CN104247348B - 用于通过交换元件引导网络的分组业务的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本文提供了用于引导业务通过服务集的系统和方法。基于分组的分类，将服务路径或链指派到收到的分组。基于在业务上执行的以前服务，能够确定在服务路径中业务的位置和/或方向。根据指派的服务链和确定的位置和方向信息，能够指派用于业务的下一目的地。

Description

用于通过交换元件引导网络的分组业务的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及用于使用软件定义的组网，引导业务通过内联服务链的系统和方法。

背景技术

移动和固定网络运营商使用各种类型的中间盒或内联服务以检查和改变通过其网络中转的网络业务。在本文档中将称为服务的这些中间盒对最终用户是透明的，并且提供诸如透明缓存、病毒扫描和深度分组检查等功能性。这些服务通常作为专用用具（物理或虚拟）包装和销售，并且经常价格昂贵。

运营商正面临业务需求剧增的情况，并且继续寻找从其网络获利的新方式。由于服务用具的高成本原因，运营商想避免使这些服务的容量与此增长匹配。相反，运营商宁愿具有将业务选择性地指引到特定服务集而不是强制所有业务通过每个服务的能力。此能力将允许运营商引导作为最近业务剧增的来源的视频业务远离昂贵的服务，诸如深度分组检查，由此降低对投资新服务用具的需要。

引导特定类的业务通过预定义的服务集的能力也能够用于允许为运营商实现新的收入流。运营商将提供诸如病毒扫描或内容过滤等服务到选择为此类服务付费的客户。

服务链或路径是服务的有序集。业务引导是将业务分类并且指引不同类的业务通过特定服务链的动作。今天，使用三个广义类的解决方案实现某种形式的业务引导和服务链接。

第一方案是将服务集成为可扩展路由器或网关的一部分。运营商能够通过添加另外的服务卡到其路由器或网关而添加新服务。

第二方案是配置一个或更多个静态服务链，其中，每个服务配置成将业务发送到其链中的下一服务。使用基于策略的路由选择(PBR)的路由器将输入业务分类，并且基于分类的结果将它转发到每个链中的最前面的服务。

第三方案是使用（使用PBR的）路由器，并且对于要配置的每个服务，在处理业务后将它返回到路由器。路由器在每个服务跳后将业务分类并且基于分类的结果将它转发到适当的服务。

所有三类的解决方案都具有缺陷。第一方案不支持现有第三方服务用具的集成。此解决方案是专有的，并且服务供应商必须将其应用移转到路由器或网关支持的软件和硬件配置。此解决方案可能受可扩展性问题影响，这是因为服务的数量和聚合的带宽受路由器的容量限制。

第二方案不支持以集中式定义策略，并且转而要求每个服务配置成分类和将业务引导到适当的下一服务。此方案要求大量的服务特定配置并且能够易于出差。第二方案由于不支持在每订户的基础上业务的引导，并且限制能够配置的不同服务链，因此，它也缺乏灵活性。避免这些限制将要求在每个服务上有分类和引导业务的另外的配置和在订户连接到网络时动态推送这些配置的自动化方式。

由于在每个服务后强制业务通过路由器，因此，第三方案也受可扩展性问题影响。路由器必须能够处理N次的进入业务线路速率以支持带有N-1个服务的链。

因此，最好是提供消除或减轻上述问题的系统和方法。

发明内容

本发明的目的是消除或减轻现有技术的至少一个缺点。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于引导分组业务的方法，包括接收分组和确定收到的分组传播的方向。将收到的分组与服务集相关联，并且确定在相关联服务集上分组的位置。根据分组的确定的方向和位置，选择在相关联服务集上的下一服务。根据选择的下一服务，将新目的地指派到分组。

在本发明的第一方面的一实施例中，能够根据收到分组的入口端口确定收到的分组传播的方向。方向能够确定为上游或下游。

在另一实施例中，将收到的分组与服务集相关联的步骤能够包括指派要应用到收到的分组的服务的有序列表。可选的是，能够根据分组的确定的方向和第一报头字段，将收到的分组与服务集相关联。第一报头字段能够从由来源地址、目的地地址、来源端口、目的地端口及协议组成的群组中选择。

在另一实施例中，将收到的分组与服务集相关联的步骤能够包括根据与订户相关联的地址，将默认服务指派到收到的分组。根据确定的方向，能够从收到分组的来源地址或目的地址选择与订户相关联的地址。可选的是，能够根据收到的分组的第二报头字段，修改默认服务集。第二报头字段能够从由来源地址、目的地地址、来源端口、目的地端口及协议组成的群组中选择。

在另一实施例中，根据收到分组的入口端口，确定在相关联的服务集上分组的位置。可选的是，方法能够包括根据分组的确定的方向和位置，修改相关联的服务集以删除已经应用到收到的分组的服务的步骤。

在另一实施例中，将新目的地指派到分组的步骤能够包括改写分组的目的地址。方法能够选择性地包括将分组转发到指派的新目的地的步骤。转发的步骤能够包括选择与指派的新目的地地址相关联的端口以及在选择的端口上传送分组。

在本发明的第二方面中，提供了一种包括操作性连接到处理器的多个端口的交换器。多个端口的每个端口用于接收和传送分组。处理器用于将在第一端口上收到的分组与服务集相关联，检测在相关联的服务集上收到的分组的位置，根据检测到的位置，确定在相关联服务集上的下一服务，从多个端口选择第二端口以及在选择的第二端口上将分组传送到确定的下一服务。

在本发明的第二方面的一实施例中，选择的第二端口能够与确定的下一服务相关联。可选的是，多个端口能够包括用于接收从服务节点向下游传播的分组和用于将向上游传播的分组传送到服务节点的面向上游的端口和用于接收从服务节点向上游传播的分组和用于将向下游传播的分组传送到服务节点的面向下游的端口。

在另一实施例中，处理器能够根据第一端口，确定收到的分组传播的方向。可选的是，处理器能够根据收到的分组的确定的方向和第一报头字段，将收到的分组与服务集相关联。

在另一实施例中，处理器能够根据与订户相关联的地址，将默认服务集指派到收到的分组。与订户相关联的地址能够是收到的分组的来源地址或目的地地址之一。可选的是，处理器能够根据收到的分组的第二报头字段，修改默认服务集。

在另一实施例中，处理器能够根据第一端口确定在相关联服务集上收到的分组的位置。

在另一实施例中，处理器能够根据确定的下一服务，将新目的地指派到收到的分组。

在另一实施例中，交换器能够还包括用于接收无相关联方向的分组的中转端口。处理器能够只根据无相关联方向的分组的目的地地址转发无相关联方向的分组。

在结合附图查看以下本发明特定实施例的说明中，本领域的技术人员将明白本发明的其它方面和特性。

附图说明

现在将通过仅限于示例的方式，参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1示出服务网络的一实施例的框图；

图2是示范数据路径方法的流程图；

图3是配置数据示例；

图4a是示范方向表；

图4b是示范MAC表；

图4c是示范订户表；

图4d是示范应用表；

图4e是示范路径状态表；

图4f是示范下一目的地表；

图5是示出本发明的一实施例的流程图；

图6是示出本发明的另一实施例的流程图；以及

图7是示例交换器的框图。

具体实施方式

本发明涉及用于引导业务通过服务集的系统和方法。

下面可参照根据附图编号的特定元素。下面的讨论应视为在性质上是示范的，并且不应视为本发明的范围的限制。本发明的范围在权利要求中定义，并且不应视为受下面所述的实现细节限制。如本领域技术人员将理解的一样，通过将元素替代为等效功能元素，能够修改下面所述实现细节。

本公开内容的一些实施例将论述为使用OpenFlow协议，但能够与其它类型的软件定义的组网(SDN)一起实现。OpenFlow是赋予通过网络到网络交换器或路由器的转发平面的访问权的通信协议。OpenFlow 1.1支持多个表和元数据字段以便在表之间交换信息。通过避免在整平多步骤分类时发生的叉积，本公开内容利用这些特征降低规则的数量。

在服务网络中，运营商能够定义指定业务类的服务策略和每个类必须遍历的服务链。这些策略由控制器转换成编程在服务网络中的交换器上的规则。如策略指定的一样，这些规则引导网络业务通过服务的有序链。

本发明的实施例由于支持现有和第三方服务的集成而无需修改，因此提供了灵活性。服务实例能够由运营商以任意方式定位和链接，并且每个服务实例能够是多个服务链的一部分。也提供了在订户和业务类型的粒度引导业务的能力。

如本文中所述方案以三种不同方式提供了可扩展性。首先，它通过避免规则叉积，并且转而使用与元数据组合的多个表以便在表之间传递信息，它降低了要求在交换器中存储的规则的数量。其次，在仍保持中心控制的同时，跨交换器的网络分布负载，而不是使用单个集中式路由器或负载平衡器。第三，将诸如分类和报头改写等昂贵的转发操作推到服务网络的周边，这能够以许多方式受益。这些操作需要仅在服务之间执行一次，而不考虑在它们之间的交换器跳的数量。另外，对聚合吞吐量的需要在网络的周边经常更低，其中，业务已分布到多个交换器上。与在商品服务器上运行的虚拟用具的使用组合的本发明允许将所有昂贵的操作推送到在虚拟机器监视器上运行的软件交换器。

能够设计使用多个表的转发平面以便降低支持服务策略的给定集需要的规则的总数。

能够设计支持大量服务链并且支持每服务多个实例的元数据字段中服务路径的编码。编码能够是灵活的，并且允许每个服务独立扩展。

能够提供网络组织，以便诸如分类和报头改写等昂贵操作只需要在服务之间进行一次，而不考虑在它们之间的交换器跳的数量。

如本文中所述的业务引导机制进行了有关网络的配置和遍历它的业务的类型的以下假设。1)每个服务使用两个端口连接到交换器。类似于路由器和桥接器，内联服务根据定义由业务遍历，因此，这是自然的要求。服务需要具有上游和下游业务的清晰概念，并且要求使用两个端口。2)服务网络每端由单个网关绑定。单个路由器连接接入网络到服务网络，并且单个路由器连接服务网络到因特网。3)所有服务在以太网层均可寻址。一些服务可表现得象桥接器一样，并且可违反此假设。4)通过服务网络的所有业务是订户业务。5)诸如因特网协议安全性(IPSec)网关和内容输送网络(CDN)服务器等作为通信端点的终止服务位于连接到网关节点之一的单独子网上。

现在参照图1，示例服务网络100包括在网络的周边的周边交换器PS1 102、PS2104和PS3 106及在网络的内部的内部交换器SW1 108。周边交换器102、104、106能够通过OpenFlow交换器实现，而内部交换器108能够通过OpenFlow交换器或纯以太网交换器实现。服务（诸如服务节点S1 109、S2 110、S3 112、S4 114）和路由器（诸如R1 116、R2 118）全部连接到服务网络100的周边。整个引导网络是单一第2层域。能够有服务的多个实例，并且每个服务实例具有连接到服务网络100的两个通信接口（可能在不同交换器上），每个业务方向一个接口。提议的业务引导机制也支持带有不止两个接口的服务实例。

周边交换器102、104、106能够具有两个类型的输入/输出端口：节点端口和中转端口。服务和路由器连接到节点端口。中转端口连接到其它周边交换器或者到内部交换器。在示范服务网络100中，每个周边交换器102、104、106具有至少一个面向上游的节点端口、至少一个面向下游的节点端口和至少一个中转端口。每个服务节点S1 109、S2 110、S3 112和S4 114连接到周边交换器。周边交换器102、104、106经内部交换器108连接。

诸如108等内部交换器只由中转端口组成，并且只基于业务的目的地媒体接入控制(MAC)地址转发业务。这些交换器因此能够通过纯以太网交换器实现。可选的是，能够有利地在内部服务网络100中使用OpenFlow交换器以允许诸如多路径支持等特征。

进入业务无论是来自网关节点（如路由器R1 116和R2 118）还是从服务返回，始终经周边交换器并且通过节点端口进入服务网络100。处理通过节点端口到达的分组并且将其引导向其指派的服务路径中的下一节点（能够是服务或网关）。仅使用到达中转端口的分组的目的地MAC地址转发到达中转端口的分组。

路由器116能够连接服务网络100到用户设备120和122。路由器118能够连接服务网络100到内部网络124和/或因特网126。

在高端，业务引导能够描述为双步骤过程。第一步骤将进入分组分类并且基于预定义的策略为它们指派服务路径。第二步骤基于沿其指派的服务路径的其当前位置，将分组转发到“下一”服务。在分组到达端口节点时，此双步骤业务引导过程只需要在任何两个节点（服务或路由器）之间执行一次，而不考虑在它们之间的交换器的数量。

本文中所述业务引导过程支持三种类型的服务策略：基于订户的策略、基于应用的策略和基于流的策略。这些策略能够由运营商指定并且由中心控制器（图1中未示出）推送到相关交换器。

基于订户的策略是在每订户基础上定义的策略。这些策略指定订户的IP地址和每个特定订户的业务应遍历的服务集。

应用表示诸如Youtube™等最终用户因特网应用、诸如超文本传送协议(HTTP)等业务的类型或两者的组合。根据IP地址块和/或用户数据报协议(UDP)/传送控制协议(TCP)端口定义这些类型的策略。它们在每应用的基础上指定，并且应用到所有订户。基于应用的策略通过对在基于订户的策略中指定的服务集进行添加或删除服务，改进了基于订户的策略。

基于流的策略是对单一流或IP 5元组（即，来源IP地址、目的地IP地址、协议、来源端口、目的地端口）特定的策略。它们用于动态取代特定流的订户和应用策略。从这些策略推导的转发规则能够由控制器动态推送，甚至在中途(mid-flow)推送，从而有效地将流重新引导向不同的服务集。

另外，能够支持服务排序策略。服务排序策略不同于上述三种类型的服务策略。它们不指定在业务与服务之间的映射，而是转而指定在用于每个业务方向（上游和下游）的服务之间的相对排序。控制器能够将这些相对排序变换成全局排序，并且能够使用此排序将在服务策略中指定的服务集转换成有序服务链。

实现本发明的实施例的引导机制的数据路径涉及多次表格查找。转发判定能够基于分组的第2层-第4层内容及收到分组的入口端口做出。在一个实现中，如基于策略的路由选择一样，单个三元内容可寻址存储器(TCAM)类似表格能够用于指定要求的功能性。然而，由于它将涉及在相同表格中订户、应用和端口的叉积，因此，这将不是可扩展解决方案。通过使用分组方向和多个表格，能够将此分隔成多个步骤，产生每个表格的线性扩展(linearscaling)。有多种跨表格分隔功能性的方式。在不产生可扩展性问题时，可组合一些表格。

来自一个表格的中间结果能够通过使用元数据被传递到其它表格，其能够用作随后查找关键字的一部分或者进行进一步修改。元数据的一个重要部分是业务的方向。遍历服务网络的所有分组被视为向上游或下游传播。引导网络中的每个节点端口是面向上游或面向下游。再参照图1，图中示出带有面向下游的端口和面向上游的端口的周边交换器102、104、106的示例。到达面向下游的端口的所有分组向上游传播，且反之亦然。到达中转端口的分组可在任一方向上传播。基于将对应于面向上游或面向下游的服务和/或路由器端口的目的地MAC地址，其方向是已知的。

元数据的另一部分是要应用的内联服务集。此元数据能够编码为比特向量，每个可能服务1比特。更成熟的编码能够允许更多高级的特征，如在多个服务实例内的负载平衡。在数据路径中，能够设置，随后修改，并且最后使用此元数据以选择要应用的下一服务。

图2是根据本发明的一实施例的数据路径功能性的高端流程图。图2示出用于使用多表格查找方案，处理和分类由周边交换器收到的分组的示例方法。设置与分组相关联的服务集和方向信息，并且能够基于每个表格查找的结果修改它。

分组由交换器接收，并且要查询的第一个表格是方向表格202。它将收到分组的入口端口用作用于表格查找的关键字，并且服务于两个目的。首先，确定分组是否已到达节点端口或中转端口。其次，如果分组到达节点端口，则确定分组朝向哪个方向。如果分组到达面向下游的端口，则确定它向上游传播。如果分组到达面向上游的端口，则确定它向下游传播。在步骤204中相应地设置方向比特。如果分组到达中转端口，则它将“缺失”方向表格，并且处理将继续到MAC表格206。

用于MAC表格206的查找关键字是分组的目的地MAC地址。基于此表格的内容，分组将直接转发208到另一中转或节点端口，或者它将被丢弃210。

如果方向表格202中存在匹配或“命中”，则要查询的下一表格是微流表格212。用于此表格查找的关键字是方向比特及分组的5元组（来源和目的地IP地址、IP协议字段和TCP/UDP来源和目的地端口）。微流表格212包含用于特定TCP/UDP流的选择性动态引导的确切匹配条目。如果在微流表格212中存在命中，则在步骤214中相应地设置服务集。

如果在微流表格212中不存在匹配，则要查询的下一表格是订户表格216。订户表格216用于获得订户的用于当前方向的默认服务集。用于此表格的关键字是方向比特及订户的IP地址。视分组的方向而定，订户的IP地址来自来源或目的地IP地址字段之一。例如，如果分组的方向是“上游”，则订户的IP地址被确定为分组的来源IP地址。此表格能够是最长前缀匹配(LPM)查表。如果在订户表格216中存在缺失，则在步骤218中默认动作是丢弃分组。如果在订户表格216中存在匹配，则在220中通过订户的默认服务设置服务集元数据。

在订户表格216后面是应用表格222。在本上下文中，“应用”指如由IP地址和/或协议和/或端口号识别的远程通信端点。它用于根据任何静态第3层-第4层应用策略，修改订户的默认服务集。类似于如上为订户表格216所述，视分组的方向而定，应用IP地址能够是分组的来源或目的地IP地址。在此表格查找中，能够允许通配符、前缀和范围。基于此信息，在步骤224中能够从服务集排除特定服务或者能够添加特定服务到服务集。如果在应用表格222中存在缺失，则不丢弃分组并且不修改服务集。

路径状态表格226在应用表格222或微流表格212之后。路径表格226的目的是确定服务集中的哪些服务已经应用到分组，并且因此确定在服务路径上分组的位置。由于分组可多次遍历相同周边交换器，因此，这是重要的，并且每次它应得到不同处理。收到分组的入口端口足以提供此信息。如果到达路径状态表格226，则意味着分组已经到达节点端口，直接连接到服务或路由器。入口端口提供有关刚应用哪个服务（如果有）和方向的信息。在服务集的每个方向中，存在服务的全局排序（可以是或不是彼此的完全反向）。基于方向和前一服务，在228中修改服务集字段以排除前一服务和在其之前的所有其它服务。

沿节点端口路径的最后表格是下一目的地表格230。它使用方向比特和服务集字段作为关键字。下一目的地表格230能够是TCAM类的表格，带有任何比特掩码和规则优先级。基于方向比特，它能够根据在该方向的全局服务排序，扫描服务集中的比特。它找到的第一或最高优先级服务将是下一目的地。如果服务集为空，则视方向比特而定，下一目的地将是上游或下游路由器。下一目的地能够连接到当前交换器或另一交换器。如果目的地连接到不同交换器，则目的地MAC地址设成对应于该服务或路由器的值，并且分组从适当的中转端口传出232。如果直接连接了目的地，则根据需要更新MAC地址，并且从对应端口号传出232分组。

表1是上述表格的摘要，指定在每个表格中安装的规则的类型。

表1

MAC地址已被讨论为可选择性地跨标准以太网LAN，将分组引向远程周边交换器的特定节点端口的方式。特别应注意的是处理MAC地址以便与以太网核心（如果它存在）及内联服务盒交互操作和有效地利用以太网核心及内联服务盒。

能够提供机制以便以太网核心网络了解它将需要用于其转发任务的所有MAC地址。完成此操作的一种方式是引导网络控制器促使从连接到以太网核心的周边交换器的中转端口定期传送特别精心制作的以太网帧，来源MAC地址对应于通过那些中转端口应到达的所有服务和路由器端口的那些地址。可能在以太网交换器与周边交换器之前有多个链路，每个链路携带目的地为不同服务的业务。

在中转端口上传送的其它分组（即，用户业务）不应混淆核心以太网交换器的桥接器表格。这意味着连接到以太网核心的每个中转端口应将不同的来源MAC地址用于用户业务。这能够是不用作目的地的独特MAC地址，或者它能够是对应于该中转端口的服务之一的MAC地址。这假设实际上存在标准以太网核心。周边交换器也可直接相互连接。如果不存在以太网核心，则跨中转端口的来源MAC地址将无关紧要。

服务本身对MAC地址具有特殊要求。例如，服务接口能够配置有MAC地址，并且服务能够预期目的地为其的分组具有正确的目的地MAC地址。在此情况下，应设置来源和目的地MAC地址以便适应此情况。另一方面，服务能够在以太网层是透明的。在该情况下，它们能够只将业务从一个端口传递到另一端口，或者它们能够采用某种类型的MAC学习。如果服务执行MAC学习，则引导网络应通过发送带有来源MAC地址的上游分组和带有另一来源MAC地址的下游分组来适应它。目的地MAC地址将优选是相反方向的来源。

为简明起见，如图2所述的数据路径一直集中在订户数据业务上。它可能也必需处理不同类型的控制业务。至少在路由器端口并且可能也在服务端口应支持地址解析协议(ARP)。为支持这些控制协议，能够增强第一表格以允许在诸如以太网类型、IP协议等各种第2层-第4层字段上的匹配和将分组诱使到控制器的能力。

在备选情形中，两个订户能够相互进行通信。在此情况下，仍必需应用每个订户的业务的所有相关服务，特别是如果这些服务是安全性有关的服务。在此情况下，下游路由器不应绕过引导网络。在此情况发生时，业务将遍历在两个端点之间的引导网络两次：一次是向上游，一次是向下游。在上游方向上，将应用一个订户的服务。在下游方向上，将应用另一订户的服务。在如本文中所述机制中计及了此方面。能够预期上游路由器将业务返回到引导网络中。

一些服务节点可能不需要检测到相同分组两次。另外，可存在与在服务的两侧上检测到订户的IP地址相关联的问题（例如，如果服务执行路由选择）。能够实现应用表格中的规则以便为在订户之间的业务绕过在一个方向上服务。

本领域技术人员将容易理解使用OpenFlow 1.1协议转发模型的图2的示例数据路径的实现。元数据项目（方向和服务集）被编码到OpenFlow和64比特元数据字段中。这要求用于方向的1比特，并且留下最多63比特用于编码服务集，从而允许最多63个不同的服务。OpenFlow 1.1支持使用任意掩码在元数据字段上的匹配，并且基于以下等式支持元数据字段的更新：元数据=(元数据&～掩码)| (值&掩码)（meta = (meta & ～mask) | (value &mask)）。值(value)和掩码(mask)是任意64比特数字。

表2是如上所述示例OpenFlow 1.1交换器表格动作的摘要。

表格	匹配字段	命中	缺失
				表格0（方向/控制业务）	入口端口，所有L2-L4字段	在元数据字段中设置方向比特，转到表2或者输出到控制器	继续
表1 (MAC)	目的地MAC地址	设置MAC地址，输出	丢弃
				表2（微流）	元数据方向比特，来源IP地址，目的地IP地址、协议、来源端口、目的地端口	设置元数据服务比特，转发到表5	继续
表3（订户）	元数据方向比特，来源IP地址、目的地IP地址	设置元数据服务比特，转发到表4	丢弃
				表4（应用）	元数据方向比特，来源IP地址，目的地IP地址、协议、来源端口、目的地端口	更新元数据服务比特，转发到表5	继续
表5（路径状态）	入口端口	更新元数据服务比特，转发到表6	丢弃
				表6（下一目的地）	元数据方向和服务比特	设置MAC地址，输出	丢弃

表2.

应注意的是，图2的流程图的订户表格基于分组的方向提取订户的IP地址。在表2的OpenFlow实现示例中，转而将来源IP地址和目的地IP地址均包括为匹配字段以及包括具有方向比特的元数据字段。在此表格中安装的规则将具有作为通配符的来源或目的地IP地址，对应方向比特在元数据字段中和所有其它元数据比特已掩蔽。

订户表格中描述的相同概念也适用于应用表格。由于OpenFlow 1.1不支持端口范围或掩码，因此，引导机制的当前实现限于在来源和/或目的地端口上的完全匹配。

为进一步说明本公开内容的实施例，将描述图1中基于拓扑的示例。图3示出包含要使用的配置信息的配置数据300与图1的拓扑组合以推导用于周边交换器PS2 104的数据路径的表条目的示例。配置数据300包括订户信息、服务信息、路由器信息、应用信息及全局服务排序。大多数表格相当静态，意味着它们只在配置更改时才更改。

图4a-4f示出根据图3的配置信息，将在图1的拓扑中的周边交换器104中填充和存储的示例表条目。此示例中未明确示出的一个表格是微流表格。这是因为微流信息不是从静态配置推导，而是从动态流分析推导。动态策略（即，基于第5层-第7层信息）指示应重新引导特定微流时，它将在相关交换器中安装对应微流规则。下面将介绍有关如何为每个表格匹配或更新元数据字段的示例。这些示例是基于最高有效比特表示方向的5比特元数据字段（1个方向比特，4个服务比特）。

图4a示出示例方向表格410。方向表格410包括行412，每行包含入口端口412a和相关联动作412b。分组的方向（上游或下游）由分组到达的入口端口确定。例如，对于在入口端口1上收到的分组，方向元数据将设成“下游”，如行412'所示。在此实施例中，值1表示上游方向，并且值0表示下游方向。对于第二规则，在行412"中，元数据字段将更新如下：

图4b示出示例MAC表格420。MAC表格420包括行422，每行包含目的地MAC地址422a和相关联动作422b。用于MAC表格420的动作是设置来源MAC地址(smac)，并且基于对应目的地MAC地址选择在哪个端口上传送分组。

图4c是示例订户表格430。订户表格430包括行432，每行包含方向432a、IP地址432b和动作432c。用于订户表格的动作基于用于订户的IP地址的适当服务集，在元数据字段中设置服务比特，同时保持方向比特不修改。对于第一规则，用于S1和S3的服务比特设置如下：

图4d是示例应用表格440。应用表格440包括行442，每行包含方向442a、IP地址422b、协议442c、端口442d及相关联动作442e。用于应用表格的动作是如果在此表格中存在匹配，则更新或修改服务比特。设置或清除服务比特的子集。不修改方向比特。对于第一规则，设置用于S2的比特，并且清除用于S3的比特。在掩码字段中添加或删除对应于服务的比特。值字段包含用于这些服务的新状态（存在或不存在）：

图4e是示例路径状态表格450。路径状态表格450包括行452，每行包含入口端口452a和相关联动作452b。用于路径状态表格的动作是清除对应于在指派的服务集中前一服务和在其之前的所有服务的比特。对于第三规则，元数据字段将更新如下：

图4f是示例下一目的地表格460。下一目的地表格460包括行462，每行包含方向462a、服务集462b和相关联动作462c。对应于任何前面服务的比特已在路径状态表格中被清除，并且在下一目的地表格中的查找发现最高剩余比特以确定链中的下一服务。例如，对于前三个规则，在元数据字段上的匹配将如下所示（在匹配期间掩蔽设成X的比特）：

规则1：meta = = 11xxx

规则2：meta = = 1011xx

规则3：meta = = 1001x

现在将讨论上述示例的一些可能扩展。如果单个物理服务中间盒不足以输送要求的吞吐量，则该服务的多个实例能够连接到引导网络，并且引导网络能够在它们之间分布业务而无需单独的负载平衡器。此操作能够进行而不修改已描述的转发平面机制。

订户表格430和微流表格（未示出）能够具有将服务集元数据设置成控制器特定值的能力。应用表格440和路径状态表格450能够具有修改服务集元数据中的选择控制器指定的比特的能力。下一目的地表格460能够具有在服务集元数据中选择控制器指定的比特上进行掩蔽和匹配的能力。因此，控制器能够控制这些比特的格式。在如已描述的简单情况下，1个比特表示服务（指示它是否将被应用），并且每个服务只有一个实例。此编码能够扩展，使得选择服务能够另外在元数据中包括有实例标识符。如果分配n比特到此类标识符，则能够表示最多2n个服务实例。由于可用比特的数量固定，因此，这是在服务的最大数量与每服务实例的数量之间的折中。每个服务能够将不同数量的比特用于实例标识符。

在示范编码方案中，元数据字段宽度为64比特。1个比特是方向比特，指示上游或下游业务。3个比特未使用。服务链由有13个不同服务的集组成。其中的两个服务使用8个比特表示（1个应用比特，7个比特用作实例标识符），从而允许每服务最多128个实例。剩余11个服务使用4个比特表示（1个应用比特，3个实例标识符比特），从而允许每服务最多8个实例。

实例标识符能够与订户表格430中的默认服务集一起设置。一旦设置，实例标识符比特便不得由随后的应用表格400修改。应用表格440只修改指示服务是否应被应用的标志比特。这允许在订户粒度的负载平衡，即使对于服务不是订户的默认服务集的一部分的情况也允许。假定有大量的订户，预期此粒度的负载平衡将是充分的。

能够扩展如本文中所述服务路径编码以解决两个可能的限制。首先，能够在每个方向（上游对下游）上实施服务的排序。对于给定方向，如果定义以下排序约束A->B和B->C，则将拒绝排序约束C->A。其次，能够将支持的服务的总数限制到在服务路径中能够编码的服务的最大数量。

通过引入路径群组的选项，能够放宽这两个限制。方向比特能够通过另外的比特增强以支持在每个方向上的服务路径的多个群组。例如，使用7个另外的比特允许在每个方向上定义最多128个路径群组。能够为每个路径群组定义不同的服务集和排序约束。用于表示给定服务的实例的比特的数量也能够在路径群组之间有所不同，从而提供另外的灵活性。

为定义由于以前指定的排序约束原因而不允许的服务路径，能够通过其自己的排序约束集定义新路径群组，从而解决第一限制。路径群组的使用将不更改能够是服务路径的一部分的服务的最大数量，但将增大服务池的大小，而服务要从中选择以成为一个或更多个服务路径的一部分。使用路径群组能够增大状态表格和目的地表格的大小。这两个表格均将随定义的路径群组的数量线性增长。

如本文中所述的引导机制每订户使用两个规则，可能导致大的订户策略规则表格。如果基于订户的预定义的服务集将IP地址指派到订户，则能够降低此表格的大小。通过使用此方案，每订户规则将替换为每服务集规则，从而大大降低规则的数量。在大多数订户指派有动态IP地址的网络中，此类型的解决方案可能是能够部署的。

路由器将使用其路由选择表确定下一跳，并且相应地设置目的地MAC地址。服务网络将改写MAC地址以将分组引导向服务，改写目的地网关节点，并且因此不能视为透明第2层段。在每端有单个路由器的情况下，这不是问题，这是因为已知的业务方向足以识别目的地路由器。在有多个路由器的情况下，需要某一机制以将业务引导到适当的路由器。

引导网络基本上能够视为路由器。连接的路由器因而将具有将业务引导到引导网络的路由，并且引导网络能够从该处引导业务。对于订户业务，现有引导机制能够用于允许不止单个上游和单个下游路由器。这能够视为类似于多个服务实例的概念。路由器标识符（类似于服务实例标识符）能够在订户表格430中（用于下游业务），在应用表格440中（用于上游业务）或者甚至在微流表格中（用于上游和下游业务）设置。这是元数据编码的问题，并且一定数量的比特能够分配到此标识符。每个路由器仍将被视为用于订户业务的上游或下游路由器。备选，能够添加包含路由选择信息的额外表格。

对于本文中所述示例实施例，已假设引导网络转发的所有业务是订户业务。对于非订户业务，我们能够将引导网络视为简单的路由器。不丢弃在订户表格430中缺失的分组，而是能够将它们发送到进行常规基于目的地IP的转发的常规路由表。基于路由查找，相同机制能够用于输出到本地节点端口，或者跨第2层核心网络将它发送到远程节点端口。非订户业务将不遍历任何内联服务。

也已假设交换器端口将是物理端口，但也能够使用在服务上的VLAN标志和虚拟接口，支持虚拟端口。虚拟端口能够用于降低要求的物理端口的数量。

本文中所述引导机制能够使用支持多个表格和元数据字段的协议实现，元数据字段能够用于在通过多个表格处理分组时交换信息。引导机制利用这两个特征降低在每个交换器中要存储的规则的总数，并且尽可能地避免依赖昂贵的TCAM技术。引导机制能够具有大的表格，如订户表格和微流表格，但这些表格是在RAM中能够有效实现的最长前缀和完全匹配表格。在只支持单个表格的备选实现中，输入端口、订户和应用策略的所有有效组合要编码为单独的规则。此规则叉积将产生极大的表格，并且由于这些规则将包含通配符和掩码，因此，此表格将受可扩展性和/或性能问题影响。

如本领域技术人员将容易理解的一样，能够为引导业务实现备选方案。一个方案是通过识别要访问的服务链或服务集的另外信息标记每个分组。此另外的信息能够是识别整个服务路径的扁平标签或每个识别要访问的服务的标签栈。

通过扁平标签方案，基于进入端口和标签的值引导分组。在分组初次进入服务网络时将它们分类一次。虚拟局域网(VLAN)标志能够用作扁平标签，但此方案可能有问题。许多服务将剥除第2层报头，丢弃VLAN标志并且强制以后重新分类。VLAN标志宽度为12比特，从而将服务路径的数量限制到3096。一旦考虑计及方向和支持多个服务实例的需要，此数量便能够变成限制。

通过堆栈标签方案，将要访问的服务的有序集描述为标签栈。在栈的顶部的标签识别要访问的下一服务，并且在每个服务后，此标签从栈中弹离。一旦其栈为空，分组便退出网络。此方案能够使用多协议标签交换(MPLS)标签实现。除剥除第2层报头的服务的问题外，许多服务可能不能处理带有MPLS报头的分组。

在另一备选实施例中，能够在服务之间的每个交换器跳将分组重新分类，而不是仅在周边交换器进行一次。此方案不要求改写目的地MAC地址，而是要求在每个交换器跳进行重新分类，从而排除了在聚合带宽要求比在周边更高的内部网络使用更简单的转发机制。此方案也要求为在相同服务路径内遍历多次的链路使用不同的标签机制（如使用隧道）。

图5是示出本发明的方法的流程图。方法从网络中的周边交换器收到分组时的步骤500开始。在步骤510中，将分组分类，并且根据分类操作指派服务链到收到的分组。在520中，确定在指派的服务链上收到的分组的位置。在服务链上的位置能够根据收到分组的端口确定。可选的是，基于收到分组的端口，也能够确定收到的分组的方向。在530中，根据收到的分组的确定的位置，将分组转发到在指派的服务链上的下一服务。可选的是，除在服务链上确定的位置外，根据确定的方向，能够确定下一服务。步骤530能够包括根据要执行的下一服务，指派新目的地地址到收到的分组。通过选择与下一服务相关联的端口，能够将分组转发到下一服务。

图6是示出本发明的另一实施例的流程图。此过程从步骤600中接收分组开始。在610中，确定分组传播的方向。收到的分组传播的方向能够是上游或下游，并且能够根据收到分组的入口端口确定。

在620中，将收到的分组与服务集相关联。将分组与服务集相关联能够包括根据分组的至少一个报头字段，指派要应用到分组的服务的有序列表。该至少一个报头字段能够从包括以下项的群组中选择：来源地址、目的地地址、来源端口、目的地端口或协议。也能够根据分组朝向的确定的方向，指派服务集。服务的指派的有序列表能够作为元数据附连到收到的分组。

根据与订户相关联的地址，能够将默认服务集与分组相关联。根据确定的方向，能够将订户地址识别为收到的分组的来源地址或目的地址之一。可选的是，能够根据收到的分组的至少一个报头字段，修改默认服务集。

在步骤630中，确定在相关联服务集上分组的位置。根据收到分组的入口端口，能够确定在服务集上分组的位置。基于在服务集中分组的当前位置和分组朝向的方向，能够确定应用的最后服务及因此应用的所有以前服务。在步骤640中，选择要应用到分组的相关联服务集上的下一服务。根据分组的确定的方向和位置，选择下一服务。可选的是，根据分组的确定的方向和位置，能够修改相关联服务集以删除已经应用到分组的服务。

在步骤650中，根据选择的下一服务，将新目的地指派到分组。指派新目的地到分组能够包括改写与分组相关联的目的地地址。可选的是，在660中，将分组转发到新目的地。转发分组的步骤能够包括选择与新目的地相关联的端口，并且通过该端口将分组传送到选择的下一服务。

图7是根据本发明的实施例的交换器700的框图。交换器700能够是服务网络中的周边交换器，并且能够实现如本文中所述的功能性。交换器700包括用于传送和接收分组的多个输入/输出端口。多个端口包括第一端口702和第二端口704。第一端口702和第二端口704可实现为单个物理通信接口。处理器706操作性连接到(一个或多个)输入端口702、(一个或多个)输出端口和存储器或数据存储库708。存储器708能够在交换器700的内部或外部，并且可由处理器706访问。

处理器706配置成将在第一端口702上收到的分组与服务集相关联。处理器706检测在相关联服务集上收到的分组的位置，并且根据检测到的位置确定在相关联服务集上的下一服务。处理器706能够选择用于将分组传送到确定的下一服务的第二端口704。第二端口704能够与下一服务相关联，并且从多个端口中选择。

多个端口能够包括指定用于向服务节点传送向下游传播的分组和用于接收来自服务节点的向上游传播的分组的至少一个端口。至少另一端口能够指定用于向相同服务节点传送向上游传播的分组和接收来自相同服务节点的向下游传播的分组。

处理器706能够根据收到分组的第一端口702确定收到的分组朝向的方向（上游或下游）。处理器706能够基于分组的确定的方向和报头字段，将收到的分组与服务集相关联。

作为将分组与服务集相关联的一部分，处理器706能够根据与订户相关联的地址，将默认服务集指派到分组。视分组朝向的方向而定，能够通过分组的来源地址或目的地地址识别订户。处理器706还能够根据分组的至少另一报头字段修改默认服务集。

处理器706能够基于收到分组的第一端口702，确定在相关联服务集上收到的分组的位置。处理器706能够根据确定的下一服务，将新目的地指派到收到的分组。

可选的是，交换器700也能够包括用于接收无相关联上游或下游方向的分组的中转端口。处理器706只根据分组的目的地地址转发在中转端口上收到的分组。交换器700能够包括一个或几个中转端口。在中转端口上收到的分组能够经多个端口（包括第一端口702和第二端口704）或经中转端口转发到其目的地。

本发明的实施例可表示为在机器可读媒体（也称为计算机可读媒体、处理器可读媒体或其中包含有计算机可读程序代码的计算机可用媒体）中存储的软件产品。机器可读媒体可以是任何适合的有形媒体，包括磁性、光学或电存储媒体，包括软盘、压缩磁盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘只读存储器(DVD-ROM)存储器装置（易失性或非易失性）或类似的存储机制。机器可读媒体可包含各种指令集、代码序列、配置信息或其它数据，它们在执行时促使处理器执行根据本发明的一实施例的方法中的步骤。本领域技术人员将理解，实现所述发明所需的其它指令和操作也可存储在机器可读媒体上。从机器可读媒体运行的软件可与电路接口以执行所述任务。

本发明的上述实施例仅旨在做为示例。在不脱离只由本文所附权利要求定义的本发明范围的情况下，本领域的技术人员可对特殊实施例实现变更、修改和改变。

Claims (24)

1.一种用于通过交换元件引导网络的分组业务的方法，包括：

接收分组；

确定所述收到的分组传播的方向，所述方向为上游或下游；

将所述收到的分组与服务集相关联；

通过确定所述服务集中已应用到所述分组的服务，确定在所述相关联服务集上所述分组的位置；

根据所述分组的所述确定的方向和位置，选择在所述相关联服务集中的下一服务；以及

根据所述选择的下一服务，将新目的地指派到所述分组。

2.如权利要求1所述的方法，其中根据收到所述分组的入口端口，确定所述收到的分组传播的所述方向。

3.如权利要求1所述的方法，其中将所述收到的分组与所述服务集相关联的所述步骤包括指派要应用到所述收到的分组的服务的有序列表。

4.如权利要求1所述的方法，其中根据所述分组的所述确定的方向和第一报头字段，将所述收到的分组与所述服务集相关联。

5.如权利要求4所述的方法，其中从由来源地址、目的地地址、来源端口、目的地端口及协议组成的群组中选择第一报头字段。

6.如权利要求1所述的方法，其中将所述收到的分组与所述服务集相关联的所述步骤包括根据与订户相关联的地址，将默认服务指派到所述收到的分组。

7.如权利要求6所述的方法，其中根据所述确定的方向，从所述收到分组的来源地址或目的地址选择与所述订户相关联的所述地址。

8.如权利要求6所述的方法，还包括根据所述收到的分组的第二报头字段修改所述默认服务集的步骤。

9.如权利要求8所述的方法，其中从由来源地址、目的地地址、来源端口、目的地端口及协议组成的群组中选择第二报头字段。

10.如权利要求1所述的方法，其中根据收到所述分组的入口端口，确定在所述相关联的服务集中所述分组的所述位置。

11.如权利要求1所述的方法，还包括根据所述分组的所述确定的方向和位置，修改所述相关联的服务集以删除已经应用到所述收到的分组的服务的步骤。

12.如权利要求1所述的方法，其中将新目的地指派到所述分组的所述步骤包括改写所述分组的目的地地址。

13.如权利要求1所述的方法，还包括将所述分组转发到所述指派的新目的地的步骤。

14.如权利要求13所述的方法，其中转发的所述步骤包括选择与所述指派的新目的地地址相关联的端口，并且在所述选择的端口上传送所述分组。

15.一种交换器，包括：

多个端口，所述多个端口的每个端口用于接收和传送网络的分组业务；以及

处理器，操作性连接到所述多个端口，用于将在第一端口上收到的分组与服务集相关联，用于根据所述第一端口确定所述收到的分组传播的方向，所述方向为上游或下游，用于通过确定所述服务集中已应用到所述分组的服务，检测在所述相关联的服务集上所述收到的分组的位置，用于根据所确定的方向和所检测到的位置，确定在所述相关联服务集上的下一服务，用于从所述多个端口选择第二端口以及用于在所选择的第二端口上将所述分组传送到所确定的下一服务。

16.如权利要求15所述的交换器，其中所述选择的第二端口与所述确定的下一服务相关联。

17.如权利要求15所述的交换器，其中所述多个端口包括用于接收从服务节点向下游传播的分组和用于将向上游传播的分组传送到所述服务节点的面向上游的端口和用于接收从所述服务节点向上游传播的分组和用于将向下游传播的分组传送到所述服务节点的面向下游的端口。

18.如权利要求15所述的交换器，其中所述处理器根据所述收到的分组的所述确定的方向和第一报头字段，将所述收到的分组与所述服务集相关联。

19.如权利要求15所述的交换器，其中所述处理器配置成根据与订户相关联的地址，将默认服务集指派到所述收到的分组。

20.如权利要求19所述的交换器，其中与所述订户相关联的所述地址是所述收到的分组的来源地址或目的地址之一。

21.如权利要求19所述的交换器，其中所述处理器配置成根据所述收到的分组的第二报头字段修改所述默认服务集。

22.如权利要求15所述的交换器，其中所述处理器配置成根据所述第一端口，确定在所述相关联的服务集上所述收到的分组的所述位置。

23.如权利要求15所述的交换器，其中所述处理器配置成根据所述确定的下一服务，将新目的地指派到所述收到的分组。

24.如权利要求15所述的交换器，还包括用于接收另一分组的中转端口，以及其中所述处理器只根据所述另一分组的目的地地址转发所述另一分组。