CN104243316B - 一种主机学习方法以及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主机学习方法以及装置，所述方法包括：接收交换机上送的端口状态报文；通过端口状态报文确定传输所述端口状态报文的交换机端口是否为允许学习主机的端口；在接收到所述交换机上送的协议报文时，若接收所述协议报文的交换机端口为允许学习主机的端口，则学习发送所述协议报文的主机的主机信息。本发明可保证控制设备根据允许学习主机的端口学习到正确的主机信息。

Description

一种主机学习方法以及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种主机学习方法以及装置。

背景技术

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)是一种新型的网络架构，其可以将网络设备的控制面与数据面进行分离，由控制器(Controller)实现控制面功能，以及由若干交换机(Switch)实现数据面功能。

在SDN网络中，由控制设备维护网络拓扑，正常情况下，控制设备与每个交换机之间建立链路连接，交换机之间也建立链路连接，控制设备接收到连接交换机的主机发出的ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)报文时，其能够识别发送该ARP报文的源交换机端口，从而根据该源交换机端口以及ARP报文中携带的信息进行主机学习。

但是，在控制设备与交换机的链路中断，而交换机之间的链路依然正常连接时，该链路中断的交换机仍会接收到其他交换机泛洪的ARP请求报文，并对该ARP请求报文进行泛洪。那么在控制设备接收到经由链路中断的交换机泛洪的ARP报文时，由于控制设备并不知道与其链路中断的交换机的存在，因此无法准确判断出发送该ARP报文的源交换机的端口，进而导致控制设备学习到错误的主机信息。

发明内容

本发明提供了一种主机学习方法以及装置，以解决现有技术中控制设备会学习到错误主机信息的问题。

本发明提供了一种主机学习方法，应用于软件定义网络SDN网络中的控制设备，其中所述方法包括：

接收交换机上送的端口状态报文；

通过所述端口状态报文确定传输所述端口状态报文的交换机端口是否为允许学习主机的端口；

在接收到所述交换机上送的协议报文时，若接收所述协议报文的交换机端口为允许学习主机的端口，则学习发送所述协议报文的主机的主机信息。

本发明还提供一种主机学习装置，应用于SDN网络中的控制设备，其中所述装置包括：

报文接收单元，用于接收交换机上送的端口状态报文；

端口状态确定单元，用于通过所述端口状态报文确定传输所述端口状态报文的交换机端口是否为允许学习主机的端口；

主机学习单元，用于在接收到所述交换机上送的协议报文时，若接收所述协议报文的交换机端口为允许学习主机的端口，则学习发送所述协议报文的主机的主机信息。

本发明提供一种主机学习方法以及装置，通过交换机上送的端口状态报文确定出传输所述端口状态报文的交换机端口状态，并在接收到经由允许学习主机的端口上送的协议报文时，学习所述协议报文中携带的主机信息，从而保证控制设备根据允许学习主机的端口学习到正确的主机信息。

附图说明

图1是本发明中SDN网络的组网示意图；

图2是本发明中主机学习方法的一个实施例流程图；

图3为本发明中主机学习方法的另一个实施例流程图；

图4是本发明中主机学习装置所在控制设备的硬件架构示意图；

图5为本发明中主机学习装置的实施例结构示意图；

图6为本发明中端口状态确定单元的实施例结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例所应用的一种网络环境如图1所示，在SDN网络中，包括控制设备、多个交换机(SW1、SW2、SW3)以及接入不同交换机的主机(Host1、Host2、Host3)，每个SW上又包括多个端口(Port)，如SW1上包括SW1-Port1、SW1-Port2、SW1-Port3以及SW1-Port4等。其中，控制设备与SW2因为链路故障而断开连接，控制设备与SW1以及SW3的连接正常，各交换机之间连接正常。

当前在SDN网络中对于主机学习的实现方式为，在控制设备接收到连接交换机的主机发出的ARP报文时，根据发送该ARP报文的源交换机端口以及ARP报文中携带的信息(源IP地址、源MAC地址等)进行主机学习。然而在控制设备与SW2的链路中断后，Host1发送的ARP报文在由SW1上送控制设备后，控制设备会指示SW1以及SW3对该ARP报文进行泛洪，但是由于交换机之间的链路依然连接正常，在SW2接收到SW1以及SW3泛洪的ARP报文时，SW2仍会对该ARP报文进行泛洪，若SW1-Port4以及SW3-Port4接收到SW2泛洪的ARP报文，并将该ARP报文上送至控制设备，则由于控制设备并不知道SW2的存在，因此会误以为发送该ARP报文的源交换机的源端口为SW1-Port4或者SW3-Port4，即发送ARP报文的Host1在该SW1-Port4或者SW3-Port4上来回迁移，进而导致控制设备学习到错误的主机信息。

为此，本发明提供一种主机学习方案来解决现有技术中在交换机与控制设备连接断开时，控制设备学习到错误的主机信息的问题。

参见图2，为本发明主机学习方法的一个实施例流程图，该实施例可以应用在SDN网络中的控制设备上，包括以下步骤：

步骤201，接收交换机上送的端口状态报文。

本发明实施例中，在组建SDN网络时，可以对交换机上各端口的端口类型进行规划，端口类型可以包括接入口(与主机连接的端口)，网络口(与交换机连接的端口)，其中对于接入口有学习主机的要求，网络口是与其他交换机连接的端口。本发明实施例中，交换机可以将与主机连接的端口设为允许学习主机的端口，将与交换机连接的端口设为禁止学习主机的端口，并通过端口状态报文将各端口的状态通告至控制设备。

该端口状态报文可以包含端口配置标记位，例如该端口配置标记位可以是端口状态报文中的config(配置)字段中的第8比特位，也可以是在config字段中新增加一个端口配置标记位，本发明对此无限制。该端口配置标记位在默认情况下是为空的，即默认该交换机的端口具有学习主机的能力。以该端口配置标记位是端口状态报文中的config字段中的第8比特位为例，在通过端口状态报文通告交换机的端口为禁止学习主机的端口时，可以将端口状态报文的config字段的第8比特位中添加禁止学习标识。例如在config字段的第8比特位中携带OFPPC_NO_LEARNHOST标识，以指示该端口是禁止学习主机的端口；若将交换机中禁止学习主机的端口的状态更改为允许学习主机的端口时，可通过向控制设备发送config字段的第8比特位为空的端口状态报文，以通告该端口的状态修改为允许学习主机的端口。

另外，本发明实施例也可根据需要由控制设备指定交换机中允许学习主机的端口以及禁止学习主机的端口。

在控制设备要将交换机的允许学习主机的端口修改为禁止学习主机的端口时，可以向所述交换机端口发送端口状态更新报文，也可以发送上述的端口状态报文，该端口状态更新报文或端口状态报文中包括端口配置标记位(config字段的第8比特位)，config字段的第8比特位中携带有禁止学习标识，以使所述交换机根据所述禁止学习标识将将所述允许学习主机的端口修改为禁止学习主机的端口。该端口状态更新报文中携带的禁止学习标识可与交换机上送的端口状态报文中的config字段的第8比特位中携带OFPPC_NO_LEARNHOST标识一致，在此不再赘述。在控制设备将交换机上允许学习主机的端口修改为禁止学习主机的端口后，交换机即检测到自身端口状态发生变化，可以通过该发生变化的交换机端口向控制设备发送config字段的第8比特位中携带OFPPC_NO_LEARNHOST标识的端口状态报文，以通告控制设备对交换机上的端口状态修改成功。步骤202，通过所述端口状态报文确定传输所述端口状态报文的交换机端口是否为允许学习主机的端口；

控制设备在接收到交换机上送的端口状态报文后，可根据上述交换机上送端口状态报文时对端口配置标记位(config字段的第8比特位)的是否携带禁止学习标识，来确定传输所述端口状态报文的交换机端口是允许学习主机的端口或是禁止学习主机的端口。

若端口状态报文中携带的端口配置标记位为空(config字段的第8比特位为空)，确定所述交换机端口为允许学习主机的端口；若端口状态报文中的端口配置标记位携带禁止学习标识(config字段的第8比特位中携带OFPPC_NO_LEARNHOST标识)，确定所述交换机端口为禁止学习主机的端口。

在控制设备通过交换机发送的端口状态报文确定出所述交换机端口的状态后，可保存该交换机端口与端口状态的对应关系。在该交换机端口为禁止学习主机的端口时，控制设备可以删除保存的与该交换机端口对应的所有主机信息，以禁止通过该交换机端口进行主机学习。

步骤203，在接收到所述交换机上送的协议报文时，若接收所述协议报文的交换机端口为允许学习主机的端口，则学习发送所述协议报文的主机的主机信息。

本发明实施例中，交换机在接收到主机发送的协议报文后，首先将该协议报文与自身保存的流表项进行匹配，并在匹配到某条流表项时，执行所述流表项所指示的动作。若接收的协议报文为匹配交换机中缺省转发表项的协议报文时，例如匹配到Table Miss表项的协议报文，则可以由交换机将该协议报文封装至Packet in报文，然后上送至控制设备，由控制设备对该协议报文进行处理。

例如，结合图1所示，上送至控制设备的协议报文为由Host1通过SW1-Port1发送的ARP请求报文，那么控制设备可以根据预存的交换机端口与端口状态的对应关系确定该SW1-Port1端口是允许学习主机的端口还是禁止学习主机的端口，在确定该SW1-Port1端口是允许学习主机的端口时，学习发送ARP请求报文的主机的主机信息，即学习Host1的源IP地址，源MAC地址以及接收所述ARP请求报文的源交换机的端口(SW1-Port1)等主机信息。

在控制设备对发送该ARP请求报文的主机进行学习后，传统的做法是将该ARP请求报文下发至源交换机，由源交换机对该ARP请求报文广播，除接收该ARP请求报文的源交换机端口SW1-Port1外，所有交换机的端口都会接收并转发该ARP请求报文。这样，交换机上禁止学习主机的端口同样会接收到与其连接的交换机泛洪的ARP请求报文。由于在首次学习进行ARP学习时，各交换机均未保存与该ARP请求报文所请求的目的主机对应的流表项，因此每个交换机在接收到该ARP请求报文后都会命中Table Miss流表项，并将该ARP请求报文再次上送至控制设备，控制设备会从所有交换机接收相同的ARP请求报文。此时，由于控制设备与SW2断开连接，为了避免控制设备在接收到SW3上送的ARP请求报文后，学习到错误的主机信息，本发明实施例提供的主机学习方法在控制设备将ARP请求报文进行泛洪时，首先将ARP请求报文封装至Packet out报文中下发至交换机，该Packet out报文中携带有各交换机中允许学习主机的端口的集合，可指示交换机将该Packet out报文通过各交换机上允许学习主机的端口进行泛洪，不会再经由各交换机的禁止学习主机的端口进行泛洪。由此，可以避免在控制设备与SW2断开连接时，控制设备学习到错误的主机信息的问题。并且，交换机将需要泛洪的报文仅通过各交换机的允许学习主机的端口进行泛洪，可以减少SDN网络中广播报文和未知报文的泛洪量。

目前，SDN技术中最为流行的是OpenFlow(开放流)协议，以下将以OpenFlow协议为例进行说明，需要说明的是，本申请并不排除其他能够实现SDN功能的协议。

参见图3，为本发明主机学习方法的另一个实施例流程图，该实施例通过控制设备与交换机之间的交互详细描述了主机学习过程，包括以下步骤：

步骤301，控制设备接收OpenFlow交换机上送的端口状态报文；

在OpenFlow交换机检测到自身端口状态发生变化时，例如端口由允许学习主机的端口状态变为禁止学习主机的端口，或者由禁止学习主机的端口状态变为允许学习主机的端口，则通过发送携带有端口配置标记位的端口状态报文向控制设备通告该变化。控制设备接收到该端口状态报文后即说明传输所述端口状态报文的OpenFlow交换机端口发生变化。

步骤302，控制设备判断传输所述端口状态报文的OpenFlow交换机端口是否为允许学习主机的端口，若是，则执行步骤303，若否，则执行步骤304。

控制设备在接收到OpenFlow交换机上送的端口状态报文后，可根据上述OpenFlow交换机上送端口状态报文时对端口配置标记位(config字段的第8比特位)是否携带禁止学习标识来确定传输所述端口状态报文的OpenFlow交换机端口是允许学习主机的端口或是禁止学习主机的端口。

若端口状态报文中携带的端口配置标记位为空(config字段的第8比特位不携带OFPPC_NO_LEARNHOST标识)，则执行步骤303，判断该OpenFlow交换机端口为允许学习主机的端口。

若端口状态报文中携带的端口配置标记位携带禁止学习标识(config字段的第8比特位中携带OFPPC_NO_LEARNHOST标识)，执行步骤304，确定所述OpenFlow交换机端口为禁止学习主机的端口。

步骤305，控制设备删除与禁止学习主机的端口对应的所有主机信息；

在判断该OpenFlow交换机端口为禁止学习主机的端口时，删除保存的与该端口对应的所有主机信息，以禁止通过该端口进行主机学习。

步骤306，控制设备保存各OpenFlow交换机端口上送的端口状态；

在控制设备通过OpenFlow交换机发送的端口状态报文确定出所述OpenFlow交换机端口的状态后，无论是禁止学习主机的端口还是允许学习主机的端口，均可以保存该OpenFlow交换机端口与端口状态的对应关系。

步骤307，控制设备接收OpenFlow交换机上送的协议报文；

步骤308，控制设备判断传输该协议报文的OpenFlow交换机端口是否为允许学习主机的端口。

接收到OpenFlow交换机上送的协议报文后，根据控制设备保存的各OpenFlow交换机端口与端口状态对应关系判断传输该协议报文的OpenFlow交换机端口是否为允许学习主机的端口，若是执行步骤309，控制设备学习发送该协议报文的主机的源IP地址，源MAC地址以及接收所述协议报文的源OpenFlow交换机的端口等主机信息；

否则执行步骤310，不对经由禁止学主机端口上送报文的主机进行主机学习。

步骤311，控制设备接收的协议报文是否为匹配OpenFlow交换机中缺省转发表项的协议报文。

若控制设备接收的协议报文为匹配OpenFlow交换机中缺省转发表项的协议报文时，例如匹配到Table Miss表项的协议报文，则会由OpenFlow交换机将该协议报文封装至Packet in报文中上送至控制设备。

步骤312，控制设备指示OpenFlow交换机将该协议报文通过允许学习主机的端口泛洪。

控制设备将协议报文进行泛洪时，首先将协议报文封装至Packet out报文中下发至OpenFlow交换机，该Packet out报文中携带有各OpenFlow交换机中允许学习主机的端口的集合，可指示OpenFlow交换机将该Packet out报文通过各OpenFlow交换机的允许学习主机的端口进行泛洪，不会再经由各OpenFlow交换机的禁止学习主机的端口进行泛洪。从而保证控制设备学习到的主机信息都是正确的主机信息，还大幅减少了SDN网络中广播报文和未知报文的泛洪量。

与本发明主机学习方法的实施例相对应，本发明还提供了主机学习装置的实施例。

本发明主机学习装置的实施例可以应用在SDN中的控制设备上。该装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图4所示，为本发明主机学习装置所在设备的一种硬件结构图，除了图4所示的CPU、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等；从硬件结构上来讲该设备还可能是分布式的设备，可能包括多个接口卡，以便在硬件层面进行报文处理的扩展。

参见图5，为本发明主机学习装置的实施例结构示意图，其从本质上说该装置是一个逻辑装置。在本实施方式中，以软件实现为例，该主机学习装置在逻辑层面上可以包括：报文接收单元501、端口状态确定单元502以及主机学习单元503。其中：

报文接收单元501，用于接收交换机上送的端口状态报文；

端口状态确定单元502，用于通过所述端口状态报文确定传输所述端口状态报文的交换机端口是否为允许学习主机的端口；

主机学习单元503，用于在接收到所述交换机上送的协议报文时，若接收所述协议报文的交换机端口为允许学习主机的端口，则学习发送所述协议报文的主机的主机信息。

进一步地，所述装置还可以包括信息删除单元504，信息删除单元504用于在确定所述交换机端口为禁止学习主机的端口时，删除保存的与所述交换机端口对应的主机信息。

进一步地，所述装置还可以包括报文泛洪单元505，报文泛洪单元505用于在接收的协议报文为匹配交换机中缺省转发表项的协议报文时，指示各交换机将所述协议报文通过所述交换机允许学习主机的端口泛洪。

进一步地，所述装置还可以包括端口状态修改单元506，端口状态修改单元506用于在所述控制设备将所述交换机的允许学习主机的端口修改为禁止学习主机的端口时，向所述交换机端口发送端口状态更新报文，所述端口状态更新报文包括禁止学习标识，以使所述交换机根据所述禁止学习标识将将所述允许学习主机的端口修改为禁止学习主机的端口。

参见图6，为图5中端口状态确定单元的实施例结构示意图，所述端口状态确定单元502具体可以包括：端口判断子单元5021以及状态确定子单元5022。其中：

端口判断子单元5021，用于判断所述端口状态报文中携带的端口配置标记位是否为空；状态确定子单元5022，用于在所述端口配置标记位为空时，确定所述交换机端口为允许学习主机的端口；若判断所述端口配置标记位携带有禁止学习标识，确定所述交换机端口为禁止学习主机的端口。

从以上各种方法和装置的实施方式中可以看出，本发明通过交换机上送的端口状态报文确定出传输所述端口状态报文的交换机端口是否为允许学习主机的端口，并在接收到经由允许学习主机的端口上送的协议报文时，学习所述协议报文中携带的主机信息。可见，本发明能有效避免主机迁移的问题，并保证控制设备学习到正确的主机信息。同时，在对需要泛洪的报文泛洪时，仅通过各交换机的允许学习主机的端口进行泛洪，可大幅减少SDN网络中广播报文和未知报文的泛洪量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种主机学习方法，应用于软件定义网络SDN网络中的控制设备，其特征在于，所述方法包括：

接收交换机上送的端口状态报文；

通过所述端口状态报文确定传输所述端口状态报文的交换机端口是否为允许学习主机的端口；若所述交换机端口与主机连接则为允许学习主机的端口，若所述交换机端口与其他交换机连接则为禁止学习主机的端口；

在接收到所述交换机上送的协议报文时，若接收所述协议报文的交换机端口为允许学习主机的端口，则学习发送所述协议报文的主机的主机信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过端口状态报文确定传输所述端口状态报文的交换机端口是否为允许学习主机的端口具体为：

判断所述端口状态报文中携带的端口配置标记位是否为空；

若所述端口配置标记位为空，确定所述交换机端口为允许学习主机的端口；若判断所述端口配置标记位携带有禁止学习标识，确定所述交换机端口为禁止学习主机的端口。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过端口状态报文确定传输所述端口状态报文的交换机端口是否为允许学习主机的端口后，所述方法还包括：

若确定所述交换机端口为禁止学习主机的端口，则删除保存的与所述交换机端口对应的主机信息。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收到交换机上送的协议报文后，所述方法还包括：

若接收的协议报文为匹配交换机中缺省转发表项的协议报文，则指示各交换机将所述协议报文通过所述交换机允许学习主机的端口泛洪。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述控制设备要将所述交换机上允许学习主机的端口修改为禁止学习主机的端口时，向所述交换机发送端口状态更新报文，所述端口状态更新报文中包括禁止学习标识，以使所述交换机根据所述禁止学习标识将将所述允许学习主机的端口修改为禁止学习主机的端口。

6.一种主机学习装置，应用于SDN网络中的控制设备，其特征在于，所述装置包括：

报文接收单元，用于接收交换机上送的端口状态报文；

端口状态确定单元，用于通过所述端口状态报文确定传输所述端口状态报文的交换机端口是否为允许学习主机的端口；若所述交换机端口与主机连接则为允许学习主机的端口，若所述交换机端口与其他交换机连接则为禁止学习主机的端口；

主机学习单元，用于在接收到所述交换机上送的协议报文时，若接收所述协议报文的交换机端口为允许学习主机的端口，则学习发送所述协议报文的主机的主机信息。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述端口状态确定单元具体包括：

端口判断子单元，用于判断所述端口状态报文中携带的端口配置标记位是否为空；

状态确定子单元，用于在判断所述端口配置标记位为空时，确定所述交换机端口为允许学习主机的端口；在判断所述端口配置标记位携带有禁止学习标识时，确定所述交换机端口为禁止学习主机的端口。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

信息删除单元，用于在确定所述交换机端口为禁止学习主机的端口时，删除保存的与所述交换机端口对应的主机信息。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

报文泛洪单元，用于在接收的协议报文为匹配交换机中缺省转发表项的协议报文时，指示各交换机将所述协议报文通过所述交换机允许学习主机的端口泛洪。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

端口状态修改单元，用于在所述控制设备要将所述交换机的允许学习主机的端口修改为禁止学习主机的端口时，向所述交换机端口发送端口状态更新报文，所述端口状态更新报文包括禁止学习标识，以使所述交换机根据所述禁止学习标识将将所述允许学习主机的端口修改为禁止学习主机的端口。