CN104219145B - 网络系统及路由方法 - Google Patents

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Abstract

一种网络系统及路由方法在此揭露。路由方法包括：接收相应于一封包流的一路由要求信息，并根据路由要求信息计算一相应数值；比对相应数值与一储存空间中的多个比对数值；在相应数值符合比对数值中的一相应者的情况下，在储存空间中取得封包流的一指定传输路径，并将封包流规划至封包流的指定传输路径。

Description

网络系统及路由方法
技术领域
本发明是有关于一种电子系统及一种路由方法。特别是一种网络系统及一种路由方法。
背景技术
随着信息科技的快速进展，各种型态的网络已被广泛地应用在人们的生活当中，诸如区域网络、网际网络、以及数据中心网络等。
网络系统包括多个节点(例如是交换机)。当封包进入一节点时，此节点检视接收到的封包的特征是否符合其中的封包转送规则的比对条件，并根据封包转送规则转送接收到的封包。然而，封包转送规则可能因超过有效时间或错误而失效。如此一来，在节点接收到相同条件的封包时，必须重新进行路由规划，以得知如何转送所接收到的封包，因而造成不必要的效能损耗。
是以，如何设计网络系统，以避免不必要的路由规划，造成效能损耗，为当前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种网络系统及路由方法。
本发明的一方面为一种路由方法。根据本发明一实施例，路由方法应用于一网络系统，其中该网络系统包括多个节点以及一控制器。该路由方法包括：所述多个节点分别传送一识别信息至该控制器；该控制器接收该识别信息以建构出一网络拓朴；所述多个节点中的其中之一传送相应于一封包流的一路由要求信息至该控制器；该控制器接收该路由要求信息，并根据该路由要求信息计算一相应数值；该控制器比对该相应数值与该储存空间中的多个比对数值，以判断该相应数值是否符合所述多个比对数值中的一相应者；在该相应数值符合所述多个比对数值中的该相应者的情况下，该控制器根据所述多个比对数值中的该相应者，以在该储存空间中取得该封包流的一指定传输路径，并将该封包流规划至该封包流的该指定传输路径。
本发明的另一方面为一种网络系统。根据本发明一实施例，该网络系统包括多个节点以及一控制器。所述多个节点用以分别输出一识别信息，其中所述多个节点中的其中之一用以输出相应于一封包流的一路由要求信息。该控制器包括一储存空间。该控制器用以接收所述节点的该识别信息以建构出一网络拓朴；接收所述多个节点中的该者输出的该路由要求信息，并根据该路由要求信息计算一相应数值；比对该相应数值与该储存空间中的多个比对数值，以判断该相应数值是否符合所述多个比对数值中的一相应者；在该相应数值符合所述多个比对数值中的该相应者的情况下，根据所述多个比对数值中的该相应者，以在该储存空间中取得该封包流的一指定传输路径，并将该封包流规划至该封包流的该指定传输路径。
综上所述，透过应用上述一实施例，可实现一种路由方法，其可利用控制器对封包流进行路由规划，并记录所规划出的路径，以在网络系统中的节点的封包转送规则失效后，快速地重新提供封包转送规则至节点。
附图说明
图1为根据本发明一实施例所绘示的网络系统的示意图；以及
图2为根据本发明一实施例所绘示的路由方法的流程图。
具体实施方式
以下将以附图及详细叙述清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者在了解本发明的较佳实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
本发明的一实施方式为一种网络系统，其可利用控制器对封包流进行路由规划，并记录所规划出的路径，以在网络系统中的节点的封包转送规则失效后，快速地重新提供封包转送规则至节点。
此处所谓封包流，意指网络系统中多个连续或不连续的封包，具有相同的特征，例如具有相同的来源地址、目的地址、应用层的来源端口号码(source port number)及/或应用层的目的端口号码(destination port number)。其中来源地址及目的地址例如是网际网络协定(internet protocol，IP)地址及/或媒体存取控制(media access control，MAC)地址。
另外，此处所谓封包转送规则，例如是储存在节点的转送表(例如是开放流(openflow)网络系统中的Flow table)中的元素(例如是开放流网络系统中的Flowentry)。
图1为根据本发明一实施例所绘示的网络系统10的示意图。网络系统10包括一控制器100以及多个节点例如N1-N5。每一节点N1-N5包括至少一连接端口，例如节点N1包括连接端口P11、P12，节点N2包括连接端口P21、P22等。控制器100分别连接每一节点N1-N5。节点N1-N5中的相邻两者彼此透过对应的连接端口形成链结。例如节点N1与节点N3透过连接端口P11与P31形成链结L1，节点N1与节点N4透过连接端口P12与P41形成链结L2等。此处所谓相邻的节点，是指两个节点可经由单一链结彼此连接。另外，上述节点N1-N5可为开放流交换机或路由器，上述控制器可为开放流控制器。
在本实施例中，控制器100可包括一储存空间110。储存空间110例如可用记忆体、硬盘、暂存器或其它储存媒体所实现。储存空间110可用以储存一或多个相应于不同封包流的比对数值、分别相应于每一所述不同封包流的一或多条预备传输路径、以及分别相应于每一所述不同封包流的指定传输路径。
在本实施例中，控制器100可发出命令至节点N1-N5，以令节点N1-N5分别输出一识别信息至控制器100。接着，控制器100可接收这些识别信息以建构出相应于网络系统10的网络拓朴，其中网络拓朴可意指节点N1-N5之间的连接关系。实施上，控制器100可令节点N1-N5向其相邻的节点N1-N5广播链路层发现协议(link layer discovery protocol，LLDP)封包，使相邻的节点N1-N5间交换识别信息，而后控制器100可再发送命令至节点N1-N5使其回传相邻节点N1-N5的识别信息，如此一来，控制器100可通过这些识别信息建构出相应于网络系统10的网络拓朴。
在节点N1-N5中的一者输出相应于一封包流的一路由要求信息(例如是开放流网络系统中的Packet-in信息)至控制器100时，控制器100可接收此一路由要求信息，并根据此一路由要求信息计算一相应数值。举例而言，路由要求信息可包括相应封包流的来源地址以及目的地址，而相应数值可以是根据路由要求信息的相应封包流的来源地址以及目的地址(例如是透过杂凑函数)计算而成。在本实施例中，每一封包流各自对应唯一且不同的相应数值。
计算出封包流的相应数值后，控制器100可比对此一相应数值与储存空间110中的比对数值，以判断此一相应数值是否符合储存空间110中的比对数值中的一相应者，从而据以判断储存空间110中是否已存在此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径以及一或多个预备传输路径。
在此一相应数值符合储存空间110中的比对数值中的相应者的情况下(代表储存空间110中已存在此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径以及一或多个预备传输路径)，控制器100可根据储存空间110中的比对数值中的相应者，以在储存空间110中取得此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径以及一或多个预备传输路径。如此一来，控制器100即可根据所取得的指定传输路径，将此一相应数值所对应的封包流规划至所取得的指定传输路径。
在一实施例中，将此一相应数值所对应的封包流规划至所取得的指定传输路径的操作，可以是控制器100将对应于此一指定传输路径的封包转送规则分别写入此一指定传输路径所通过的节点N1-N5的转送表中，以令此一相应数值所对应的封包流沿此一指定传输路径传送。
另一方面，在此一相应数值不符合储存空间110中的所有比对数值的情况下(代表储存空间110中不存在此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径以及一或多个预备传输路径)，控制器100可根据网络拓朴以及所接收到的路由要求信息，以计算此一相应数值所对应的封包流的一或多个预备传输路径。在预备传输路径为多条的情况下，这些预备传输路径彼此不同，亦即，这些预备传输路径分别通过不同的节点N1-N5。
接着，控制器100可根据所接收的路由要求信息在计算出的一或多条预备传输路径中选出一者，以作为此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径。
如此一来，控制器100即可根据所取得的指定传输路径，将此一相应数值所对应的封包流规划至所选出的指定传输路径。
另一方面，在根据所接收的路由要求信息在计算出的一或多条预备传输路径中选出一者，以作为此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径后，控制器100可储存此一相应数值至储存空间110，以做为储存空间110中的新比较数值。此外，控制器100亦可对应此新比较数值储存计算出的一或多条预备传输路径以及选出的指定传输路径至储存空间110。
透过上述的做法，在相应于此一选出的封包转送规则于节点N1-N5中失效后，控制器100可依据储存空间110中记录的数据，快速地重新提供封包转送规则至节点N1-N5，以将具有相同特征的封包流规划至相同的指定传输路径上，而避免进行不必要的路径运算。如此一来，网络系统10的效能可被提升。
以下段落将具体说明控制器100计算前述相应数值所对应的封包流的一或多个预备传输路径的细节。
在一实施例中，控制器100可透过重复执行最小路径演算法(例如是代克思托演算法(Dijkstra algorithm))，以得到此一相应数值所对应的封包流的多个预备传输路径。其中，控制器100在每执行一次最小路径演算法以取得一条预备传输路径后，例如可透过一旗标(flag)选择性标记此一预备传输路径所通过的节点N1-N5(例如标记除来源节点与目的节点外，此一预备传输路径所通过的节点)，而后，控制器100在执行下一次最小路径演算法时，可排除被标记的节点N1-N5进行计算，以取得另一条不同的预备传输路径。如此一来，控制器100即可计算出此一相应数值所对应的封包流的一或多条预备传输路径。
举例而言，控制器100可在第一时间周期中执行一次最小路径演算法，以得到预备传输路径中的一者(例如是路径N1→N3→N2)，并标记此一预备传输路径所通过的节点(例如是N3)。接着，在第一时间周期后的第二时间周期中，控制器100可执行另一次最小路径演算法，并在执行此次最小路径演算法时，排除计算被标记的节点(例如是N3)，以得到另一预备传输路径(例如是路径N1→N4→N2)。同样地，控制器100可标记此另一预备传输路径所通过的节点(例如是N4)。此时，由于控制器100已无法再计算出不通过被标记的节点(例如是N3与N4)的再一预备传输路径，故控制器100可停止进行最小路径演算法。
另一方面，在一实施例中，控制器100可累计执行最小路径演算法的执行次数，并在执行次数到达预设门槛(例如是3)时，停止执行最小路径演算法。如此一来，可避免计算出太多不必要的预备传输路径，以增加系统负荷。
以下段落将具体说明控制器100根据所接收的路由要求信息在计算出的一或多条预备传输路径中选出一者，以作为前述相应数值所对应的封包流的指定传输路径的细节。
在一实施例中，路由要求信息例如可包括一网际网络协定来源地址(sourceinternet protocol address)IP_S、一网际网络协定目的地址(destination internetprotocol address)IP_D、一来源端口号码(source port number)P_S、一目的端口号码(destination port number)P_D、一协定形态(protocol type)P_TYPE等。控制器100可根据所接收的路由要求信息中的网际网络协定来源地址IP_S、网际网络协定目的地址IP_D、来源端口号码P_S、目的端口号码P_D、协定形态P_TYPE以及前述相应数值所对应的封包流的一或多条预备传输路径的路径数Q，以计算一杂凑函数(hash function)的函数值H。接着，控制器100可根据杂凑函数的函数值H，在前述相应数值所对应的封包流的一或多条预备传输路径中选出一者，以作为前述相应数值所对应的封包流的指定传输路径。
在一实施例中，网际网络协定来源地址IP_S、网际网络协定目的地址IP_D、来源端口号码P_S、目的端口号码P_D、协定形态P_TYPE、路径数Q以及函数值H可符合下式：
H=(IP_S+IP_D+P_S+P_D+P_TYPE)%Q。
本发明的另一实施方式为一种路由方法。此路由方法可用于结构与前述图1中相同或类似的网络系统。为方便说明，下述操作方法是以图1所示的实施例为例进行描述，但并不以图1的实施例为限。
当注意到，在以下操作方法中的步骤中，除非另行述明，否则并不具有特定顺序。另外，以下步骤亦可能被同时执行，或者于执行时间上有所重叠。
图2为根据本发明一实施例所绘示的负载平衡方法200。负载平衡方法200可包括步骤S0-S9。
于步骤S0中，节点N1-N5可传送识别信息至控制器100。举例而言，控制器100可令节点N1-N5向其相邻的节点N1-N5广播链路层发现协议封包，使相邻的节点N1-N5间交换识别信息，而后控制器100可再发送命令至节点N1-N5使其回传相邻节点N1-N5的识别信息。如此则控制器100可通过这些识别信息得知相应于网络系统10的网络拓朴。
于步骤S1中，控制器100可通过接收到的这些识别信息建构出相应于网络系统10的网络拓朴。
于步骤S2中，节点N1-N5中的一者可输出相应于一封包流的一路由要求信息(例如是开放流网络系统中的Packet-in信息)至控制器100。
在步骤S3中，控制器100可接收此一路由要求信息，并根据此一路由要求信息计算一相应数值。举例而言，路由要求信息可包括相应封包流的来源地址以及目的地址，而相应数值可以是根据路由要求信息的相应封包流的来源地址以及目的地址(例如是透过杂凑函数)计算而成。在本实施例中，每一封包流各自对应唯一且不同的相应数值。
接着，在步骤S4中，控制器100可比对此一相应数值与储存空间110中的比对数值，以判断此一相应数值是否符合储存空间110中的比对数值中的一相应者，从而据以判断储存空间110中是否已存在此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径以及一或多个预备传输路径。若此一相应数值符合储存空间110中的比对数值中的相应者(代表储存空间110中已存在此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径以及一或多个预备传输路径)，则进行步骤S5。若此一相应数值不符合储存空间110中的所有比对数值(代表储存空间110中不存在此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径以及一或多个预备传输路径)，则进行步骤S6
在步骤S5中，控制器100可根据储存空间110中的比对数值中的相应者，以在储存空间110中取得此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径以及一或多个预备传输路径。
在步骤S6中，控制器100可根据网络拓朴以及所接收到的路由要求信息，以计算此一相应数值所对应的封包流的一或多个预备传输路径。在预备传输路径为多条的情况下，这些预备传输路径彼此不同，亦即，这些预备传输路径分别通过不同的节点N1-N5。
在步骤S7中，控制器100可根据所接收的路由要求信息在计算出的一或多条预备传输路径中选出一者，以作为此一相应数值所对应的封包流的指定传输路径。
在步骤S8中，控制器100可储存此一相应数值至储存空间110，以做为储存空间110中的新比较数值。此外，控制器100亦可对应此新比较数值储存计算出的一或多条预备传输路径以及选出的指定传输路径至储存空间110。
在步骤S9中，接续步骤S5与步骤S8，控制器100可根据所取得的指定传输路径，将此一相应数值所对应的封包流规划至所取得(选出)的指定传输路径。
如此一来，在相应于此一选出的封包转送规则于节点N1-N5中失效后，控制器100可依据储存空间110中记录的数据，快速地重新提供封包转送规则至节点N1-N5，以将具有相同特征的封包流规划至相同的指定传输路径上，而避免进行不必要的路径运算。如此一来，网络系统10的效能可被提升。
根据本发明一实施例，于上述步骤S6中，控制器100可透过重复执行最小路径演算法(例如是代克思托演算法)，以得到此一相应数值所对应的封包流的多个预备传输路径。
其中，控制器100在每执行一次最小路径演算法以取得一条预备传输路径后，例如可透过一旗标选择性标记此一预备传输路径所通过的节点N1-N5(例如标记除来源节点与目的节点外，此一预备传输路径所通过的节点)，而后，控制器100在执行下一次最小路径演算法时，可排除被标记的节点N1-N5进行计算，以取得另一条不同的预备传输路径。如此一来，控制器100即可计算出此一相应数值所对应的封包流的一或多条预备传输路径。
举例而言，控制器100可在第一时间周期中执行一次最小路径演算法，以得到预备传输路径中的一者(例如是路径N1→N3→N2)，并标记此一预备传输路径所通过的节点(例如是N3)。接着，在第一时间周期后的第二时间周期中，控制器100可执行另一次最小路径演算法，并在执行此次最小路径演算法时，排除计算被标记的节点(例如是N3)，以得到另一预备传输路径(例如是路径N1→N4→N2)。同样地，控制器100可标记此另一预备传输路径所通过的节点(例如是N4)。此时，由于控制器100已无法再计算出不通过被标记的节点(例如是N3与N4)的再一预备传输路径，故控制器100可停止进行最小路径演算法。
另一方面，根据本发明一实施例，于上述步骤S6中，控制器100可累计执行最小路径演算法的执行次数，并在执行次数到达预设门槛(例如是3)时，停止执行最小路径演算法。如此一来，可避免计算出太多不必要的预备传输路径，以增加系统负荷。
根据本发明一实施例，路由要求信息例如可包括一网际网络协定来源地址IP_S、一网际网络协定目的地址IP_D、一来源端口号码P_S、一目的端口号码P_D、一协定形态P_TYPE等。于上述步骤S7中，控制器100可根据所接收的路由要求信息中的网际网络协定来源地址IP_S、网际网络协定目的地址IP_D、来源端口号码P_S、目的端口号码P_D、协定形态P_TYPE以及前述相应数值所对应的封包流的一或多条预备传输路径的路径数Q，以计算一杂凑函数的函数值H。接着，控制器100可根据杂凑函数的函数值H，在前述相应数值所对应的封包流的一或多条预备传输路径中选出一者，以作为前述相应数值所对应的封包流的指定传输路径。
根据本发明一实施例，于上述步骤S7中，网际网络协定来源地址IP_S、网际网络协定目的地址IP_D、来源端口号码P_S、目的端口号码P_D、协定形态P_TYPE、路径数Q以及函数值H可符合下式：
H=(IP_S+IP_D+P_S+P_D+P_TYPE)%Q。
根据本发明一实施例，于上述步骤S9中，控制器100可将对应于此一指定传输路径的封包转送规则分别写入此一指定传输路径所通过的节点N1-N5的转送表中，以令此一相应数值所对应的封包流沿此一指定传输路径传送。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所后附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种路由方法，其特征在于，应用于一网络系统，其中该网络系统包括多个节点以及一控制器，该控制器包括一储存空间，该路由方法包括：
所述多个节点分别传送一识别信息至该控制器；
该控制器接收该识别信息以建构出一网络拓朴；
所述多个节点中的其中之一传送相应于一封包流的一路由要求信息至该控制器；
该控制器接收该路由要求信息，并根据该路由要求信息计算一相应数值；
该控制器比对该相应数值与该储存空间中的多个比对数值，以判断该相应数值是否符合所述多个比对数值中的一相应者；
在该相应数值符合所述多个比对数值中的该相应者的情况下，该控制器根据所述多个比对数值中的该相应者，以在该储存空间中取得该封包流的一指定传输路径，并将该封包流规划至该封包流的该指定传输路径；以及
在该相应数值不符合所述多个比对数值的情况下，该控制器根据该网络拓朴以及该路由要求信息，重复执行一最小路径演算法，以得到该封包流的多条预备传输路径，其中该封包流的所述多条预备传输路径彼此不同；
其中，重复执行该最小路径演算法，以得到该封包流的多条预备传输路径的步骤包括：
该控制器在一第一时间周期中执行一次该最小路径演算法，以得到所述多条预备传输路径中的一者，并选择性标记所述多条预备传输路径中的该者所通过的节点；
该控制器在该第一时间周期后的一第二时间周期中，执行另一次该最小路径演算法，以得到所述多条预备传输路径中的另一者，其中在该第二时间周期中被计算的节点不包括被标记的节点；
该控制器累计执行该最小路径演算法的一执行次数；以及
在该执行次数到达一预设门槛时，该控制器停止执行该最小路径演算法。
2.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，还包括：
该控制器根据该路由要求信息在该封包流的所述多条预备传输路径中选出一者，以作为该封包流的该指定传输路径，并将该封包流规划至该封包流的该指定传输路径。
3.根据权利要求2所述的路由方法，其特征在于，该控制器根据该路由要求信息在该封包流的多条预备传输路径中选出一者，以作为该封包流的该指定传输路径的步骤包括：
该控制器根据该路由要求信息中的一网际网络协定来源地址、一网际网络协定目的地址、一来源端口号码、一目的端口号码、一协定形态以及该封包流的所述预备传输路径的一路径数，以计算一杂凑函数的一函数值；以及
该控制器根据该杂凑函数的该函数值，在该封包流的所述多条预备传输路径中选出一者，以作为该封包流的该指定传输路径。
4.根据权利要求2所述的路由方法，其特征在于，还包括：
在该控制器根据该路由要求信息在该封包流的所述多条预备传输路径中选出一者，以作为该封包流的该指定传输路径后，该控制器储存该封包流的该相应数值至该储存空间，以做为一新比较数值；以及
该控制器对应该新比较数值储存该封包流的所述预备传输路径以及该封包流的该指定传输路径至该储存空间。
5.一种网络系统，其特征在于，包括：
多个节点，用以分别输出一识别信息，其中所述多个节点中的其中之一用以输出相应于一封包流的一路由要求信息；以及
一控制器，包括一储存空间，其中该控制器用以：
接收所述节点的该识别信息以建构出一网络拓朴；
接收该路由要求信息，并根据该路由要求信息计算一相应数值；
比对该相应数值与该储存空间中的多个比对数值，以判断该相应数值是否符合所述多个比对数值中的一相应者；以及
在该相应数值符合所述多个比对数值中的该相应者的情况下，根据所述多个比对数值中的该相应者，以在该储存空间中取得该封包流的一指定传输路径，并将该封包流规划至该封包流的该指定传输路径；以及
在该相应数值不符合所述多个比对数值的情况下，根据该网络拓朴以及该路由要求信息，重复执行一最小路径演算法，以得到该封包流的多条预备传输路径，其中该封包流的所述多条预备传输路径彼此不同；
其中，该控制器重复执行该最小路径演算法，以得到该封包流的多条预备传输路径用以：
在一第一时间周期中执行一次该最小路径演算法，以得到所述多条预备传输路径中的一者，并选择性标记所述多条预备传输路径中的该者所通过的节点；
在该第一时间周期后的一第二时间周期中，执行另一次该最小路径演算法，以得到所述多条预备传输路径中的另一者，其中在该第二时间周期中被计算的节点不包括被标记的节点；
该控制器累计执行该最小路径演算法的一执行次数；以及
在该执行次数到达一预设门槛时，该控制器停止执行该最小路径演算法。
6.根据权利要求5所述的网络系统，其特征在于，该控制器还用以：
根据该路由要求信息在该封包流的所述多条预备传输路径中选出一者，以作为该封包流的该指定传输路径，并将该封包流规划至该封包流的该指定传输路径。
7.根据权利要求6所述的网络系统，其特征在于，该控制器还用以：
根据该路由要求信息中的一网际网络协定来源地址、一网际网络协定目的地址、一来源端口号码、一目的端口号码、一协定形态以及该封包流的所述预备传输路径的一路径数，以计算一杂凑函数的一函数值；以及
根据该杂凑函数的该函数值，在该封包流的所述多条预备传输路径中选出一者，以作为该封包流的该指定传输路径。
8.根据权利要求6所述的网络系统，其特征在于，该控制器还用以：
在根据该路由要求信息在该封包流的所述多条预备传输路径中选出一者，以作为该封包流的该指定传输路径后，储存该封包流的该相应数值至该储存空间，以做为一新比较数值；以及
对应该新比较数值储存该封包流的所述预备传输路径以及该封包流的该指定传输路径至该储存空间。
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