CN104378299A - 流表项处理方法以及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了流表项处理方法以及装置，该方法包括：接收主机发送的报文，查找本地保存的流表项中是否有与所述主机对应的主机地址信息；若本地保存的流表项中没有与所述主机对应的主机地址信息，根据接收所述报文的入端口信息与所述主机地址信息生成新的用于报文转发的流表项主机地址信息入端口主机地址信息；将所述新的用于报文转发的流表项通过与控制设备连接的同步端口发送至控制设备，以使控制设备同步该生成的新的流表项。本发明通过交换设备完成控制设备的流表项计算以及创建的工作，从而有效减轻SDN网络中的控制设备的压力。

Description

流表项处理方法以及装置

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及SDN网络中流表项处理方法以及装置。

背景技术

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)是一种新型的网络架构，其可以将传统网络设备上的控制平面与数据平面进行分离，由控制设备(Controller)实现控制平面功能，由交换设备(Switch)实现数据平面功能，每个交换设备下可能连接若干主机。

目前在SDN网络中，由控制设备计算路径，并向交换设备下发流表项，以指导交换设备对接收流量的转发，随着SDN网络的规模越来越大，控制设备需要控制越来越多的交换设备，在网络庞大时，由控制设备指导网络中的所有交换设备的流量转发会给控制设备带来较大的压力，因此如何减轻控制设备的计算压力是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了流表项处理方法以及装置来减轻SDN网络中控制设备的计算压力。

本发明提供一种流表项处理方法，应用于SDN网络中的交换设备，其中该方法包括：

接收主机发送的报文，查找本地保存的流表项中是否有与所述主机对应的地址信息主机地址信息；

若本地保存的流表项中没有与所述主机对应的主机地址信息，根据接收所述报文的入端口信息与所述主机地址信息生成新的用于报文转发的流表项；

将所述新的用于报文转发的流表项通过与控制设备连接的同步端口发送至控制设备，以使控制设备同步该新的用于报文转发的流表项。

本发明还提供一种流表项处理方法，应用于SDN网络中的控制设备，所述方法包括：

通过与交换设备连接的同步接口接收交换设备发送的由交换设备生成的具有入端口信息与主机地址信息的流表项；

根据控制设备保存的预设控制策略判断所述流表项中与主机地址信息对应的入端口信息是否匹配；

若所述入端口信息与对应的主机地址信息的不匹配，根据所述预设控制策略修改所述流表项中的入端口信息，并将修改后的流表项下发至所述交换设备，以使所述交换设备根据所述修改后的流表项更新其本地流表项。

本发明还提供一种流表项处理装置，应用于SDN网络中的交换设备，所述装置包括：

接收单元，用于接收主机发送的报文，查找本地保存的流表项中是否有与所述主机对应的主机地址信息；

生成单元，用于在本地保存的流表项中没有与所述主机对应的主机地址信息时，根据接收所述报文的入端口信息与所述主机地址信息生成新的用于报文转发的流表项；

发送单元，用于将所述新的用于报文转发的流表项通过与控制设备连接的同步端口发送至控制设备，以使控制设备同步该新的用于报文转发的流表项。

本发明还提供一种流表项处理装置，应用于SDN网络中的控制设备，所述装置包括：

接收单元，用于通过与交换设备连接的同步接口接收交换设备发送的由交换机交换设备生成的具有接入端口入端口信息与主机地址主机地址信息的流表项；

判断单元，用于根据控制设备保存的预设控制策略判断所述流表项中与主机地址信息对应的入端口信息是否匹配；

修改单元，用于在所述入端口信息与对应的主机地址信息的不匹配时，根据所述预设控制策略修改所述流表项中的入端口信息，并将修改后的流表项下发至所述交换设备，以使所述交换设备根据所述修改后的流表项更新其本地流表项。

本发明通过交换设备完成原先由控制设备完成的部分流表项计算以及创建的工作，从而有效减轻SDN网络中的控制设备的压力。

附图说明

图1是本发明实施例所应用的组网环境示意图；

图2是本发明实施例中一种流表项处理方法流程示意图；

图3是本发明实施例中另一种流表项处理方法流程示意图；

图4为本发明实施例中流表项处理装置所在控制设备或交换设备的硬件架构示意图；

图5为本发明实施例中一种流表项处理装置的逻辑结构示意图；

图6为本发明实施例中另一种流表项处理装置的逻辑结构示意图。

具体实施方式

为了减轻控制设备的计算压力，在本发明方案中，利用交换设备具备一定的计算能力，借由交换设备学习所接收报文的源主机地址信息以及报文入端口信息并将之生成SDN网络中用于指导后续报文转发的流表项，并保存至自身的流表中。这样，通过改变传统的SDN网络中的交换设备必须通过控制设备计算并下发流表项来指导报文的转发，充分利用交换设备上既有的计算能力，交换设备根据学习到的主机地址信息以及入端口信息生成新的用于报文转发的流表项，使得后续发送给该主机的报文无需再由控制设备计算并下发，从而有效地减轻了控制设备的计算压力。

为使本申请的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图对本申请方案做进一步的详细说明。

本发明实施例所应用的一种SDN网络环境如图1所示，在该SDN网络中，包括控制设备、多个交换设备(SW1、SW2、SW3、SW4)以及与所述交换设备连接的主机(Host1、Host2、Host3以及Host4)，每个交换设备上包括多个端口(Port)，如SW1上包括SW1-Port1、SW1-Port2、SW1-Port3以及SW1-Port4。其中，交换设备可以是实际存在的交换设备，也可以是VSwitch(Virtual Switch，虚拟交换设备)，还可以是实际存在的防火墙或者虚拟防火墙，在实际应用中，他们均支持SDN协议，为简化起见，在此统一为“交换设备”；主机同样也可以是实际存在的主机，或者是VM(Virtual Machine，虚拟主机)。交换设备与控制设备之间通过控制通道通信，控制设备根据实际情形决定向交换设备下发流表项，以指导交换设备对各主机之间数据层面的数据转发。

请参考图2，为本发明一种流表项处理方法的一个实施流程图，该实施例可以应用在SDN网络中的交换设备上，包括以下步骤：

步骤201，接收主机发送的报文，查找本地保存的流表项中是否有与所述主机对应的主机地址信息；

在具体实现中，主机间进行数据通信时，其传输的报文通常会经由交换设备转发。当交换设备接收到主机发送的报文时，首先要将该报文的目的地址以及源地址分别与自身预存的本地流表项进行匹配，该目的地址以及源地址根据实际应用的场景不同，可以是目的/源MAC地址也可以是目的/源IP地址。如果该报文的源地址(即发送报文的主机地址信息)与自身预存的本地流表项进行匹配成功，则说明交换设备已经对发送报文的主机地址信息进行过学习，则不需再进行学习。

步骤202，若本地保存的流表项中没有与所述主机地址信息对应的信息，根据接收的报文入端口号信息与所述主机地址信息生成新的用于报文转发的流表项。

当交换设备在将该报文的源地址与自身在本地预存的本地流表项进行匹配时，若该报文的源地址未匹配至自身保存的任意一项流表项，说明该交换设备为首次接收到该主机发送的报文，根据本发明，所述交换设备需要学习该主机的地址信息以及交换设备接收该报文的入端口号等信息。其中，主机地址信息可以为主机的MAC地址信息或者IP地址信息，本发明实施例中仅以该主机地址信息为MAC地址为例进一步说明，在该主机地址信息为IP地址时，可参考本发明中以主机地址信息为MAC地址的处理流程，在此不再赘述。

需要说明的是，在二层网络转发中，也可以将学习到的入端口信息以及MAC地址的对应关系添加至自身的MAC转发表项中。

仍以图1所示的SDN网络为例，假设Host1通过SW1向Host2发送数据报文进行通信时，首先由SW1通过SW1-Port1接收到该报文，SW1解析该报文，并根据解析出的报文信息得知该报文的源MAC地址为Host1-MAC，目的地址为Host2-MAC，在将源MAC地址Host1-MAC与自身流表项进行匹配时，若未匹配到任意一条流表项，说明该交换设备首次接收到Host1发送的报文，则要首先学习Host1的主机MAC地址(Host1-MAC)以及入端口信息(SW1-Port1)，并生成具有Host1-MAC以及SW1-Port1的新的用于报文转发的流表项。例如，该新的流表项可以如表1所示：

表1

表1示出了具有入端口信息以及主机地址信息的新的流表项，仅是为进一步理解本发明的示例，并不用于限制本发明实施例中该新的流表项的具体内容。

步骤203，将所述新的用于报文转发的流表项通过与控制设备连接的同步端口发送至控制设备，以使控制设备同步该新的用于报文转发的流表项。

在交换设备SW1将表1所示的新的流表项添加至自身预存的流表后，将表1所示的新的流表项通过与控制设备连接的同步端口发送至控制设备，以将学习到的新的流表项与控制设备同步。作为本发明的一个可选实施方式，所述控制设备在同步得到交换设备生成的流表项之后，进一步判断所述对应关系信息中的入端口信息是否与对应的主机地址信息匹配。

如果交换设备生成的新的流表项不符合控制设备预存的控制策略的规则，那么交换设备可以收到控制设备下发的修改后的流表项，该修改后的流表项中的入端口信息为控制设备根据预设控制策略进行修改后的入端口信息，交换设备在接收到该修改后的流表项后，根据该修改后的流表项更新所生成的新的流表项，以使后续接收到目的地址为Host1的报文时，可将该修改后的入端口信息作为报文的出端口，并对报文进行转发。

作为本发明的另一个可选实施方式，本发明交换设备还可以通过传统方式由控制设备直接下发流表项的方式进行主机地址信息学习，或者由交换设备根据自身情况进行主机地址信息学习的方式之间进行切换。例如，在规模较小、或者需要进行主机地址信息学习较少的SDN网络中，交换设备可以关闭自身进行主机学习的功能，改由传统的由控制设备直接下发流表的方式进行主机地址信息的学习，以使本发明更具有灵活性。

请参考图3，为本发明流表项处理方法的另一个实施流程图，该实施例可以应用在SDN网络中控制设备上，包括以下步骤：

步骤301，通过与交换设备连接的同步接口接收交换设备发送的由交换设备生成的具有入端口信息与主机地址信息主机地址信息的流表项；

本步骤中，控制设备与交换设备之间可以通过独立的同步端口进行信息同步，也可以通过与交换设备连接的任意端口进行信息同步。在控制设备从与交换设备连接的同步接口接收到交换设备发送的具有入端口信息与主机地址信息的流表项后，说明交换设备已根据学习的主机地址信息生成了新的流表项。

步骤302，根据控制设备的预设控制策略判断所述流表项中与主机地址信息对应的入端口信息是否匹配。

为了保证SDN网络中安全性，以及网络管理的需要，可以对不同的网络设备下发相同的控制策略，也可以对不同的网络设备分别下发不同的控制策略，以通过控制策略来达到对访问进行控制的目的。其中，该控制策略可以是以流表项的方式存在于控制设备的策略流表项。

然而，由于SDN网络中控制设备与交换设备的功能性差异，使得两者所保存的控制策略也可能不相同，因此，在交换设备自己生成流表项后，为避免交换设备生成的流表项不符合控制设备预设控制策略的规则，控制设备在接收到交换设备发送的流表项后，可以根据控制设备中保存有的控制策略的策略流表项判断所述交换设备发送的流表项中与主机地址信息对应的入端口信息是否匹配，如果匹配，则可以不对交换设备生成的流表项进行修改，同时，为了减少控制设备的工作量，控制设备也可以不对接收到的流表项进行任何处理。

进一步地，所述控制设备在接收到交换设备发送的流表项后，若判断所述主机地址信息与对应的入端口信息匹配，还可以根据控制设备的存储能力选择是否将该新的流表项保存至控制设备的本地数据库。例如，在控制设备为存储性能较为强大，或者在网络中主机相对较少时，可以将所述流表项保存至控制设备的本地数据库，以使控制设备与交换设备的信息同步。相反，在控制设备为存储性能较弱，或者在网络中主机相对较多时，也可以不保存该流表项。

步骤303，若所述入端口信息与对应的主机地址信息的不匹配，根据所述预设控制策略修改所述流表项中的入端口信息，并将修改后的流表项下发至所述交换设备，以使所述交换设备根据所述修改后的流表项更新其本地流表项。

本步骤中，若根据控制设备的预设控制策略判断交换设备发送流表项中与主机地址信息对应的入端口信息不匹配，则需要根据预设控制策略修改交换设备发送的流表项中的入端口信息。

仍以图1所示的SDN网络举例来说，假设Host1有100条路由可通往Host3，按照SPB(Shortest Path Bridging，最短路径桥接)协议计算出Host1到Host3的最短路径为Host1-SW1-SW3-Host3。在Host1到Host3之间的流量拥塞时，可以生成一条控制策略为具有转发路径Host1-SW1-SW2-SW3-Host3的策略流表项，并保存至控制设备，其中，该策略流表项还包括各交换设备根据该路径转发报文所经过的具体转发端口，该策略流表项的具体内容可参考现有技术，对此不再详述。

若与Host3连接的交换设备SW3的SW3-Port4在接收到的Host1经由SW1首次发送的报文时，SW3学习的主机地址信息为接收报文的入端口SW3-Port4与主机地址信息Host1-MAC，SW3将学习的SW3-Port4与Host1-MAC生成新的流表项，并经由与控制设备连接的同步接口(SW3-Port5)发送至控制设备。控制设备接收到该流表项后，将Host1-MAC与自身保存的策略流表项进行匹配，在Host1-MAC命中转发路径为Host1-SW1-SW2-SW3-Host3的策略流表项后，控制设备则要根据该条策略流表项中各交换设备转发报文所经过的具体转发端口将接收到的流表项中的入端口信息修改为SW3与SW2连接的端口SW3-Port 2。以使SW3在后续接收到目的地址为Host1-MAC的报文，或者是在向SW1发送回复报文时，将报文从端口SW3-Port 2发送到SW2，并经由SW2发送至SW1。这样一来，后续去往SW1的流量即可避开拥堵的路径，从而减轻路由拥堵。

在将交换设备上送的流表项中的入端口信息根据预设控制策略修改后，控制设备仍可以自身的存储能力选择是否将该修改后的流表项保存至控制设备的本地数据库，在此不再赘述。

由此可见，本发明提供的流表项处理方法，由交换设备利用自身的计算能力根据接收报文的入端口信息与主机的主机地址信息创建新的流表项，代替了控制设备的部分工作，从而有效缓解控制设备的压力。

请参考图4，为本发明流表项处理装置所在交换设备的硬件架构示意图，其基本硬件环境包括CPU、转发芯片、存储器以及其他硬件。图5为该IP地址分配装置的逻辑结构示意图，其从本质上说是一个逻辑装置。在本实施方式中，以软件实现为例，该流表项处理装置在逻辑层面上可以包括：接收单元501、生成单元502以及发送单元503。其中：

接收单元501，用于接收主机发送的报文，查找本地保存的流表项中是否有与所述主机对应的主机地址信息；

生成单元502，用于当本地保存的流表项中没有与所述主机对应的主机地址信息时，根据接收所述报文的入端口信息与所述主机地址信息生成新的用于报文转发的流表项；

发送单元503，用于将所述新的用于报文转发的流表项通过与控制设备连接的同步端口发送至控制设备，以使控制设备同步该生成的新的用于报文转发的流表项。

进一步地，所述接收单元501还用于在接收到所述控制设备在判断所述新的用于报文转发的流表项中的入端口信息与主机地址信息不匹配而下发的修改后的流表项时，根据所述修改后的流表项更新所述新的流表项。

为示例方便，本发明另一个实施例的流表项处理装置所在控制设备的硬件架构示意图可以参考图4所示，其基本硬件环境包括CPU、转发芯片、存储器以及其他硬件。

图6为该流表项处理装置的逻辑结构示意图，其从本质上说是一个逻辑装置。在本实施方式中，以软件实现为例，该流表项处理装置在逻辑层面上可以包括接收单元601、判断单元602以及修改单元603。其中：

接收单元601，用于通过与交换设备连接的同步接口接收交换设备发送的由交换设备生成的具有入端口信息与主机地址信息的流表项；

判断单元602，用于根据控制设备保存的预设控制策略判断所述流表项中与主机地址信息对应的入端口信息是否匹配；

修改单元603，用于在所述入端口信息与对应的主机地址信息的不匹配时，根据所述预设控制策略修改所述流表项中的入端口信息，并将修改后的流表项下发至所述交换设备，以使所述交换设备根据所述修改后的流表项更新其本地流表项。

进一步地，本装置还包括有保存单元604，用于在所述判断单元602判断所述主机地址信息与对应的入端口信息匹配时，将所述交换设备发送的流表项保存至本地数据库。

从以上各种方法和装置的实施方式中可以看出，本发明提供的流表项处理方法以及装置，在SDN网络中的交换设备接收到来自主机的报文未匹配本地流表项时，由交换设备利用自身计算能力根据接收报文的入端口信息与主机的主机地址信息创建新的流表项，并同步至控制设备。由此可见，本发明中可由交换设备完成控制设备进行流表项计算以及创建的工作，从而有效减轻控制设备的压力，特别是在网络规模较大、网络较为繁忙时，本发明尤为适用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种流表项处理方法，应用于SDN网络中的交换设备，其特征在于，所述方法包括：

接收主机发送的报文，查找本地保存的流表项中是否有与所述主机对应的主机地址信息；

若本地保存的流表项中没有与所述主机对应的主机地址信息，根据接收所述报文的入端口信息与所述主机地址信息生成新的用于报文转发的流表项；

将所述新的用于报文转发的流表项通过与控制设备连接的同步端口发送至控制设备，以使控制设备同步该新的用于报文转发的流表项。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收到所述控制设备在判断所述新的用于报文转发的流表项中的入端口信息与主机地址信息不匹配而下发的修改后的流表项时，根据所述修改后的流表项更新所述新的用于报文转发的流表项。

3.一种流表项处理方法，应用于SDN网络中的控制设备，其特征在于，所述方法包括：

通过与交换设备连接的同步接口接收交换设备发送的由交换设备生成的具有入端口信息与主机地址信息的流表项；

根据控制设备保存的预设控制策略判断所述流表项中与主机地址信息对应的入端口信息是否匹配；

若所述入端口信息与对应的主机地址信息的不匹配，根据所述预设控制策略修改所述流表项中的入端口信息，并将修改后的流表项下发至所述交换设备，以使所述交换设备根据所述修改后的流表项更新其本地流表项。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据控制设备保存的预设控制策略判断所述流表项中与主机地址信息对应的入端口信息是否匹配后，所述方法还包括：

若所述主机地址信息与对应的入端口信息匹配，将所述交换设备发送的流表项保存至本地数据库。

5.一种流表项处理装置，应用于SDN网络中的交换设备，其特征在于，所述装置包括：

接收单元，用于接收主机发送的报文，查找本地保存的流表项中是否有与所述主机对应的主机地址信息；

生成单元，用于在本地保存的流表项中没有与所述主机对应的主机地址信息时，根据接收所述报文的入端口信息与所述主机地址信息生成新的用于报文转发的流表项；

发送单元，用于将所述新的用于报文转发的流表项通过与控制设备连接的同步端口发送至控制设备，以使控制设备同步该生成的新的用于报文转发的流表项。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述接收单元还用于：

接收到所述控制设备在判断所述新的用于报文转发流表项中的入端口信息与主机地址信息不匹配而下发的修改后的流表项时，根据所述修改后的流表项更新所述新的用于报文转发流表项。

7.一种流表项处理装置，应用于SDN网络中的控制设备，其特征在于，所述装置包括：

接收单元，用于通过与交换设备连接的同步接口接收交换设备发送的由交换设备生成的具有入端口信息与主机地址信息的流表项；

判断单元，用于根据控制设备保存的预设控制策略判断所述流表项中与主机地址信息对应的入端口信息是否匹配；

修改单元，用于在所述入端口信息与对应的主机地址信息的不匹配时，根据所述预设控制策略修改所述流表项中的入端口信息，并将修改后的流表项下发至所述交换设备，以使所述交换设备根据所述修改后的流表项更新其本地流表项。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

保存单元，用于在所述主机地址信息与对应的入端口信息匹配时，将所述交换设备发送的流表项保存至本地数据库。