CN104301146A - 软件定义网络中的链路切换方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式提出一种软件定义网络(SDN)中的链路切换方法和装置。所述方法应用于SDN交换机，该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，该方法包括：接收SDN控制器发送的主备流表项，在所述主备流表项中指定所述第一链路为到达所述目的设备的主用链路以及所述第二链路为到达所述目的设备的备用链路；检测所述第一链路的链路状态，其中当检测到所述第一链路正常时，利用所述第一链路转发报文到所述目的设备；当检测到所述第一链路故障时，利用所述第二链路转发报文到所述目的设备。

Description

软件定义网络中的链路切换方法和装置

技术领域

本发明实施方式属于软件定义网络(Software Defined Network，SDN)技术领域，特别是一种SDN中的链路切换方法和装置。

背景技术

SDN技术通过将网络设备的控制平面与数据平面分离，从而实现网络流量的灵活控制。相应地，SDN架构中包括SDN控制器和SDN交换机，其中：SDN控制器和SDN交换机之间通过优选为开放流(OpenFlow协议)的SDN管理通道进行通信，SDN控制器根据用户的配置或者动态运行的协议生成流表下发到SDN交换机，SDN交换机依据SDN控制器下发的流表进行报文处理。

在现有技术的SDN架构中，当SDN交换机与目的设备之间出现链路故障时，故障链路两端的SDN交换机在该故障链路上的接口会down掉，因此分别向SDN控制器上报故障消息，SDN控制器接收到故障消息后，基于拓扑计算出SDN交换机与目的设备之间的备份链路，并向SDN交换机下发优先级别更高且指定该备份链路的流表项，SDN交换机再将报文转发切换到备份链路。

然而，在链路出现故障与SDN控制器下发指定备份链路的流表项之间，SDN交换机依然尝试通过故障链路转发报文，从而引起数据流量的中断，并提高了丢包率。

发明内容

本发明实施方式提出一种SDN中的链路切换方法和装置，以降低丢包率。

本发明实施方式的技术方案如下：

本发明实施方式的一方面，提供了一种SDN中的链路切换方法，所述方法应用于SDN交换机，该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，该方法包括：

接收SDN控制器发送的主备流表项，在所述主备流表项中指定所述第一链路为到达所述目的设备的主用链路以及所述第二链路为到达所述目的设备的备用链路；

检测所述第一链路的链路状态，其中当检测到所述第一链路正常时，利用所述第一链路转发报文到所述目的设备；当检测到所述第一链路故障时，利用所述第二链路转发报文到所述目的设备。

本发明实施方式的一方面，提供了一种SDN中的链路切换装置，所述装置应用于SDN交换机，该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，该装置包括：

流表项接收模块，用于接收SDN控制器发送的主备流表项，在所述主备流表项中指定所述第一链路为到达所述目的设备的主用链路以及所述第二链路为到达所述目的设备的备用链路；

链路切换模块，用于检测所述第一链路的链路状态，其中当检测到所述第一链路正常时，利用所述第一链路转发报文到所述目的设备；当检测到所述第一链路故障时，利用所述第二链路转发报文到所述目的设备。

本发明实施方式的一方面，提供了一种SDN中的链路切换方法，所述SDN包括SDN控制器和SDN交换机，该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，所述方法应用于SDN控制器，包括：

生成主备流表项，其中在所述主备流表项中指定所述第一链路为到达所述目的设备的主用链路以及所述第二链路为到达所述目的设备的备用链路；

向所述SDN交换机下发所述主备流表项，以当所述SDN交换机检测到所述第一链路正常时，利用所述第一链路转发报文到所述目的设备，而且当所述SDN交换机检测到所述第一链路故障时，利用所述第二链路转发报文到所述目的设备。

本发明实施方式的一方面，提供了一种SDN中的链路切换装置，所述SDN包括SDN控制器和SDN交换机，该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，所述装置应用于SDN控制器，包括：

主备流表项生成模块，用于生成主备流表项，在所述主备流表项中指定所述第一链路为到达所述目的设备的主用链路以及所述第二链路为到达所述目的设备的备用链路；

流表下发模块，用于向所述SDN交换机下发所述主备流表项，以当所述SDN交换机检测到所述第一链路正常时，利用所述第一链路转发报文到所述目的设备，而且当所述SDN交换机检测到所述第一链路故障时，利用所述第二链路转发报文到所述目的设备。

由此可见，应用本发明实施方式之后，当链路出现故障时，无需等待SDN控制器下发流表，SDN交换机可以快速切换到备用链路，从而减少了数据流量的中断，并由此降低了丢包率。

附图说明

图1为SDN组网的示范性结构图；

图2为根据本发明一实施方式的SDN交换机侧的链路切换方法流程图；

图3为根据本发明一实施方式的SDN控制器侧的链路切换方法流程图；

图4为根据本发明一实施方式在图1所示组网的链路切换示意图；

图5为根据本发明一实施方式的应用于SDN交换机的链路切换装置结构图；

图6为根据本发明一实施方式的应用于SDN控制器的链路切换装置结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图1为SDN组网的示范性结构图。

如图1所示，SDN网络包含SDN控制器及4个SDN交换机，分别为SW1、SW2、SW3和SW4。SW1与主机PC1连接；SW4与主机PC2连接。

SDN控制器向SW1下发第一流表，指定PC1的流量经过链路SW1->SW2->SW4->PC2转发到PC2。如果SW2与SW4之间的链路出现故障，SW2和SW4分别发送故障消息到SDN控制器。SDN控制器接收到故障消息后，基于网络拓扑计算出备份链路SW1->SW3->SW4->PC2，并向SW1下发第二流表，指定PC1的流量经过备份链路SW1->SW3->SW4->PC2转发到PC2，而且第二流表的优先级高于第一流表。

然而，在链路出现故障与第二流表下发到SW1之间，SW1依然尝试通过故障链路SW1->SW2->SW4->PC2转发到达PC2的报文，这就引起数据流量的中断和丢包率的提升。

在本发明实施方式中，当链路出现故障时，SDN交换机可以快速切换到备用链路。

图2为根据本发明一实施方式的SDN交换机侧的链路切换方法流程图。该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路。该SDN交换机上对应于第一链路的第一端口为P1，对应于第二链路的第二端口为P1。

如图2所示，该方法包括：

步骤201：接收SDN控制器发送的主备流表项，在主备流表项中指定第一链路为到达目的设备的主用链路以及第二链路为到达目的设备的备用链路。

在一个实施方式中，SDN交换机从SDN控制器接收的主备流表项具体实施为一个表项，其匹配项(Match Fields)包括目的设备的地址和入端口标识(P)，动作包括指定对应于第一链路的第一端口和对应于第二链路的第二端口为出端口(Output interface)。出端口分别具有正常、备用和不可用等状态。假定正常状态的状态值(State)为1；备用状态的状态值为2；不可用状态的状态值为3。

在主备流表项中，指定第一端口的状态为正常，第二端口的状态为备用。

表1为主备流表项实施为一个表项的示范性结构表。

表1

由表1可见，对于入端口(Input interface)为P，目的地址为目的设备的地址的报文，通过对应于第一链路的第一端口(P1)转发出去，而且第二端口(P2)处于备用状态。

在一个实施方式中，主备流表项包括主用流表项和备用流表项，其中主用流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于第一链路的第一端口为出端口；备用流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于第二链路的第二端口为出端口；其中第一端口的优先级大于第二端口的优先级。

表2为主备流表项实施为两个表项的示范性结构表。

表2

由表2可见，第一端口(P1)的优先级(3)大于第二端口(P2)的优先级(1)，因此对于入端口为P，目的地址为目的设备的地址的报文，通过第一端口(P1)转发出去。

以上以实例形式详细描述了主备流表项的结构，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于对本发明实施方式的保护范围进行限定。

在一个实施方式中，SDN交换机向SDN控制器发送对应于第一链路的第一端口标识和对应于第二链路的第二端口标识，从而由SDN控制器基于第一端口标识和第二端口标识生成主备流表项。

可选地，也可以由SDN交换机通过网络拓扑发现生成SDN的物理拓扑图；并根据物理拓扑图确定对应于第一链路的第一端口标识和对应于第二链路的第二端口标识，再基于第一端口标识和第二端口标识生成主备流表项。

SDN交换机从SDN控制器接收到主备流表项之后，在本地予以保存。

步骤202：检测第一链路的链路状态，其中当检测到第一链路正常时，利用第一链路转发报文到所述目的设备；当检测到第一链路故障时，利用第二链路转发报文到所述目的设备。

在一个实施方式中，SDN交换机可以监听第一链路上任意相邻SDN交换机之间的检测报文传递状态，并基于检测报文传递状态确定第一链路的链路状态。比如，在第一链路上任意两个相邻SDN交换机之间传递检测报文，当检测报文传递出现不正常时，SDN交换机判定这两个相邻SDN交换机之间的链路出现故障，因此判定第一链路故障；当第一链路上所有相邻SDN交换机之间的检测报文传递都正常时，SDN交换机判定第一链路正常。

在一个实施方式中，SDN交换机可以监听自身交换机与连接到目的设备的SDN交换机之间的检测报文传递状态。当检测报文传递状态正常时，SDN交换机判定第一链路正常，当检测报文传递状态不正常时，SDN交换机判定第一链路故障。

示范性地，检测报文可以实施为Hello报文或Echo报文，等等。SDN交换机具体可以通过双向转发检测(Bidirectional Forwarding Detection，BFD)、网络质量分析(Network Quality Analyzer，NQA)等多种方式监听第一链路的链路状态。

当第一链路正常时，SDN交换机不修改本地保存的主备流表项，利用第一链路转发报文到目的设备；当检测到第一链路故障时，SDN交换机修改本地保存的主备流表项，利用第二链路转发报文到目的设备。其中，SDN交换机可以通过修改第一端口优先级、第二端口优先级、第一端口的状态值、第二端口的状态值等方式，将流量转发路径由第一链路切换到第二链路。

具体地，当SDN交换机检测到第一链路故障时，而且主备流表项具体实施为表1所示结构时，SDN交换机将第二端口(P2)的状态值由2修改为1，从而将第二端口的状态由备用转变为正常，而且SDN交换机将第一端口(P1)的状态值由1修改为3，将第一端口的状态由正常转变为不可用，从而将流量转发路径由第一链路切换到第二链路。

具体地，当SDN交换机检测到第一链路故障时，而且主备流表项具体实施为表2所示结构时，SDN交换机将第一端口的优先级修改为小于第二端口的优先级。比如，可以将第一端口(P1)的优先级修改为0，而第二端口(P2)的优先级不变，从而将流量转发路径由第一链路切换到第二链路。再比如，可以将第一端口(P1)的优先级修改为1，第二端口(P2)的优先级修改为3，从而将流量转发路径由第一链路切换到第二链路

图3为根据本发明一实施方式的SDN网络在SDN控制器侧的链路切换方法流程图。该SDN网络包括SDN控制器和SDN交换机，该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，该方法应用于SDN控制器。

由图3可见，该方法包括：

步骤301：生成主备流表项，其中在主备流表项中指定第一链路为到达所述目的设备的主用链路以及第二链路为到达所述目的设备的备用链路；

步骤302：向SDN交换机下发主备流表项，以当SDN交换机检测到所述第一链路正常时，利用第一链路转发报文到所述目的设备，而且当SDN交换机检测到第一链路故障时，利用第二链路转发报文到所述目的设备。

下面结合实例对本发明实施方式进行说明。

图4为根据本发明一实施方式在图1所示组网的链路切换示意图。

如图4所示，SDN网络包含SDN控制器及4个SDN交换机，分别为SW1、SW2、SW3和SW4。SW1与主机PC1连接；SW4与主机PC2连接。

在SDN控制器向SW1发送的主备流表项中，指定第一链路(SW1->SW2->SW4->PC2)为SW1到达目的设备(PC2)的主用链路以及第二链路(SW1->SW3->SW4->PC2)为SW2到达目的设备(PC2)的备用链路。

SW1监听SW1与SW2之间以及SW2与SW4之间的检测报文传递状态。当SW1与SW2之间以及SW2与SW4之间的检测报文传递都正常时，SW1判定第一链路正常；当SW1与SW2之间的检测报文传递不正常，或SW2与SW4之间的检测报文传递不正常时，SW1判定第一链路故障。

当第一链路正常时，SW1通过第一链路(SW1->SW2->SW4->PC2)将PC1的流量转发到目的设备(PC2)。当第一链路故障时，SW1快速将PC1的流量由链路SW1->SW2->SW4->PC2切换到链路SW1->SW3->SW4->PC2。比如：如果SW2与SW4之间的链路出现故障，SW1通过链路监听可以自行检测到该链路故障，并且通过修改本地保存的主备流表项，快速将PC1的流量由链路SW1->SW2->SW4->PC2切换到链路SW1->SW3->SW4->PC2，而无需再等待由SDN控制器下发流表，从而保证了数据流量的连续性，并降低了丢包率。

基于上述详细分析，本发明实施方式还提出了一种SDN中的链路切换装置。

图5为根据本发明一实施方式的应用于SDN交换机的链路切换装置结构图。该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，该装置包括：

流表项接收模块501，用于接收SDN控制器发送的主备流表项，在主备流表项中指定第一链路为到达目的设备的主用链路以及第二链路为到达目的设备的备用链路；

链路切换模块502，用于检测第一链路的链路状态，其中当检测到第一链路正常时，利用第一链路转发报文到目的设备；当检测到第一链路故障时，利用第二链路转发报文到目的设备。

在一个实施方式中，链路切换模块502，用于监听第一链路上任意相邻SDN交换机之间的检测报文传递状态；或监听第一链路上该SDN交换机与连接到目的设备的SDN交换机之间的检测报文传递状态。

在一个实施方式中，该装置500还包括：

端口标识发送模块503，用于向SDN控制器发送对应于第一链路的第一端口标识和对应于第二链路的第二端口标识，以由控制器基于第一端口标识和第二端口标识生成主备流表项。

在一个实施方式中，主备流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于第一链路的第一端口和对应于第二链路的第二端口为出端口，其中第一端口的状态为正常，第二端口的状态为备用。

在一个实施方式中，主备流表项包括主用流表项和备用流表项，其中主用流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于第一链路的第一端口为出端口；备用流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于所述第二链路的第二端口为出端口；其中第一端口的优先级大于第二端口的优先级。

基于上述详细分析，本发明实施方式还提出了一种SDN中的链路切换装置。

图6为根据本发明一实施方式的应用于SDN控制器的链路切换装置结构图。该SDN包括SDN控制器和SDN交换机，SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，装置600应用于SDN控制器，包括：

主备流表项生成模块601，用于生成主备流表项，在主备流表项中指定第一链路为到达目的设备的主用链路以及第二链路为到达目的设备的备用链路；

流表下发模块602，用于向SDN交换机下发主备流表项，以当SDN交换机检测到第一链路正常时，利用第一链路转发报文到目的设备，而且当SDN交换机检测到第一链路故障时，利用第二链路转发报文到目的设备。

在一个实施方式中，还包括：端口标识接收模块603，用于接收SDN交换机发送的对应于第一链路的第一端口标识和对应于第二链路的第二端口标识；

主备流表项生成模块601，用于基于所述第一端口标识和第二端口标识生成主备流表项。

应用本发明实施方式之后，当链路出现故障时，无需等待SDN控制器下发流表，SDN交换机可以快速切换到备用链路，从而减少了数据流量的中断，并由此降低了丢包率。

另外，不同于现有技术中在链路出现故障时，才由故障链路两端的SDN交换机向SDN控制器上报故障消息，本发明实施方式由SDN交换机主动检测第一链路的链路状态，因此SDN交换机可以及时获知链路状态。

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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种软件定义网络SDN中的链路切换方法，其特征在于，所述方法应用于SDN交换机，该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，该方法包括：

接收SDN控制器发送的主备流表项，在所述主备流表项中指定所述第一链路为到达所述目的设备的主用链路以及所述第二链路为到达所述目的设备的备用链路；

检测所述第一链路的链路状态，其中当检测到所述第一链路正常时，利用所述第一链路转发报文到所述目的设备；当检测到所述第一链路故障时，利用所述第二链路转发报文到所述目的设备。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括：

向SDN控制器发送对应于第一链路的第一端口标识和对应于第二链路的第二端口标识，以由SDN控制器基于所述第一端口标识和第二端口标识生成所述主备流表项。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述主备流表项的匹配项包括所述目的设备的地址，动作包括指定对应于所述第一链路的第一端口和对应于所述第二链路的第二端口为出端口，其中所述第一端口的状态为正常，第二端口的状态为备用。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述主备流表项包括主用流表项和备用流表项，其中主用流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于所述第一链路的第一端口为出端口；备用流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于所述第二链路的第二端口为出端口；其中所述第一端口的优先级大于所述第二端口的优先级。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述检测所述第一链路的链路状态包括：

监听所述第一链路上任意相邻SDN交换机之间的检测报文传递状态；或

监听所述第一链路上该SDN交换机与连接到所述目的设备的SDN交换机之间的检测报文传递状态。

6.一种软件定义网络SDN中的链路切换装置，其特征在于，所述装置应用于SDN交换机，该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，该装置包括：

流表项接收模块，用于接收SDN控制器发送的主备流表项，在所述主备流表项中指定所述第一链路为到达所述目的设备的主用链路以及所述第二链路为到达所述目的设备的备用链路；

链路切换模块，用于检测所述第一链路的链路状态，其中当检测到所述第一链路正常时，利用所述第一链路转发报文到所述目的设备；当检测到所述第一链路故障时，利用所述第二链路转发报文到所述目的设备。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

端口标识发送模块，用于向SDN控制器发送对应于第一链路的第一端口标识和对应于第二链路的第二端口标识，以由控制器基于所述第一端口标识和第二端口标识生成所述主备流表项。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述主备流表项的匹配项包括所述目的设备的地址，动作包括指定对应于所述第一链路的第一端口和对应于所述第二链路的第二端口为出端口，其中所述第一端口的状态为正常，第二端口的状态为备用。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述主备流表项包括主用流表项和备用流表项，其中主用流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于所述第一链路的第一端口为出端口；备用流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于所述第二链路的第二端口为出端口；其中所述第一端口的优先级大于所述第二端口的优先级。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

链路切换模块，用于监听所述第一链路上任意相邻SDN交换机之间的检测报文传递状态；或监听所述第一链路上该SDN交换机与连接到所述目的设备的SDN交换机之间的检测报文传递状态。

11.一种软件定义网络SDN中的链路切换方法，其特征在于，所述SDN包括SDN控制器和SDN交换机，该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，所述方法应用于SDN控制器，包括：

生成主备流表项，其中在所述主备流表项中指定所述第一链路为到达所述目的设备的主用链路以及所述第二链路为到达所述目的设备的备用链路；

向所述SDN交换机下发所述主备流表项，以当所述SDN交换机检测到所述第一链路正常时，利用所述第一链路转发报文到所述目的设备，而且当所述SDN交换机检测到所述第一链路故障时，利用所述第二链路转发报文到所述目的设备。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

接收SDN交换机发送的对应于第一链路的第一端口标识和对应于第二链路的第二端口标识；

基于所述第一端口标识和第二端口标识生成所述主备流表项。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：

通过网络拓扑发现生成所述SDN的物理拓扑图；

根据所述物理拓扑图确定对应于第一链路的第一端口标识和对应于第二链路的第二端口标识，基于所述第一端口标识和第二端口标识生成所述主备流表项。

14.根据权利要求11的方法，其特征在于，所述主备流表项的匹配项包括所述目的设备的地址，动作包括指定对应于所述第一链路的第一端口和对应于所述第二链路的第二端口为出端口，其中所述第一端口的状态为正常，第二端口的状态为备用。

15.根据权利要求11的方法，其特征在于，所述主备流表项包括主用流表项和备用流表项，其中主用流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于所述第一链路的第一端口为出端口；备用流表项的匹配项包括目的设备的地址，动作包括指定对应于所述第二链路的第二端口为出端口；其中所述第一端口的优先级大于所述第二端口的优先级。

16.一种软件定义网络SDN中的链路切换装置，其特征在于，所述SDN包括SDN控制器和SDN交换机，该SDN交换机具有到达同一目的设备的第一链路和第二链路，所述装置应用于SDN控制器，包括：

主备流表项生成模块，用于生成主备流表项，在所述主备流表项中指定所述第一链路为到达所述目的设备的主用链路以及所述第二链路为到达所述目的设备的备用链路；

流表下发模块，用于向所述SDN交换机下发所述主备流表项，以当所述SDN交换机检测到所述第一链路正常时，利用所述第一链路转发报文到所述目的设备，而且当所述SDN交换机检测到所述第一链路故障时，利用所述第二链路转发报文到所述目的设备。

17.根据权利要求16的装置，其特征在于，还包括：端口标识接收模块，用于接收SDN交换机发送的对应于第一链路的第一端口标识和对应于第二链路的第二端口标识；

主备流表项生成模块，用于基于所述第一端口标识和第二端口标识生成所述主备流表项。