CN104883303A - 一种sdn架构中多流表网络路由追踪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种SDN架构中多流表网络路由追踪的方法，所述方法包括：(1)分别对工作流和探针包的标志位进行染色；(2)设计多流表结构，区分工作流和探针包；(3)对消息包进行解析，还原所追踪的路由路径。本发明在每个交换机上多加2条用于区别工作流和探针包的流表项，和一个收集器，用于重构网络路由路径，结构简单，开销低。只要发送一个探针包即可追踪网络中任意目标流的真实轨迹，操作方便；在不改变原有工作流转发的情况下，能够准确地获得追踪路径，性能优越，追踪准确；易复制，可扩展性强，可发送多个探针包，同时追踪多条目标路径，而且收集器也可水平扩展，增大处理性能。

Description

一种SDN架构中多流表网络路由追踪的方法

技术领域

本发明涉及一种路由追踪的方法，具体涉及一种SDN架构中多流表网络路由追踪的方法。

背景技术

软件定义网络(Software Defined Networking，SDN)是近年来提出的一种新型网络体系结构，它很好地实现了数据平面和控制平面的解耦。在数据平面中，由交换机等网络核心设备负责数据包的转发和处理；在控制平面中，存在着一个逻辑集中的控制器，它通过链路与各个交换机相连，通过对交换机下发流表项来指导数据包的转发和处理。

近年来，SDN正在逐渐成为学术界和工业界的研究热点。尤其在数据中心领域中有非常丰富的应用场景，例如流量监控，流量工程，路由优化，负载均衡，异常检测等网络管理和优化工作。SDN已有一些具体实现，例如OpenFlow，NetOpen，LabelCast等。其中OpenFlow作为软件定义网络的一个代表性实例，已经被全球众多的科研机构和大学部署。

OpenFlow网络的一个特点是，控制器能够将高层的抽象策略很好的转化为底层的具体功能，以流表项的形式下发到对应的交换机，从而出色地管理好网络。为了能够较好地诊断网络的一些具体行为，对于底层的具体流表转发规则的获知是非常有必要的。

在现有的检测机制中，为了获知具体的转发信息，有些通过控制器层面来获得，有些通过数据平面的交换机流表来获得。然而无论是哪种方法，获得的只是理想中的转发信息，但这并不意味着真实的转发，真的是按所下的规则在进行。事实上，这种流表规则和真实转发不一样的现象，在真实的运行环境中是存在的。例如，当你下发了一条具体的流表时，但由于交换机的某些bug，导致这条规则并没有执行。又例如，现在的交换机有些下发的是通配符类型的流表，这意味着一条流，可能匹配多个规则，当你的本意是希望该流匹配A规则的时候，如果此时存在B规则，且B的优先级比A高的时候，那么会出现真实的转发与你预想的不同的情况，即使相应的规则的确下发了。

因此在现有的OpenFlow网络部署中，如果拥有对网络流的真实追踪能力，则将大大的提高对网络运行的故障诊断能力，而现实却是十分缺乏相应的网络流追踪工具。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种SDN架构中多流表网络路由追踪的方法，本发明在每个交换机上多加2条用于区别工作流和探针包的流表项，和一个收集器，用于重构网络路由路径。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种SDN架构中多流表网络路由追踪的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)分别对工作流和探针包的标志位进行染色；

(2)设计多流表结构，区分工作流和探针包；

(3)对消息包进行解析，还原所追踪的路由路径。

优选的，所述标志位为数据包包头中除用于做转发规则匹配的任何一位。

优选的，所述步骤(2)包括如下步骤：

A、设计2个流表；

B、流表1对工作流和探针包进行区分；

B-1、若为工作流，流表1将其直接跳转至流表2；

B-2、若为探针包，流表1产生一个消息包，将消息包发送到收集器，再将探针包跳转至流表2；

C、流表2转发工作流或探针包的匹配规则；

优选的，所述消息包的内容包括所述探针包的包头信息和这一跳的交换机ID。

优选的，所述步骤(3)中收集器接收并解析消息包数据，根据网络拓扑结构及个交换机端口连接情况，使用还原算法对真实的转发路径进行重构。

优选的，所述还原算法包括如下情况：

情况1：若每一条消息包都准确的发送到收集器，则根据消息包的内容和网络拓扑结构，使用节点逆推方式，即可重构出真实的路由路径；

情况2：若每一条消息包不能准确的发送到收集器，则根据网络拓扑结构的连接关系，推出丢失节点，按照情况1没有丢失节点的算法，即可重构出真实的路由路径。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明在每个交换机上多加2条用于区别工作流和探针包流表项，和一个收集器，其结构简单，开销低；只要发送一个探针包即可追踪网络中任意目标流的真实轨迹，操作方便；在不改变原有工作流转发的情况下，能够准确地获得追踪路径，性能优越，追踪准确；易复制，可扩展性强，可发送多个探针包，同时追踪多条目标路径，而且收集器也可水平扩展，增大处理性能。

附图说明

图1是一种SDN架构中多流表网络路由追踪的方法流程图

图2是路径重构的一种情况的示意图

图3是路径重构的另一种情况的示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种SDN架构中多流表网络路由追踪的方法，例如当我们想追踪从主机H1到H50的一条流，可以采用如下的方法：

首先，在追踪之前，我们先将工作流(正常转发的流)和探针包进行标志位的染色，以作区分。我们默认将工作流的标志位染成0，将探针包的标志位染成1。这里的标志位可以是数据包包头的任何一位，只要它没有用来做具体转发规则的匹配即可，在我们的系统中，我们将VLAN优先级位(VLAN priority bit)作为我们的标志位。

其次，就是我们的多流表结构设计。在这里，涉及到2个流表。流表1用来对工作流和探针包进行区别处理。对于工作流而言，标志位是0，则直接跳到表2，流表2对应的是原先正常转发的规则。对于探针包而言，标志位是1，则首先会产生一个消息包，发送给远端的收集器，然后再跳到流表2，跟工作流一样，进行正常的路由。这里消息包的内容包括：该流的包头信息和这一跳的交换机ID。

这样由于标志位的不同，工作流会按照原来的转发规则进行转发而不受到任何的影响，而探针包则由于标志位的不同，每经过一跳，会将对应的消息包发送给收集器，则在收集器端，只要对相应的消息包进行解析，就能还原出，所追踪流的真实路由路径了。

这里的路径重构，分几种情况进行讨论：

情况1：如图2所示，如果每一跳的消息包都准确地发送到了收集器，那么路径重构是十分简单的。因为我们事先已经知道了网络的拓扑结构以及各个交换机的端口连接情况。同时，我们的消息包内含了所经过的交换机ID号以及对应的输入端口，则我们只要从目的端开始，按照拓扑的结构，一个节点，一个节点的逆推回去，直到最终的源端即可。

情况2：如图3所示，如果丢失信息的节点，那么我们可以通过拓扑的连接关系，从S5的输入端口推出S4，从S3的输入端口推出S2，然后按照没有丢失信息的算法，我们很快能够重构出真实的路径。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种SDN架构中多流表网络路由追踪的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)分别对工作流和探针包的标志位进行染色；

(2)设计多流表结构，区分工作流和探针包；

(3)对消息包进行解析，还原所追踪的路由路径。

2.根据权利要求1所述路由追踪的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述标志位为数据包包头中除用于做转发规则匹配的任何一位。

3.根据权利要求1所述路由追踪的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下步骤：

A、设计2个流表；

B、流表1对工作流和探针包进行区分；

B-1、若为工作流，流表1将其直接跳转至流表2；

B-2、若为探针包，流表1产生一个消息包，将消息包发送到收集器，再将探针包跳转至流表2；

C、流表2以原先正常转发的规则转发，进行正常的路由。

4.根据权利要求3所述路由追踪的方法，其特征在于，所述消息包的内容包括所述探针包的包头信息和这一跳的交换机ID。

5.根据权利要求1所述路由追踪的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，收集器接收并解析消息包数据，根据网络拓扑结构及个交换机端口连接情况，使用还原算法对真实的转发路径进行重构。

6.根据权利要求5所述路由追踪的方法，其特征在于，所述还原算法包括如下情况：

情况1：若每一条消息包都准确的发送到收集器，则根据消息包的内容和网络拓扑结构，使用节点逆推方式，即可重构出真实的路由路径；

情况2：若每一条消息包不能准确的发送到收集器，则根据网络拓扑结构的连接关系，推出丢失节点，按照情况1没有丢失节点的算法，即可重构出真实的路由路径。