CN104901884A - 广域网sdn拓扑收集实现方法和装置 - Google Patents

广域网sdn拓扑收集实现方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种广域网SDN拓扑收集实现方法和装置，技术方案为：将每个骨干网节点映射为一个虚拟路由器，将骨干网节点之间的链路映射为VSR之间的三层隧道，在VSR的三层隧道接口上运行链路状态协议得到VSR之间的拓扑信息。本发明能够收集得到广域网的拓扑信息。

Description

广域网SDN拓扑收集实现方法和装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及广域网SDN拓扑收集实现方法和装置。
背景技术
数据通信广域网，由地理分布范围广泛的多个骨干网节点(也即互联网骨干网节点，通常由一个大城市内的几台互联路由器组成一个互联网骨干网节点，实现城际互联)组成两级拓扑，节点内拓扑和节点间拓扑。如图1所示，广域网中包括多个骨干网节点：节点1、节点2、节点3、节点4、节点5，每个骨干网节点中又部署有多个设备：设备1、设备2、设备3、设备4，其中，节点1、节点2、节点3、节点4、节点5之间的拓扑称为节点间拓扑，各骨干网节点内部署的多个设备之间的拓扑称为节点内拓扑。
为了避免节点内不同链路、节点间不同链路出现链路拥塞、或使用率低等，可以通过流量工程来解决问题。实施流量工程的前提是网络的拓扑收集，在收集得到的拓扑上计算路径建立隧道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种广域网SDN拓扑收集实现方法和装置，可以收集得到广域网的拓扑信息。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种广域网SDN拓扑收集实现方法，所述广域网包括用于实现城际互联的多个骨干网节点，每个骨干网节点设置有对应的OpenFlow控制器，该方法应用于各骨干网节点对应的OpenFlow控制器，包括：
将当前骨干网节点映射为一个虚拟路由器VSR；
将当前骨干网节点与其它各骨干网节点之间的链路映射为当前骨干网节点对应VSR与该其它骨干网节点对应VSR之间的三层隧道，以使当前骨干网节点对应VSR在所述三层隧道接口上运行链路状态协议得到骨干网节点之间的拓扑信息。
一种广域网SDN拓扑收集实现装置，所述广域网包括用于实现城际互联的多个骨干网节点，每个骨干网节点设置有对应的OpenFlow控制器，该装置应用于各骨干网节点对应的OpenFlow控制器，包括：第一映射单元、第二映射单元；
所述第一映射单元，用于将当前骨干网节点映射为一个虚拟路由器VSR；
所述第二映射单元，用于将当前骨干网节点与其它各骨干网节点之间的链路映射为当前骨干网节点对应VSR与该其它骨干网节点对应VSR之间的三层隧道，以使当前骨干网节点对应VSR在所述三层隧道接口上运行链路状态协议得到骨干网节点之间的拓扑信息。
由上面的技术方案可知，本发明中，通过将每个骨干网节点映射为一个虚拟路由器(VSR)，骨干网节点之间的链路映射为VSR之间的三层隧道，从而在VSR的三层隧道接口上运行链路状态协议得到VSR之间的拓扑信息。
附图说明
图1是现有技术广域网组网示意图。
图2是现有技术广域网中骨干网节点内拓扑收集实现方法示意图；
图3是本发明实施例广域网SDN拓扑收集实现方法流程图；
图4是本发明实施例接口状态信息报文结构示意图；
图5是本发明实施例广域网SDN组网示意图；
图6是本发明实施例广域网SDN拓扑收集实现结果示意图；
图7是本发明实施例广域网SDN拓扑收集实现装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并据实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
SDN(Software Defined Networking，软件定义网络)是一种新型的网络架构，其核心思想是将网络设备的控制层面与转发层面分离。基于OpenFlow实现的SDN包括OpenFlow控制器和OpenFlow交换机，其中，OpenFlow交换机用于数据转发，OpenFlow控制器用于数据的转发控制，实现了软硬件的分离以及底层硬件的虚拟化。
本发明结合基于OpenFlow实现的SDN，提供了一种广域网SDN拓扑收集实现方案，下面进行详细介绍。
广域网拓扑包括骨干网节点内拓扑和骨干网节点间拓扑。
对于骨干网节点内拓扑收集，由OpenFlow控制器通过现有的标准方法(OpenFlow协议和LLDP配合)完成节点内的拓扑收集。骨干网节点中的设备向OpenFlow控制器上报设备节点和接口后，OpenFlow控制器通过packet_out报文指示设备从某个接口发送LLDP报文，对端设备收到报文后，通过packet_in报文上送OpenFlow控制器，这样，OpenFlow控制器就可以发现这两个设备之间链路层连接。以图2为例：OpenFlow控制器通过Packet_out报文指示设备11从接口1发送LLDP报文，设备12在接口2接收到LLDP报文并通过packet_in报文上送到OpenFlow控制器，从而OpenFlow控制器可以确定设备11的接口1连接到设备12；OpenFlow控制器通过Packet_out报文指示设备12从接口2发送LLDP报文，设备11在接口1接收到LLDP报文并通过packet_in报文上送到OpenFlow控制器，从而OpenFlow控制器可以确定设备12的接口2连接到设备11。这样，OpenFlow控制器最终可以确定设备11的接口1与设备12的接口2之间存在链路层连接。
对于骨干网节点间拓扑收集，主要实现思想是：将每个骨干网节点映射为一个虚拟路由器(VSR)，骨干网节点之间的链路映射为VSR之间的三层隧道，通过在VSR的三层隧道接口上运行链路状态协议得到VSR之间的拓扑信息。因为VSR是由骨干网节点映射而来，和骨干网节点具有一一对应的关系，因此VSR之间的拓扑信息实质上也就表明了骨干网节点之间的拓扑信息。
具体实现步骤如图3所示，包括：
步骤301、将当前骨干网节点映射为一个VSR。
为了将当前骨干网节点映射为一个VSR，需要在当前骨干网节点中运行一VSR并分配对应的路由器ID。
可以在当前骨干网节点中的任一设备上运行一VSR并为其分配相应的路由器ID；也可以单独配置一台服务器，将该服务器与当前骨干网节点中的任一设备相连，在该服务器上运行一VSR并为其分配相应的路由器ID。
在基于OpenFlow的SDN网络中，每个骨干网节点中都部署有OpenFlow控制器。在本实施例中，可以由人工或一台服务器预先针对每个骨干网节点分配一个全网唯一的路由器标识，并由该骨干网节点对应的OpenFlow控制器将针对该骨干网节点分配的路由器标识设置为该骨干网节点对应VSR的路由器标识，该路由器标识作为该VSR运行链路状态协议时的唯一标识。
将当前骨干网节点映射为一个VSR具体包括：在与当前骨干网节点的任一设备上或与该设备相连的服务器上运行VSR，并将预先针对当前骨干网节点分配的路由器标识设置为该VSR的路由器标识。
OpenFlow控制器将针对当前骨干网节点分配的路由器标识设置为该VSR的路由器标识时，如果广域网中还部署有流量工程服务器，则还可以在向流量工程服务器注册时携带该路由器标识，以便流量工程服务器获得骨干网节点之间的拓扑信息后，确定路由器ID和OpenFlow控制器之间的对应关系，从而后续可以根据拓扑信息计算路径并确定完整路径需要哪些OpenFlow控制器来协作以完成跨路径设置。
步骤302、将当前骨干网节点与其它各骨干网节点之间的链路映射为当前骨干网节点对应VSR与该其它骨干网节点对应VSR之间的三层隧道。
骨干网节点之间通过各自边缘设备的边缘接口相连，连接链路也即为骨干网节点之间的链路。将当前骨干网节点与其它骨干网节点之间的链路映射为两个骨干网节点各自对应VSR之间的三层隧道，实际上也就是将链路两端的边缘接口分别作为两个VSR的三层隧道接口，从而在两个VSR之间建立起三层隧道。
为了使骨干网节点边缘设备的边缘接口成为该骨干网节点对应VSR的三层隧道接口，需要需要将该边缘接口添加为VSR的三层隧道接口并设置三层隧道接口的IP地址为该边缘接口的IP地址。
在基于OpenFlow的SDN网络中，骨干网节点对应VSR之间的三层隧道建立之后，需要由OpenFlow控制器基于该三层隧道两端的接口IP地址生成相应的双向流表并下发到骨干网节点中的所有设备以及骨干网节点对应VSR中，相应三层隧道才能够生效并用于信息传输。
因此，所述将当前骨干网节点与其它各骨干网节点之间的链路映射为当前骨干网节点对应VSR与该其它骨干网节点对应VSR之间的三层隧道具体包括：
获取该链路连接的本端边缘接口及其IP地址，以及对端边缘接口的IP地址；其中，该链路连接的本端边缘接口为该链路连接的当前骨干网节点中边缘设备的边缘接口，该链路连接的对端边缘接口为该链路连接的该其它骨干网节点中边缘设备的边缘接口；
将本端边缘接口添加为当前骨干网节点对应VSR的三层隧道接口，并分别设置该三层隧道的本端IP地址和对端IP地址为本端边缘接口的IP地址、对端边缘接口IP地址；
基于该三层隧道的本端IP地址和对端IP地址生成用于通过该三层隧道接收报文和发送报文两个方向的OpenFlow流表并下发到当前骨干网节点对应VSR以及当前骨干网节点中所有设备。
在实际应用中，骨干网节点中的设备需要向OpenFlow控制器上报接口状态信息，可以利用接口状态信息报文实现边缘接口及其IP地址的上报。具体地，当各设备向OpenFlow控制器上报自身的接口状态信息时，如果是边缘接口，则可以同时将边缘接口标记、边缘接口IP地址等边缘接口信息携带在接口状态信息报文中上报给OpenFlow控制器。需要说明的是，这种实现方式下，需要对现有OpenFlow协议进行扩展，具体如图4所示，在接口状态信息报文中增加一个端口IP属性字段，该字段中包括边缘接口标记(取值为1表明是边缘接口，否则不是边缘接口)和IP地址(边缘接口标记为1时，IP地址为边缘接口IP地址，边缘接口标记为0时，IP地址为NULL)等与接口IP地址相关的属性。
对于边缘接口连接链路连接的对端边缘接口IP地址，则可以预先在OpenFlow控制器中进行配置，从而使得OpenFlow控制器在接收到骨干网节点中边缘设备上报的边缘接口信息后，根据配置查找到对端边缘接口IP地址等信息，从而可以执行将该边缘接口连接链路映射为骨干网节点对应VSR之间的三层隧道相关的操作。
因此，上述获取该链路连接的本端边缘接口及其IP地址，以及对端边缘接口及其IP地址的方法具体可以为：接收该链路连接的当前骨干网节点中边缘设备上报的边缘接口及其IP地址信息，从预先配置的当前骨干网节点中各边缘设备边缘接口连接的对端骨干网节点中边缘设备边缘接口及其IP地址中，查找该上报的边缘接口连接的对端骨干网节点中边缘设备边缘接口的IP地址。
步骤303、当前骨干网节点对应VSR在所述三层隧道接口上运行链路状态协议得到骨干网节点之间的拓扑信息。
当所有骨干网节点均被映射为VSR，且任意两个骨干网节点间的链路被映射为各自对应VSR之间的三层隧道后，各骨干网节点对应VSR就可以在相应的三层隧道接口上运行链路状态协议从而获取得到所有骨干网节点间的拓扑信息。
步骤304、流量工程服务器获取骨干网节点之间的拓扑信息。
在实际应用中，可以在SDN网络中部署一流量工程服务器，将流量工程服务器与任一骨干网节点对应VSR相连，使得流量工程服务器可以通过BGP-LS(North-Bound Distribution of Link-State and TE Information using BGP，用BGP协议北向分发链路状态和TE信息)协议从相连的VSR获取得到骨干网节点间的拓扑信息；另外，也可以在流量工程服务器上运行链路状态协议，使得流量工程服务器通过与SDN网络中的VSR进行链路状态协议报文交互从而获得骨干网节点间的拓扑信息。
下面结合图5，对图3所示本发明实施例进行详细说明。
图5基于图1，图5中，每个骨干网节点都部署有OpenFlow控制器。
为了获取骨干网节点间的拓扑信息，按照图3所示本发明实施例，为每个骨干网节点配置一服务器并在服务器上运行VSR，该服务器与该骨干网节点中的一个设备相连，该骨干网节点中的OpenFlow控制器负责分配一路由器ID，并该路由器ID设置为该VSR的路由器ID。这样，每个骨干网节点都具有了对应的VSR。
为了便于说明，以下仅以骨干网节点2和骨干网节点4为例，将骨干网节点2对应VSR记为VSR2，骨干网节点4对应VSR记为VSR4。
从图5可以看出，骨干网节点2和骨干网节点4之间存在一条链路，也即骨干网节点2中的设备22和骨干网节点4中的设备41之间的链路，该链路两端接口分别为Port24和Port42(其中，骨干网节点2中的设备22上连接骨干网节点4中的设备41的接口为Port24，骨干网节点4中的设备41上连接骨干网节点2中的设备22的接口为Port42)。
在骨干网节点2中，设备22在上报Port24的状态信息到OpenFlow控制器(本段中的OpenFlow控制器是指骨干网节点2中的OpenFlow控制器)时携带边缘接口标记以及Port24的IP地址等信息，OpenFlow控制器据此确定Port24为边缘接口，因此，将边缘接口Port24的IP地址映射为骨干网节点2对应VSR(也即VSR2)的IP地址，将边缘接口Port24添加为VSR2的三层隧道接口并设置该三层隧道的本端IP地址(也即在VSR2中，该三层隧道接口的IP地址)为边缘接口Port24映射后的IP地址。另外，OpenFlow控制器还根据配置查找到边缘接口Port24连接链路的对端边缘接口为Port42的IP地址，将Port42的IP地址设置为该三层隧道的对端IP地址。最后，OpenFlow控制器根据该三层隧道的本端IP地址和对端IP地址，生成用于通过该三层隧道接收报文和发送报文两个方向的OpenFlow流表下发到VSR2以及骨干网节点2中的所有设备，从而使VSR2可以在该三层隧道上进行信息收发。
在骨干网节点4中，设备41在上报Port42的状态信息到OpenFlow控制器(本段中的OpenFlow控制器是指骨干网节点4中的OpenFlow控制器)时携带边缘接口标记以及Port42的IP地址等信息，OpenFlow控制器据此确定Port42为边缘接口，因此，将边缘接口Port42的IP地址映射为骨干网节点4对应VSR(也即VSR4)的IP地址，将边缘接口Port42添加为VSR4的三层隧道接口并设置该三层隧道的本端IP地址(也即在VSR4中，该三层隧道接口的IP地址)为边缘接口Port42映射后的IP地址。另外，OpenFlow控制器还根据配置查找到边缘接口Port42连接链路的对端边缘接口为Port24的IP地址，将Port24的IP地址设置为该三层隧道的对端IP地址。最后，OpenFlow控制器根据该三层隧道的本端IP地址和对端IP地址，生成用于通过该三层隧道接收报文和发送报文两个方向的OpenFlow流表下发到VSR4以及骨干网节点4中的所有设备，从而使VSR4可以在该三层隧道上进行信息收发。
至此，VSR2和VSR4之间，经过骨干网节点2的设备22与骨干网节点4的设备41之间的链路的三层隧道建立，此三层隧道成为VSR2和VSR4之间的虚连接。
采用与上述同样的方法，得到骨干网节点1与骨干网节点2、3之间的三层隧道、骨干网节点2与骨干网节点3、4之间的三层隧道、骨干网节点5与骨干网节点3、4之间的三层隧道，最终得到如图6所示的VSR1、2、3、4、5之间的全网拓扑，各VSR通过在各自的三层隧道接口上运行链路运行协议，可以得到此全网拓扑信息，从而也就得到了骨干网节点1、2、3、4、5之间的全网拓扑。
最后通过将流量工程服务器与VSR1、2、3、4、5中的一个相连，使流量工程服务器通过BGP-LS收集得到骨干网节点间的全网拓扑，或者流量工程服务器与相连VSR之间直接运行链路状态协议得到骨干网节点间的全网拓扑
以上对本发明广域网SDN拓扑收集实现方法进行了详细说明，本发明还提供了一种广域网SDN拓扑收集实现装置，以下结合图6进行详细说明。
参见图7，图7是本发明实施例广域网SDN拓扑收集实现装置的结构示意图，所述广域网包括用于实现城际互联的多个骨干网节点，每个骨干网节点设置有对应的OpenFlow控制器，其特征在于，该装置应用于各骨干网节点对应的OpenFlow控制器，包括：第一映射单元701、第二映射单元702；其中，
第一映射单元701，用于将当前骨干网节点映射为一个虚拟路由器VSR；
第二映射单元702，用于将当前骨干网节点与其它各骨干网节点之间的链路映射为当前骨干网节点对应VSR与该其它骨干网节点对应VSR之间的三层隧道，以使当前骨干网节点对应VSR在所述三层隧道接口上运行链路状态协议得到骨干网节点之间的拓扑信息。
图7所示装置中，
所述第一映射单元701将当前骨干网节点映射为一个虚拟路由器VSR时，用于：在与当前骨干网节点的任一设备上或与该设备相连的服务器上运行VSR，将预先针对当前骨干网节点分配的路由器标识设置为该VSR的路由器标识。
图7所示装置中，
所述第二映射单元702将当前骨干网节点与其它各骨干网节点之间的链路映射为当前骨干网节点对应VSR与该其它骨干网节点对应VSR之间的三层隧道包括：
获取该链路连接的本端边缘接口及其IP地址，以及对端边缘接口及其IP地址；
将本端边缘接口添加为当前骨干网节点对应VSR的三层隧道接口，并分别设置该三层隧道的本端IP地址和对端IP地址为映射后的IP地址、对端边缘接口IP地址；
基于该三层隧道的本端IP地址和对端IP地址生成用于通过该三层隧道接收报文及发送报文两个方向的OpenFlow流表并下发到当前骨干网节点对应VSR以及当前骨干网节点中所有设备；
其中，该链路连接的本端边缘接口为该链路连接的当前骨干网节点中边缘设备的边缘接口，该链路连接的对端边缘接口为该链路连接的该其它骨干网节点中边缘设备的边缘接口。
图7所示装置还包括配置单元703；
所述配置单元703，用于预先在OpenFlow控制器中配置当前骨干网节点中各边缘设备边缘接口连接的对端骨干网节点中边缘设备边缘接口及其IP地址；
所述第二映射单元702获取该链路连接的本端边缘接口及其IP地址，以及对端边缘接口及其IP地址时，用于：接收该链路连接的当前骨干网节点中边缘设备上报的边缘接口及其IP地址信息，从所述配置单元的配置中查找该上报的边缘接口连接的对端骨干网节点中边缘设备边缘接口的IP地址。
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 (9)

1.一种广域网SDN拓扑收集实现方法，所述广域网包括用于实现城际互联的多个骨干网节点，每个骨干网节点设置有对应的OpenFlow控制器，其特征在于，该方法应用于各骨干网节点对应的OpenFlow控制器，包括：
将当前骨干网节点映射为一个虚拟路由器VSR；
将当前骨干网节点与其它各骨干网节点之间的链路映射为当前骨干网节点对应VSR与该其它骨干网节点对应VSR之间的三层隧道，以使当前骨干网节点对应VSR在所述三层隧道接口上运行链路状态协议得到骨干网节点之间的拓扑信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
将当前骨干网节点映射为一个虚拟路由器VSR的方法为：
在与当前骨干网节点的任一设备上或与该设备相连的服务器上运行VSR，将预先针对当前骨干网节点分配的路由器标识设置为该VSR的路由器标识。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
将当前骨干网节点与其它各骨干网节点之间的链路映射为当前骨干网节点对应VSR与该其它骨干网节点对应VSR之间的三层隧道包括：
获取该链路连接的本端边缘接口及其IP地址，以及对端边缘接口及其IP地址；
将本端边缘接口添加为当前骨干网节点对应VSR的三层隧道接口，并分别设置该三层隧道的本端IP地址和对端IP地址为本端边缘接口的IP地址、对端边缘接口IP地址；
基于该三层隧道的本端IP地址和对端IP地址生成用于通过该三层隧道接收报文及发送报文两个方向的OpenFlow流表并下发到当前骨干网节点对应VSR以及当前骨干网节点中所有设备；
其中，该链路连接的本端边缘接口为该链路连接的当前骨干网节点中边缘设备的边缘接口，该链路连接的对端边缘接口为该链路连接的该其它骨干网节点中边缘设备的边缘接口。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
预先在OpenFlow控制器中配置当前骨干网节点中各边缘设备边缘接口连接的对端骨干网节点中边缘设备边缘接口及其IP地址；
获取该链路连接的本端边缘接口及其IP地址，以及对端边缘接口及其IP地址的方法为：接收该链路连接的当前骨干网节点中边缘设备上报的边缘接口及其IP地址信息，从所述配置中查找该上报的边缘接口连接的对端骨干网节点中边缘设备边缘接口的IP地址。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述广域网中还部署有流量工程服务器，与广域网中任一骨干网节点对应VSR相连；
流量工程服务器通过BGP-LS得到该VSR获取的骨干网节点之间的拓扑信息，或运行链路状态协议获取骨干网节点之间的拓扑信息。
6.一种广域网SDN拓扑收集实现装置，所述广域网包括用于实现城际互联的多个骨干网节点，每个骨干网节点设置有对应的OpenFlow控制器，其特征在于，该装置应用于各骨干网节点对应的OpenFlow控制器，包括：第一映射单元、第二映射单元；
所述第一映射单元，用于将当前骨干网节点映射为一个虚拟路由器VSR；
所述第二映射单元，用于将当前骨干网节点与其它各骨干网节点之间的链路映射为当前骨干网节点对应VSR与该其它骨干网节点对应VSR之间的三层隧道，以使当前骨干网节点对应VSR在所述三层隧道接口上运行链路状态协议得到骨干网节点之间的拓扑信息。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述第一映射单元将当前骨干网节点映射为一个虚拟路由器VSR时，用于：
在与当前骨干网节点的任一设备上或与该设备相连的服务器上运行VSR，将预先针对当前骨干网节点分配的路由器标识设置为该VSR的路由器标识。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述第二映射单元将当前骨干网节点与其它各骨干网节点之间的链路映射为当前骨干网节点对应VSR与该其它骨干网节点对应VSR之间的三层隧道包括：
获取该链路连接的本端边缘接口及其IP地址，以及对端边缘接口及其IP地址；
将本端边缘接口添加为当前骨干网节点对应VSR的三层隧道接口，并分别设置该三层隧道的本端IP地址和对端IP地址为映射后的IP地址、对端边缘接口IP地址；
基于该三层隧道的本端IP地址和对端IP地址生成用于通过该三层隧道接收报文及发送报文两个方向的OpenFlow流表并下发到当前骨干网节点对应VSR以及当前骨干网节点中所有设备；
其中，该链路连接的本端边缘接口为该链路连接的当前骨干网节点中边缘设备的边缘接口，该链路连接的对端边缘接口为该链路连接的该其它骨干网节点中边缘设备的边缘接口。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括配置单元；
所述配置单元，用于预先在OpenFlow控制器中配置当前骨干网节点中各边缘设备边缘接口连接的对端骨干网节点中边缘设备边缘接口及其IP地址；
所述第二映射单元获取该链路连接的本端边缘接口及其IP地址，以及对端边缘接口及其IP地址时，用于：接收该链路连接的当前骨干网节点中边缘设备上报的边缘接口及其IP地址信息，从所述配置单元的配置中查找该上报的边缘接口连接的对端骨干网节点中边缘设备边缘接口的IP地址。
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