CN103916322B - 定义软件定义网络的网络元件的查找系统的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于定义软件定义网络的网络元件的查找系统的方法和设备。一种用于定义具有适合软件定义网络“SDN”的网络元件的功能的查找系统的方法，包括维持（401）指定一组查找表的数据，使得使用一组查找表的一个或多个查找表能够以替换方式构造查找系统，并且每个查找表具有指示当运行于查找表相关的操作时网络元件的至少一个组件的载荷因子的查找表特定资源消耗估计。该方法包括基于查找表特定资源消耗估计，选择（402）构造该查找系统的替换方式中的、提供最佳或至少适合网络元件的查找系统的这样一个替换方式。

Description

定义软件定义网络的网络元件的查找系统的方法和设备

技术领域

本发明通常涉及软件定义网络“SND”。更具体而言，本发明涉及一种用于定义具有适合软件定义网络的网络元件的功能的查找系统的方法、设备和计算机程序。此外，本发明涉及软件定义网络的控制器系统和软件定义网络的网络元件。

背景技术

软件定义网络是用于数据传送网络的新兴架构。在软件定义网络“SND”中，控制平面与数据平面分离，使得在可以与网络元件分离的一个或多个控制器中实现控制平面，并且在网络元件中实现数据平面。网络元件可以是例如网际协议“IP”路由器、多协议标签交换“MPLS”节点、分组光交换机、和/或以太网交换机。每个网络元件可以由单一装置或多个装置的组合构成。典型的是，该软件定义网络允许交换和/或路由策略的快速试验和优化，以及对于先前为封闭并且专有的网络元件内部的外部访问。

基于网际协议“IP”的网络首先基于自主系统“AS”的概念建立。该概念允许网络基于局部须知信息通过将分组转发给合理的下一跳的连接接头来缩放和扩展。AS原理工作非常像传统邮局服务，其中给定城市的邮政工人不需要了解另一城市中所有街道的所有居住者，以便为手中的信件选择合理的下一跳。网络的该方法很简单，并且已经证明有弹性且可扩展。然而，该方法具有一些缺点。其不允许指定目的地或者具有家庭邮箱的住户在不改变它们身份的情形下移动如分组递送服务所涉及的那么远。作为它们附加到的网络接口的目的地拓扑位置，指令与分组递送服务相关的它们的身份。此外，仅使用基本AS原理，难以指定其他特质，诸如逻辑组、接入控制、服务质量、中间网络处理、或指定与形成流的分组序列相关的方面。

使用邮政服务的类比，软件定义网络针对任何所给街道位置工作，使得来自所有住户的所有信件在软件定义网络边缘上通过网络元件首先聚集。该网络元件被配置成使用全球查找机制来检查用于每一个信件目的地的当前位置。基于全球查找和基于其他全球定义和全球测量的考虑，诸如接入控制或远程位置负载状态，所述网络元件将一个或多个原始信件放置在地址为作为当前目的地的每个街道位置的额外信封内。其然后使用如传统的网际协议“IP”的正常邮政服务，以得到远程位置的这些外封装。这基于现有和可扩展的逐跳转发服务来完成。然后，所述外封装通过远程网络元件打开并且原始信封被递送到目的地。应该注意的是，在软件定义网络和邮政服务之间的上述类比是非常简化的，并且其仅给出关于由软件定义网络提供的通用可能性的限制观点。

然而，软件定义网络离不开挑战。一些挑战涉及配置网络元件，使得网络元件时常能够执行以上说明的任务并且使得网络元件的资源以充分最佳方式被利用。配置网络元件包括在网络元件能够作为软件定义网络的一部分操作的帮助下定义查找系统。查找系统应该是使得其提供期望功能的，并且另一方面，网络元件能够运行与查找系统相关的操作。因此，仍然需要用于定义适合软件定义网络的网络元件的查找系统的技术方案。

发明内容

下文呈现简化的发明内容，以便提供对各种本发明实施例的一些方面的基本理解。该概要不是本发明的广泛概述。它既不是旨在识别本发明的关键或重要元件，也不是描述本发明的范围。下文的发明内容仅以简化形式呈现本发明的一些概念，作为本发明的例示实施例的更加详细描述的前序。

根据本发明，提供了一种用于定义具有适合软件定义网络的网络元件的功能的查找系统的新方法。根据本发明的方法包括：

-维持指定一组查找表的数据，使得查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下，以相互地替换方式被构造，每个查找表具有查找表特定资源消耗估计，所述查找表特定资源消耗估计指示当运行与查找表相关的操作时网络元件的至少一个组件的载荷因子，以及

-基于查找表特定资源消耗估计，选择替换查找系统中的比替换查找系统中的另一个更适合网络元件的这样一个替换查找系统，每个替换查找系统与相互替换方式中的一个相对应，以构造查找系统。

用于定义适合网络元件的查找系统的上述方法可以用于避免其中网络元件不是资源充足来运行对其配置的查找系统的情形。此外，可以计算用于软件定义网络的不同网络元件的查找系统的资源消耗估计，使得基于由考虑的查找系统包括的查找表的查找表特定资源消耗估计，确定每个查找系统的资源消耗估计。与不同网络元件相关的资源消耗估计可以用于将软件定义网络作为整体优化，例如以用于优化软件定义网络的路由拓扑。

例如，从将被配置的网络元件接收到的数据帧可以读取查找表特定资源消耗估计，或者可以从被布置成存储关于所述网络元件的充足信息的另一设备或系统接收到它们。此外，在根据本发明的一些示例性实施例的方法中，从被布置成存储关于将被配置的网络元件的充足信息的局部存储器，可以读取查找表特定资源消耗估计。

根据本发明，也提供了一种用于定义具有适合软件定义网络的网络元件的功能的查找系统的新设备。根据本发明的设备包括处理系统，该处理系统适于：

-维持指定一组查找表的数据，使得查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下，以相互替换方式被构造，每个查找表具有查找表特定资源消耗估计，所述查找表特定资源消耗估计指示当运行与查找表相关的操作时网络元件的至少一个组件的载荷因子，以及

-基于查找表特定资源消耗估计，选择替换查找系统中的比替换查找系统中的另一个更适合网络元件的这样一个替换查找系统，每个替换查找系统与相互替换方式中的一个相对应，以构造查找系统。

根据本发明，也提供了一种用于配置软件定义网络的网络元件的新控制器系统。该控制器系统可以是单一装置或能够彼此通信的多个装置的组合。根据本发明的控制器系统包括：

-根据本发明的设备，该设备用于定义具有适合网络元件的功能的查找系统，以及

-数据接口，该数据接口用于将配置数据发送到网络元件，该配置数据表达具有适合网络元件的功能的查找系统。

根据本发明，也提供了一种新的软件定义网络，该新的软件定义网络包括一个或多个网络元件和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。应该注意的是，控制器系统或其一个或多个部件也可以用作一个或多个网络元件，所述一个或多个网络元件可以是例如IP(网际协议)路由器、多协议标签交换“MPLS”节点、分组光交换机、和/或以太网交换机。

根据本发明，也提供了一种用于软件定义网络的新网络元件。该网络元件可以是例如网际协议“IP”路由器、多协议标签交换“MPLS”节点、分组光交换机、和/或以太网交换机。网络元件可以由单一装置或多个装置的组合构成。此外，网络元件可以具有模块结构，使得其包括一个或多个行接口模块和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：

-数据传送接口，该数据传送接口用于接收数据和用于发射数据，接收到的数据表达使得网络元件能够作为软件定义网络的一部分操作所需要的功能，

-根据本发明的设备，该设备用于定义具有通过接收到的数据所表达的功能的查找系统，以及

-数据转发部，该数据转发部用于根据查找系统来管理数据帧。

根据本发明，也提供了一种用于定义具有适合软件定义网络的网络元件的功能的查找系统的新计算机程序。根据本发明的计算机程序包括用于控制可编程处理系统执行以下操作的计算机可执行指令：

-维持指定一组查找表的数据，使得查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下，以相互替换方式被构造，每个查找表具有查找表特定资源消耗估计，该查找表特定资源消耗估计指示当运行与查找表相关的操作时网络元件的至少一个组件的载荷因子，以及

-基于查找表特定资源消耗估计，选择替换查找系统中的比替换查找系统中的另一个更适合网络元件的这样一个替换查找系统，每个替换查找系统与相互替换方式中的一个相对应，以构造查找系统。

根据本发明，也提供了一种新计算机程序产品。该计算机程序产品包括利用根据本发明的计算机程序编码的非易失性计算机可读介质，例如光盘“CD”。

在随附从属权利要求中描述了本发明的多个例示和非限制性实施例。

当结合附图阅读时，根据特定示例性是合理的下文描述，将更好地理解关于构造和操作方法的本发明的各种示例性和非限制性实施例和其额外的方面和优势。

动词“包含”和“包括”在该文档中用作开放性限定，其既不排除也不要求未叙述特征的存在。除非另有明确说明，在随附的从属权利要求中所叙述的这些特征可以互相自由组合。

附图说明

下文将参考附图更加详细地解释本发明的示例性和非限制性实施例和它们的优势，在附图中：

图1示出根据本发明的示例性实施例的软件定义网络的示意说明，

图2示出根据用于配置软件定义网络的网络元件的本发明的示例性实施例的控制器系统的示意说明，

图3示出根据本发明的示例性实施例的网络元件的示意说明；以及

图4示出了根据用于配置软件定义网络的网络元件的本发明的实施例的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的示例性实施例的软件定义网络“SDN”100的示意说明。软件定义网络包括网络元件101、102、103和104以及控制器系统105。该示例性软件定义网络的网络元件101-104与图1中示出的数据传送链路相互地互连。此外，示例性软件定义网络“SDN”100可以包括在图1中未示出的其他网络元件。每个网络元件可以是例如IP(网际协议)路由器、多协议标签交换“MPLS”节点、分组光交换机、和/或以太网交换机。每个网络元件可以由单一装置或多个装置的组合构成。控制器系统105也可以由单一装置或多个装置的组合构成。在图1中示出的示例性情形下，控制器系统105包括两个互连装置。终端设备107被连接到控制器系统105，并且网络元件102用作可以是例如全球互联网的外部网络106的网关。控制器系统105包括数据传送接口，该数据传送接口用于从终端设备107和/或从与该控制系统的数据传送接口的数据传送链路连接的一个或多个其他设备接收数据。应该注意的是，控制器系统105或其一个或多个部件也可以用作一个或多个网络元件，其可以是例如IP(网际协议)路由器、多协议标签交换“MPLS”节点、分组光交换机、和/或以太网交换机。

每个网络元件101-104包括控制处理器部和数据转发部，控制处理部用于维持包括定义与管理数据帧将连同执行的动作的至少一个查找系统表的查找系统，数据转发部用于根据查找系统来管理数据帧。查找系统的至少一个查找表可以但是不一定包括例如一个或多个连续流表和根据该OpenFlow规范的一组表。OpenFlow可以由开放网络基金会“ONF”管理。在使用OpenFlow的示例性情形下，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、计数器和被应用以与数据帧匹配的一组动作构成。匹配典型地在第一流表开始并且可以继续额外的流表。流条目可以被排列成优先级顺序，并且每个表中的第一匹配条目是正被使用的那个。如果发现匹配流条目，则与特定流条目相关联的一个或多个动作被执行。如果在流表中没有发现匹配，则可以将数据帧通过考虑的网络元件和控制器系统105之间的OpenFlow信道转发到控制器系统105，该数据帧可以被丢弃，或者该数据帧可以继续下一流表或者组表。与每个流条目相关联的动作可以包括例如数据帧转发、数据帧修正、组表处理和流水线处理。流水线处理动作允许将数据帧被发送到后续流表以用于进一步处理，并且允许元数据形式的信息在流表之间通信。当与匹配流条目相关联的一个或多个动作不指定下一表时，表流水线处理停止。此时，考虑的数据帧通常被修正和转发。组表处理动作允许将数据帧发送到组表以用于进一步处理并且允许元数据的形式的信息被通信到该组表。该组表包含组条目，其中每个组条目可以包含针对被定义为属于特定组的数据帧的动作的列表。

控制器系统105适于将配置数据发送到网络元件101-104的每个，配置数据包括用于配置考虑的网络元件的数据项以根据例如用于配置网络元件的OpenFlow的协议所定义的动作的预定聚集来维持查找系统。此外，配置数据可以包括一个或多个配置程序，每个配置程序包括定义将结合考虑的网络元件中管理数据帧来执行动作或一连串动作的一个或多个计算机可执行指令。网络元件101-104的每个的控制处理器部可以适于将每个配置程序与查找系统的一个或多个查找表相关联，使得在查找系统的帮助下结合管理数据帧可调用(callable)执行该配置程序。网络元件101-104的每个的数据转发部可以适于，响应于其中管理特定数据帧包括执行配置程序的命令的情形，执行通过配置程序定义的动作或一系列动作。通过配置程序所定义的动作或一系列动作可以包括例如：从数据帧读取数据、修正数据帧、选择网络元件的一个或多个出端口和将数据帧和它的可能复制转发到选择的一个或多个出端口、选择查找系统的查找表之一并且从选择的查找表执行查找、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、修正与数据帧相关联的元数据、丢弃数据帧、和/或复制数据帧。

在根据本发明的示例性实施例的软件定义网络“SDN”中，控制器系统105适于维持指定一组查找表的数据，使得适合一个或多个网络元件101-104的查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下以相互替换的方式被构造。每个查找表具有查找表特定资源消耗估计，该查找表特定资源消耗估计指示当运行与查找表相关的操作时考虑的网络元件的至少一个组件的载荷因子。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存取存储器“CAM”、网络元件的一个或多个三元内容存取存储器“TCAM”、和/或网络元件的一个或多个存储器总线。

上述查找表特定资源消耗估计可以包括例如指示将被配置的网络元件的一个或多个组件的载荷因子的数值。例如，当运行与第一示例性查找表相关的操作时，网络元件的数据转发部的载荷因子可以是例如处理容量的50％，网络元件的随机存取存储器“RAM”的载荷因子可以是例如存储器容量的35％，网络元件的内容存取存储器“CAM”的载荷因子可以是例如存储器容量的45％，并且存储器总线的载荷因子可以是例如它们的传输容量的45％。相应地，当运行与第二示例性查找表相关的操作时，网络元件的数据转发部的载荷因子可以是例如46％，网络元件的随机存取存储器“RAM”的载荷因子可以是例如38％，网络元件的内容存取存储器“CAM”的载荷因子可以是例如48％，以及存储器总线的载荷因子可以是例如25％。因此，用于第一和第二示例性查找表的查找表特定资源消耗估计分别是下列矢量：[50％，35％，45％，45％]和[46％，38％，48％，25％]。

通过计算表示一个或多个查找表的查找表特定资源消耗估计的矢量的总和，可以获得包括一个或多个查找表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组成的查找系统的资源消耗估计可以是[96％，73％，93％，70％]。如果这些数值的任何一个超过100％，则考虑的网络元件不能运行考虑的查找系统。在该情形下，应该针对网络元件定义不同查找系统。值得注意的是，控制器系统105不需要了解例如表示查找表特定资源消耗估计的矢量的第一元件与考虑的网络元件的数据转发部相关联。此外，查找表特定资源消耗估计可以具有与不同网络元件相结合的不同数目的数值。例如，与网络元件102相关的查找表特定资源消耗估计可以是每个具有两个数值的矢量，然而与网络元件104相关的查找表特定资源消耗估计可以是每个仅具有一个数值的标量。因此，可以使控制器系统105能够理解查找表特定资源消耗估计，无论网络元件101-104的实现如何。

控制器系统105适于基于查找表特定资源消耗估计，选择替换查找系统中的是最佳的或至少适合将被配置的网络元件的这样一个替换查找系统。每个替换查找系统与相互替换方式中的一个相对应，以构建查找系统。控制器系统105适于将配置数据发送到网络元件，所述配置数据表达替换查找系统的选择的一个。为了使得控制器系统105能够选择最佳或至少适合的查找系统，控制器系统105例如可以适于基于与通过两个或更多替换查找系统包含的查找表相关的查找表特定资源消耗估计，计算用于两个或更多替换查找系统的资源消耗估计，并且选择两个或更多替换查找系统中的、根据预定准则具有最有利的资源消耗估计的特定一个。又例如，控制器系统105可以适于使用实现模拟演进的遗传算法，以用于选择替换查找系统中的适合的一个。对于第三示例，控制器系统105可以适于使用Dijkstra，A*，或者其他适当的优化算法，以用于从搜索网络选择替换查找系统中的适当的一个，在搜索网络中，查找表与搜索网络的节点相关并且查找表特定资源消耗估计表示与这些节点或与相邻节点之间的连接相关的成本。替换查找系统的最佳一个与通过搜索网络的最低成本路由相对应，使得与最小成本路由相关的查找表形成具有适合网络元件的功能的查找系统。上述预定准则可以是例如使得构成查找系统的资源消耗估计的数值中的最大一个应当尽可能的小，以便避免网络元件操作中的不利瓶颈。

控制器系统105可以适于从将被配置的网络元件、或者从被布置成存储关于所述网络元件的充分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，检索上述查找表特定资源消耗估计。控制器系统105可以适于将一个或多个第一数据帧发送到将被配置的网络元件，并且从网络元件接收到的一个或多个第二数据帧读取查找表特定资源消耗估计。有利地，一个或多个第一数据帧包含查找表的描述符，以便使得网络元件能够将适当的查找表特定资源消耗估计发送到控制器系统105。查找表的每个描述符可以包括例如对应的查找表的条目的最大数目、对应的查找表的一个或多个查找键的大小、在对应的查找表中的允许不考虑键匹配比特位置、与对应的查找表的条目相关的任务的定义、对应的查找表的最大查找频率、和/或对应的查找表的连续更新之间的平均时间。

查找系统的资源消耗估计可以用于避免其中网络元件101、102、103和/或104未被充分地资源利用，即不具有充分效果的处理器和/或充分存储器以运行将被配置的查找系统的情形。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网络100整体优化。例如，控制器系统105可以适于配置软件定义网络100的路由拓扑，使得当定义用于该网络元件的查找系统的资源消耗估计表明该网络元件的载荷较低时与当该查找系统的资源消耗估计表明该网络元件的载荷较高时相比，更多数据业务负载被分配给该网络元件。网络元件可以具有模块结构，使得其包括诸如入模块和出模块的一个或多个行接口模块和诸如控制模块和/或电源模块的一个或多个其他模块。在该情形下，可以通过模块指示符提供每个查找表特定资源消耗估计，模块指示符表达包含通过查找表特定资源消耗估计指示其载荷因子的分量的模块。模块指示符可以表达独立模块或仅一种类型的模块，诸如：入模块、出模块、或与网络元件的整个控制相关的模块。在例如一个或多个行接口模块存在超载风险而网络元件的其他部件仍在其资源消耗具有优势的情形下，当优化软件定义网络100的路由拓扑时，可以利用模块指示符。

在根据本发明的示例性实施例的软件定义网络“SND”中，一个或多个网络元件101-104适于从控制器系统105接收配置数据，该配置数据表达考虑的网络元件的查找系统的期望功能，并且网络元件适于定义适合考虑的网络元件的查找系统。在该示例性情形下，网络元件适于维持指定一组查找表的数据，使得适合考虑的网络元件的查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下，以相互替换方式被构造。网络元件适于基于查找表特定资源消耗估计来选择替换查找系统中的适合网络元件的这样一个替换查找系统，并且实现替换查找系统的所述一个，以便使得网络元件的数据转发部能够根据查找系统来管理数据帧。

图2示出用于配置软件定义网络的网络元件的根据本发明的示例性实施例的控制器系统205的示意说明。在该示例性情形下，控制器系统是单一装置，但是如本文档中更早所提及的，控制器系统也可以是多个装置的组合。控制器系统包括用于接收数据和用于发射数据的数据传送接口211。数据传送接口211包括用于经由数据传送链路连接到数据传送网络220的入端口214和215和出端口216和217。控制器系统包括用于定义具有适合将被配置的网络元件的功能的查找系统的设备209。设备209包括用于维持指定一组查找表的数据的装置，使得查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下以相互替换方式被构造。每个查找表具有查找表特定资源消耗估计，该查找表特定资源消耗估计指示当运行与查找表相关的操作时网络元件的至少一个组件的载荷因子。设备209进一步包括用于基于查找表特定资源消耗估计，选择提供最佳或至少适合网络元件的查找系统的替换方式中的这样一个，以构造查找系统的装置。利用处理系统210可以实现上述装置。

在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，设备209的处理系统210适于基于与由两个或更多个替换查找系统包含的查找表相关的查找表特定资源消耗估计，计算用于两个或更多个替换查找系统的资源消耗估计，并且选择两个或更多个替换查找系统中的、根据预定准则具有最有利的资源消耗估计的特定一个。

在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，设备209的处理系统210适于使用实现模拟演进的遗传算法，以用于选择替换的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，设备209的处理系统210适于使用Dijkstra或A*优化算法，以用于从搜索网络选择替换查找系统中的适当的一个，在搜索网络中，查找表与搜索网络的节点相关，并且查找表特定资源消耗估计表示与这些节点相关或与相邻节点之间的连接相关的成本。替换查找系统的最佳一个与通过搜索网络的最小成本路由相对应，使得与最小成本路由相关的查找表形成具有适合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，设备209的处理系统210适于配置软件定义网络的路由拓扑，使得如果定义用于网络元件的查找系统的资源消耗估计表明网络元件的更低载荷与如果查找系统的资源消耗估计表明网络的更高载荷相比，更多的数据业务负载被分配到网络元件。

在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，设备209的处理系统210适于从在控制器系统处接收到的一个或多个数据帧，读取查找表特定资源消耗估计。

在根据本发明的示例性实施例的控制器系统中，设备209的处理系统210适于控制控制器系统，以将一个或多个第一数据帧发送到将被配置的网络元件，并且从网络元件接收的一个或多个第二数据帧读取查找表特定资源消耗估计。有利地，一个或多个第一数据帧包含查找表的描述符，以便使得网络元件能够发送适当的查找表特定资源消耗估计。查找表的每个描述符可以包括例如对应的查找表的条目的最大数目、对应的查找表的一个或多个查找键的大小、对应的查找表中的允许不考虑键匹配比特位置、与对应的查找表的条目相关的任务的定义、对应的查找表的最大查找频率、和/或对应的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，查找表特定资源消耗估计包括指示网络元件的一个或多个元件的载荷因子的数值，并且设备209的处理系统210适于针对网络原件的每个组件和针对考虑的每个替换查找系统，计算与网络元件的组件相关和与对应的替换查找系统的查找表相关的数值总和。在该情形下，与网络元件的组件相关的总和构成与对应的替换查找系统相关的资源消耗估计。

图2中示出的设备209的处理系统210可以利用一个或多个处理器电路来实现，每个处理器电路可以是设置有适当软件的可编程处理器电路、诸如例如专用集成电路“ASIC”的专用硬件处理器、或者诸如例如现场可编程门阵列“FPGA”的可配置的硬件处理器。

图3示出根据本发明的示例性实施例的网络元件301的示意说明。网络元件可以是例如网际协议“IP”路由器、多协议标签交换“MPLS”交换机、分组光交换机、和/或以太网交换机。在该示例性情形下，网络元件是单一装置，但是如本文档中上文所述，网络元件也可以是多个装置的组合。网络元件包括用于接收数据和用于发射数据的数据传送接口311。数据传送接口311包括入端口314和315和出端口316和317，以用于经由数据传送链路连接到数据传送网络320。网络元件301包括处理系统310，处理系统310包括控制处理器部313和数据转发部312。网络元件包括设备209，设备209用于定义查找系统，该查找系统具有通过在网络元件接收到的数据所表达的功能并且需要该查找系统以使得网络元件能够作为软件定义网络的一部分操作。设备209包括用于维持指定一组查找表的数据的装置，使得查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下以相互替换方式被构造。每个查找表具有查找表特定资源消耗估计，该查找表特定资源消耗估计指示当运行与查找表相关的操作时网络元件301的至少一个组件的载荷因子。设备209进一步包括用于基于查找表特定资源消耗估计，选择其提供最佳或至少适合网络元件的查找系统的替换方式中的这样一个以构造查找系统的装置。在图3示出的示例性情形下，利用控制处理器部实现上述装置。控制处理器部313适于维持查找系统，并且数据转发部312适于根据查找系统来管理数据帧。

图3中示出的网络元件的处理系统310可以利用一个或多个处理器电路实现，每个处理器电路可以是设置有适当软件的可编程处理器电路、诸如例如专用集成电路“ASIC”的专用硬件处理器、或者诸如例如现场可编程门阵列“FPGA”的可配置的硬件处理器。

图4示出用于定义具有适合软件定义网络的网络元件的功能的查找系统的根据本发明的示例性实施例的方法的流程图。该方法包括下列动作：

-动作401：维持指定一组查找表的数据，使得查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下以相互替换方式被配置，每个查找表具有查找表特定资源消耗估计，该查找表特定资源消耗估计指示当运行与查找表相关的操作时网络元件的至少一个组件的载荷因子，以及

-动作402：基于查找表特定资源消耗估计，选择提供最佳或至少适合网络元件的查找系统的构造查找系统的替换方式中的这样一个。

根据本发明的示例性实施例的方法包括：基于与通过两个或更多替换查找系统包含的查找表相关的查找表特定资源消耗估计，计算用于两个或更多替换查找系统的资源消耗估计；以及选择两个或更多替换查找系统中的、根据预定准则具有最有利的资源消耗估计的特定一个。

在根据本发明的示例性实施例的方法中，利用实现模拟演进的遗传算法来选择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，利用Dijkstra或A*优化算法从搜索网络选择替换查找系统中的适当的一个，在搜索网络中，查找表与搜索网络的节点相关并且查找表特定资源消耗估计表示与节点相关或与相邻节点之间的连接相关的成本。替换查找系统的最佳一个与通过搜索网络的最小成本路由相对应，使得与最小成本路由相关的查找表形成具有适合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：配置软件定义网络的路由拓扑，使得如果定义用于该网络元件的查找系统的资源消耗估计表明该网络元件的载荷较低与如果该查找系统的资源消耗估计表明该网络元件的载荷较高相比，更多数据业务负载被分配给该网络元件。

根据本发明的示例性实施例的方法包括：从在软件定义网络的控制器系统处接收到的一个或多个数据帧读取查找表特定资源消耗估计。

根据本发明的示例性实施例的方法包括：将一个或多个数据帧发送到将被配置的网络元件，并且从网络元件接收到的一个或多个第二数据帧读取查找表特定资源消耗估计。有利地，一个或多个第一数据帧包含查找表的描述符，以便使得网络元件能够发送适当的查找表特定资源消耗估计。查找表的每个描述符可以包括例如对应的查找表的条目的最大数目、对应的查找表的一个或多个查找键的大小、对应的查找表中的允许不考虑键匹配比特位置、与对应的查找表的条目相关的任务的定义、对应的查找表的最大查找频率、和/或对应的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两个或更多组件的载荷因子的数值，并且该方法包括：针对网络元件的每个组件和针对考虑的每个替换查找系统，计算与网络元件的组件相关和与对应的替换查找系统的查找表相关的数值的总和。在该情形下，与网络元件的组件相关的总和构成与对应的替换查找系统相关的资源消耗估计。

在根据本发明的示例性实施例的方法中，每个查找表特定资源消耗估计包括通过与对应的查找表相关的操作引起的下列载荷因子中的至少一个的估计：网络元件的数据转发部的载荷因子、网络元件的控制处理器部的载荷因子、网络元件的随机存取存储器的载荷因子、网络元件的内容存取存储器的载荷因子、网络元件的三元内容存取存储器的载荷因子、网络元件的存储器总线的载荷因子。

用于定义查找系统的根据本发明的示例性实施例的计算机程序包括计算机可执行指令，以用于控制可编程处理系统执行根据本发明的上述示例性实施例的任何一个的方法。

根据本发明的示例性实施例的计算机程序包括用于定义具有适合软件定义网络的网络元件的功能的查找系统的软件模块。软件模块包括用于控制可编程处理系统的计算机可执行指令：

-维持指定一组查找表的数据，使得查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下以相互替换方式被构造每个查找表具有查找表特定资源消耗估计，该查找表特定资源消耗估计指示当运行与查找表相关的操作时网络元件的至少一个组件的载荷因子，以及

-基于查找表特定资源消耗估计，选择替换查找系统中的、比替换查找系统中的的另一个更适合于网络元件的这样一个替换查找系统，每个替换查找系统与相互替换方式中的一个相对应，以构造该查找系统。

软件模块可以是例如利用适当的编程语言和利用适合于编程语言和可编程处理系统的编译器来实现的子例程或功能。

根据本发明的示例性实施例的计算机程序产品包括利用根据本发明示例性实施例的计算机程序编码的计算机可读介质，例如光盘(“CD”)。

根据本发明的示例性实施例的信号被编码成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。

上文给出的描述中提供的特定示例不应理解为限制随附权利要求的范围和/或适用性。

Claims (24)

1.一种用于定义具有适合软件定义网络的网络元件的功能的查找系统的设备(209)，其特征在于所述设备包括：

-用于维持指定一组查找表的数据使得所述查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下以相互替换方式被构造的装置，每个所述查找表具有查找表特定资源消耗估计，所述查找表特定资源消耗估计指示当运行与该查找表相关的操作时所述网络元件的至少一个组件的载荷因子，以及

-用于基于所述查找表特定资源消耗估计来选择所述替换查找系统中的比所述替换查找系统中的另一个更适合所述网络元件的这样一个替换查找系统的装置，每个所述替换查找系统与所述相互替换方式中的一个相对应以构造具有适合所述网络元件的所述功能的所述查找系统。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括用于基于与由两个或更多个替换查找系统所包含的查找表相关的所述查找表特定资源消耗估计来计算用于所述两个或更多个替换查找系统的资源消耗估计，并且用于选择所述两个或更多个替换查找系统中的根据预定准则具有最有利的资源消耗估计的特定一个替换查找系统的装置。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括用于使用实现模拟演进的遗传算法以用于选择所述替换查找系统中的一个替换查找系统的装置。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备包括用于使用Dijkstra或A*优化算法以用于从搜索网络选择所述替换查找系统中的一个替换查找系统的装置，在所述搜索网络中，所述查找表与所述搜索网络的节点相关，并且所述查找表特定资源消耗估计表示与所述节点相关或与相邻节点之间的连接相关的成本，所述替换查找系统中的最佳一个替换查找系统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相关的查找表形成具有适合所述网络元件的所述功能的查找系统。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的设备，其中，所述查找表特定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载荷因子的数值，并且所述设备包括用于为所述网络元件的每个所述组件和为考虑的每个所述替换查找系统，计算与所述网络元件的该组件相关和与对应的替换查找系统的查找表相关的数值的总和的装置，与所述网络元件的所述组件相关的所述总和构成与所述对应的替换查找系统相关的资源消耗估计。

6.根据权利要求1-4中的任一项所述的设备，其中，每个所述查找表特定资源消耗估计包括由与对应的查找表相关的操作引起的下列载荷因子中的至少一个的估计：所述网络元件的数据转发部的载荷因子、所述网络元件的控制处理器部的载荷因子、所述网络元件的随机存取存储器的载荷因子、所述网络元件的内容存取存储器的载荷因子、所述网络元件的三元内容存取存储器的载荷因子、所述网络元件的存储器总线的载荷因子。

7.一种用于配置软件定义网络的网络元件的控制器系统(105、205)，所述控制器系统包括：

-根据权利要求1-6中的任一项所述的设备(209)，所述设备(209)用于定义具有适合所述网络元件的功能的查找系统，以及

-数据接口(211)，所述数据接口(211)用于将配置数据发送到所述网络元件，所述配置数据表达具有适合所述网络元件的所述功能的所述查找系统。

8.根据权利要求7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网络的路由拓扑的装置，使得如果所述查找系统的资源消耗估计表明所述网络元件的更低载荷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更高载荷相比，更多的数据业务负载被分配到所述网络元件，通过与所述查找系统所包含的一个或多个查找表相关的一个或多个查找表特定资源消耗估计来确定所述查找系统的所述资源消耗估计。

9.根据权利要求7或8所述的控制器系统，其中，所述控制器系统适于从在所述控制器系统处接收到的一个或多个数据帧，读取所述查找表特定资源消耗估计。

10.根据权利要求7或8所述的控制器系统，其中，所述控制器系统包括：用于将一个或多个第一数据帧发送到所述网络元件并且用于从自所述网络元件接收到的一个或多个第二数据帧读取所述查找表特定资源消耗估计的装置，所述一个或多个第一数据帧包括所述查找表的描述符。

11.根据权利要求10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以下中的至少一个：对应的查找表的条目的最大数目、对应的查找表的一个或多个查找键的大小、在对应的查找表中的允许不考虑键匹配比特位置、与对应的查找表的所述条目相关的任务的定义、对应的查找表的最大查找频率、对应的查找表的连续更新之间的平均时间。

12.一种用于软件定义网络的网络元件(301)，所述网络元件包括：

-数据传送接口(311)，所述数据传送接口(311)用于接收数据和用于发射数据，接收到的数据表达使得所述网络元件能够作为所述软件定义网络的一部分操作所需要的功能，

-根据权利要求1-6中的任一项所述的设备(209)，所述设备(209)用于定义具有通过所述接收到的数据表达的所述功能的查找系统，以及

-数据转发部(312)，所述数据转发部(312)用于根据所述查找系统来管理数据帧。

13.一种用于定义具有适合软件定义网络的网络元件的功能的查找系统的方法，其特征在于所述方法包括：

-维持(401)指定一组查找表的数据，使得所述查找系统能够在属于所述一组查找表的一个或多个查找表的帮助下以相互替换方式被构造，每个所述查找表具有查找表特定资源消耗估计，所述查找表特定资源消耗估计指示当运行与该查找表相关的操作时所述网络元件的至少一个组件的载荷因子，以及

-基于所述查找表特定资源消耗估计，选择(402)替换查找系统中的比所述替换查找系统中的另一个更适合所述网络元件的这样一个替换查找系统，每个所述替换查找系统与所述相互替换方式中的一个相对应以构造具有适合所述网络元件的所述功能的所述查找系统。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法包括：基于与由两个或更多个替换查找系统包含的查找表相关的所述查找表特定资源消耗估计，为所述两个或更多个替换查找系统计算资源消耗估计；以及选择所述两个或更多个替换查找系统中的、根据预定准则具有最有利资源消耗估计中的特定一个替换查找系统。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，利用实现模拟演进的遗传算法来选择所述替换查找系统中的一个。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，利用Dijkstra或A*优化算法从搜索网络选择所述替换查找系统中的一个，在所述搜索网络中，所述查找表与所述搜索网络的节点相关，并且所述查找表特定资源消耗估计表示与所述节点或与相邻节点之间的连接相关的成本，所述替换查找系统中的最佳一个替换查找系统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相关的查找表形成具有适合所述网络元件的所述功能的查找系统。

17.根据权利要求13-16中的任一项所述的方法，其中，所述查找表特定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载荷因子的数值，并且所述方法包括：为所述网络元件的每个所述组件和为考虑的每个所述替换查找系统，计算与所述网络元件的组件相关和与对应的替换查找系统的查找表相关的数值的总和，与所述网络元件的所述组件相关的所述总和构成与对应的替换查找系统相关的资源消耗估计。

18.根据权利要求13-16中的任一项所述的方法，其中，每个所述查找表特定资源消耗估计包括由与对应的查找表相关的操作引起的下列载荷因子中的至少一个的估计：所述网络元件的数据转发部的载荷因子、所述网络元件的控制处理器部的载荷因子、所述网络元件的随机存取存储器的载荷因子、所述网络元件的内容存取存储器的载荷因子、所述网络元件的三元内容存取存储器的载荷因子、所述网络元件的存储器总线的载荷因子。

19.根据权利要求13-16中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括：配置所述软件定义网络的路由拓扑，使得如果所述替换查找表中的所选择的一个替换查找表的资源消耗估计表明所述网络元件的更低载荷与如果所述替换查找系统中的所选择的一个替换查找表的所述资源消耗估计表明所述网络元件的更高载荷相比，更多数据业务负载被分配到所述网络元件，通过与由所述替换查找系统中的所选择的一个替换查找系统包括的一个或多个查找表相关的一个或多个查找表特定资源消耗估计来确定所述替换查找系统中的所选择的一个替换查找系统的所述资源消耗估计。

20.根据权利要求13-16中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括：从在所述软件定义网络的控制器系统处接收到的一个或多个数据帧，读取所述查找表特定资源消耗估计。

21.根据权利要求13-16中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括：将一个或多个第一数据帧发送到所述网络元件；以及从自所述网络元件接收到的一个或多个第二数据帧读取所述查找表特定资源消耗估计，所述一个或多个第一数据帧包含所述查找表的描述符。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述查找表的每个所述描述符包括下列中的至少一个：对应的查找表的条目的最大数目、对应的查找表的一个或多个查找键的大小、在对应的查找表中的允许不考虑键匹配比特位置、与对应的查找表的条目相关的任务的定义、对应的查找表的最大查找频率、对应的查找表的连续更新之间的平均时间。

23.一种软件定义网络系统(100)，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)用于将配置数据发射到所述一个或多个网络元件以便配置所述一个或多个网络元件，

其中，所述控制器系统包括：

-根据权利要求1-6中的任一项所述的设备，所述设备用于为所述网络元件中的至少一个定义具有适合所述网络元件的功能的查找系统；以及

-数据接口，所述数据接口用于将表达所述查找系统的配置数据发送到所述网络元件。

24.根据权利要求23所述的软件定义网络系统，其中，所述控制器系统被配置成将OpenFlow用作为用于所述软件定义网络系统的控制平面的通信方法，以与所述软件定义网络系统的数据平面通信。