CN104980368A - 软件定义网络中的带宽保障方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出软件定义网络中的带宽保障方法及装置。方法包括：SDN中的控制器获取SDN的网络拓扑结构；所述控制器根据所述网络拓扑结构，获取SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽；所述控制器根据获取的直连两两转发设备之间的链路带宽，为用户设备预留链路带宽。本发明能够对SDN中的用户提供带宽保障。

Description

软件定义网络中的带宽保障方法及装置
技术领域
本发明涉及软件定义网络（SDN，Software Defined Network）技术领域，尤其涉及SDN中的带宽保障方法及装置。
背景技术
SDN与传统网络的最大区别，是将控制平面和网络转发平面分离开来，网络转发平面将不再拥有控制功能，将控制平面交给独立于转发平面之外的操作系统，特性则基于操作系统进行定制。
OpenFlow（开放流）是SDN架构中定义的一个控制器与转发层之间的通信接口标准。OpenFlow允许直接访问和操作网络设备的转发平面，这些网络设备可能是物理上的，也可能是虚拟的。OpenFlow协议一直在持续发展。
OpenFlow的思想是分离控制平面和数据平面，二者之间使用标准的协议通信；数据平面采用基于流的方式进行转发。
如图1所示，OpenFlow网络由通过OpenFlow Channel（通道）连接的OpenFlow Switch（交换机）和OpenFlow Controller（控制器）组成。
OpenFlow控制器是控制中心，根据用户的配置或者动态运行的协议生成流表发送到OpenFlow交换机。控制器上可能运行实验程序，或者第三方开发的软件等等。OpenFlow交换机接收OpenFlow控制器设置的流表，并根据流表进行报文处理，向OpenFlow控制器上报本交换机的状态和事件如接口Up/Down。在OpenFlow交换机和控制器之间通过OpenFlow通道（基于TCP或者SSL）进行通信。
由于OpenFlow可以基于流对网络进行编程，因此基于OpenFlow的SDN架构能够提供相当精细力度的控制，实现网络在应用、用户和会话级别上变更的实时响应。而当前基于IP的路由方式是不能提供这种级别上的控制的。
OpenFlow转发流程如下：报文在进入OpenFlow交换机后从序号最小的流表开始查表，可以进行多个流表的查询，一旦在某个流表匹配到后，会更新此报文的动作集（Action Set），动作集即动作的集合，初始为空，对报文的操作都放在这个集合里。完成最后一个流表的处理后，动作集内的所有动作会被执行，此时报文的内容会被修改，然后从指定出接口转发出去。
OpenFlow通过用户定义的流表来匹配和处理报文。所有流表项都被组织在不同的Flow Table中，在同一个Flow Table中按流表项的优先级进行先后匹配。一个OpenFlow交换机可以包含一个或者多个Flow Table。
Controller下发流表时，协议报文结构如图2所示，其中，：
Match Fields：匹配字段，用于匹配报文；
Priority：优先级，匹配流表项时优先级高的先匹配；
Counters：计数器，匹配报文时更新；
Instructions：指令，更改动作集或管道处理；
Timeouts：超时时间，流表项在该交换机中保存的最大时间或闲置时间；
Cookie：控制器使用的一个标识，可能用于控制器过滤报文统计、流变更、流删除等。
协议里定义了多种匹配规则，包括目的MAC（Media Access Control，媒体接入控制）地址，源MAC地址，目的IP（Internet Protocol，因特网协议）地址，源IP地址等。平台都支持这些匹配规则，产品根据自身能力进行定制。报文匹配时分为精确匹配和非精确匹配。
在OpenFlow网络中，目前流量转发使用的是Amy-OSPF（Open ShortestPath First，开放式最短路径优先）路由协议，有流量进入OpenFlow网络中后，首个数据包上报控制器，然后控制器计算路径后下发设备，指导设备的转发。
目前的实现方法有不合理的地方。首先，Amy-OSPF路由协议计算好流量的路径之后，下发到设备后指导转发，并不会继续跟踪这些流量的大小，一旦流量出现了突然增大超出了带宽的范围，会导致一些流量丢失，另外在数据中心中，主要的服务器的流量会在流量突增的情况下不能对特殊的用户提供带宽保证，会导致出现大量的丢包重连的现象，会使整个网络加倍恶化，大大影响用户的网络体验。
发明内容
本发明提供SDN中的带宽保障方法及装置，以对SDN中的重要用户提供带宽保障。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种软件定义网络SDN中的带宽保障方法，该方法包括：
SDN中的控制器获取SDN的网络拓扑结构；
所述控制器根据所述网络拓扑结构，获取SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽；
所述控制器根据获取的直连两两转发设备之间的链路带宽，为用户设备预留链路带宽。
所述SDN中的控制器获取SDN的网络拓扑结构包括：
控制器根据转发设备发来的封装有本地用户设备发出的报文的Packet-in消息，得知转发设备与本地用户设备之间的网络拓扑结构；
控制器从自身的所有SDN协议端口向外发出Packet-out消息，该消息中携带的数据为预设报文，动作为：向所有端口广播；当控制器从自身的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息时，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，
其中，任一转发设备接收到所述Packet-out消息，从该消息中解析出预设报文，根据该消息中的动作：向所有端口广播，将该预设报文从自身的所有端口广播出去，任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口信息，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去。
所述SDN中的控制器获取SDN的网络拓扑结构包括：
控制器根据转发设备发来的封装有本地用户设备发出的报文的Packet-in消息，得知转发设备与本地用户设备之间的网络拓扑结构；
控制器从自身的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，
其中，任一转发设备向自身的所有端口广播预设报文，任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口信息，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去。
所述控制器根据所述网络拓扑结构，获取直连两两转发设备之间的链路带宽包括：
所述控制器向SDN中的每个转发设备获取其每个端口的带宽，根据所述网络拓扑结构，得知直连两两转发设备之间的连接端口，对于任意两个相互连接的端口，若该两端口所在转发设备上报的针对该两端口的带宽一致，则直接将该带宽作为该两转发设备之间的链路带宽；否则，将带宽较小者作为该两转发设备之间的链路带宽。
所述控制器根据获取的直连两两转发设备之间的链路带宽，为用户设备预留链路带宽包括：
控制器确认需要为第一用户设备预留第一数值的到第二用户设备的带宽，则根据获取的SDN的网络拓扑结构，计算第一用户设备到第二用户设备的所有路径，在计算出的路径中选择一条或多条路径，在所选择的路径上为第一用户设备预留出第一数值的带宽，且对于所选择的路径，向路径上的各转发设备下发从第一用户设备到第二用户设备的流表项、以及从第二用户设备到第一用户设备的流表项。
所述在计算出的路径中选择一条或多条路径为：
在计算出的路径中，按照路径开销的从小到大，从开销最小的路径或者开销次小的短路径开始，选择能够满足第一数值的带宽的路径。
所述方法进一步包括：
当控制器接收到任一转发设备发来的携带动态主机配置协议DHCP请求报文的Packet-in消息时，从该消息中解析出DHCP请求报文，为该DHCP请求报文的发送用户设备分配IP地址，将该IP地址携带在DHCP响应报文中，将该DHCP响应报文封装到Packet-out消息中返回给所述发送用户设备；
且，所述流表项中的第一用户设备和第二用户设备以IP地址标识。
所述方法进一步包括：
控制器接收任一转发设备发来的携带用户设备IP地址上报报文的Packet-in消息，从该消息中解析出该用户设备IP地址上报报文，从该报文中获得该转发设备的本地用户设备的IP地址；
且，所述流表项中的第一用户设备和第二用户设备以IP地址标识。
一种软件定义网络SDN中的带宽保障装置，该装置位于SDN中的控制器上，该装置包括：
第一模块：获取SDN的网络拓扑结构；
第二模块：根据SDN的网络拓扑结构，获取SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽；
第三模块：根据SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽，为重要的用户设备预留链路带宽。
所述第一模块获取SDN的网络拓扑结构包括：
根据转发设备发来的封装有用户设备发出的报文的Packet-in消息，得知转发设备与用户设备之间的网络拓扑结构；
从本控制器的所有SDN协议端口向外发出Packet-out消息，该消息中携带的数据为预设报文，动作为：向所有端口广播；当从本控制器的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息时，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，
其中，任一转发设备接收到所述Packet-out消息，从该消息中解析出预设报文，根据该消息中的动作：向所有端口广播，将该报文从自身的所有端口广播出去；任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口信息，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去。
所述第一模块获取SDN的网络拓扑结构包括：
根据转发设备发来的封装有用户设备发出的报文的Packet-in消息，得知转发设备与用户设备之间的网络拓扑结构；
从本控制器的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，
其中，任一转发设备向自身的所有端口广播预设报文，任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口信息，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去。
所述第二模块根据所述网络拓扑结构，获取直连两两转发设备之间的链路带宽包括：
向SDN中的每个转发设备获取其每个端口的带宽，根据SDN的网络拓扑结构，得知直连两两转发设备之间的连接端口，对于任意两个相互连接的端口，若该两端口所在转发设备上报的针对该两端口的带宽一致，则直接将该带宽作为该两转发设备之间的链路带宽；否则，将带宽较小者作为该两转发设备之间的链路带宽。
所述第三模块根据获取的直连两两转发设备之间的链路带宽，为用户设备预留链路带宽包括：
确认需要为第一用户设备预留第一数值的到第二用户设备的带宽，则根据获取的SDN的网络拓扑结构，计算第一用户设备到第二用户设备的所有路径，在计算出的路径中选择一条或多条路径，在所选择的路径上为第一用户设备预留出第一数值的带宽，且对于所选择的路径，向路径上的各转发设备下发从第一用户设备到第二用户设备的流表项、以及从第二用户设备到第一用户设备的流表项。
所述第三模块在计算出的路径中选择一条或多条路径为：
在计算出的路径中，按照路径开销的从小到大，从开销最小的路径或者开销次小的短路径开始，选择能够满足第一数值的带宽的路径。
所述装置进一步包括第四模块，用于当接收到任一转发设备发来的携带动态主机配置协议DHCP请求报文的Packet-in消息时，从该消息中解析出DHCP请求报文，为该DHCP请求报文的发送用户设备分配IP地址，将该IP地址携带在DHCP响应报文中，将该DHCP响应报文封装到Packet-out消息中返回给所述发送用户设备；
且，所述第三模块下发的流表项中的第一用户设备和第二用户设备以IP地址标识。
所述装置进一步包括第四模块，用于当接收到任一转发设备发来的携带用户设备IP地址上报报文的Packet-in消息时，从该消息中解析出该用户设备IP地址上报报文，从该报文中获得该转发设备的本地用户设备的IP地址；
且，所述第三模块下发的流表项中的第一用户设备和第二用户设备以IP地址标识。
可见，本发明可以对SDN中的重要用户设备提供带宽保障，提升了用户对SDN的体验，避免了在大量流量冲击情况下出现用户设备重复连接的网络恶化。
附图说明
图1为现有的OpenFlow网络的组成示意图；
图2为现有的OpenFlow Controller下发流表时的协议报文结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的SDN中的带宽保障方法流程图；
图4为本发明示例提供的SDN的组网示意图；
图5为本发明又一实施例提供的SDN中的带宽保障方法流程图；
图6为本发明实施例提供的SDN中的带宽保障装置的组成示意图。
具体实施方式
为清楚起见，首先对本发明中出现的以下术语进行解释：
Packet-in：SDN转发设备将其接收到的报文封装在Packet-in报文内，并通过SDN控制链路将Packet-in报文发送到SDN控制器，该报文会标示转发设备收到的报文的入端口。
Packet-out：SDN控制器将报文封装在Packet-out报文内，并通过SDN控制链路将Packet-out报文发送到SDN转发设备，并通过该报文告知SDN转发设备如何处理Packet-out报文中封装的报文。
图3为本发明一实施例提供的SDN中的带宽保障方法流程图，其具体步骤如下：
步骤301：SDN中的控制器获取SDN的网络拓扑结构。
本步骤的具体实现过程可以如下：
步骤011：当控制器接收到任一转发设备发来的封装有用户设备发出的报文的Packet-in消息时，就得知了该转发设备的哪个端口连接了用户设备。
通过步骤011，控制器就可以获取SDN中所有转发设备与其本地用户设备之间的网络拓扑结构。
例如：当用户设备上线时，会主动发出携带自身IP地址的免费ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）请求报文，该报文到达用户设备连接的转发设备后，转发设备会将该报文封装到Packet-in消息中，同时在消息中封装该报文在本转发设备上的入端口信息，然后将该消息上送控制器，这样，控制器就可从该Packet-in消息得知该转发设备的哪个端口连接了该用户设备。
步骤012：控制器获取直连两两转发设备之间的网络拓扑结构，即，得知直连两两转发设备之间的连接端口。
本步骤的具体实现见步骤021～024。
以下给出控制器获取直连两两转发设备之间的网络拓扑结构的具体过程：
步骤021：控制器从自身的所有SDN协议端口向外发出Packet-out消息，该消息中携带的数据为预设报文，动作为：向所有端口广播。
预设报文即预先定义的报文，可以为LLDP（Link Layer DiscoveryProtocol，链路层发现协议）报文等，
步骤022：任一转发设备接收到所述Packet-out消息，从该消息中解析出预设报文，根据该消息中的动作：向所有端口广播，将该预设报文从自身的所有端口广播出去。
步骤023：任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去。
这里，控制器可以在各转发设备上下发配置流表项：接收到预设报文，动作：上送控制器。这样，转发设备收到预设报文后，就与该流表项匹配上，从而构造Packet-in消息将该预设报文上送控制器；或者，也可不下发配置流表项，因为：按照SDN协议规定，转发设备收到未知报文都要上送控制器。
在实际应用中，步骤021～022也可以替换为：任一转发设备启动后，主动向所有端口广播预设报文。
步骤024：当控制器从自身的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息时，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口。
最终，控制器可以得到直连两两转发设备之间的连接端口，即得到转发设备之间的网络拓扑结构。
以图4为例，设预设报文为LLDP报文。则：DUT A从端口D收到DUTB发来的LLDP报文后，将LLDP报文封装到Packet-in消息中，同时将端口D封装到消息中，该Packet-in消息到达控制器后，控制器从消息中解析出LLDP报文，从LLDP报文的源MAC地址得知LLDP报文的发送者为DUTB，从Packet-in消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送者为DUT A，从Packet-in消息中解析出LLDP报文在DUT A上的入端口D，则最终可得知：DUT B到DUT A上的入端口为D。
由于每个DUT都会向邻居DUT广播LLDP报文，这样最终控制器可以获得直连两两DUT之间的连接端口，从而得到所有转发设备的网络拓扑结构。
步骤302：SDN中的控制器根据获取的SDN的网络拓扑结构，获取SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽。
本步骤的具体实现过程可如下：
步骤031：控制器向SDN中的每个转发设备获取其每个端口的带宽。
步骤032：控制器根据SDN的网络拓扑结构，得知直连两两转发设备之间的连接端口，对于任意两个相互连接的端口，若该两端口所在转发设备上报的针对该两端口的带宽一致，则直接将该带宽作为该两转发设备之间的链路带宽；否则，将带宽较小者作为该两转发设备之间的链路带宽。
步骤303：SDN中的控制器根据获取的直连两两转发设备之间的链路带宽，为指定用户设备预留链路带宽。
本步骤的具体实现过程可如下：
步骤041：控制器确认需要为第一用户设备预留第一数值的到第二用户设备的带宽。
需要为第一用户设备预留第一数值的到第二用户设备的带宽的信息，可以由管理员等配置在控制器上，或者由第一用户设备直接向控制器申请。
步骤042：控制器根据获取的SDN的网络拓扑结构，计算第一用户设备到第二用户设备的所有路径。
步骤043：控制器在计算出的路径中选择一条或多条路径，在所选择的路径上为第一用户设备预留出第一数值的带宽。
其中，在选择路径时，可以在计算出的路径中，按照路径开销的从小到大，从开销最小的路径或者开销次小的路径开始，选择能够满足第一数值的带宽的路径。
步骤044：控制器根据所选择的路径，向该路径上的各转发设备下发从第一用户设备到第二用户设备的流表项、以及从第二用户设备到第一用户设备的流表项。
其中，流表项中第一用户设备和第二用户设备可以以IP地址来标识，该IP地址可以由控制器分配，也可以由用户设备主动上报给控制器。
当由控制器给用户分配IP地址时，控制器为新加入的用户设备分配IP地址的具体过程可以如下：
步骤050：预先在控制器上使能DHCP（Dynamic Host ConfigurationProtocol，动态主机配置协议）。
步骤051：预设在SDN中的各转发设备上配置流表项：收到DHCP请求报文，动作：上送控制器。
步骤052：当一用户设备加入SDN时，发出DHCP请求报文，该报文的源MAC地址为自身的MAC地址。
步骤053：该DHCP请求报文到达转发设备后，转发设备将该报文与步骤051中配置的流表项匹配上，则将该报文封装到Packet-in消息中，将该消息发往控制器。
步骤054：控制器收到该Packet-in消息，从该消息中解析出DHCP请求报文，为用户设备分配IP地址，将该IP地址携带在DHCP响应报文中，将该DHCP响应报文封装到Packet-out消息中经转发设备发送给用户设备。
当由用户设备主动将IP地址上报给控制器时，其具体过程可以如下：
步骤061：预设在SDN中的各转发设备上配置流表项：收到IP地址上报报文，动作：上送控制器。
步骤062：当一用户设备从DHCP服务器请求到IP地址后，向自身连接的转发设备发出IP地址上报报文。
步骤063：该IP地址上报报文到达转发设备后，转发设备将该报文与步骤061中配置的流表项匹配上，则将该报文封装到Packet-in消息中，将该消息发往控制器。
步骤064：控制器收到该Packet-in消息，从该消息中解析出IP地址上报报文，获得用户设备的IP地址。
图5为本发明又一实施例提供的SDN中的带宽保障方法流程图，其具体步骤如下：
步骤500：在SDN中的控制器上使能DHCP。
步骤501：SDN中的控制器获取SDN的网络拓扑结构。
步骤502：SDN中的控制器根据SDN的网络拓扑结构，获取SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽。
仍以图4为例，设控制器获得的DUT A～D直连两两转发设备之间的链路带宽如表1所示：
链路 带宽
DUT A－DUT B 10G
DUT A－DUT C 10G
DUT A－DUT D 10G
DUT B－DUT C 1G
DUT B－DUT D 1G
DUT C－DUT D 1G
表1控制器获得的DUT A～D直连两两转发设备之间的链路带宽
步骤503：SDN中的控制器计算直连两两转发设备之间的链路开销。
对于任意两个相互连接的转发设备，该两转发设备之间的链路开销=1000M/该两转发设备之间的链路带宽。
步骤504：当需要为第一用户设备预留到第二用户设备的第一数值的带宽时，控制器根据SDN的网络拓扑结构以及直连两两转发设备之间的链路开销，采用OSPF算法计算第一用户设备到第二用户设备的所有路径。
步骤505：控制器在计算出的路径中选择一条，在所选择的路径上为第一用户设备预留出第一数值的带宽。
仍以图4为例，设PC A代表大客户，服务器A是重要服务器，PC A购买了到服务器A的500M的链路带宽。则控制器需要为PC A提供到服务器A的链路保障，保障带宽为500M。控制器首先采用OSPF算法计算出PC A到服务器A的所有路径，其中：开销最小路径为DUT A-DUT C，开销次小路径为DUT A-DUT B-DUT C；然后，控制器在开销次小路径DUT A-DUTB-DUT C上为PC A预留出500M的带宽。
其中，选择开销次小路径预留带宽的好处是：由于流量默认走开销最小路径，只有在该路径带宽不够时，才会选择其它路径，因此，选择开销次小路径为PC A预留带宽，不会影响其它流量的传输，同时可达到流量负载分担的目的，提高网络带宽利用率。
步骤506：控制器根据预留带宽所在的路径，向该路径上的各转发设备下发从第一用户设备到第二用户设备的流表项，以及从第二用户设备到第一用户设备的流表项。
本步骤中，控制器在预留出带宽后，还要调整自身记录的预留带宽所在路径的可用带宽，以为后续分配带宽和指导流量转发提供依据。
仍以图4为例，如上所述，设控制器在路径DUT A-DUT B-DUT C上为PC A预留出了到服务器A的500M的带宽，设各用户设备的IP地址如表2所示：
用户设备 对应的IP地址
服务器A 192.168.10.101
服务器B 192.168.10.102
PC A 192.168.20.101
PC B 192.168.20.102
表2各用户设备的IP地址
其中，用户设备的IP地址可由控制器来分配，或者由DHCP服务器分配后用户设备再主动上报给控制器，具体实现见步骤050～054，061～064。
则控制器在DUT A～C上下发的流表项分别如下：
一）针对从服务器A到PC A的流量：
下发到DUT A的流表项如下：
目的IP地址为192.168.20.101，源IP地址为192.168.10.101，出接口为端口D；
下发到DUT B的流表项如下：
目的IP地址为192.168.20.101，源IP地址为192.168.10.101，出接口为端口F；
下发到DUT C的流表项如下：
目的IP地址为192.168.20.101，源IP地址为192.168.10.101，出接口为端口B。
二）针对从PC A到服务器A的流量：
下发到DUT C的流表项如下：
目的IP地址为192.168.10.101，源IP地址为192.168.20.101，出接口为端口H；
下发到DUT B的流表项如下：
目的IP地址为192.168.10.101，源IP地址为192.168.20.101，出接口为端口G；
下发到DUT A的流表项如下：
目的IP地址为192.168.10.101，源IP地址为192.168.20.101，出接口为端口A。
同时，DUT A～D直连两两转发设备之间的链路带宽更新为下表3所示：
链路 带宽
DUT A－DUT B 10G-0.5G=9.5G
DUT A－DUT C 10G
DUT A－DUT D 10G
DUT B－DUT C 1G-0.5G=0.5G
DUT B－DUT D 1G
DUT C－DUT D 1G
表3控制器更新后的DUT A～D直连两两转发设备之间的链路带宽
本发明实施例中的SDN可以是OpenFlow网络。
图6为本发明实施例提供的SDN中的带宽保障装置的组成示意图，该装置位于SDN中的控制器上，该装置主要包括：第一模块、第二模块和第三模块，其中：
第一模块：获取SDN的网络拓扑结构。
第二模块：根据第一模块获取的SDN的网络拓扑结构，获取SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽。
第三模块：根据第二模块获取的SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽，为重要的用户设备预留链路带宽。
其中，第一模块获取SDN的网络拓扑结构可包括：
根据转发设备发来的封装有用户设备发出的报文的Packet-in消息，得知转发设备与用户设备之间的网络拓扑结构；获取直连两两转发设备之间的网络拓扑结构。
第一模块获取直连两两转发设备之间的网络拓扑结构可包括：
从本控制器的所有SDN协议端口向外发出Packet-out消息，该消息中携带的数据为预设报文，动作为：向所有端口广播；当从本控制器的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口；其中，任一转发设备接收到所述Packet-out消息，从该消息中解析出预设报文，根据该消息中的动作：向所有端口广播，将该报文从自身的所有端口广播出去，任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口信息，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去；
或者包括：从本控制器的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口；其中，任一转发设备向自身的所有端口广播预设报文，任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口信息，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去。
第二模块根据所述网络拓扑结构，获取直连两两转发设备之间的链路带宽可包括：
向SDN中的每个转发设备获取其每个端口的带宽，根据SDN的网络拓扑结构，得知直连两两转发设备之间的连接端口，对于任意两个相互连接的端口，若该两端口所在转发设备上报的针对该两端口的带宽一致，则直接将该带宽作为该两转发设备之间的链路带宽；否则，将带宽较小者作为该两转发设备之间的链路带宽。
第三模块根据获取的直连两两转发设备之间的链路带宽，为用户设备预留链路带宽可包括：
确认需要为第一用户设备预留第一数值的到第二用户设备的带宽，则根据获取的SDN的网络拓扑结构，计算第一用户设备到第二用户设备的所有路径，在计算出的路径中选择一条或多条路径，在所选择的路径上为第一用户设备预留出第一数值的带宽，且对于所选择的路径，向路径上的各转发设备下发从第一用户设备到第二用户设备的流表项、以及从第二用户设备到第一用户设备的流表项。
第三模块在计算出的路径中选择一条或多条路径可为：
在计算出的路径中，按照路径开销的从小到大，从开销最小的路径或者开销次小的短路径开始，选择能够满足第一数值的带宽的路径。
图6所示装置可进一步包括第四模块，用于当接收到任一转发设备发来的携带DHCP请求报文的Packet-in消息时，从该消息中解析出DHCP请求报文，为该DHCP请求报文的发送用户设备分配IP地址，将该IP地址携带在DHCP响应报文中，将该DHCP响应报文封装到Packet-out消息中返回给所述发送用户设备；
且，第三模块下发的流表项中的第一用户设备和第二用户设备以第四模块分配的IP地址标识。
或者，用于接收任一转发设备发来的携带用户设备IP地址上报报文的Packet-in消息，从该消息中解析出该用户设备IP地址上报报文，从该报文中获得该转发设备的本地用户设备的IP地址；
且，第三模块下发的流表项中的第一用户设备和第二用户设备以第四模块获取的IP地址标识。
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 (16)

1.一种软件定义网络SDN中的带宽保障方法，其特征在于，该方法包括：
SDN中的控制器获取SDN的网络拓扑结构；
所述控制器根据所述网络拓扑结构，获取SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽；
所述控制器根据获取的直连两两转发设备之间的链路带宽，为用户设备预留链路带宽。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SDN中的控制器获取SDN的网络拓扑结构包括：
控制器根据转发设备发来的封装有本地用户设备发出的报文的Packet-in消息，得知转发设备与本地用户设备之间的网络拓扑结构；
控制器从自身的所有SDN协议端口向外发出Packet-out消息，该消息中携带的数据为预设报文，动作为：向所有端口广播；当控制器从自身的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息时，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，
其中，任一转发设备接收到所述Packet-out消息，从该消息中解析出预设报文，根据该消息中的动作：向所有端口广播，将该预设报文从自身的所有端口广播出去，任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口信息，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SDN中的控制器获取SDN的网络拓扑结构包括：
控制器根据转发设备发来的封装有本地用户设备发出的报文的Packet-in消息，得知转发设备与本地用户设备之间的网络拓扑结构；
控制器从自身的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，
其中，任一转发设备向自身的所有端口广播预设报文，任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口信息，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器根据所述网络拓扑结构，获取直连两两转发设备之间的链路带宽包括：
所述控制器向SDN中的每个转发设备获取其每个端口的带宽，根据所述网络拓扑结构，得知直连两两转发设备之间的连接端口，对于任意两个相互连接的端口，若该两端口所在转发设备上报的针对该两端口的带宽一致，则直接将该带宽作为该两转发设备之间的链路带宽；否则，将带宽较小者作为该两转发设备之间的链路带宽。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器根据获取的直连两两转发设备之间的链路带宽，为用户设备预留链路带宽包括：
控制器确认需要为第一用户设备预留第一数值的到第二用户设备的带宽，则根据获取的SDN的网络拓扑结构，计算第一用户设备到第二用户设备的所有路径，在计算出的路径中选择一条或多条路径，在所选择的路径上为第一用户设备预留出第一数值的带宽，且对于所选择的路径，向路径上的各转发设备下发从第一用户设备到第二用户设备的流表项、以及从第二用户设备到第一用户设备的流表项。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在计算出的路径中选择一条或多条路径为：
在计算出的路径中，按照路径开销的从小到大，从开销最小的路径或者开销次小的短路径开始，选择能够满足第一数值的带宽的路径。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
当控制器接收到任一转发设备发来的携带动态主机配置协议DHCP请求报文的Packet-in消息时，从该消息中解析出DHCP请求报文，为该DHCP请求报文的发送用户设备分配IP地址，将该IP地址携带在DHCP响应报文中，将该DHCP响应报文封装到Packet-out消息中返回给所述发送用户设备；
且，所述流表项中的第一用户设备和第二用户设备以IP地址标识。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
控制器接收任一转发设备发来的携带用户设备IP地址上报报文的Packet-in消息，从该消息中解析出该用户设备IP地址上报报文，从该报文中获得该转发设备的本地用户设备的IP地址；
且，所述流表项中的第一用户设备和第二用户设备以IP地址标识。
9.一种软件定义网络SDN中的带宽保障装置，该装置位于SDN中的控制器上，其特征在于，该装置包括：
第一模块：获取SDN的网络拓扑结构；
第二模块：根据SDN的网络拓扑结构，获取SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽；
第三模块：根据SDN中直连两两转发设备之间的链路带宽，为重要的用户设备预留链路带宽。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一模块获取SDN的网络拓扑结构包括：
根据转发设备发来的封装有用户设备发出的报文的Packet-in消息，得知转发设备与用户设备之间的网络拓扑结构；
从本控制器的所有SDN协议端口向外发出Packet-out消息，该消息中携带的数据为预设报文，动作为：向所有端口广播；当从本控制器的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息时，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，
其中，任一转发设备接收到所述Packet-out消息，从该消息中解析出预设报文，根据该消息中的动作：向所有端口广播，将该报文从自身的所有端口广播出去；任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口信息，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一模块获取SDN的网络拓扑结构包括：
根据转发设备发来的封装有用户设备发出的报文的Packet-in消息，得知转发设备与用户设备之间的网络拓扑结构；
从本控制器的任一SDN协议端口接收到任一转发设备发来的Packet-in消息，从该消息中解析出预设报文，从该预设报文的源MAC地址得知该预设报文的发送转发设备的MAC地址，从该消息的源MAC地址得知Packet-in消息的发送转发设备的MAC地址，同时，从该消息中解析出该预设报文在Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，从而得到：预设报文的发送转发设备到Packet-in消息的发送转发设备上的入端口，
其中，任一转发设备向自身的所有端口广播预设报文，任一转发设备从自身的任一端口接收到预设报文，构造所述Packet-in消息，消息中封装了该预设报文，同时携带该预设报文在本转发设备上的入端口信息，消息的源MAC地址为本转发设备的MAC地址，目的MAC地址为控制器的MAC地址，将该Packet-in消息从自身的SDN协议端口发送出去。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二模块根据所述网络拓扑结构，获取直连两两转发设备之间的链路带宽包括：
向SDN中的每个转发设备获取其每个端口的带宽，根据SDN的网络拓扑结构，得知直连两两转发设备之间的连接端口，对于任意两个相互连接的端口，若该两端口所在转发设备上报的针对该两端口的带宽一致，则直接将该带宽作为该两转发设备之间的链路带宽；否则，将带宽较小者作为该两转发设备之间的链路带宽。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第三模块根据获取的直连两两转发设备之间的链路带宽，为用户设备预留链路带宽包括：
确认需要为第一用户设备预留第一数值的到第二用户设备的带宽，则根据获取的SDN的网络拓扑结构，计算第一用户设备到第二用户设备的所有路径，在计算出的路径中选择一条或多条路径，在所选择的路径上为第一用户设备预留出第一数值的带宽，且对于所选择的路径，向路径上的各转发设备下发从第一用户设备到第二用户设备的流表项、以及从第二用户设备到第一用户设备的流表项。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第三模块在计算出的路径中选择一条或多条路径为：
在计算出的路径中，按照路径开销的从小到大，从开销最小的路径或者开销次小的短路径开始，选择能够满足第一数值的带宽的路径。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括第四模块，用于当接收到任一转发设备发来的携带动态主机配置协议DHCP请求报文的Packet-in消息时，从该消息中解析出DHCP请求报文，为该DHCP请求报文的发送用户设备分配IP地址，将该IP地址携带在DHCP响应报文中，将该DHCP响应报文封装到Packet-out消息中返回给所述发送用户设备；
且，所述第三模块下发的流表项中的第一用户设备和第二用户设备以IP地址标识。
16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括第四模块，用于当接收到任一转发设备发来的携带用户设备IP地址上报报文的Packet-in消息时，从该消息中解析出该用户设备IP地址上报报文，从该报文中获得该转发设备的本地用户设备的IP地址；
且，所述第三模块下发的流表项中的第一用户设备和第二用户设备以IP地址标识。
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