CN104601475B - 一种基于路由器端口进行报文转发的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于路由器端口进行报文转发的方法和装置，应用在SDN中，其中方法包括：接收交换机用户侧端口发送的携带有端口属性的端口状态消息；如果是路由器端口，获取路由器端口的IP地址；获取SDN中交换机之间的拓扑路径和所述路由器端口连接的用户网络的路由可达信息，为路由器端口建立IP流表，将拓扑路径、路由可达信息和IP流表下发给SDN中的所有交换机，以使SDN中的所有交换机分别建立本地路由表来指导报文转发。通过本发明能够实现SDN通过路由器端口与用户网络之间的连接。

Description

一种基于路由器端口进行报文转发的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于路由器端口进行报文转发的方法和装置。

背景技术

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)是一种新型的网络架构，其可以通过OpenFlow(开放流)技术将网络设备的控制面与数据面进行分离，从而实现对网络流量的灵活控制。在SDN中，包含实现控制面功能的控制器和若干实现数据面功能的交换机。

SDN网络支持二层业务和IP业务，支持二层业务和IP业务依赖于SDN控制器对主机的学习。如果需要对报文进行IP转发，可以将报文先送到网关交换机上，沿途交换机仍然执行二层流表转发，由网关设备执行IP转发，然后送到目的交换机，沿途交换机执行二层流表转发，目的交换机最后将报文转发到目的主机。然而，当用户网络通过路由器端口接入SDN网络时，报文总是触发IP转发，交换机必须按照IP转发的方式对报文头部进行修改，但是控制器无法区分端口属性，只能统一按照修改头部或者不修改头部的方式下发流表。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于路由器端口进行报文转发的方法和装置，应用在SDN中，能够实现SDN中路由器端口之间的链路发现，且能够实现SDN通过路由器端口与用户网络之间的互通。

具体地，本发明提供了一种基于路由器端口进行报文转发的方法，所述方法应用在软件定义网络SDN网络中的控制器上，包括：

接收交换机用户侧端口发送的端口状态消息，所述端口状态消息中携带有端口属性；

如果所述端口属性为路由器端口，获取所述路由器端口的IP地址；

获取所述SDN中交换机之间的拓扑路径和所述路由器端口连接的用户网络的路由可达信息，为所述路由器端口建立IP流表，将所述拓扑路径、所述路由可达信息和所述IP流表下发给所述SDN中的所有交换机，以使所述SDN中的所有交换机分别建立本地路由表,并根据所述本地路由表转发报文。

本发明还提供了一种基于路由器端口进行报文转发的装置，所述装置为软件定义网络SDN中的控制器，包括：

接收模块，用于接收交换机用户侧端口发送的端口状态消息，所述端口状态消息中携带有端口属性；

第一处理模块，用于如果所述端口属性为路由器端口，获取所述路由器端口的IP地址；

第二处理模块，用于获取所述SDN中交换机之间的拓扑路径和所述路由器端口连接的用户网络的路由可达信息，为所述路由器端口建立IP流表，将所述拓扑路径、所述路由可达信息和所述IP流表下发给所述SDN中的所有交换机，以使所述SDN中的所有交换机分别建立本地路由表,并根据所述本地路由表转发报文。

本发明还提供了一种基于路由器端口进行报文转发的装置，所述装置为软件定义网络SDN中的交换机，包括：

发送模块，用于向控制器发送端口状态消息，所述端口状态消息中携带有端口属性；

第三处理模块，用于如果所述端口属性为路由器端口，向所述控制器发送所述路由器端口的IP地址；

第四处理模块，用于接收所述控制器发送的所述SDN中交换机之间的拓扑路径和所述路由器端口连接的用户网络的路由可达信息，为所述路由器端口建立的IP流表，并建立本地路由表；

第五处理模块，用于当接收到报文时，查询所述本地路由表，进行报文转发

由以上技术方案可见，本发明通过扩展端口状态消息携带端口属性和路由器端口的IP地址，如果端口属性为路由器端口，则控制器将SDN中交换机之间的拓扑路径、路由器端口连接的用户网络的路由可达信息和所述路由器端口建立的IP流表下发给所述SDN中的所有交换机；SDN中的所有交换机根据这些信息分别建立本地路由表以指导报文的转发。如此，SDN可以将不同用户侧的IP网络连接起来，并可以学习整个网络的路由，控制器仅仅需要维护SDN中交换机之间的拓扑路径和IP流表即可以实现SDN通过路由器端口与用户侧络之间的互通。

附图说明

图1是本发明一种实施方式中基于路由器端口进行报文转发的方法的流程图；

图2是本发明一种实施方式中应用基于路由器端口进行报文转发的方法架构图；

图3是本发明一种实施方式中基于路由器端口进行报文转发的装置的逻辑结构图；

图4是本发明另一种实施方式中基于路由器端口进行报文转发的装置的逻辑结构图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于路由器端口进行报文转发的方法，在本发明的一种实施方式中，请参考图1，所述方法应用在SDN网络中的控制器上，具体包括如下步骤：

步骤101，控制器接收交换机用户侧端口发送的端口状态消息，所述端口状态消息中携带有端口属性。

相比较现有技术，本发明在交换机用户侧端口发送的端口状态消息Port StatusMessage中新增端口属性，具体可以使用Port Status Message中的config字段携带的OFPPC_PORT_ROUTER来标识。

在本发明的一个具体实施方式中，如果OFPPC_PORT_ROUTER不置位，则表示交换机的端口是非路由器端口，支持二层转发；如果OFPPC_PORT_ROUTER置位，例如将OFPPC_PORT_ROUTER为6，则表示交换机的端口是路由器端口，只支持IP转发。当然，在其他的实施方式中，OFPPC_PORT_ROUTER也可以采用其他的方式来标识，例如采用设置不同的值来标识非路由器端口和路由器端口，在此不限制。

步骤102，如果所述交换机用户侧端口为路由器端口，所述控制器获取所述路由器端口的IP地址。

在本步骤中，如果所述交换机的端口属性为路由器端口，则路由器端口需要使用IP地址来标识。

相比较现有技术，本发明在交换机发送的端口状态消息Port Status Message中还扩展了IP地址字段，交换机通过Port Status Message的IP地址字段将其IP地址上报给控制器。

在本发明的一个具体实施方式中，如果交换机的端口是非路由器端口，则IP地址字段设置为无效；如果交换机的端口是路由器端口，则IP地址字段设置为有效。当然，在其他的实施方式中，IP地址字段也可以采用其他的方式来设置，在此不限制。

步骤103，所述控制器获取所述SDN中交换机之间的拓扑路径和所述路由器端口连接的用户网络的路由可达信息，为所述路由器端口建立IP流表，将所述拓扑路径、所述路由可达信息和所述IP流表下发给所述SDN中的所有交换机，以使所述SDN中的所有交换机分别建立本地路由表，并根据所述本地路由表转发报文。

在本步骤中，所述控制器需要获取所述SDN中交换机之间的拓扑路径。

现有技术中由于路由器端口无法使用LLDP探测拓扑，控制器就不知道SDN中路由器端口之间如何连接的。本发明的控制器需要发现SDN中交换机之间的拓扑来获知路由器端口之间的物理连接。

具体地，控制器向SDN中的交换机的指定端口发送ARP报文，该ARP报文可以为免费ARP类型，ARP中的地址与该指定路由器端口的IP地址一致，ARP报文通过交换机的指定端口发送到出去，对端交换机接收到ARP报文后上送到控制器；控制器也会向SDN中的对端交换机的指定端口发送ARP报文，本端交换机接收到所述免费ARP报文后也会上送到控制器。如此，控制器就可以获知两个交换机端口之间的连接信息，发现SDN中交换机之间的拓扑路径。控制器周期性的向SDN中的交换机发送ARP报文，来确定交换机路由器端口之间的可达性。如果在设定时间内没有收到ARP报文，则认为路由器端口的链路异常，需要进行拓扑更新。

所述控制器还需要获取所述交换机连接的用户网络的路由可达信息，所述路由可达信息包括IP前缀和下一跳地址，其中所述交换机为所述路由可达信息的源交换机，所述下一跳地址为源交换机的路由器端口的IP地址。

所述控制器根据拓扑路径建立IP流表，所述SDN中的交换机根据IP流表迭代出本地路由表，结合交换机连接的用户网络的路由可达信息，所述SDN可以将不同用户侧的IP网络连接起来，并可以学习整个网络的路由，控制器仅仅需要维护所述SDN中交换机之间的拓扑路径和IP流表。

此外，如果SDN中的物理链路发生变化，路由器端口IP地址对应的拓扑路径发生变化，控制器向交换机发送路由器端口IP地址的更新消息，交换机更新保存的IP流表，并在本地路由表中更新下一跳是该路由器端口IP地址的所有路由。

此外，还可以预先设置路由策略来决定是否将本地路由表通过路由器端口发布出去。

如果交换机接收到用户侧网络发送的报文时，所述交换机根据报文的目的IP地址查询本地路由表，确定所述报文的出端口和下一跳地址，在所述SDN中进行报文转发，直到根据拓扑路径转发到目的IP地址对应的交换机时，所述交换机转发给连接的用户侧网络并根据该用户侧网络的路由可达信息进行报文的转发。

请结合图1和图2，对本发明的基于路由器端口进行报文转发的方法做具体举例说明。

所述SDN中包括交换机SW1、交换机SW2、交换机SW3和交换机SW4，其中，SW1和PC10连接，SW2与传统网络1连接，SW3和传统网络2连接，SW2和SW3的用户侧端口为路由器端口。

控制器接收SW1、SW2、SW3和SW4发送的端口状态消息，确定SW2和SW3的用户侧端口为路由器端口，从SW2和SW3发送的端口状态消息中获取SW2和SW3的IP地址。

控制器周期性的向SDN中的交换机发送ARP报文来获取SDN中交换机之间的拓扑路径，将拓扑路径下发给SDN中的所有交换机。控制器还接收SW2和SW3上报的传统网络1和传统网络2的路由可达信息，并将传统网络1和传统网络2的路由可达信息下发给SDN中的所有交换机。此外，为SW2和SW3建立IP流表，并将SW2和SW3的IP流表分别下发给SDN中的所有交换机。控制器可以使用netconf协议将拓扑路径、路由可达信息和IP流表下发到SDN中的所有交换机。

SDN中的交换机保存了SDN中交换机之间的拓扑路径、传统网络1和传统网络2的路由可达信息和路由器端口的IP流表，因此，交换机可以根据这些信息生成本地路由表

SW上的IP流表根据拓扑生成，例如表1所示的SW1上的IP流表，10.171.1.1地址所在的设备是SW3，那在SW1上生成该地址的流表时，匹配项为IP地址，动作项为指定一个出接口，该出接口是SW1到SW3的转发路径的出端口。

表1

IP地址(匹配项)	出接口(动作项)
		10.172.1.1	Port4(sw1和sw4连接的端口)
10.171.1.1	Port2(sw1和sw2连接的端口)

本地路由表是根据IP流表迭代而来的，例如表2所示的SW上的路由表，10.171.0.0/16的路由是SW3发布的，下一跳是10.171.1.1，SW1上获取这个路由后，根据下一跳地址10.171.1.1在IP流表中得到出接口就是SW1到SW3的转发路径的出端口。

表2

以PC10访问传统网络1下的目的主机为例，SW1通过路由器端口接收到PC10发送的IP报文，SW1根据报文目的IP地址查询本地路由表，确定该IP报文的出端口地址为SW3的端口IP地址，下一跳地址为SW2的端口IP地址；SW1将IP报文转发给SW2，SW2查询本地路由表，确定该IP报文的出端口地址为SW3的端口IP地址，下一跳地址为SW3的端口IP地址；SW2将IP报文转发给SW3，SW3查询本地路由表，确定自身为目的IP地址对应的交换机时，将IP报文转发给传统网络1并根据传统网络1的路由可达信息将IP报文的转发给目的主机。

本发明还提供了一种基于路由器端口进行报文转发的装置，为该装置为SDN中的控制器，作为该逻辑装置的运行载体，所述基于路由器端口进行报文转发的装置的硬件环境通常至少都包括CPU、内存以及非易失性存储器。请参考图3，在本发明的一种实施方式中，所述装置还包括：

接收模块，用于接收交换机用户侧端口发送的端口状态消息，所述端口状态消息中携带有端口属性；

第一处理模块，用于如果所述端口属性为路由器端口，获取所述路由器端口的IP地址；

第二处理模块，用于获取所述SDN中交换机之间的拓扑路径和所述路由器端口连接的用户网络的路由可达信息，为所述路由器端口建立IP流表，将所述拓扑路径、所述路由可达信息和所述IP流表下发给所述SDN中的所有交换机，以使所述SDN中的所有交换机分别建立本地路由表。

其中，所述第二处理模块获取所述SDN中交换机之间的拓扑路径，具体为：第二处理模块向所述SDN中的每个交换机的发送地址解析协议ARP报文，以使接收到所述ARP报文的交换机通过指定端口将所述ARP报文发送给对端交换机，所述ARP报文携带所述指定端口的IP地址，所述对端交换机接收到所述ARP报文后将所述ARP报文发送给所述第二处理模块，所述第二处理模块根据所述ARP报文获取SDN中交换机之间的拓扑路径。

本发明还提供了一种基于路由器端口进行报文转发的装置，该装置为SDN中的交换机，作为该逻辑装置的运行载体，所述基于路由器端口进行报文转发的装置的硬件环境通常至少都包括CPU、内存以及非易失性存储器。请参考图4，在本发明的一种实施方式中，所述装置还包括：

发送模块，用于向控制器发送端口状态消息，所述端口状态消息中携带有端口属性；

具体地，所述端口状态消息中的config字段携带的OFPPC_PORT_ROUTER标识端口属性，其中，所述OFPPC_PORT_ROUTER不置位表示非路由器端口，所述OFPPC_PORT_ROUTER置位表示路由器端口。

第三处理模块，用于如果所述端口属性为路由器端口，向所述控制器发送所述路由器端口的IP地址；

具体地，所述端口状态消息中扩展IP地址字段携带所述路由器端口的IP地址。

第四处理模块，用于接收所述控制器发送的所述SDN中交换机之间的拓扑路径和所述路由器端口连接的用户网络的路由可达信息，为所述路由器端口建立的IP流表，并建立本地路由表；

具体地，所述第四处理模块根据所述拓扑路径生成所述IP流表，并根据IP流表迭代出所述本地路由表。

第五处理模块，用于当接收到报文时，查询所述本地路由表，进行报文转发。

具体地，如果接收到用户侧网络发送的报文时，所述第五模块根据所述报文的目的IP地址查询所述本地路由表，确定所述报文的出端口和下一跳地址，在所述SDN中进行所述报文的转发。

本发明的基于路由器端口进行报文转发的装置和基于路由器端口进行报文转发的方法对应，因此该装置的具体细节可以参考该方法的描述，在此不赘述。

本发明通过扩展端口状态消息携带端口属性和路由器端口的IP地址，如果端口属性为路由器端口，则控制器将SDN中交换机之间的拓扑路径、路由器端口连接的用户网络的路由可达信息和所述路由器端口建立的IP流表下发给所述SDN中的所有交换机；交换机根据这些信息建立本地路由表以指导报文的转发。如此，SDN可以将不同用户侧的IP网络连接起来，并可以学习整个网络的路由，控制器仅仅需要维护SDN中交换机之间的拓扑路径和IP流表即可以实现SDN通过路由器端口与用户侧络之间的互通。

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 (10)

1.一种基于路由器端口进行报文转发的方法，所述方法应用在软件定义网络SDN中的控制器上，其特征在于，所述方法包括：

接收交换机用户侧端口发送的端口状态消息，所述端口状态消息中携带有端口属性；

如果所述端口属性为路由器端口，获取所述路由器端口的IP地址；

获取所述SDN中交换机之间的拓扑路径和所述路由器端口连接的用户网络的路由可达信息，为所述路由器端口建立IP流表，其中，下发的IP流表的匹配项为所述路由器端口的IP地址，动作项为指定一个出接口，所述出接口为所述IP流表所下发至的交换机至所述路由器端口的IP地址所在的交换机的转发路径的出端口；

将所述拓扑路径、所述路由可达信息和所述IP流表下发给所述SDN中的所有交换机，以使所述SDN中的所有交换机根据所述路由可达信息的下一跳地址在收到的IP流表中迭代出下一跳地址为以下地址的本地路由表：从本交换机至所述路由可达信息中下一跳地址的转发路径上的下一跳的地址,并根据所述本地路由表转发报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述端口状态消息中包括端口属性，包括：

所述端口状态消息中的config字段携带的OFPPC_PORT_ROUTER标识端口属性，其中，所述OFPPC_PORT_ROUTER不置位表示非路由器端口，所述OFPPC_PORT_ROUTER置位表示路由器端口。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述路由器端口的IP地址包括：

在所述端口属性为路由器端口时，所述控制器从端口状态消息中扩展的IP地址字段获取所述路由器端口的IP地址。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取所述SDN中交换机之间的拓扑路径，包括：

所述控制器向所述SDN中的每个交换机的发送地址解析协议ARP报文，以使接收到所述ARP报文的交换机通过指定端口将所述ARP报文发送给对端交换机，所述ARP报文的地址与该指定路由器端口的IP地址一致，所述对端交换机接收到所述ARP报文后将所述ARP报文发送给所述控制器，所述控制器根据所述ARP报文获取SDN中交换机之间的拓扑路径。

5.一种基于路由器端口进行报文转发的装置，所述装置为软件定义网络SDN中的控制器，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收交换机用户侧端口发送的端口状态消息，所述端口状态消息中携带有端口属性；

第一处理模块，用于如果所述端口属性为路由器端口，获取所述路由器端口的IP地址；

第二处理模块，用于获取所述SDN中交换机之间的拓扑路径和所述路由器端口连接的用户网络的路由可达信息，为所述路由器端口建立IP流表，其中，下发的IP流表的匹配项为所述路由器端口的IP地址，动作项为指定一个出接口，所述出接口为所述IP流表所下发至的交换机至所述路由器端口的IP地址所在的交换机的转发路径的出端口；

将所述拓扑路径、所述路由可达信息和所述IP流表下发给所述SDN中的所有交换机，以使所述SDN中的所有交换机根据所述路由可达信息的下一跳地址在收到的IP流表中迭代出下一跳地址为以下地址的本地路由表：从本交换机至所述路由可达信息中下一跳地址的转发路径上的下一跳的地址,并根据所述本地路由表转发报文。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述端口状态消息中的config字段携带的OFPPC_PORT_ROUTER标识端口属性，其中，所述OFPPC_PORT_ROUTER不置位表示非路由器端口，所述OFPPC_PORT_ROUTER置位表示路由器端口；

所述端口状态消息中扩展IP地址字段携带所述路由器端口的IP地址。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述第二处理模块获取所述SDN中交换机之间的拓扑路径，具体为：

所述第二处理模块向所述SDN中的每个交换机的发送地址解析协议ARP报文，以使接收到所述ARP报文的交换机通过指定端口将所述ARP报文发送给对端交换机，所述ARP报文的地址与该指定路由器端口的IP地址一致，所述对端交换机接收到所述ARP报文后将所述ARP报文发送给所述第二处理模块，所述第二处理模块根据所述ARP报文获取SDN中交换机之间的拓扑路径。

8.一种基于路由器端口进行报文转发的装置，所述装置为软件定义网络SDN中的交换机，其特征在于，包括：

发送模块，用于向控制器发送端口状态消息，所述端口状态消息中携带有端口属性；

第三处理模块，用于如果所述端口属性为路由器端口，向所述控制器发送所述路由器端口的IP地址；

第四处理模块，用于接收所述控制器发送的所述SDN中交换机之间的拓扑路径、所述路由器端口连接的用户网络的路由可达信息、以及为所述路由器端口建立的IP流表，并根据所述路由可达信息的下一跳地址在收到的IP流表中迭代出下一跳地址为以下地址的本地路由表：从本交换机至所述路由可达信息中下一跳地址的转发路径上的下一跳的地址；其中，下发的IP流表的匹配项为所述路由器端口的IP地址，动作项为指定一个出接口，所述出接口为所述IP流表所下发至的交换机至所述路由器端口的IP地址所在的交换机的转发路径的出端口；

第五处理模块，用于当接收到报文时，查询所述本地路由表，进行报文转发。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述端口状态消息中的config字段携带的OFPPC_PORT_ROUTER标识端口属性，其中，所述OFPPC_PORT_ROUTER不置位表示非路由器端口，所述OFPPC_PORT_ROUTER置位表示路由器端口；

所述端口状态消息中扩展IP地址字段携带所述路由器端口的IP地址。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，

所述第五处理模块查询所述本地路由表，进行报文转发，具体为：

如果接收到用户侧网络发送的报文时，所述第五处理模块根据所述报文的目的IP地址查询所述本地路由表，确定所述报文的出端口和下一跳地址，在所述SDN中进行所述报文的转发。