CN104253767A - 一种虚拟分片网络的实现方法及一种交换机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟分片网络的实现方法及一种交换机，所述方法包括：与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接后，向虚拟主控制器上报自身的设备资源能力信息；接收虚拟主控器下发的根据设备资源能力信息和当前配置策略所生成的包括通道配置信息和转发资源配置信息的分片网络配置文件；根据转发资源配置信息为虚拟分片网络分配转发资源；根据通道配置信息与OpenFlow控制器的虚拟分片控制器分别建立连接后，向虚拟分片控制器上报与虚拟分控制器对应的虚拟分片网络的转发资源，以使虚拟分片控制器根据获取的转发资源生成控制信息；接收虚拟分片控制器下发的控制信息，并将所述控制信息与虚拟分片控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源进行关联。

Description

一种虚拟分片网络的实现方法及一种交换机

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种虚拟分片网络的实现方法及一种交换机。

背景技术

随着互联网的发展，OpenFlow(开放流)技术对网络的发展起到了巨大的推动作用，而基于OpenFlow网络的虚拟化技术，是将所述OpenFlow网络虚拟分片成多个虚拟的OpenFlow分片网络，每个虚拟分片网络都对应有一个独立的虚拟分片控制器和与该虚拟分片控制器对应的OpenFlow交换机上的转发资源，以及OpenFlow交换机与OpenFlow控制器间的一个独立的分片连接通道，且各个虚拟分片网络彼此之间相互独立且互不干扰。

现有的OpenFlow虚拟分片网络是在OpenFlow交换机和OpenFlow控制器中间，引入一个中间层设备FlowVisor(OpenFlow流虚拟分片管理设备)，其中，OpenFlow交换机用于进行用户流数据的转发，即当OpenFlow交换机接收到数据流报文后，根据本地维护的转发表中的流表和群组表中的匹配项对数据流进行控制；OpenFlow控制器用于对转发表进行集中控制，即通过OpenFlow协议对OpenFlow交换机中的转发表(流表和群组表)进行规则配置，以使OpenFlow交换机利用转发表中的对应规则决定数据流的转发；而FlowVisor的作用就是对OpenFlow网络进行虚拟分片控制，即FlowVisor作为OpenFlow协议代理(Proxy)，根据配置的虚拟分片策略，对通过的OpenFlow协议报文进行分片格式转换，以实现将OpenFlow网络虚拟成一片一片的相对独立的逻辑子网(即虚拟成多个独立的分片网络)的目的。

下面就Flowvisor如何将OpenFlow网络虚拟成多个分片网络进行简要的介绍，参见图1所示，图1为现有技术中OpenFlow虚拟分片网络结构示意图，假设用户1和用户2分别需要一个虚拟分片网络，虚拟分片控制器SC1和虚拟分片控制器SC2分别是两个虚拟分片网络的OpenFlow控制器，当每个分片网络的OpenFlow协议报文途经Flowvisor时，Flowvisor根据配置的分片策略，对所述协议报文进行OpenFlow代理转换：首先，Flowvisor与虚拟分片控制器SC1和SC2分别通过一个虚拟分片连接通道建立一个分片OpenFlow连接；Flowvisor与Openflow交换机通过一个聚合连接通道建立一个聚合OpenFlow连接；然后，Flowvisor根据配置的分片策略，在分片OpenFlow连接和聚合OpenFlow连接间实现OpenFlow协议报文的转换，以使每个虚拟分片网络的分片控制器与分片交换机进行一对一的协议交互。

但是基于上述方法，由于Flowvisor需要对经过的协议报文进行转换，这在一定程度上增加了协议报文中OpenFlow控制信息传送的时延，特别是当某个分片网络的控制信息占用大量带宽资源时，将影响其它分片网络控制信息的处理和传送；另外，由于每个分片网络的协议报文都需由Flowvisor处理，若Flowvisor故障，将导致所有分片网络的故障。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种虚拟分片网络的实现方法及一种交换机，以实现缩短OpenFlow协议报文处理时延的目的。

第一方面，本发明提供了一种虚拟分片网络的实现方法，所述方法包括：

OpenFlow交换机与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接后，向所述虚拟主控制器上报自身的设备资源能力信息；

所述OpenFlow交换机接收所述虚拟主控器下发的根据所述设备资源能力信息和当前配置策略所生成的分片网络配置文件，所述分片网络配置文件包括通道配置信息和转发资源配置信息，所述通道配置信息为所述OpenFlow交换机与所述OpenFlow控制器的虚拟分配控制器建立分片连接通道所需的配置信息，所述转发资源配置信息为为虚拟分片网络分配转发资源所需的配置信息，所述虚拟分片网络与所述虚拟分片控制器对应；

所述OpenFlow交换机根据所述转发资源配置信息为虚拟分片网络分配转发资源；

所述OpenFlow交换机根据所述通道配置信息与所述OpenFlow控制器的虚拟分片控制器分别建立连接，建立连接后，向所述虚拟分片控制器上报与所述虚拟分控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源，以使所述虚拟分片控制器根据获取的转发资源生成控制信息；

所述OpenFlow交换机接收所述虚拟分片控制器下发的所述控制信息，并将所述控制信息与所述虚拟分片控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源进行关联。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述设备资源能力信息包括：转发表总空间、所有数据端口号、所有控制端口号、带宽总资源、CPU总资源。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，其特征在于，所述分片网络配置文件还包括：

虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，

所述通道配置信息包括：虚拟分片网络的分片标识，分片控制器的IP地址，以及分片连接通道所使用的物理或逻辑控制端口、可用的带宽资源、使用的安全协议和使用的安全证书；

所述转发资源配置信息包括：为虚拟分片网络划分的转发表区间，为虚拟分片网络分配的用于数据流转发的端口信息，流转发端口可用的带宽资源，以及，虚拟分片网络可用的CPU资源；

所述虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息包括：与虚拟分片网络对应的索引，以及与索引对应的分片转发表区间。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述接收所述虚拟分片控制器下发的所述控制信息，并将所述控制信息与所述虚拟分片控制器所对应的虚拟分配网络的转发资源进行关联包括：

解析所述虚拟分片控制器下发的控制信息，以获取所述控制信息中携带的分片网络标识；

将所述分片网络标识与为各个虚拟分片网络所划分的转发表区间进行匹配；

将解析所述控制信息后得到的操作信息和控制指令写入成功匹配的转发表区间内。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述方法还包括：

当接收到数据流报文时，从所述数据流报文中提取转发表匹配信息；

将所述提取的匹配信息与根据所述索引配置信息配置的虚拟分片索引表中的各个索引进行匹配；

确定成功匹配出的索引所指向的虚拟分片网络的转发表，以便利用所述指向的转发表控制数据流的转发。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述匹配信息为所述流报文的输入端口号或所述流报文所属的虚拟分片网络的标识。

在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述方法还包括：

当设备资源能力发生变化时，将变化的设备资源能力信息上发至所述虚拟主控制器，以使所述虚拟主控制器根据所述变化的设备资源能力信息重新生产分片网络配置文件；

当接收到所述虚拟主控制器下发的新的分片网络配置文件后，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述方法还包括：

当接收到所述虚拟主控制器下发的根据新的配置策略重新生成的分片网络配置文件时，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述OpenFlow交换机通过预先配置的所述虚拟主控制器的IP地址、通往所述虚拟主控制器的控制端口号、以及与所述虚拟主控制器进行通信的安全协议和安全证书来与所述虚拟主控器建立连接。

第二方面，本发明提供了一种交换机，包括：

第一连接单元，用于与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接；

信息上报单元，用于在所述第一连接单元与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接后，向所述虚拟主控制器上报自身的设备资源能力信息；

文件接收单元，用于接收所述虚拟主控器下发的根据所述信息上报单元上报的设备资源能力信息和当前配置策略所生成的分片网络配置文件，所述分片网络配置文件包括通道配置信息和转发资源配置信息，所述通道配置信息为所述OpenFlow交换机与所述OpenFlow控制器的虚拟分配控制器建立分片连接通道所需的配置信息，所述转发资源配置信息为为虚拟分片网络分配转发资源所需的配置信息，所述虚拟分片网络与所述虚拟分片控制器对应；

资源分配单元，用于根据所述文件接收单元接收的转发资源配置信息为虚拟分片网络分配转发资源；

第二连接单元，用于根据所述文件接收单元接收的通道配置信息与所述OpenFlow控制器的虚拟分片控制器建立连接；

资源上报单元，用于在所述第二连接单元与OpenFlow控制器的虚拟分片控制器建立连接后，向所述虚拟分片控制器上报与所述虚拟分控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源，以使所述虚拟分片控制器根据获取的转发资源生成控制信息；

资源关联单元，用于接收所述虚拟分片控制器下发的所述控制信息，并将所述控制信息与所述虚拟分片控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源进行关联。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述设备资源能力信息包括：转发表总空间、所有数据端口号、所有控制端口号、带宽总资源、CPU总资源。

在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述分片网络配置文件还包括：

虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息。

结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，

所述通道配置信息包括：虚拟分片网络的分片标识，分片控制器的IP地址，以及分片连接通道所使用的物理或逻辑控制端口、可用的带宽资源、使用的安全协议和使用的安全证书；

所述转发资源配置信息包括：为虚拟分片网络划分的转发表区间，为虚拟分片网络分配的用于数据流转发的端口信息，流转发端口可用的带宽资源，以及，虚拟分片网络可用的CPU资源；

所述虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息包括：与虚拟分片网络对应的索引，以及与索引对应的分片转发表区间。

结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述资源关联单元包括：

标识获取子单元，用于解析所述虚拟分片控制器下发的控制信息，以获取所述控制信息中携带的分片网络标识；

区间匹配子单元，用于将所述标识获取子单元获取的分片网络标识与为各个虚拟分片网络所划分的转发表区间进行匹配；

信息写入子单元，用于将解析所述控制信息后得到的操作信息和控制指令写入所述区间匹配子单元成功匹配的转发表区间内。

结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述交换机还包括：

信息提取单元，用于当接收到数据流报文时，从所述数据流报文中提取转发表匹配信息；

索引匹配单元，用于将所述信息提取单元提取的匹配信息与根据所述索引配置信息配置的虚拟分片索引表中的各个索引进行匹配；

转发表确定单元，用于确定所述索引匹配单元成功匹配出的索引所指向的虚拟分片网络的转发表，以便利用所述指向的转发表控制数据流的转发。

结合第二方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述匹配信息为所述流报文的输入端口号或所述流报文所属的虚拟分片网络的标识。

在第二方面的第七种可能的实现方式中，所述交换机还包括：

变化信息上报单元，用于当设备资源能力发生变化时，将变化的设备资源能力信息上发至所述虚拟主控制器，以使所述虚拟主控制器根据所述变化的设备资源能力信息重新生产分片网络配置文件；

第一资源再分配单元，用于当接收到所述虚拟主控制器下发的新的分片网络配置文件后，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

在第二方面的第八种可能的实现方式中，所述交换机还包括：

第二资源再分配单元，用于当接收到所述虚拟主控制器下发的根据新的配置策略重新生成的分片网络配置文件时，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

在第二方面的第九种可能的实现方式中，

所述第一连接单元，具体用于通过预先配置的所述虚拟主控制器的IP地址、通往所述虚拟主控制器的控制端口号、以及与所述虚拟主控制器进行通信的安全协议和安全证书来与所述虚拟主控器建立连接。

可见，本发明实施例虚拟分片网络的实现方法和交换机，将现有物理的OpenFlow控制器扩展分成一个虚拟主控制器和多个虚拟分片控制器，使虚拟主控制器根据OpenFlow交换机上报的设备资源能力信息和预置或获得的分配策略生成包含通道配置信息和转发资源配置信息的分片网络配置文件，以使OpenFlow交换机根据所述转发资源配置信息为虚拟分片网络分配转发资源，当分配完成后，OpenFlow交换机使用根据所述通道配置信息配置的虚拟分片控制接口与各个虚拟分片控制器建立连接，这样实现了虚拟分片控制器与分片的交换机转发资源之间的一一对应，虚拟分片控制器就可获得所属虚拟分片网络的转发资源情况，并根据转发资源生成所属虚拟分片网络的流表和群组表的控制信息，从而在现有OpenFlow控制器和OpenFlow交换机的基础上虚拟出了多个独立的虚拟分片网络。由于OpenFlow控制器与OpenFlow交换机直接通信，因此可以缩短OpenFlow协议报文处理时延。此外，与现有技术相比，本发明实施例还可以减少中间层设备的数量，同时也减少了因中间层设备的单点故障导致的所有虚拟分片网络的故障，实现了各虚拟分片网络的相对独立且互不影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中OpenFlow虚拟分片网络结构图；

图2为本发明实施例OpenFlow网络架构图；

图3为本发明实施例OpenFlow虚拟分片网络结构图；

图4为本发明实施例虚拟分片网络的实现方法的流程图；

图5为本发明实施例交换机的实施例1的结构示意图；

图6为本发明实施例交换机的实施例2的结构示意图；

图7为本发明实施例交换机的构成示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例虚拟分片网络的实现方法及交换机，适用于图2所示的OpenFlow网络架构图，主要包括物理的OpenFlow控制器和OpenFlow交换机。在介绍本发明实施例的具体技术方案之前，下面先对OpenFlow控制器和OpenFlow交换机组成的通信系统进行简单介绍。

OpenFlow交换机包括转发表(流表和群组表)、安全通道接口和OpenFlow协议代理(Agent)。所述流表的每个表项对应一个匹配域与一个操作域，用于指示OpenFlow交换机如何处理接收的流报文；所述连接通道接口，用于与OpenFlow控制器建立安全的连接通道，实现控制指令、转发表操作信息以及流首包的上传等；所述OpenFlow协议，用于实现OpenFlow交换机和OpenFlow控制器之间配置信息和控制信息的交互。具体地，由于OpenFlow交换机会在本地维护一个或多个转发表，转发表包括流表和群组表，当流表内有与接收的流报文匹配的流条目时，则根据该流条目的操作域内容进行数据流的转发操作；若没有匹配的流条目，流报文就会被丢弃，或将流首包上送到OpenFlow控制器，由OpenFlow控制器对流首包进行进一步处理。

在不改变图2所示的现有OpenFlow架构的基础上，通过扩展OpenFlow协议、OpenFlow控制器和OpenFlow交换机的功能，将OpenFlow网络虚拟成多个虚拟分片网络，以使每个虚拟分片网络的使用者各自独立拥有一个虚拟的分片网络。参见图3，示出了本发明实施例提供的OpenFlow虚拟分片网络结构示意图，在图3中，OpenFlow控制器扩展为一个虚拟的主控制器和多个虚拟的分片控制器；OpenFlow交换机中扩展了一个虚拟分片协议解析功能模块和一个虚拟分片索引表。

参见图4所示，图4为本发明实施例提供的一种虚拟分片网络的实现方法的流程示意图，结合图3，实现该方法的步骤包括：

步骤401：Openflow交换机与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接后，Openflow交换机向所述虚拟主控制器上报自身的设备资源能力信息。

在步骤401中，Openflow交换机使用主控制接口，默认先与OpenFlow控制器侧的虚拟主控制器建立连接，为保证默认连接的安全建立，需在Openflow交换机侧预先配置所述虚拟主控制器的IP地址、通往所述虚拟主控制器的控制端口号、以及与所述虚拟主控制器进行通信的安全协议和安全证书等参数来实现Openflow交换机与所述虚拟主控器的安全连接。

需要说明的是，OpenFlow交换机通过建立的主连接通道与所述虚拟主控制器进行数据交互，当OpenFlow交换机与虚拟主控制器建立连接后，OpenFlow交换机通过所述主连接通道向所述虚拟主控制器上报包含OpenFlow交换机全部资源能力的设备信息，即所述设备资源能力信息。其中，所述设备资源能力信息包括但不限于：转发表总空间、所有数据端口号、所有控制端口号、带宽总资源、CPU总资源等等。

步骤402：Openflow交换机接收所述虚拟主控器下发的根据所述设备资源能力信息和当前配置策略所生成的分片网络配置文件，所述分片网络配置文件包括通道配置信息和转发资源配置信息，所述通道配置信息为所述OpenFlow交换机与所述OpenFlow控制器的虚拟分配控制器建立分片连接通道所需的配置信息，所述转发资源配置信息为为虚拟分片网络分配转发资源所需的配置信息，所述虚拟分片网络与所述虚拟分片控制器对应。

在步骤402中，当所述虚拟主控制器经所述主连接通道获取到OpenFlow交换机的设备资源能力信息后，所述虚拟主控制器根据Openflow交换机的设备资源能力信息以及预置或获取到的虚拟分片网络的配置策略生成分片网络配置文件，并将生成的分片网络配置文件下发到OpenFlow交换机侧。

其中，所述分片网络配置文件包括但不限于以下2个方面：

1、建立分片连接通道所需的配置信息(通道配置信息)，具体包括但不限于以下信息：虚拟分片网络的分片标识；分片控制器的IP地址；分片连接通道所使用的物理或逻辑控制端口；分片连接通道可用的带宽资源；分片连接通道所使用的安全协议；以及分片连接通道所使用的安全证书。

2、为虚拟分片网络分配转发资源所需的配置信息(转发资源配置信息)，具体包括但不限于以下信息：为虚拟分片网络划分的转发表区间，具体包括流表空间和群组表空间；为虚拟分片网络分配的用于数据流转发的端口信息；流转发端口可用的带宽资源；虚拟分片网络可用的CPU资源。

进一步地，所述分片网络配置文件还可以包括虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息，具体包括但不限于以下信息：与虚拟分片网络对应的索引，以及与索引对应的分片转发表区间，所述索引为数据输入端口号或虚拟分片网络标识。

下面举例说明所述虚拟主控制器根据配置策略生成分片网络配置文件：

例1：假设运营商对网络进行虚拟分片是为了批发给不同的虚拟网络租户，虚拟网络租户可以与运营商进行签约，要求运营商提供满足特定资源需求的虚拟分片网络，运营商根据此需求，生成虚拟分片配置文件并下发给虚拟主控制器，由虚拟主控制器根据OpenFlow交换机上报的设备资源能力信息为各个分片网络进行资源配置。例如，当虚拟网络租户需要较大的带宽资源和计算资源时，运营商会根据带宽总资源和CPU计算总资源进行合理分配。

例2：假设运营商对网络进行分片是为了不同业务隔离，比如普通上网业务，语音业务等等，假设语音业务重要性较高，这就要求OpenFlow控制器能根据监控到的网络运行状况对分片的转发资源进行动态调配。例如，当OpenFlow交换机资源不是很充足时，应优选保证语音业务的资源需求，并参考各个业务的重要性，动态改变资源在各业务分片中的分配。这一需求，可通过虚拟主控制器动态更新分片网络配置文件来实现。

当OpenFlow交换机接收到所述虚拟主控制器下发的分片网络配置文件后，便根据所述分片网络配置文件为虚拟分片网络分配转发资源。所述虚拟分片转发资源包括但不限于以下资源：在OpenFlow交换机总的转发表空间中，为虚拟分片网络划分出的流表空间和群组表空间；为虚拟分片网络所配置的分片端口以及分片端口的属性，所述分片端口的属性信息包括：所述分片端口具体用于数据流转发的输入端口还是输出端口；所述分片端口归属于哪个物理端口或是哪个逻辑端口；所述分片端口具体是用于转发数据流的端口还是用于传输控制信息的端口；所述分片端口的可用带宽资源；虚拟分片网络可使用的CPU资源。

步骤403：所述OpenFlow交换机根据所述转发资源配置信息为虚拟分片网络分配转发资源。

步骤404：所述Openflow交换机根据所述通道配置信息与所述OpenFlow控制器的虚拟分片控制器分别建立连接，建立连接后，向所述虚拟分片控制器上报与所述虚拟分控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源，以使所述虚拟分片控制器根据获取的转发资源生成控制信息。

Openflow交换机通过建立的分片连接通道与对应的虚拟分片控制器进行数据交互，每个虚拟分片网络拥有一个独立的分片连接通道。Openflow交换机与各个分片控制器间的分片连接通道，是在虚拟主控制器下发所述通道配置信息后被自动建立，以使OpenFlow交换机通过OpenFlow协议经所述安全的分片连接通道连接到各个分片控制器。分片连接通道建立后，各个分片控制器分别获得Openflow交换机上报的所属虚拟分片网络的转发资源，并利用获取的转发资源为所属虚拟分片网络配置控制信息，从而实现对OpenFlow交换机侧的分片转发表进行控制。

步骤405：所述Openflow交换机接收所述虚拟分片控制器下发的所述控制信息，并将所述控制信息与所述虚拟分片控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源进行关联。

按照下述方法实现本发明实施例的步骤405：首先，解析所述虚拟分片控制器下发的控制信息，以获取所述控制信息中携带的分片网络标识；然后，将所述分片网络标识与为各个虚拟分片网络所划分的转发表区间进行匹配；并将解析所述控制信息后得到的操作信息和控制指令写入成功匹配的转发表区间内。

需要说明的是，本发明实施例是利用Openflow交换机与各个虚拟分片控制器进行协议交互，并将每个虚拟分片控制器与对应的虚拟分片网络的转发资源进行关联，以便对关联的分片网络的转发表进行直接控制，即对转发表中的流表和群组表进行添加、更新、修改等操作。

此外，在本发明实施例中的OpenFlow交换机中还增加了一个虚拟分片索引表，利用该虚拟分片索引表可将流报文与对应虚拟分片网络的分片转发表进行匹配，从而利用匹配出的转发表控制数据流的转发，具体实现方法为：当OpenFlow交换机接收到数据流报文时，首先从所述流报文中提取转发表匹配信息；然后，将所述提取的匹配信息与根据所述索引配置信息配置的虚拟分片索引表中的各个索引进行匹配；最后，确定成功匹配出的索引所指向的虚拟分片网络的转发表，以便利用所述指向的转发表控制数据流的转发。其中，所述匹配信息为所述流报文的输入端口号或所述流报文所属的虚拟分片网络的标识。

具体的，当OpenFlow交换机的转发表被虚拟分片后，构成了多个虚拟的转发表，每个分片后的转发表归属于对应的虚拟分片网络，为了将虚拟分片的转发表与对应的虚拟分片网络进行关联，则在OpenFlow交换机侧新配置增加了一个虚拟分片索引表，在所述虚拟分片索引表中，可使用虚拟分片网络标识(Slice-ID)作为索引。当OpenFlow交换机从虚拟分片网络的输入数据端口接收到数据流报文时，从接收的数据流报文中获取到虚拟分片网络的信息(例如：代表虚拟分片网络的VLAN标签，即虚拟分片网络的标识，或如流报文的输入逻辑数据端口等信息)作为虚拟分片转发表的匹配信息，通过查找所述虚拟分片索引表，将所述匹配信息与所述虚拟分片索引表中的各个索引进行匹配，以便跳转到匹配成功的索引所指向的分片转发表子空间，从而利用跳转到的转发表中的信息控制数据流的转发。

另外，本发明实施例还具有灵活调整OpenFlow交换机设备资源的功能，主要可分为下述两种情况：

第一、当OpenFlow交换机的设备资源能力发生变化时(例如：某个端口损坏而不能进行数据传输)，OpenFlow交换机会将变化的设备资源能力信息上发至所述虚拟主控制器，以使所述虚拟主控制器根据所述变化的设备资源能力信息重新生成分片网络配置文件；当OpenFlow交换机接收到所述虚拟主控制器下发的新的分片网络配置文件后，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

第二、如果OpenFlow交换机的设备资源能力没有发生变化，但当前配置策略发生变化时，所述虚拟主控制器会根据当前设备资源能力信息和新的配置策略重新生成分片网络配置文件；当OpenFlow交换机接收到所述虚拟主控制器下发的新的分片网络配置文件时，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

当然，当OpenFlow交换机的设备资源能力与当前配置策略同时发生变化时，也会重新进行资源分配。

需要说明的是，OpenFlow交换机与虚拟主控制器间的连接具备最高优先级，用以保证OpenFlow交换机与虚拟主控制器的连接随时畅通，当虚拟主控制器下发新的分片网络配置文件时，OpenFlow交换机要优先根据新的分片网络配置文件对当前的转发资源进行重新分配；此外，虚拟主控制器可实时获取整个OpenFlow交换机的资源状态信息，即可监测到每个虚拟分片网络的资源使用状态。OpenFlow交换机与各个分片控制器的连接具备次高优先级，可根据需要分配一定的带宽资源，保证在任何时候OpenFlow交换机与各分片控制器间的控制信息不相互影响，避免了现有技术中采用一条聚合连接通道导致的因某一虚拟分片网络的过量控制信息拥塞其它虚拟分片网络的控制信息，避免了其它控制信息的长期等待，同时，各个分片控制器只接收所属虚拟分片网络的资源信息，因此只可实时监测到对应虚拟分片网络的资源使用状态。

需要指出的是，虚拟分片网络配置文件的安装、卸载和动态更新操作，需对现有OpenFlow控制协议(OpenFlow v1.3)或OpenFlow配置协议(OpenFlowNetconf)进行扩展以支持所需的操作。

本发明实施例虚拟分片网络的实现方法，将现有物理的OpenFlow控制器扩展分成一个虚拟主控制器和多个虚拟分片控制器，使虚拟主控制器根据OpenFlow交换机上报的设备资源能力信息和预置或获得的分配策略生成包含通道配置信息和转发资源配置信息的分片网络配置文件，以使OpenFlow交换机根据所述转发资源配置信息为虚拟分片网络分配转发资源，当分配完成后，OpenFlow交换机使用根据所述通道配置信息配置的虚拟分片控制接口与各个虚拟分片控制器建立连接，这样实现了虚拟分片控制器与分片的交换机转发资源之间的一一对应，虚拟分片控制器就可获得所属虚拟分片网络的转发资源情况，并根据转发资源生成所属虚拟分片网络的流表和群组表的控制信息，从而在现有OpenFlow控制器和OpenFlow交换机的基础上虚拟出了多个独立的虚拟分片网络。由于OpenFlow控制器与OpenFlow交换机直接通信，因此可以缩短OpenFlow协议报文处理时延。此外，与现有技术相比，本发明实施例还可以减少中间层设备的数量，同时也减少了因中间层设备的单点故障导致的所有虚拟分片网络的故障，实现了各虚拟分片网络的相对独立且互不影响。

参见图5所示，图5为本发明实施例提供的一种交换机的实施例1的结构示意图，所述交换机包括：

第一连接单元1，用于与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接。

其中，所述第一连接单元1，具体用于通过预先配置的所述虚拟主控制器的IP地址、通往所述虚拟主控制器的控制端口号、以及与所述虚拟主控制器进行通信的安全协议和安全证书来与所述虚拟主控器建立连接。

信息上报单元2，用于在所述第一连接单元1与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接后，向所述虚拟主控制器上报自身的设备资源能力信息。

其中，所述设备资源能力信息包括：转发表总空间、所有数据端口号、所有控制端口号、带宽总资源、CPU总资源。

文件接收单元3，用于接收所述虚拟主控器下发的根据所述信息上报单元2上报的设备资源能力信息和当前配置策略所生成的分片网络配置文件，所述分片网络配置文件包括通道配置信息和转发资源配置信息，所述通道配置信息为所述OpenFlow交换机与所述OpenFlow控制器的虚拟分配控制器建立分片连接通道所需的配置信息，所述转发资源配置信息为为虚拟分片网络分配转发资源所需的配置信息，所述虚拟分片网络与所述虚拟分配控制器对应。

所述通道配置信息包括：虚拟分片网络的分片标识，分片控制器的IP地址，以及分片连接通道所使用的物理或逻辑控制端口、可用的带宽资源、使用的安全协议和使用的安全证书；

所述转发资源配置信息包括：为虚拟分片网络划分的转发表区间，为虚拟分片网络分配的用于数据流转发的端口信息，流转发端口可用的带宽资源，以及，虚拟分片网络可用的CPU资源；

资源分配单元4，用于根据所述文件接收单元3接收的转发资源配置信息为虚拟分片网络分配转发资源。

第二连接单元5，用于根据所述文件接收单元3接收的通道配置信息与所述OpenFlow控制器的虚拟分片控制器建立连接。

资源上报单元6，用于在所述第二连接单元5与OpenFlow控制器的虚拟分片控制器建立连接后，向所述虚拟分片控制器上报与所述虚拟分控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源，以使所述虚拟分片控制器根据获取的转发资源生成控制信息。

资源关联单元7，用于接收所述虚拟分片控制器下发的所述控制信息，并将所述控制信息与所述虚拟分片控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源进行关联。

其中，所述资源关联单元7包括：

标识获取子单元71，用于解析所述虚拟分片控制器下发的控制信息，以获取所述控制信息中携带的分片网络标识；

区间匹配子单元72，用于将所述标识获取子单元71获取的分片网络标识与为各个虚拟分片网络所划分的转发表区间进行匹配；

信息写入子单元73，用于将解析所述控制信息后得到的操作信息和控制指令写入所述区间匹配子单元72成功匹配的转发表区间内。

此外，需要说明的是，本发明实施例主要是通过建立的主连接通道与所述虚拟主控制器进行数据交互；并通过建立的分片连接通道与对应的虚拟分片控制器进行数据交互。

此外，所述分片网络配置文件还包括：虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息。所述虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息包括：与虚拟分片网络对应的索引，以及与索引对应的分片转发表区间。

参见图6所示，图6为本发明实施例提供的一种交换机的实施例2的结构示意图，本发明实施例2除包括上述实施例1的所有单元外，还包括以下单元：

信息提取单元8，用于当接收到数据流报文时，从所述数据流报文中提取转发表匹配信息。索引匹配单元9，用于将所述信息提取单元8提取的匹配信息与根据所述索引配置信息配置的虚拟分片索引表中的各个索引进行匹配。转发表确定单元10，用于确定所述索引匹配单元9成功匹配出的索引所指向的虚拟分片网络的转发表，以便利用所述指向的转发表控制数据流的转发。其中，所述匹配信息为所述流报文的输入端口号或所述流报文所属的虚拟分片网络的标识。

变化信息上报单元11，用于当设备资源能力发生变化时，将变化的设备资源能力信息上发至所述虚拟主控制器，以使所述虚拟主控制器根据所述变化的设备资源能力信息重新生成分片网络配置文件；第一资源再分配单元12，用于当接收到所述虚拟主控制器下发的新的分片网络配置文件后，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

第二资源再分配单元13，用于当接收到所述虚拟主控制器下发的根据新的配置策略重新生成的分片网络配置文件时，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

本发明实施例提供的交换机，仅需对现有功能模块和协议进行适当扩充就可实现网络分片，由于OpenFlow控制器与OpenFlow交换机直接通信，因此可以缩短OpenFlow协议报文处理时延。此外，与现有技术相比，本发明实施例还可以减少中间层设备的数量，同时也减少了因中间层设备的单点故障导致的所有虚拟分片网络的故障，实现了各虚拟分片网络的相对独立且互不影响。

进一步地，本发明实施例还提供了交换机的构成。可包括至少一个处理器(例如CPU)，至少一个网络接口或者其他通信接口，存储器，和至少一个通信总线，用于实现这些装置之间的连接通信。处理器用于执行存储器中存储的可执行模块，例如计算机程序。存储器可能包含高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个网络接口(可以是有线或者无线)实现该系统网关与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

对于交换机来说，参见图7所示，在一些实施方式中，存储器中存储了程序指令，程序指令可以被处理器执行，其中，处理器调取程序指令，执行如下步骤：“OpenFlow交换机与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接后，向所述虚拟主控制器上报自身的设备资源能力信息；所述OpenFlow交换机接收所述虚拟主控器下发的根据所述设备资源能力信息和当前配置策略所生成的分片网络配置文件，所述分片网络配置文件包括通道配置信息和转发资源配置信息，所述通道配置信息为所述OpenFlow交换机与所述OpenFlow控制器的虚拟分配控制器建立分片连接通道所需的配置信息，所述转发资源配置信息为为虚拟分片网络分配转发资源所需的配置信息，所述虚拟分片网络与所述虚拟分配控制器对应；所述OpenFlow交换机根据所述转发资源配置信息为虚拟分片网络分配转发资源；所述OpenFlow交换机根据所述通道配置信息与所述OpenFlow控制器的虚拟分片控制器分别建立连接，建立连接后，向所述虚拟分片控制器上报与所述虚拟分控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源，以使所述虚拟分片控制器根据获取的转发资源生成控制信息；所述OpenFlow交换机接收所述虚拟分片控制器下发的所述控制信息，并将所述控制信息与所述虚拟分片控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源进行关联”。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备，等等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于交换机实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的交换机实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (20)

1.一种虚拟分片网络的实现方法，其特征在于，所述方法包括：

OpenFlow交换机与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接后，向所述虚拟主控制器上报自身的设备资源能力信息；

所述OpenFlow交换机接收所述虚拟主控器下发的根据所述设备资源能力信息和当前配置策略所生成的分片网络配置文件，所述分片网络配置文件包括通道配置信息和转发资源配置信息，所述通道配置信息为所述OpenFlow交换机与所述OpenFlow控制器的虚拟分配控制器建立分片连接通道所需的配置信息，所述转发资源配置信息是为虚拟分片网络分配转发资源所需的配置信息，所述虚拟分片网络与所述虚拟分片控制器对应；

所述OpenFlow交换机根据所述转发资源配置信息为虚拟分片网络分配转发资源；

所述OpenFlow交换机根据所述通道配置信息与所述OpenFlow控制器的虚拟分片控制器分别建立连接，建立连接后，向所述虚拟分片控制器上报与所述虚拟分控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源，以使所述虚拟分片控制器根据获取的转发资源生成控制信息；

所述OpenFlow交换机接收所述虚拟分片控制器下发的所述控制信息，并将所述控制信息与所述虚拟分片控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源进行关联。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述设备资源能力信息包括：转发表总空间、所有数据端口号、所有控制端口号、带宽总资源、CPU总资源。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述分片网络配置文件还包括：

虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，

所述通道配置信息包括：虚拟分片网络的分片标识，分片控制器的IP地址，以及分片连接通道所使用的物理或逻辑控制端口、可用的带宽资源、使用的安全协议和使用的安全证书；

所述转发资源配置信息包括：为虚拟分片网络划分的转发表区间，为虚拟分片网络分配的用于数据流转发的端口信息，流转发端口可用的带宽资源，以及，虚拟分片网络可用的CPU资源；

所述虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息包括：与虚拟分片网络对应的索引，以及与所述索引对应的分片转发表区间。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述接收所述虚拟分片控制器下发的所述控制信息，并将所述控制信息与所述虚拟分片控制器所对应的虚拟分配网络的转发资源进行关联包括：

解析所述虚拟分片控制器下发的控制信息，以获取所述控制信息中携带的分片网络标识；

将所述分片网络标识与为各个虚拟分片网络所划分的转发表区间进行匹配；

将解析所述控制信息后得到的操作信息和控制指令写入成功匹配的转发表区间内。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当接收到数据流报文时，从所述数据流报文中提取转发表匹配信息；

将所述提取的匹配信息与根据所述索引配置信息配置的虚拟分片索引表中的各个索引进行匹配；

确定成功匹配出的索引所指向的虚拟分片网络的转发表，以便利用所述指向的转发表控制数据流的转发。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述匹配信息为所述流报文的输入端口号或所述流报文所属的虚拟分片网络的标识。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当设备资源能力发生变化时，将变化的设备资源能力信息上发至所述虚拟主控制器，以使所述虚拟主控制器根据所述变化的设备资源能力信息重新生成分片网络配置文件；

当接收到所述虚拟主控制器下发的新的分片网络配置文件后，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当接收到所述虚拟主控制器下发的根据新的配置策略重新生成的分片网络配置文件时，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述OpenFlow交换机通过预先配置的所述虚拟主控制器的IP地址、通往所述虚拟主控制器的控制端口号、以及与所述虚拟主控制器进行通信的安全协议和安全证书来与所述虚拟主控器建立连接。

11.一种交换机，其特征在于，包括：

第一连接单元，用于与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接；

信息上报单元，用于在所述第一连接单元与OpenFlow控制器的虚拟主控制器建立连接后，向所述虚拟主控制器上报自身的设备资源能力信息；

文件接收单元，用于接收所述虚拟主控器下发的根据所述信息上报单元上报的设备资源能力信息和当前配置策略所生成的分片网络配置文件，所述分片网络配置文件包括通道配置信息和转发资源配置信息，所述通道配置信息为所述OpenFlow交换机与所述OpenFlow控制器的虚拟分配控制器建立分片连接通道所需的配置信息，所述转发资源配置信息为为虚拟分片网络分配转发资源所需的配置信息，所述虚拟分片网络与所述虚拟分片控制器对应；

资源分配单元，用于根据所述文件接收单元接收的转发资源配置信息为虚拟分片网络分配转发资源；

第二连接单元，用于根据所述文件接收单元接收的通道配置信息与所述OpenFlow控制器的虚拟分片控制器建立连接；

资源上报单元，用于在所述第二连接单元与OpenFlow控制器的虚拟分片控制器建立连接后，向所述虚拟分片控制器上报与所述虚拟分控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源，以使所述虚拟分片控制器根据获取的转发资源生成控制信息；

资源关联单元，用于接收所述虚拟分片控制器下发的所述控制信息，并将所述控制信息与所述虚拟分片控制器所对应的虚拟分片网络的转发资源进行关联。

12.根据权利要求11的交换机，其特征在于，所述设备资源能力信息包括：转发表总空间、所有数据端口号、所有控制端口号、带宽总资源、CPU总资源。

13.根据权利要求11的交换机，其特征在于，所述分片网络配置文件还包括：

虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息。

14.根据权利要求13的交换机，其特征在于，

所述通道配置信息包括：虚拟分片网络的分片标识，分片控制器的IP地址，以及分片连接通道所使用的物理或逻辑控制端口、可用的带宽资源、使用的安全协议和使用的安全证书；

所述转发资源配置信息包括：为虚拟分片网络划分的转发表区间，为虚拟分片网络分配的用于数据流转发的端口信息，流转发端口可用的带宽资源，以及，虚拟分片网络可用的CPU资源；

所述虚拟分片网络的转发表区间的索引配置信息包括：与虚拟分片网络对应的索引，以及与索引对应的分片转发表区间。

15.根据权利要求14的交换机，其特征在于，所述资源关联单元包括：

标识获取子单元，用于解析所述虚拟分片控制器下发的控制信息，以获取所述控制信息中携带的分片网络标识；

区间匹配子单元，用于将所述标识获取子单元获取的分片网络标识与为各个虚拟分片网络所划分的转发表区间进行匹配；

信息写入子单元，用于将解析所述控制信息后得到的操作信息和控制指令写入所述区间匹配子单元成功匹配的转发表区间内。

16.根据权利要求14所述的交换机，其特征在于，所述交换机还包括：

信息提取单元，用于当接收到数据流报文时，从所述数据流报文中提取转发表匹配信息；

索引匹配单元，用于将所述信息提取单元提取的匹配信息与根据所述索引配置信息配置的虚拟分片索引表中的各个索引进行匹配；

转发表确定单元，用于确定所述索引匹配单元成功匹配出的索引所指向的虚拟分片网络的转发表，以便利用所述指向的转发表控制数据流的转发。

17.根据权利要求16所述的交换机，其特征在于，所述匹配信息为所述流报文的输入端口号或所述流报文所属的虚拟分片网络的标识。

18.根据权利要求11所述的交换机，其特征在于，所述交换机还包括：

变化信息上报单元，用于当设备资源能力发生变化时，将变化的设备资源能力信息上发至所述虚拟主控制器，以使所述虚拟主控制器根据所述变化的设备资源能力信息重新生成分片网络配置文件；

第一资源再分配单元，用于当接收到所述虚拟主控制器下发的新的分片网络配置文件后，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

19.根据权利要求11所述的交换机，其特征在于，所述交换机还包括：

第二资源再分配单元，用于当接收到所述虚拟主控制器下发的根据新的配置策略重新生成的分片网络配置文件时，根据所述新的分片网络配置文件为虚拟分片网络重新分配转发资源。

20.根据权利要求11所述的交换机，其特征在于，

所述第一连接单元，具体用于通过预先配置的所述虚拟主控制器的IP地址、通往所述虚拟主控制器的控制端口号、以及与所述虚拟主控制器进行通信的安全协议和安全证书来与所述虚拟主控器建立连接。