CN104348750A - OpenFlow网络中QoS的实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种OpenFlow网络中QoS的实现方法及装置，其中，上述方法包括：对进入OpenFlow交换机的报文，在流表匹配成功时，执行用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中指定队列的指令；在所述指令的触发下，通过所述调度器进行队列调度管理。采用本发明提供的上述技术手段，解决了相关技术中，OpenFlow交换机无法实现层次化QoS等技术问题，从而使得OpenFlow交换机既能实现单层QoS，又能实现层次化QoS。

Description

OpenFlow网络中QoS的实现方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是涉及一种开放流（OpenFlow）网络中服务质量（Quality ofService，简称为QoS）的实现方法及装置。

背景技术

在当今的数据通信网络中，不管是局域网、城域网还是广域网，QoS功能都是一种重要且常用的网络功能。网络的QoS功能是指网络针对各种业务应用的不同需求，为其提供不同的服务质量保证，如带宽、丢包率、延迟和延迟抖动等，以实现同时承载数据、语音和视频等多种业务的综合网络。图1是网络设备实现QoS功能的业务流量处理流程示例图，如图1所示，网络的QoS功能主要包括以下四类：一、流分类和流标记功能。流是一组具有相同特性的数据报文，流分类就是按照一定的流划分规则（例如基于端口或基于报文的某些字段值）对进入网络的业务流量进行分类。流标记就是给流分类后的业务报文设置网络内的服务等级和优先级标记，以实现不同业务流的QoS区分；二、流量测量、着色和监管功能。该功能就是在完成流分类和流标记之后，对业务流进行速率测量（Metering），同时根据流量的到达速率、配置的保证通过速率（Committed Information Rate，简称为CIR）和最大允许速率（PeakInformation Rate，简称为PIR）给进入的报文进行着色和速率限制。具体来说，报文着色和速率限制通常会采用互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force，简称为IETF）的标准RFC2698所规定的双速率三色标记（Two rate Three Color Marker，简称为TrTCM）算法，该算法把不超过CIR的报文标记为绿色，把超过CIR而不超过PIR的报文标记为黄色，把超过PIR的报文标记为红色，再通过丢弃红色报文实现业务流的速率限制。三、队列拥塞管理和调度功能。经过流量测量、着色和监管的业务流量会进入不同等级的缓存队列，这个过程被称为排队（Queuing）。队列拥塞管理就是监控队列缓存，通过尾丢弃（Tail Drop，简称为TD）、随机早期探测（Random Early Detection，简称为RED）或加权随机早期探测（Weighted RandomEarly Detection，简称为WRED）等报文丢弃方式（也被称为拥塞策略）来预见并避免拥塞的发生。队列调度（Scheduling）就是从代表不同业务等级的缓存队列中选择报文并把这些报文以特定的顺序放入输出队列中，即针对不同队列所缓存报文的出队顺序进行调度，以最大程度避免拥塞和满足高优先级业务流量的出队，常用的队列调度算法包括严格优先级队列（StrictPriority Queue，简称为SPQ）调度算法、加权公平队列（Weighted Fair Queue，简称为WFQ）调度算法和差额加权轮询（Deficit Weighted Round Robin，简称为DWRR）调度算法等。四、流量整形和优先级重写功能。经过队列调度后的流量一般会通过漏桶机制实现流量整形，流量整形与流量监管一样完成流量速率限制的功能，二者的区别在于流量整形不会像流量监管一样对于超出限制速率的流量直接丢弃，而是会先把这些流量缓存起来，并在合适的时候再将缓存的报文发送出去。这使得流量能保持一个比较均匀的速率，有助于降低下游网络节点由于突发流量导致丢包的概率。在业务流量从出端口发送出去之前，除了完成流量整形，还可以对报文的优先级进行重写，以影响下游网络节点的QoS处理。

网络的QoS功能既可以用于实现单层QoS，也可以用于实现层次化QoS（Hierarchical QoS，简称为HQoS）。单层QoS只能基于端口进行业务带宽控制和队列调度，无法实现同时对不同用户及不同用户中不同服务等级业务进行流量管理，而层次化QoS则可以实现。图2是层次化QoS分层流量管理模型示例图，如图2所示，该示例中层次化QoS实现了端口级、用户组级、用户级和业务级的四级流量管理。层次化QoS通过分层实现带宽控制和队列调度等QoS功能，可以在复杂的组网和分层的业务模型中，对每一层的带宽分配进行精细控制，达到保证端到端业务QoS的目的。图3是单层QoS和层次化QoS调度机制对比示例图，如图3所示，单层QoS调度指的是整个QoS处理过程只使用一个调度器（Scheduler），只能完成一层QoS调度，层次化QoS调度指的是整个QoS处理过程使用多个调度器（图3中层次化QoS使用了三个调度器），可以完成多层QoS调度（图3中层次化QoS完成了两层调度）。基于上述层次化QoS具备相对于单层QoS的明显技术优势，在国际标准组织宽带论坛（Broadband Forum，简称为BBF）于2011年7月发布的TR-101（第二版）标准中，明确提出了要求网络设备支持层次化QoS的能力，而且目前已经有越来越多的商用网络设备能够支持层次化QoS的能力。

随着软件定义网络（Software Defined Network，简称为SDN）概念的提出及其应用的发展，作为SDN核心技术的OpenFlow技术正处于快速发展阶段，目前利用OpenFlow技术建设的OpenFlow网络已经越来越多地应用于实际的生产生活中。OpenFlow网络采用控制平面与转发平面（也称为数据平面）分离的架构，图4是OpenFlow网络组件架构示意图。如图4所示，OpenFlow网络的控制平面由OpenFlow控制器来实现，OpenFlow控制器是一种具备强大计算能力的设备，具体的设备形态可以是个人电脑、服务器或服务器集群等，OpenFlow网络的转发平面由OpenFlow交换机来实现，OpenFlow交换机是一种具备强大交换能力的设备，具体的设备形态是配备多个网络端口、基于流表（Flow Table）进行报文处理与转发的网络设备，OpenFlow控制器与OpenFlow交换机之间的OpenFlow接口运行OpenFlow协议，该协议由国际标准组织开放网络基金会（Open Networking Foundation，简称为ONF）负责制定和修改。

ONF于2013年4月正式发布的OpenFlow交换机规范1.3.2版本，规定了OpenFlow协议流程以及OpenFlow交换机内部的报文处理流程，其中就包括了OpenFlow协议和OpenFlow交换机实现QoS功能的方法。图5是OpenFlow交换机实现QoS功能的报文处理流程示意图，如图5所示，从入端口进入OpenFlow交换机的报文首先会进行流表匹配，流表是由OpenFlow控制器通过OpenFlow协议下发到OpenFlow交换机的。图6是OpenFlow流表的格式图，如图6所示，流表中可以包含多个流表条目（Flow Table Entry），每个流表条目中的“匹配字段”都可以是报文头中的任意字段（例如地址字段、用户标识字段、服务优先级字段等）。接下来，对于流表匹配成功的报文会执行相应流表条目中的指令（Instruction）。有一条指令“Metermeter_id”可用于调用相应的测量器（Meter），测量器可以完成流量测量、着色和监管功能，所有测量器都配置在测量器表（Meter Table）中，测量器表是由OpenFlow控制器通过OpenFlow协议下发到OpenFlow交换机的。图7是OpenFlow测量器表的格式图，如图7所示，测量器表中可以包含多个测量器，每个测量器中的“测量器带宽配置”用于配置该测量器的CIR/PIR和着色规则。OpenFlow交换机的报文处理流程可以包含多级流表，其中每一级流表都可以对测量器进行调用；另一条指令“Write-Actions action”可用于往动作集合（Action Set）中添加新的动作（Action），有一个动作“Set-Queue queue_id”可用于把报文加入相应的队列，每个队列可以完成流量测量、着色和监管功能，多个队列之间还可以完成队列调度功能，队列的配置参数是由OpenFlow控制器通过OF-Config协议（不同于OpenFlow协议的一种专用配置协议）下发到OpenFlow交换机的。作为动作集合中的一个动作，设置队列（Set-Queue）动作实现的排队和队列调度等功能都是在OpenFlow交换机报文处理流程的最后执行的。

综上所述，根据目前OpenFlow交换机规范的规定，QoS功能中的流量测量、着色和监管功能都可以在OpenFlow交换机报文处理流程的中间作为指令执行，但排队和队列调度功能都只能在OpenFlow交换机报文处理流程的最后作为动作执行，这就使得OpenFlow交换机只能实现基于端口的单层队列调度，而无法实现层次化QoS所要求的多层队列调度。

针对上述OpenFlow交换机无法实现层次化QoS的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中，OpenFlow交换机无法实现层次化QoS等技术问题，本发明提供了一种OpenFlow网络中QoS的实现方法及装置，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种OpenFlow网络中QoS的实现方法，包括：对进入OpenFlow交换机的报文，在流表匹配成功时，执行用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中指定队列的指令；在所述指令的触发下，通过所述调度器进行队列调度管理。

优选地，执行用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中指定队列的指令，包括：执行所述报文匹配的流表条目中的所述指令。

优选地，执行用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中指定队列的指令，包括：根据所述指令中携带的调度器标识调用调度器列表中与所述调度器标识对应的指定调度器；根据所述指令中携带的队列标识将所述报文加入到所述指定调度器中与所述队列标识对应的队列。

优选地，所述调度器中还包括：下一层调度器标识，其中，该下一层调度器标识用于所述调度器中的队列调用下一层调度器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种OpenFlow网络中QoS的实现方法，包括：在OpenFlow控制器发往OpenFlow交换机的第一消息中添加管理信息，其中，所述管理信息用于对指定指令进行以下至少之一管理：增加、修改、删除，所述指定指令用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中的指定队列；向所述OpenFlow交换机发送所述第一消息。

优选地，所述第一消息包括：流表配置消息。

优选地，上述方法还包括：所述OpenFlow控制器向所述OpenFlow交换机发送以下至少之一消息：对所述调度器所属调度器列表的配置消息和读取消息，其中，所述配置消息用于对所述调度器表及所述调度器表中的条目进行以下至少之一管理：增加、修改、删除；所述读取消息用于读取所述调度器表和所述条目。

优选地，上述方法还包括：在所述OpenFlow交换机发往OpenFlow控制器的第二消息中添加调度器表错误上报信息，其中，所述调度器表错误上报信息用于在根据所述配置消息对所述调度器表进行配置发生异常时和根据所述读取消息对所述调度器表进行读取发生异常时向所述OpenFlow控制器上报。

根据本发明的又一个方面，提供了一种OpenFlow网络中QoS的实现装置，包括：执行模块，用于对进入OpenFlow交换机的报文，在流表匹配成功时，执行用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中指定队列的指令；管理模块，用于在所述指令的触发下，通过所述调度器进行队列调度管理。

优选地，所述执行模块，用于执行所述报文匹配的流表条目中的所述指令。

优选地，所述执行模块，还用于在所述调度器中包括以下内容时执行所述指令：下一层调度器标识，其中，该下一层调度器标识用于所述调度器中的队列调用下一层调度器。

根据本发明的再一个方面，提供了一种OpenFlow网络中QoS的实现装置，包括：第一添加模块，用于在OpenFlow控制器发往OpenFlow交换机的第一消息中添加管理信息，其中，所述管理信息用于对指定指令进行以下至少之一管理：增加、修改、删除，所述指定指令用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中的指定队列；发送模块，用于向所述OpenFlow交换机发送所述第一消息。

优选地，上述装置还包括：第二添加模块，用于在所述OpenFlow交换机发往OpenFlow控制器的第二消息中添加调度器表错误上报信息，其中，所述调度器表错误上报信息用于在根据所述配置消息对所述调度器表进行配置发生异常时和根据所述读取消息对所述调度器表进行读取发生异常时向所述OpenFlow控制器上报。

通过本发明，对流表匹配成功的报文执行用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中指定队列的指令的技术手段，解决了相关技术中，OpenFlow交换机无法实现层次化QoS等技术问题，从而使得OpenFlow交换机既能实现单层QoS，又能实现层次化QoS。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据相关技术的网络设备实现QoS功能的业务流量处理流程示例图；

图2为根据相关技术的层次化QoS分层流量管理模型示例图；

图3为根据相关技术的单层QoS和层次化QoS调度机制对比示例图；

图4为根据相关技术的OpenFlow网络组件架构示意图；

图5为根据相关技术的OpenFlow交换机实现QoS功能的报文处理流程示意图；

图6为根据相关技术的OpenFlow流表的格式图；

图7为根据相关技术的OpenFlow测量器表的格式图；

图8为根据本发明实施例1的OpenFlow网络中QoS的实现方法的流程图；

图9为根据本发明实施例1的OpenFlow网络中QoS的实现装置的结构框图；

图10为根据本发明实施例1的OpenFlow网络中QoS的实现方法的另一流程图；

图11为根据本发明实施例1的OpenFlow网络中QoS的实现装置的另一结构框图；

图12为根据图11所示装置的一个优选实施例的结构框图；

图13为本发明实施例2提供的OpenFlow交换机实现QoS功能的报文处理原理示意图；

图14为本发明实施例2提供的OpenFlow调度器表的格式图；

图15为根据本发明实施例2的OpenFlow网络中实现QoS的原理示意图；

图16为根据本发明实施例3的OpenFlow交换机中的流表内容示意图；

图17为根据本发明实施例3的OpenFlow交换机中的测量器表内容示意图；

图18为根据本发明实施例3的OpenFlow交换机中的调度器表内容示意图；

图19为根据本发明实施例4的OpenFlow交换机中的流表内容示意图；

图20为根据本发明实施例4的OpenFlow交换机中的测量器表内容示意图；

图21为根据本发明实施例4的OpenFlow交换机中的调度器表内容示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

首先，从OpenFlow交换机侧进行说明。图8为根据本发明实施例1的OpenFlow网络中QoS的实现方法的流程图。如图8所示，该方法包括：

步骤S802，对进入OpenFlow交换机的报文，在流表匹配成功时，执行用于调用调度器和将上述报文加入上述调度器中指定队列的指令。

在相关技术中，在流表匹配成功时，虽然也可以执行相应的指令，但是，此时执行指令的作用为调用相应的测量器，以完成流量测量、着色和监管功能，并不是执行用于调用调度器和将上述报文加入上述调度器中指定队列的指令，而对于排队和队列调度功能（即调用调度器和将上述报文加入上述调度器中指定队列的功能）则在OpenFlow交换机报文处理流程的最后进行，因此，无法实现层次化QoS。而在该步骤S802中，由于在流表匹配成功时，会直接执行上述排队和队列调度功能，因此可以实现层次化QoS。

步骤S804，在上述指令的触发下，通过上述调度器进行队列调度管理。该步骤中，调度器可以完成队列拥塞管理和队列调度功能；并且，调度器还可以为该调度器中的队列调用测量器，完成流量测量、着色和监管功能。

在本实施例中，上述指令可以携带在OpenFlow控制器下发给OpenFlow交换机的流表条目中，此时，步骤S802可以表现为但不限于以下形式：执行上述报文匹配的流表条目中的上述指令。

在本实施例中，在对调度器进行调用时，可以在调度器列表根据调度器标识进行调用，此时，步骤S802可以表现为但不限于以下形式：根据上述指令中携带的调度器标识调用调度器列表中与上述调度器标识对应的指定调度器；与之相似的，也可以根据上述指令中携带的队列标识将上述报文加入到上述指定调度器中与上述队列标识对应的队列。

基于步骤S802-S804实现层次化QoS的方式有多种，例如可以在调度器中嵌套另一个调度器，此时，步骤S802-S804中的调度器中还包括：下一层调度器标识，其中，该下一层调度器标识用于上述调度器中的队列调用下一层调度器。

在本实施例中还提供了一种OpenFlow网络中QoS的实现装置，用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述，下面对该装置中涉及到的模块进行说明。如以下所使用的，术语“模块”是可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图9为根据本发明实施例1的OpenFlow网络中QoS的实现装置的结构框图。如图9所示，该装置包括：

执行模块90，连接至管理模块92，用于对进入OpenFlow交换机的报文，在流表匹配成功时，执行用于调用调度器和将上述报文加入上述调度器中指定队列的指令；

管理模块92，用于在上述指令的触发下，通过上述调度器进行队列调度管理。

通过上述各个模块实现的功能，同样可以实现层次化QoS。

在本实施例的一个优选实施方式中，上述执行模块90，用于执行上述报文匹配的流表条目中的上述指令

优选地，上述执行模块90，还用于在上述调度器中包括以下内容时执行上述指令：下一层调度器标识，其中，该下一层调度器标识用于上述调度器中的队列调用下一层调度器。

在本实施例中，为了实现层次化QoS，还对OpenFlow控制器侧进行了改进，以下详细说明。

图10为根据本发明实施例1的OpenFlow网络中QoS的实现方法的另一流程图。如图10所示，该方法包括：

步骤S1002，在OpenFlow控制器发往OpenFlow交换机的第一消息中添加管理信息，其中，上述管理信息用于对指定指令进行以下至少之一管理：增加、修改、删除，上述指定指令用于调用调度器和将上述报文加入上述调度器中的指定队列。其中，上述第一消息包括但不限于：流表配置消息。

为了进一步支持对上述处理步骤的支持，在所述OpenFlow控制器向所述OpenFlow交换机的消息中增加以下至少之一消息：对上述调度器所属调度器列表的配置消息和读取消息，其中，上述配置消息用于对上述调度器表及上述调度器表中的条目进行以下至少之一管理：增加、修改、删除；上述读取消息用于读取上述调度器表和上述条目。即OpenFlow控制器需要向OpenFlow交换机发送上述至少之一消息。

步骤S1004，向OpenFlow交换机发送上述第一消息。

为了使OpenFlow控制器及时获知OpenFlow交换机对于调度器的支持状态，在OpenFlow交换机发往OpenFlow控制器的第二消息中添加调度器表错误上报信息，其中，上述调度器表错误上报信息用于在根据上述配置消息对上述调度器表进行配置发生异常时和根据上述读取消息对上述调度器表进行读取发生异常时向上述OpenFlow控制器上报。其中，上述第二消息包括但不限于：错误上报消息，即可以在现有的错误上报消息中增加上述调度器表错误上报信息。

在本实施例中，还提供了一种开放流OpenFlow网络中服务质量QoS的实现装置，如图11所示，该装置包括：

第一添加模块110，连接至发送模块112，用于在OpenFlow控制器发往OpenFlow交换机的第一消息中添加管理信息，其中，上述管理信息用于对指定指令进行以下至少之一管理：增加、修改、删除，上述指定指令用于调用调度器和将上述报文加入上述调度器中的指定队列；

发送模块112，用于向上述OpenFlow交换机发送上述第一消息。

在优选实施例中，如图12所示，还可以包括但不限于以下模块：第二添加模块114，用于在OpenFlow交换机发往OpenFlow控制器的第二消息中添加调度器表错误上报信息，其中，上述调度器表错误上报信息用于在根据上述配置消息对上述调度器表进行配置发生异常时和根据上述读取消息对上述调度器表进行读取发生异常时向上述OpenFlow控制器上报。需要说明的是，该模块可以应用于OpenFlow交换机中。

需要说明的是，本实施例中的“第一”和“第二”等，仅为区分不同特征，并不构成对本实施例的限定（例如执行顺序等）。

为了更好地理解上述实施例1，以下结合实施例1的优选实施例2-4详细说明。

实施例2

本实施例提供了一种OpenFlow网络中实现QoS的方法，用于OpenFlow交换机，如图13所示，OpenFlow交换机主要实现但不限于以下两个流程：

步骤S1302，从入端口进入OpenFlow交换机的报文首先进行流表匹配，对于流表匹配成功的报文，执行相应流表条目中的“排队和调度”（Scheduler Queue scheduler_idqueue_id）指令，该指令使用调度器标识（Scheduler_ID）和队列标识（Queue_ID）作为参数，用于调用相应的调度器并使得报文进入该调度器中的相应队列。

每个调度器都包含一个或多个队列，所有调度器都配置在调度器表（Scheduler Table）中。OpenFlow交换机的报文处理流程可以包含多级流表，其中每一级流表都可以对调度器进行调用。

步骤S1304，在报文完成流表匹配、调用相应的调度器并使得报文进入该调度器中的相应队列后，调度器可以完成队列拥塞管理和队列调度功能，而且，调度器还可以为其中的队列调用测量器，测量器可以完成该队列的流量测量、着色和监管功能。

为了实现层次化QoS，调度器表中的某一个调度器可以为其中的队列调用另一个调度器，且允许调度器的多层嵌套调用。也就是说，被上层调度器调用的调度器还可以继续调用下层调度器，以形成多层队列调度的结构。

图14是OpenFlow调度器表的格式图，如图14所示，调度器表中可以包含多个调度器，每个调度器包含“调度器标识”（Scheduler ID）和“队列标识”（Queue ID）字段，这两个字段是流表指令调用调度器时所使用的标识，用于保证报文进入正确的调度器的正确的队列中；每个调度器也包含“下一层调度器标识”（Next Level Scheduler ID）字段，该字段用于调度器中的队列调用相应的下一层调度器，该字段取值为0时代表不调用任何其它调度器；每个调度器也包含“测量器标识”（Meter ID）字段，该字段用于调度器中的队列调用相应的测量器，该字段取值为0时代表不调用任何测量器；每个调度器还包含“拥塞策略”（CongestionPolicy）、“调度算法”（Scheduling Algorithm）、“队列优先级”（Queue Priority）和“队列权重”（Queue Weight）等队列拥塞管理和队列调度通常需要使用的参数。

本实施例还提供了一种OpenFlow网络中实现QoS的方法，用于OpenFlow控制器和OpenFlow交换机，如图15所示，包括：

步骤S1502，扩展现有OpenFlow协议的协议消息，在OpenFlow控制器发往OpenFlow交换机的“从控制器到交换机”（Controller-to-Switch）类型的流表配置消息中增加对于流表中使用“排队和调度”指令的支持，实现流表中“排队和调度”指令的增加、修改和删除。

扩展现有OpenFlow协议，在OpenFlow控制器发往OpenFlow交换机的“从控制器到交换机”（Controller-to-Switch）类型的消息中增加调度器表配置消息和调度器表读取消息，其中调度器表配置消息实现调度器表及其条目的增加、修改和删除，调度器表读取消息实现调度器表及其条目的读取。

步骤S1504，扩展现有OpenFlow协议的协议消息，在OpenFlow交换机发往OpenFlow控制器的“异步”（Asynchronous）类型的错误上报消息中增加调度器表配置错误的信息和调度器表读取错误的信息，其中调度器表配置错误的信息实现调度器表及其条目在交换机上配置失败时的错误上报，调度器表读取错误的信息实现调度器表及其条目在交换机上读取失败时的错误上报。

实施例3

本实施例中，分配到虚拟局域网（Virtual LAN，简称为VLAN）10的用户A（VLAN_ID=10）有两个服务等级（Class of Service，简称为CoS）的业务流量（分别为CoS=1和CoS=2）经过OpenFlow网络，需要在OpenFlow交换机上完成单层QoS。

结合图13与图15所示，本实施例中，OpenFlow网络中的OpenFlow控制器和OpenFlow交换机要执行如下步骤：

步骤1，OpenFlow控制器与OpenFlow交换机之间运行OpenFlow协议，由OpenFlow控制器向OpenFlow交换机下发流表、测量器表与调度器表。

图16为OpenFlow交换机中的流表内容示意图，如图16所示，OpenFlow交换机中只有一级流表，流表中包含两个流表条目，每个流表条目中的指令字段都包含了“排队和调度”指令。图17为OpenFlow交换机中的测量器表内容示意图，如图17所示，测量器表包含两个测量器，测量器的标识分别为101和201。图18为OpenFlow交换机中的调度器表内容示意图，如图18所示，调度器表包含一个调度器，调度器的标识为1，这一个调度器又包含两个队列，队列的标识分别为1和2。

如果出现OpenFlow控制器向OpenFlow交换机下发的流表、测量器表与调度器表在OpenFlow交换机上配置失败的情况，OpenFlow交换机会向OpenFlow控制器发送相应的配置失败的错误上报消息。

步骤2，从入端口进入OpenFlow交换机的报文首先进行流表匹配，针对匹配（VLAN=10，CoS=1）成功的报文执行“排队和调度”指令（Scheduler Queue11），该指令调用调度器1并使得报文进入调度器1中的队列1；针对匹配（VLAN=10，CoS=2）成功的报文执行“排队和调度”指令（Scheduler Queue12），该指令调用调度器1并使得报文进入调度器1中的队列2。

步骤3，进入调度器1中的队列1的业务流量调用测量器101完成流量的测量、着色和监管，进入调度器1中的队列2的业务流量调用测量器201完成流量的测量、着色和监管，然后，调度器1中队列1和队列2的流量根据调度算法WFQ，按照分别为80%和20%的权重完成队列调度，当队列1和队列2发生拥塞时采用的都是WRED的拥塞策略，队列1的下一层调度器标识为0表示队列1没有调用下一层调度器，同样地，队列2也没有调用下一层调度器。

实施例4

本实施例中，分配到虚拟局域网10的用户A（VLAN_ID=10）有两个服务等级的业务流量（分别为CoS=1和CoS=2）经过OpenFlow网络，分配到虚拟局域网20的用户B（VLAN_ID=20）也有两个服务等级的业务流量（分别为CoS=1和CoS=2）经过OpenFlow网络，需要在OpenFlow交换机上完成层次化QoS，实现各用户中不同服务等级的业务流量之间和不同用户的业务流量之间的两层调度。

结合图13与图15所示，本实施例中，OpenFlow网络中的OpenFlow控制器和OpenFlow交换机要执行如下步骤：

步骤1，OpenFlow控制器与OpenFlow交换机之间运行OpenFlow协议，由OpenFlow控制器向OpenFlow交换机下发流表、测量器表与调度器表。

图19为OpenFlow交换机中的流表内容示意图，如图19所示，OpenFlow交换机中只有一级流表，流表中包含四个流表条目，每个流表条目中的指令字段都包含了“排队和调度”指令。图20为OpenFlow交换机中的测量器表内容示意图，如图20所示，测量器表包含六个测量器，测量器的标识分别为101、201、301、401、501和601。图21为OpenFlow交换机中的调度器表内容示意图，如图21所示，调度器表包含三个调度器，调度器的标识分别为1、2和3，其中调度器1包含两个队列，队列的标识分别为1和2，调度器2也包含两个队列，队列的标识分别为1和2，调度器3也包含两个队列，队列的标识分别为1和2。调度器3中队列1的下一层调度器标识为1，表示队列1调用了调度器1；调度器3中队列2的下一层调度器标识为2，表示队列2调用了调度器2。所以说，调度器1与调度器2都是调度器3的下一层调度器。

如果出现OpenFlow控制器向OpenFlow交换机下发的流表、测量器表与调度器表在OpenFlow交换机上配置失败的情况，OpenFlow交换机会向OpenFlow控制器发送相应的配置失败的错误上报消息。

步骤2，从入端口进入OpenFlow交换机的报文首先进行流表匹配，针对匹配（VLAN=10，CoS=1）成功的报文执行“排队和调度”指令（Scheduler Queue11），该指令调用调度器1并使得报文进入调度器1中的队列1；针对匹配（VLAN=10，CoS=2）成功的报文执行“排队和调度”指令（Scheduler Queue12），该指令调用调度器1并使得报文进入调度器1中的队列2；针对匹配（VLAN=20，CoS=1）成功的报文执行“排队和调度”指令（SchedulerQueue21），该指令调用调度器2并使得报文进入调度器2中的队列1；针对匹配（VLAN=20，CoS=2）成功的报文执行“排队和调度”指令（Scheduler Queue22），该指令调用调度器2并使得报文进入调度器2中的队列2。

步骤3，进入调度器1中的队列1的业务流量调用测量器101完成流量的测量、着色和监管，进入调度器1中的队列2的业务流量调用测量器201完成流量的测量、着色和监管，然后，调度器1中队列1和队列2的流量根据调度算法WFQ，按照分别为55%和45%的权重完成队列调度，当队列1和队列2发生拥塞时采用的都是WRED的拥塞策略，队列1的下一层调度器标识为0表示队列1没有调用下一层调度器，同样地，队列2也没有调用下一层调度器。

进入调度器2中的队列1的业务流量调用测量器301完成流量的测量、着色和监管，进入调度器2中的队列2的业务流量调用测量器401完成流量的测量、着色和监管，然后，调度器2中队列1和队列2的流量根据调度算法WFQ，按照分别为50%和50%的权重完成队列调度，当队列1和队列2发生拥塞时采用的都是WRED的拥塞策略，队列1的下一层调度器标识为0表示队列1没有调用下一层调度器，同样地，队列2也没有调用下一层调度器。

如前上述，调度器1与调度器2都是调度器3的下一层调度器。调度器1完成队列调度后的输出业务流量进入调度器3的队列1，进入调度器3的队列1的业务流量调用测量器501完成流量的测量、着色和监管；调度器2完成队列调度后的输出业务流量进入调度器3的队列2，进入调度器3的队列2的业务流量调用测量器601完成流量的测量、着色和监管。然后，调度器3中队列1和队列2的流量根据调度算法WFQ，按照分别为65%和35%的权重完成队列调度，当队列1和队列2发生拥塞时采用的都是WRED的拥塞策略。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

综上所示，本发明实施例实现了以下有益效果：上述实施例扩展了ONF制定的OpenFlow交换机规范标准规定的QoS功能的实现机制，在报文处理流程中增加了新的报文排队和队列调度方法和步骤，并通过扩展现有OpenFlow协议支持上述新的排队和队列调度方法，克服了现有技术无法实现层次化QoS的缺陷，实现了单层QoS与层次化QoS相统一的OpenFlow交换机处理机制。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (14)

1.一种开放流OpenFlow网络中服务质量QoS的实现方法，其特征在于，包括：

对进入OpenFlow交换机的报文，在流表匹配成功时，执行用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中指定队列的指令；

在所述指令的触发下，通过所述调度器进行队列调度管理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中指定队列的指令，包括：

执行所述报文匹配的流表条目中的所述指令。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中指定队列的指令，包括：

根据所述指令中携带的调度器标识调用调度器列表中与所述调度器标识对应的指定调度器；

根据所述指令中携带的队列标识将所述报文加入到所述指定调度器中与所述队列标识对应的队列。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述调度器中还包括：下一层调度器标识，其中，该下一层调度器标识用于所述调度器中的队列调用下一层调度器。

5.一种开放流OpenFlow网络中服务质量QoS的实现方法，其特征在于，包括：

在OpenFlow控制器发往OpenFlow交换机的第一消息中添加管理信息，其中，所述管理信息用于对指定指令进行以下至少之一管理：增加、修改、删除，所述指定指令用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中的指定队列；

向所述OpenFlow交换机发送所述第一消息。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一消息包括：流表配置消息。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

所述OpenFlow控制器向所述OpenFlow交换机发送以下至少之一消息：对所述调度器所属调度器列表的配置消息和读取消息，其中，所述配置消息用于对所述调度器表及所述调度器表中的条目进行以下至少之一管理：增加、修改、删除；所述读取消息用于读取所述调度器表和所述条目。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述OpenFlow交换机发往OpenFlow控制器的第二消息中添加调度器表错误上报信息，其中，所述调度器表错误上报信息用于在根据所述配置消息对所述调度器表进行配置发生异常时和根据所述读取消息对所述调度器表进行读取发生异常时向所述OpenFlow控制器上报。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二消息包括：错误上报消息。

10.一种开放流OpenFlow网络中服务质量QoS的实现装置，其特征在于，包括：

执行模块，用于对进入OpenFlow交换机的报文，在流表匹配成功时，执行用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中指定队列的指令；

管理模块，用于在所述指令的触发下，通过所述调度器进行队列调度管理。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述执行模块，用于执行所述报文匹配的流表条目中的所述指令。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述执行模块，还用于在所述调度器中包括以下内容时执行所述指令：

下一层调度器标识，其中，该下一层调度器标识用于所述调度器中的队列调用下一层调度器。

13.一种开放流OpenFlow网络中服务质量QoS的实现装置，其特征在于，包括：

第一添加模块，用于在OpenFlow控制器发往OpenFlow交换机的第一消息中添加管理信息，其中，所述管理信息用于对指定指令进行以下至少之一管理：增加、修改、删除，所述指定指令用于调用调度器和将所述报文加入所述调度器中的指定队列；

发送模块，用于向所述OpenFlow交换机发送所述第一消息。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括：

第二添加模块，用于在所述OpenFlow交换机发往OpenFlow控制器的第二消息中添加调度器表错误上报信息，其中，所述调度器表错误上报信息用于在根据所述配置消息对所述调度器表进行配置发生异常时和根据所述读取消息对所述调度器表进行读取发生异常时向所述OpenFlow控制器上报。