CN104301812A - 一种光网络系统和网络功能虚拟化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为了解决数据被映射到光网络时很难被处理的问题,基于NFV特性节点架构提出了一种实现网络功能虚拟化的方法和相对应的光网络系统。系统包括资源层、物理网络控制层、虚拟网络控制层和云层。本发明所述网络功能虚拟化方法,包括云层向虚拟网络控制层提出虚拟网络建立请求、虚拟网络控制层选择虚拟网络节点的地理位置和光通道上的源宿节点、物理网络控制层依据当前的节点链路资源情况进行路由选择和波长分配构造虚拟网络节点、虚拟网络控制层通过OpenFlow协议和每个所述虚拟网络节点成功建立连接。本发明由于采取新的光网络架构,可以对传统OTN设备下的光网络中数据进行处理,很好地实现网络虚拟化功能。
Description
技术领域
本发明是一种实现传统光网络设备网络功能虚拟化的系统方法,尤其涉及到光网络中网络功能虚拟化架构下的节点结构,以及软件定义光网络技术。
背景技术
随着网络资源获取的持续开放和网络应用的兴起,需要有各种功能的网络硬件设备用作通信基础设施。网络提供商需要用新的设备来替换旧的设备来给新型的网络应用提供支持,这样会带来巨大的能源和资金的投入。网络功能虚拟化(NFV)技术旨在通过集成各种网络设备到工业标准的元件来解决这些问题。
实现NFV的主要壁垒是支持网络功能虚拟化的网络带宽和周边工业标准元件的个数。拿一个只支持2个GbE端口的服务器来举例,它不可能支持48端口的标准L2/L3交换机的虚拟化。要解决此问题,提供充分网络带宽资源的光网络设备被看作是潜在物理网络拓扑来提供网络功能的虚拟化(Y.Yan et al.,FPGA-based Optical Network Function ProgrammableNode,Proc.OFC,W1C.1,San Francisco)。然而,电路交换机制和光网络设备的透明特性不能灵活地支持分组交换的功能,因为数据的获取和处理是保持在模拟信号的形式,所以传统的光网络节点通常只能静态配置且不能提供内容识别。例如SDH的同步传送模块和OTN的光数据单元很难进行数据的识别和处理。
此外,光节点计算资源的缺乏导致网络功能虚拟化难于实现。对于控制层,传统的控制平面有以下弊端:有限CPU和内存的嵌入式系统,只能够处理拨动光开关或者选择交换机波长频带等直接指令。
图1介绍了在现有NFV技术下,建好的NFV光节点之间在光网络中连接的基本原理图,作为例子,表示在光通道连接的光网络中承载分组时构建由Gbe链路连接的路由器网络。支持NFV技术的光网络节点包括传统的光网络设备、OpenFlow交换机和标准的服务器。在整个光网络中,光网络节点只是其中的一部分。光网络节点的资源经过虚拟化形成虚拟网络节点。需要一个可行的光网络系统架构来支撑新的光网络节点实现NFV功能。
发明内容
为了解决数据被映射到光网络时很难被处理的问题,本发明基于NFV特性节点架构提出了一种实现网络功能虚拟化的方法和相对应的光网络系统。
本发明所述光网络系统,是支持NFV光网络节点的光网络系统架构,包括以下部分:资源层、物理网络(PN)控制层、虚拟网络(VN)控制层和云层。
所述资源层包括网络硬件设施1,例如支持NFV的光节点11,用具有光扩展的OpenFlow协议(OFP)来抽象节点资源。每个光节点配置有OpenFlow代理(OFA)12,对特定供应商的接口进行翻译,然后上报OFP。
所述物理网络控制层包含至少一个物理网络控制器2。
所述物理网络控制器2的功能是光路的建立/释放、虚拟网络节点的构建,内部包含交互引擎、分布式路由计算模块(例如PCE+)、流量工程数据库(TED)等。每个所述物理网络控制器2还包含一个轻量级数据交换格式应用程序编程接口21,用作获取所述物理网络的拓扑信息和所述虚拟网络节点的信息。
所述虚拟网络控制层包含至少一个虚拟网络控制器3。所述虚拟网络控制器3实现OpenFlow协议,对所述虚拟网络节点进行控制。它还提供表述性状态转移(REST)应用程序编程接口31,用于响应应用需求。所述虚拟网络控制器的核心为一改进的NOX。
所述云层包含适配虚拟网络控制器3的表述性状态转移(REST)应用程序编程接口31,适配物理网络控制器2的轻量级数据交换格式应用程序编程接口21,所述云层包含应用(应用1,应用2,应用3,……)模块,还为操作者提供图形界面(GUI)。
本发明所述网络功能虚拟化方法,包括以下步骤。
通过GUI或者应用主动触发,云层向一虚拟网络控制层提出虚拟网络建立请求;
所述虚拟网络控制层选择虚拟网络节点的地理位置和光通道上的源宿节点,生成路径建立请求消息和资源分配请求消息,发送给一物理网络控制层;
所述物理网络控制层依据当前的节点链路资源情况进行路由选择和波长分配,构造至少一个虚拟网络节点,当所有所述虚拟网络节点和光通道被成功建立后,所述物理网络控制层向所述云层返回确认,过程是通过OpenFlow协议把硬件节点的当前状况发送给所述虚拟网络控制层,再传到所述云层;
所述虚拟网络控制层通过OpenFlow协议和每个所述虚拟网络节点成功建立连接,所述虚拟网络控制层控制整个虚拟网络。
优选地,所述物理网络控制层依据当前的节点链路资源情况进行路由选择和波长分配的过程包括以下步骤:发送Flow_mod消息和vRouter_Mod消息到相应的OpenFlow代理,vRouter_Mod消息是基于OpenFlow协议定义的消息格式;返回路径建立信息到虚拟网络控制层。
与现有光网络设备节点中数据难以处理相比,由于采取新的光网络架构,并且在整个架构下光网络节点结构的变化以匹配新的架构,从而可以对传统OTN设备下的光网络中数字包的数据进行预处理,基于此节点结构提出的方法并且搭建的系统,可以很好实现网络虚拟化功能。
附图说明
图1是可行的NFV光网络原理图
图2是支持NFV的光网络系统架构图
图3是网络功能虚拟化方法流程图
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的实施方式作进一步的详细描述。
图2表示支持NFV光网络节点的光网络系统架构。分为四层,包括资源层、物理网络(PN)控制层、虚拟网络(VN)控制层和云层。图2中所述改进的NOX是对标准的进行扩展后的NOX,它是控制器的核心。随着不断获取资源的表示方式,客户端应用不断地在转变着其状态,称为表述性状态转移(REST,Representational State Transfer);OFA即OpenFlow代理;eNOX是性能提高的NOX。
所述资源层包括所有的网络硬件设施1。支持NFV的光节点11被放置在此层。用具有光扩展的OpenFlow协议(OFP)来抽象节点资源。每个光节点配置有OpenFlow代理(OFA)12,它能对特定供应商的接口进行翻译,然后上报OFP。图2资源层装置(包括所述光节点11和所述OFA 12)连接节点控制器13,图中仅表示出一个硬件节点的功能结构,在所述节点控制器13中具体包括一OpenFlow网关14和虚拟路由模块15。所述OpenFlow网关14是所述OFA12与节点控制器之间的接口,所述虚拟路由模块15包含对光节点11资源进行交换控制从而构建虚拟网络节点的路由信息。作为一个而物理网络的例子,图2中所表示的五个网络节点,每个点都包含所述节点控制器13,OpenFlow网关14、虚拟路由模块15。在所述节点控制器13中进一步集成数据处理模块DPF(Data processing fabric),在用户接口(例如图1所示的Gbe上下路端口)和映射模块之间进行用户数据的匹配和转发。所述映射模块,包含光网络设备中的OTU,或其他能够汇聚客户端信号并将信号输送至光节点交叉核心的接口处理装置。实现OFA所需要的流表功能、识别数据帧的特性、进行制定ODU帧的转发。在传统光网络节点结构的基础上通过添加控制和数据功能能够实现本发明的装置。
所述物理网络控制层由许多物理网络控制器2组成。所述物理网络控制器2的职责是光路的建立/释放、虚拟网络节点的构建。内部包含交互引擎、分布式路由计算(例如PCE+)、流量工程数据库(TED)等。每一个所述物理网络控制器2提供一个轻量级数据交换格式应用程序编程接口21。所述轻量级数据交换格式应用程序编程接口21被虚拟网络控制层用作获取物理网络拓扑信息和所需的虚拟网络节点信息。所述轻量级数据交换格式使用JSON(JavaScript Object Notation),JSON非常适合于服务器与JavaScript的交互,同XML或HTML片段相比,JSON提供了更好的简单性和灵活性,所以和图中的网络管理平台进行交互,用JSON会很方便。
所述虚拟网络控制层包含虚拟网络控制器3。所述虚拟网络控制器3实现OpenFlow协议,对所述虚拟网络节点进行控制。它还提供REST应用程序编程接口(REST API)响应应用需求。所述虚拟网络控制器的核心为一改进的NOX。
所述云层包含适配虚拟网络控制器的REST API和物理网络的JSON API,所述云层包含应用(应用1,应用2,应用3,……)模块,所述云层为操作者提供图形界面。
网络的层级分配需要一个详细的流程,依托物理层确定一个虚拟网络,从而实现网络功能虚拟化的目标。图3是本发明所述网络功能虚拟化方法,包括以下步骤。
101、通过GUI或者应用主动触发,云层向虚拟网络控制层提出虚拟网络建立请求;
102、所述虚拟网络控制层选择虚拟网络节点的地理位置和光通道上的源宿节点;
103、所述虚拟网络控制层生成路径建立请求消息和资源分配请求消息。这个消息生成的过程是在一改进的NOX中,发送给物理网络控制层;
104、所述物理网络控制层依据当前的节点链路资源情况进行路由选择和波长分配;所述节点链路资源情况的数据,其生成、存储、调用过程涉及所述物理网络控制层中的eNOX,其主要用来分析当前链路的资源;
105、当所有的虚拟网络节点和光通道被成功建立,向云层返回确认。返回确认的过程是直接通过OpenFlow协议把硬件节点的当前状况发送给虚拟控制层NOX,再传到云层;
106、所述虚拟网络控制层通过OpenFlow协议和每个所述虚拟网络节点成功建立连接,所述虚拟网络控制层控制整个虚拟网络。
优选地,所述物理网络控制层依据当前的节点链路资源情况进行路由选择和波长分配的过程包括以下步骤:发送Flow_mod消息和vRouter_Mod消息到相应的OpenFlow代理(OFA),vRouter_Mod消息是基于OpenFlow协议新定义的消息格式;返回路径建立信息到虚拟网络控制器。
Claims (6)
1.一种光网络系统,包括资源层、物理网络控制层、虚拟网络控制层和云层,其特征在于,
所述资源层包括网络硬件设施,所述网络硬件设施包括支持网络功能虚拟化的光节点,为每个光节点配置有OpenFlow代理,能对特定供应商的接口进行翻译,然后上报;
所述物理网络控制层包含至少一个物理网络控制器;
所述物理网络控制器的功能是光路的建立/释放、虚拟网络节点的构建;
所述物理网络控制器还包含一个轻量级数据交换格式应用程序编程接口,用作获取所述物理网络的拓扑信息和所述虚拟网络节点的信息;
所述虚拟网络控制层包含至少一个虚拟网络控制器;
所述虚拟网络控制器实现OpenFlow协议,对所述虚拟网络节点进行控制;还提供表述性状态转移应用程序编程接口,用于响应应用需求;
所述云层包含适配虚拟网络控制器的表述性状态转移应用程序编程接口,适配物理网络控制器的轻量级数据交换格式应用程序编程接口;所述云层包含应用模块;所述云层为操作者提供图形界面。
2.如权利要求1所述光网络系统,其特征在于,
所述物理网络控制器内部包含交互引擎、分布式路由计算模块、流量工程数据库。
3.如权利要求1所述光网络系统,其特征在于,
所述轻量级数据交换格式使用JSON。
4.如权利要求1~3所述光网络系统,其特征在于,
所述光节点和OpenFlow代理连接节点控制器,在所述节点控制器中包括一OpenFlow网关和虚拟路由模块;
在所述节点控制器中集成数据处理模块,在用户接口和映射模块之间进行用户数据的匹配和转发,实现OFA所需要的流表功能、识别数据帧的特性、进行制定ODU帧的转发;
所述映射模块,包含光网络设备中的OTU,或其他能够汇聚客户端信号并将信号输送至光节点交叉核心的装置。
5.一种网络功能虚拟化方法,用于权利要求1~4所述光网络系统,其特征在于,包括以下步骤:
通过图形界面或者应用主动触发,云层向一虚拟网络控制层提出虚拟网络建立请求;
所述虚拟网络控制层选择虚拟网络节点的地理位置和光通道上的源宿节点,生成路径建立请求消息和资源分配请求消息,发送给一物理网络控制层;
所述物理网络控制层依据当前的节点链路资源情况进行路由选择和波长分配,构造至少一个虚拟网络节点,当所有所述虚拟网络节点和光通道被成功建立后,所述物理网络控制层向所述云层返回确认,过程是通过OpenFlow协议把硬件节点的当前状况发送给所述虚拟网络控制层,再传到所述云层;
所述虚拟网络控制层通过OpenFlow协议和每个所述虚拟网络节点成功建立连接,所述虚拟网络控制层控制整个虚拟网络。
6.如权利要求5所述网络功能虚拟化方法,其特征在于,
所述物理网络控制层依据当前的节点链路资源情况进行路由选择和波长分配的过程包括以下步骤:
发送Flow_mod消息和vRouter_Mod消息到相应的OpenFlow代理,vRouter_Mod消息是基于OpenFlow协议定义的消息格式;
返回路径建立信息到虚拟网络控制层。
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