于从在所述网络元件处接收到的一个或多个第一数据帧中读取一个或多个查找表的描述符的装置，以及
-用于控制所述网络元件以向由所述一个或多个第一数据帧所承载的信息确定的目的地发送一个或多个第二数据帧的装置，所述一个或多个第二数据帧承载对于所述一个或多个查找表中的每一个的查找表特定的资源消耗估计，所述查找表特定的资源消耗估计指示当运行与相应的查找表有关的操作时所述网络元件的至少一个组件的负载因数。
24.一种软件定义的网络，包括：
-一个或多个网络元件（101-104），以及
-控制器系统（105），所述控制器系统（105）用于向所述一个或多个网络元件传送配置数据，以便配置所述一个或多个网络元件，
其特征在于，所述控制器系统包括：
-用于关于所述一个或多个网络元件中的每一个并且针对一个或多个彼此不同的查找表中的每一个来检索查找表特定的资源消耗估计的装置，所述查找表特定的资源消耗估计指示当运行与所述查找表有关的操作时所述网络元件的至少一个组件的负载因数，
-用于关于所述一个或多个网络元件中的每一个并且基于所述查找表特定的资源消耗估计来确定对于至少一个查找系统的资源消耗估计的装置，所述至少一个查找系统包括所述查找表中的一个或多个并且具有适用于所述网络元件的功能，
-用于关于所述一个或多个网络元件中的每一个并且基于所述查找系统的所述资源消耗估计来检查所述网络元件是否能够运行所述查找系统的装置，以及
-用于响应于所述网络元件能够运行所述查找系统的情况来向所述一个或多个网络元件中的每一个发送定义所述查找系统的配置数据的装置。
25.根据权利要求24所述的软件定义的网络，其中，所述控制器系统被配置成使用开放流作为用于所述软件定义的网络的控制平面，以与所述软件定义的网络的数据平面进行通信的通信方法。
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