CN105099913A - 一种报文转发方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种报文转发方法及设备，应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，该方法包括：首节点接收直连设备发送的原始数据报文；所述首节点根据关键字遍历其上的流表，查询与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系；将所述匹配的第一转发标识流表项中的转发标识嵌套在所述原始数据报文中，生成嵌套数据报文，并将其发送给所述Openflow网络中的下一跳节点，使所述下一跳节点在其上的流表中，根据转发标识查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，对所述嵌套数据报文进行处理，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。

Description

一种报文转发方法及设备
技术领域
本发明涉及网络通信技术，特别是一种报文转发方法及设备。
背景技术
Openflow是一种新型的网络交换模型，主要解决现有网络中部署业务时面临的种种瓶颈，其核心思想就是软件设计网络（SoftwareDefinedNetwork，SDN）。SDN是指一个新的网络生态系统，Openflow则是实现SDN的一种开放协议标准，其实现方式就是将现有的完全由交换机、路由器控制的数据包转发过程，转化为由Openflow交换机和控制器（Controller）分别完成的独立过程。OpenFlow交换机在本地维护一个与传统交换机上的转发表不同的流表（FlowTable），如果要转发的数据包在流表中有对应项，则直接进行快速转发，如果流表中没有此项，数据包就会被发送到控制器进行传输路径的确认，再根据控制器下发结果进行转发。
其中，FlowTable并非是指IP五元组，事实上OpenFlow1.0定义了包括端口号，虚拟局域网（VirtualLocalAreaNetwork，VLAN）,L2/L3/L4信息的10个关键字，如图1所示，每个字段都可以通配，比如运营商只需要根据目的IP进行路由，那么流表中就可以只有目的IP字段是有效的，其他全为通配。
目前流量根据流表转发的技术有2种：
（1）Openflow交换机中的流表采用固定长度的FlowTable来记录，对于OpenFlow1.0而言，FlowTable的匹配长度长达252bit，而一般的Ipv4路由信息库（RIB，RouteInformationBase）三态内容寻址存储器（TCAM，TernaryContentAddressableMemory）匹配字段长度只有60-80个比特，开销增加了3倍以上，而对于路由器的线卡而言，TCAM成本占了约20%-30%，功耗也占了很大一部分。
（2）OpenFlow1.1设计了多级流表来减少FlowTable的开销，将图1中的10个关键字进行分别提取，分解成多个小表项，然后查询的时候进行关联，如图2所示，Openflow交换机上存在两级流表，第一级流表匹配的关键字是MAC+VLAN（图1中SA为源MAC，DA为目的MAC），第二级流表匹配的关键字是IP。
从现有技术可以看出来上述2种流表查询技术都存在缺点：
第一种流表查询的缺点是TCAM存储成本过高。
第二种流表查询的缺点是流水式架构使得匹配的时延增加，存储成本仍旧过高。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种报文转发方法及设备，有效解决了现有技术中进行流表查询时TCAM存储成本过高、流水式架构使得匹配的时延增加的缺陷。本发明提出的技术方案是：
一种报文转发方法，应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器Controller与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，该方法包括：
首节点接收直连设备发送的原始数据报文；
所述首节点根据关键字遍历其上的流表，查询与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系；
将所述匹配的第一转发标识流表项中的转发标识嵌套在所述原始数据报文中，生成嵌套数据报文，并将所述嵌套数据报文发送给所述Openflow网络中的下一跳节点，使所述下一跳节点在其上的流表中，根据转发标识查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，对所述嵌套数据报文进行处理，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
上述方案中，该方法进一步包括：
若所述首节点根据关键字遍历其上的流表，未查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，仅查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表，则根据所述匹配的普通关键字流表项转发所述原始数据报文给所述Openflow网络中的下一跳节点，并发送所述原始数据报文至控制器；
所述首节点接收所述控制器返回的第一转发标识流表项并保存，其中，所述第一转发标识流表项为所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并将所述转发标识与原始数据报文的关键字关联，生成第一转发标识流表项下发给所述首节点。
上述方案中，该方法进一步包括：
若所述首节点根据关键字遍历其上的流表，未查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，且未查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表项，则将所述原始数据发送至控制器；
所述首节点接收所述控制器返回的第一转发标识流表项并保存，其中，所述第一转发标识流表项为所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并将所述转发标识与原始数据报文的关键字关联，生成第一转发标识流表项下发给所述首节点。
上述方案中，所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，具体为：所述控制器接收到所述原始数据报文后，在转发标识列表中为所述数据报文的关键字分配一个空闲的转发标识；
所述方法进一步包括：
若所述控制器没有空闲转发标识分配给所述原始数据报文的关键字，则所述首节点接收所述控制器发送的与所述原始数据报文关键字匹配的普通关键字流表项并保存，所述普通关键字流表项记录有关键字。
一种报文转发方法，应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器Controller与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，该方法包括：
所述控制器接收首节点发送的原始数据报文；
所述控制器计算所述原始数据报文的转发路径，并为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识；
根据所述转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的流表项并下发到对应的各节点，以指导报文的转发，其中，所述首节点的流表项为第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系，其它节点的流表项为第二转发标识流表项，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
上述方案中，所述控制器为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，具体为：所述控制器在转发标识列表中为所述数据报文的关键字分配一个空闲的转发标识；
该方法进一步包括：
若所述控制器没有空闲转发标识分配给所述原始数据报文的关键字，则所述控制器根据转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的普通关键字流表项并下发到对应的各节点，以指导报文的转发，所述普通关键字流表项记录有关键字。
一种Openflow交换机设备，应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器Controller与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，该设备包括：
报文收发模块，用于接收直连设备发送的原始数据报文；
查询模块，用于根据关键字遍历流表，查询与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系；
转发标识嵌套模块，用于将所述匹配的第一转发标识流表项中的转发标识嵌套在所述原始数据报文中，生成嵌套数据报文；
所述报文收发模块，还用于将嵌套数据报文发送给所述Openflow网络中的下一跳交换机，使所述下一跳节点在其上的流表中，根据转发标识查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，对所述嵌套数据报文进行处理，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
上述方案中，
若所述查询模块根据关键字遍历流表，未查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，仅查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表，则报文收发模块还用于，根据所述匹配的普通关键字流表项转发所述原始数据报文给所述Openflow网络中的下一跳节点，并发送所述原始数据报文至控制器；
接收所述控制器返回的第一转发标识流表项，其中，所述第一转发标识流表项为所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并将所述转发标识与原始数据报文的关键字关联，生成第一转发标识流表项下发给所述首节点；
存储模块，用于保存控制器返回的第一转发标识流表项。
上述方案中，
若所述查询模块根据关键字遍历流表，未查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，且未查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表项，则所述报文收发模块还用于，将所述原始数据发送至控制器；接收所述控制器返回的第一转发标识流表项，其中，所述第一转发标识流表项为所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并将所述转发标识与原始数据报文的关键字关联，生成第一转发标识流表项下发给所述首节点；
存储模块，用于保存控制器返回的第一转发标识流表项。
一种控制器Controller设备，该设备应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器Controller与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，该设备包括：
报文接收模块，用于接收首节点发送的原始数据报文；
转发路径计算模块，用于计算所述原始数据报文的转发路径；
转发标识设定模块，用于为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识；
流表项生成模块，用于根据所述转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的流表项；
流表项下发模块，用于下发流表项到对应的各节点，以指导报文的转发，其中，所述首节点的流表项为第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系，其它节点的流表项为第二转发标识流表项，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
上述方案中，
所述转发标识设定模块进一步用于，在转发标识列表中为所述数据报文的关键字分配一个空闲的转发标识；
若没有空闲转发标识分配给所述原始数据报文的关键字，则流表项生成模块进一步用于，根据转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的普通关键字流表项；
所述流表项下发模块进一步用于，下发所述普通关键字流表项到对应的各节点，以指导报文的转发，所述普通关键字流表项记录有关键字。
综上所述，本发明提出了一种报文转发方法及设备，转发路径中的除首节点之外的其他节点的流表仅保留了“转发标识”一个匹配项，与现有技术中包括10个关键字的流表项相比，大大节省了TCAM存储流表的成本，只需要存储一个转发标识即可，而且在转发过程中，只需要查找flowtable的转发标识这一个特征，加快了流量的快速查找，这2个优点避免了TCAM存储过高的成本还有流量查找的时延。
附图说明
图1为Openflow1.0流表结构示意图。
图2为OpenFlow1.1流表结构示意图。
图3为嵌套数据报文示意图。
图4为Openflow网络结构示意图。
图5为方法实施例一的流程图。
图6为方法实施例二的流程图。
图7为方法实施例三的流程图。
图8为本发明实施例中Openflow交换机设备结构图。
图9为本发明实施例中控制器结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达的更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明实施例的技术方案是：
首节点接收直连设备发送的原始数据报文；
所述首节点根据关键字遍历其上的流表，查询与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系；
将所述匹配的第一转发标识流表项中的转发标识嵌套在所述原始数据报文中，生成嵌套数据报文，并将所述嵌套数据报文发送给所述Openflow网络中的下一跳节点，使所述下一跳节点在其上的流表中，根据转发标识查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，对所述嵌套数据报文进行处理，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
本发明技术方案中，当一个数据报文从Openflow网络中的首节点上送到控制器时，控制器可根据Openflow网络中进行报文转发所需要匹配的关键字，计算出相应的转发路径，这里将控制器计算出的转发路径上的第一个Openflow交换机称为首节点，最后一个Openflow交换机称为尾节点，其余转发路径上的Openflow交换机称为中间节点；同时，控制器计算出转发路径后，可为该数据报文的关键字设定一个转发标识，并为首节点和其它节点下发携带匹配内容不同的转发标识流表项，使得首节点可基于下发的第一转发标识流表项修改数据报文，使其携带相应的转发标识，而其它节点可基于该转发标识来匹配第二转发标识流表并进行数据报文的转发处理。这里，首节点和尾节点通常是指Openflow网络中的边缘节点，用于将与Openflow网络连接的设备，例如主机、服务器或其它网络设备等，发送的原始数据报文送入Openflow网络进行报文传输，以及将Openflow网络中传输的报文送出Openflow网络，传输至目的设备。
首节点接收到直连设备发来的原始数据报文后，就可根据所述原始数据报文的关键字遍历其上的第二转发标识流表，查询与所述原始数据报文匹配的第二转发标识流表项，如果能够查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，按照所述匹配的第一转发标识流表项动作集内容处理所述原始数据报文；如果首节点查询不到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，仅查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表项，按照所述匹配的普通关键字流表项动作集内容处理所述原始数据报文，并上送原始数据报文至控制器，请求控制器为所述原始数据报文的关键字设定转发标识，并下发相应的转发标识流表项，所述转发标识流表项包括第一转发标识流表项和第二转发标识流表项，所述第二转发标识流表项由控制器下发给转发路径上的中间节点和尾节点；如果首节点查询不到与所述原始数据报文关键字匹配的普通关键字流表项，则上送所述原始数据报文至控制器进行转发路径的确认。
上述的第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系，并且第一转发标识流表项记录有相应的动作集，该动作集用于指示如何处理与该流表项匹配的数据报文，包括将表项中的转发标识嵌套在原始数据报文中，生成嵌套数据报文，以及对应的报文转发端口，该端口为根据控制器生成的转发路径确定，从该端口出去的报文会到下一跳节点。这样，当首节点接收到原始数据报文，并查找流表有相应的第一转发标识流表项时，就可以基于该流表项中的动作集完成报文的修改以及转发。
其中，转发标识在原始数据报文中的嵌套位置，具体可根据动作集的内容来确定，可根据实际需要在动作集中设定合适的嵌套位置，一般以太层和IP层之间为较佳嵌套位置。
如表1所示，假设控制器确定其所在的Openflow网络中的关键字是MAC+Vlan，则连接在该控制器上的转发路径首节点上保存的第一转发标识流表如表1所示，控制器为关键字MAC+Vlan是“A1+C2”的数据报文设定的转发标识为“3”，动作集的内容为“在报文以太层和IP层之间嵌套转发标识”，即所述首节点交换机接收到直连设备发送来的MAC+Vlan为“A1+C2”的原始数据报文后，可将转发标识“3”嵌套在该原始数据报文的以太层和IP层之间，生成一个嵌套数据报文，如图3所示。
表1
MAC+Vlan 转发标识 动作集
A1+C2 3 在报文以太层和IP层之间嵌套转发标识
A2+C2 1 在报文Vlan层和以太层之间嵌套转发标识
A3+C1 5 在报文IP层和TCP层之间嵌套转发标识
表1中，动作集的内容仅示意出了如何在原始数据报文中嵌套转发标识，实际应用中，其应还包括报文转发端口，以便首节点生成嵌套报文后，可从相应的端口发送出去，以传输至转发路径的下一跳节点。当然，动作集的内容也可不限于上述内容，也可包括其它内容，可根据实际需要设定，在此不再赘述。
上述的普通关键字流表项为现有技术中的流表项，记录有相应的动作集，该动作集用于指示如何处理与该流表项匹配的数据报文，包括指示下一级匹配关键字，应还包括对应的报文转发端口，该端口为根据控制器生成的转发路径确定，从该端口出去的报文会到下一跳节点。这样，当首节点接收到原始数据报文，并查找流表仅有相应的普通关键字流表项时，就可以通过多级流表查询完成报文的转发，此处为现有技术，不作详细介绍。
首节点按照现有技术进行多级流表查询并转发原始数据报文后，再将原始数据报文上送至控制器，请求控制器为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并记录所述控制器下发的第一转发标识流表项。
首节点的下一跳节点接收到首节点转发的数据报文后，对接收到的数据报文进行解析，如果解析到该数据报文中嵌套的转发标识，则根据解析出的转发标识在其上的流表中查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，根据匹配的第二转发标识流表项的动作集对所述数据报文进行处理；如果解析到该数据报文中没有嵌套转发标识，则该节点在其上的流表中查询与该数据报文匹配的普通关键字流表项，根据匹配的普通关键字流表项的动作集对所述数据报文进行处理。
所述第二转发标识流表项记录有转发标识。其中，第二转发标识流表项仅记录有转发标识这一匹配项，而不用记录关键字，这样，第二转发标记流表项中记录的匹配内容就会少，对于有10个关键字的匹配流表项而言，这里仅记录对应的一个转发标识即可；同时，不同节点的转发标识流表项中的动作集的内容会有所不同，例如，对于转发路径上的中间节点的第二转发标识流表项，其动作集应包括报文转发端口，而对于转发路径上的尾节点的第二转发标识流表项，其动作集除包括报文转发端口外，还应至少包括对嵌套报文中的转发标识进行剥离的内容。
具体地，首节点的下一跳节点可能是中间节点，也可能是尾节点，如果是中间节点，它的第二转发标识流表项动作集为“转发嵌套数据报文”，如表2所示；如果是尾节点，它的第二转发标识流表项动作集为“剥离转发标识，转发原始数据报文”，如表3所示。
表2
转发标识 动作集
3 转发嵌套数据报文
1 转发嵌套数据报文
5 转发嵌套数据报文
表3
转发标识 动作集
3 剥离转发标识，转发原始数据报文
1 剥离转发标识，转发原始数据报文
5 剥离转发标识，转发原始数据报文
本发明技术方案中，如果首节点根据原始数据报文的关键字遍历其上的流表，仅查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表项，则将所述原始数据发送至控制器进行转发标识的确认；如果首节点根据原始数据报文的关键字遍历其上的流表，与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表项和第一转发标识流表项均未查询到，则将所述原始数据发送至控制器进行转发路径的确认。
控制器接收到首节点发送来的原始数据报文后，计算所述原始数据报文的转发路径，并为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识。所述转发标识可以是控制器在转发标识列表中为所述原始数据报文的关键字分配一个空闲的转发标识，也可以是通过哈希算法为所述原始数据报文的关键字计算一个转发标识，不限定转发标识的设定方法，只要保证控制其为原始数据报文的关键字设定的转发标识具有唯一性即可。其中，所述的转发标识列表，具体是预先在控制器设置的一个表，可包括能够使用的转发标识，当转发标识被使用后，可对应记录该转发标识为非空闲，否则，转发标识可设置为空闲，从而可根据空闲和非空闲来确定列表中的转发标识是否被使用。
之后，控制器根据所述转发路径确定转发所述原始数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的转发标识流表项并下发到对应的各节点，以指导报文的转发，其中，所述首节点的转发标识流表项为第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系；其它节点的转发标识流表项为第二转发标识流表项，所述第二转发标识流表项仅记录有转发标识一个匹配项。具体可参见上述相关说明。
进一步的，若控制器中为所述原始数据报文的关键字设定一个空闲的转发标识失败时，则所述控制器根据转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的普通关键字流表项并下发到对应的各节点，以指导报文的转发，所述普通关键字流表项记录有关键字，此时转发路径各节点可按普通关键字流表项来对报文进行转发，在此不再详述。
上述所有转发标识流表项与普通关键字流表项均设置一个老化时间，如果整个老化时间内都未接收到与该流表项匹配的数据报文，则Openflow交换机删除相应的流表项。
下面以实施例对本发明技术方案进行进一步说明。
方法实施例一
以图4中Openflow网络结构图为例，假设该数据流关键字是Mac+Vlan，直连设备1向直连设备2发送报文A-A-A+10，所述报文的关键字Mac+Vlan为A2+C1，交换机1上存在与A2+C1匹配的第一转发标识流表项，图5为本实施例的流程图，包括以下步骤：
步骤501：交换机1接收到直连设备1发送的原始数据报文A-A-A+10，遍历其上的流表，查询与该原始数据报文匹配的流表项。
本步骤中，交换机1接收到直连设备1发送的原始数据报文A-A-A+10，遍历其上的流表，查找与所述数据报文A-A-A+10匹配的流表项，查找到的匹配流表项为第一转发标识流表项，如表4所示。
表4
MAC+Vlan 转发标识 动作集
A2+C1 7 在报文以太层和IP层之间嵌套转发标识
步骤502：交换机1在所述原始数据报文A-A-A+10的以太层和IP层之间嵌套转发标识“7”，生成嵌套数据报文，转发所述嵌套数据报文给交换机2。
步骤501中，交换机1遍历自身流表，得到与原始数据报文A-A-A+10的MAC+Vlan（A2+C1）匹配得第一转发标识流表项，且流表项中记录的转发标识为“7”，相应的动作集为“在报文以太层和IP层之间嵌套转发标识”，则将转发标识“7”嵌套在原始数据报文A-A-A+10的以太层和IP层之间并转发。
步骤503：交换机2接收所述嵌套数据报文，对其进行解析得到其携带的转发标识，根据转发标识遍历其流表，查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，并对嵌套数据报文进行处理。
本步骤中，交换机2接收到嵌套数据报文后首先要对其进行解析，根据解析得到的转发标识遍历其流表，查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，如表5所示，与转发标识“7”对应的动作集为“转发嵌套数据报文”，则交换机2根据动作集包含的报文出端口将接收到的嵌套数据报文转发出去，所述报文出端口连接的是交换机3，这样就使报文由交换机2转发给了交换机3。
表5
转发标识 动作集
7 转发嵌套数据报文
步骤504：交换机3接收所述嵌套数据报文，对其进行解析得到其携带的转发标识，根据转发标识遍历其流表，查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，并对嵌套数据报文进行处理。
本步骤中，交换机3接收到嵌套数据报文后首先对其进行解析，得到所述嵌套数据报文携带的转发标识“7”，遍历其流表，查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，如表6所示，与转发标识“7”匹配的动作集为“剥离转发标识，转发数据报文”，则交换机3剥离接收到的嵌套数据报文的转发标识，将剥离转发标识后的原始数据报文通过匹配的第二转发标识流表动作集包含的报文出端口发送给直连设备2。
表6
转发标识 动作集
7 剥离转发标识，转发数据报文
本发明技术方案中，转发路径上除首节点外的其他所有节点上保存的流表项中需要匹配的只有一个转发标识（32bit），跟现有技术中的10个匹配关键字（252bit）相比，节省了TCAM存储成本；同时在中间节点和尾节点上只需进行转发标识的查询，加快了表项的查询速度，使重要业务能够更快转发。
方法实施例二
仍以图4中Openflow网络结构图为例，假设该数据流关键字是Mac+Vlan，直连设备1向直连设备2发送报文A-A-A+10，所述报文的关键字Mac+Vlan为A2+C1，交换机1上不存在与A2+C1匹配的流表项，图6为本实施例的流程图，包括以下步骤：
步骤601：交换机1接收到直连设备1发送的原始数据报文A-A-A+10，遍历其流表，查询与该原始数据报文匹配的流表项。
本步骤中，交换机1接收到直连设备1发送的原始数据报文A-A-A+10，遍历其流表，没有找到与所述原始数据报文的Mac+Vlan（即A2+C1）匹配的流表项。具体的，交换机1在其上的流表中没有查询到与A2+C1匹配的第一转发标识流表项，也没有查询到与A2+C1匹配的普通关键字流表项。
步骤602：交换机1发送所述原始数据报文A-A-A+10给控制器。
步骤601中，交换机1的流表中没有与所述A2+C1匹配的流表项，将所述原始数据报文发送给控制器以确认转发路径。
步骤603：控制器接收到交换机1发送来的原始数据报文A-A-A+10，计算所述原始数据报文的转发路径。
本步骤中，控制器接收到所述原始数据报文后，计算出其转发路径为交换机1-交换机2-交换机3，交换机1为首节点，交换机2为中间节点，交换机3为尾节点。
步骤604：控制器查询转发标识列表是否有空闲转发标识，如果有空闲的转发标识，则执行步骤606，如果没有空闲的转发标识，则执行步骤605。
步骤605：控制器下发普通关键字流表给交换机1、交换机2和交换机3。
本步骤中，由于控制器为数据报文A-A-A+10的Mac+Vlan（A2+C1）分配转发标识失败，则下发普通关键字流表给交换机1、交换机2、交换机3，所述普通关键字流表记录有关键字，转发路径上的节点根据普通流表对原始数据报文进行转发为现有技术中，在此不再详述。
步骤606：控制器分配一个空闲的转发标识给所述原始数据报文的Mac+Vlan。
本步骤中，假设分配给A2+C1的转发标识为“1”。
步骤607：控制器将所述原始数据报文的Mac+Vlan（A2+C1）与分配给它的转发标识进行关联，为转发路径上各节点生成对应的转发标识流表项并下发到对应的各节点。
本步骤中，控制器生成第一转发标识流表项（如表7所示）和第二转发标识流表项（如表8、表9所示）。其中，表7下发给所述原始数据报文转发路径的首节点，即交换机1，表8下发给转发路径中的中间节点，即交换机2，表9下发给转发路径中的尾节点，即交换机3。
交换机1、交换机2、交换机3接收到控制器下发的流表项后，更新各自的流表，后续对数据报文的处理步骤与方法实施例一中相同，在此不再详述。
表7
MAC+Vlan 转发标识 动作集
A2+C1 1 在报文以太层和IP层之间嵌套转发标识
表8
转发标识 动作集
1 转发数据报文
表9
转发标识 动作集
1 剥离转发标识，转发数据报文
方法实施例三
仍以图4中Openflow网络结构图为例，假设该数据流关键字是Mac+Vlan，直连设备1向直连设备2发送报文A-A-A+10，所述报文的关键字Mac+Vlan为A2+C1，交换机1上仅存在与A2+C1匹配的普通关键字流表项，图7为本实施例的流程图，包括以下步骤：
步骤701：交换机1接收到直连设备1发送的原始数据报文A-A-A+10，遍历其流表，查询与该原始数据报文匹配的流表项。
本步骤中，交换机1接收到直连设备1发送的原始数据报文A-A-A+10，遍历其流表，仅查询到与所述原始数据报文的Mac+Vlan（即A2+C1）匹配的普通关键字流表项。根据普通关键字流表项的动作集内容，将所述原始数据报文通过相应的报文转发端口发送出去，使得转发路径上的后续节点均按照现有技术中的普通关键字流表匹配转发技术对数据报文进行转发，在此不再详述。
步骤702：交换机1上送所述原始数据报文至控制器，请求控制器为所述原始数据报文设定一个转发标识。
步骤703：控制器接收到交换机1发送来的原始数据报文A-A-A+10，计算所述原始数据报文的转发路径。
本步骤中，控制器接收到所述原始数据报文后，计算出其转发路径为交换机1-交换机2-交换机3，交换机1为首节点，交换机2为中间节点，交换机3为尾节点。
步骤704：控制器查询转发标识列表是否有空闲转发标识，如果有空闲的转发标识，则分配一个空闲的转发标识给所述原始数据报文的Mac+Vlan。
本步骤中，假设分配给A2+C1的转发标识为“1”。
步骤705：控制器将所述原始数据报文的Mac+Vlan（A2+C1）与分配给它的转发标识进行关联，为转发路径上各节点生成对应的转发标识流表项并下发到对应的各节点。
本步骤中，控制器生成第一转发标识流表项和第二转发标识流表项。其中，第一转发标识流表项下发给所述原始数据报文转发路径的首节点，即交换机1，第二转发标识流表项下发给转发路径中的中间节点和尾节点，即交换机2与交换机3。
交换机1、交换机2、交换机3接收到控制器下发的流表项后，各自添加转发标识流表项。
之后，交换机1～交换机3上的流表同时存在转发标识流表项与普通关键字流表项，当交换机1再次接收到直连设备1发送来的MAC+VLAN为A2+C1的原始数据报文时，则对该原始数据报文匹配第一转发标识流表项，按照方法实施例一中的步骤对报文进行处理转发。
针对上述方法，本发明还提供一种Openflow交换机设备，所述设备应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器Controller与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，本发明提供的Openfolw交换机就是Openflow网络中的首节点，用于对直连设备发送至Openflow网络的原始数据报文进行处理，本发明提供的设备如图8所示，包括：
报文收发模块801，用于接收直连设备发送的原始数据报文；
查询模块802，用于根据关键字遍历流表，查询与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系；
转发标识嵌套模块803，用于将所述匹配的第一转发标识流表项中的转发标识嵌套在所述原始数据报文中，生成嵌套数据报文；
报文收发模块801，还用于将嵌套数据报文发送给所述Openflow网络中的下一跳交换机，使所述下一跳节点在其上的流表中，根据转发标识查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，对所述嵌套数据报文进行处理，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
若所述查询模块802根据关键字遍历流表，未查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，仅查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表，则报文收发模块801还用于，根据所述匹配的普通关键字流表项转发所述原始数据报文给所述Openflow网络中的下一跳节点，并发送所述原始数据报文至控制器；
接收所述控制器返回的第一转发标识流表项，其中，所述第一转发标识流表项为所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并将所述转发标识与原始数据报文的关键字关联，生成第一转发标识流表项下发给所述首节点；
存储模块804，用于保存控制器返回的第一转发标识流表项。
若所述查询模块802根据关键字遍历流表，未查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，且未查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表项，则所述报文收发模块801还用于，将所述原始数据发送至控制器；接收所述控制器返回的第一转发标识流表项，其中，所述第一转发标识流表项为所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并将所述转发标识与原始数据报文的关键字关联，生成第一转发标识流表项下发给所述首节点；
存储模块804，用于保存控制器返回的第一转发标识流表项。
针对上述方法，本发明还提供一种控制器Controller，该设备应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器Controller与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，本发明提供的设备如图9所示，包括：
报文接收模块901，用于接收首节点发送的原始数据报文；
转发路径计算模块902，用于计算所述原始数据报文的转发路径；
转发标识设定模块903，用于为所述原始数据报文的关键字设定一个空闲转发标识；
流表项生成模块904，用于根据所述转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的流表项；
流表项下发模块905，用于下发所述流表项到对应的各节点，以指导报文的转发，其中，所述首节点的流表项为第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系，其它节点的流表项为第二转发标识流表项，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
所述转发标识设定模块903进一步用于，在转发标识列表中为所述数据报文的关键字分配一个空闲的转发标识；
若没有空闲转发标识分配给所述原始数据报文的关键字，则流表项生成模块904进一步用于，根据转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的普通关键字流表项；
所述流表项下发模块905进一步用于，下发所述普通关键字流表项到对应的各节点，以指导报文的转发，所述普通关键字流表项记录有关键字。
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 (11)

1.一种报文转发方法，其特征在于，应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器Controller与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，该方法包括：
首节点接收直连设备发送的原始数据报文；
所述首节点根据关键字遍历其上的流表，查询与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系；
将所述匹配的第一转发标识流表项中的转发标识嵌套在所述原始数据报文中，生成嵌套数据报文，并将所述嵌套数据报文发送给所述Openflow网络中的下一跳节点，使所述下一跳节点在其上的流表中，根据转发标识查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，对所述嵌套数据报文进行处理，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：
若所述首节点根据关键字遍历其上的流表，未查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，仅查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表，则根据所述匹配的普通关键字流表项转发所述原始数据报文给所述Openflow网络中的下一跳节点，并发送所述原始数据报文至控制器；
所述首节点接收所述控制器返回的第一转发标识流表项并保存，其中，所述第一转发标识流表项为所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并将所述转发标识与原始数据报文的关键字关联，生成第一转发标识流表项下发给所述首节点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：
若所述首节点根据关键字遍历其上的流表，未查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，且未查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表项，则将所述原始数据发送至控制器；
所述首节点接收所述控制器返回的第一转发标识流表项并保存，其中，所述第一转发标识流表项为所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并将所述转发标识与原始数据报文的关键字关联，生成第一转发标识流表项下发给所述首节点。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，具体为：所述控制器接收到所述原始数据报文后，在转发标识列表中为所述数据报文的关键字分配一个空闲的转发标识；
所述方法进一步包括：
若所述控制器没有空闲转发标识分配给所述原始数据报文的关键字，则所述首节点接收所述控制器发送的与所述原始数据报文关键字匹配的普通关键字流表项并保存，所述普通关键字流表项记录有关键字。
5.一种报文转发方法，其特征在于，应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器Controller与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，该方法包括：
所述控制器接收首节点发送的原始数据报文；
所述控制器计算所述原始数据报文的转发路径，并为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识；
根据所述转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的流表项并下发到对应的各节点，以指导报文的转发，其中，所述首节点的流表项为第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系，其它节点的流表项为第二转发标识流表项，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制器为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，具体为：所述控制器在转发标识列表中为所述数据报文的关键字分配一个空闲的转发标识；
该方法进一步包括：
若所述控制器没有空闲转发标识分配给所述原始数据报文的关键字，则所述控制器根据转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的普通关键字流表项并下发到对应的各节点，以指导报文的转发，所述普通关键字流表项记录有关键字。
7.一种Openflow交换机设备，其特征在于，应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器Controller与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，该设备包括：
报文收发模块，用于接收直连设备发送的原始数据报文；
查询模块，用于根据关键字遍历流表，查询与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系；
转发标识嵌套模块，用于将所述匹配的第一转发标识流表项中的转发标识嵌套在所述原始数据报文中，生成嵌套数据报文；
所述报文收发模块，还用于将嵌套数据报文发送给所述Openflow网络中的下一跳交换机，使所述下一跳节点在其上的流表中，根据转发标识查询与所述嵌套数据报文匹配的第二转发标识流表项，对所述嵌套数据报文进行处理，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，
若所述查询模块根据关键字遍历流表，未查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，仅查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表，则报文收发模块还用于，根据所述匹配的普通关键字流表项转发所述原始数据报文给所述Openflow网络中的下一跳节点，并发送所述原始数据报文至控制器；
接收所述控制器返回的第一转发标识流表项，其中，所述第一转发标识流表项为所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并将所述转发标识与原始数据报文的关键字关联，生成第一转发标识流表项下发给所述首节点；
存储模块，用于保存控制器返回的第一转发标识流表项。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，
若所述查询模块根据关键字遍历流表，未查询到与所述原始数据报文匹配的第一转发标识流表项，且未查询到与所述原始数据报文匹配的普通关键字流表项，则所述报文收发模块还用于，将所述原始数据发送至控制器；接收所述控制器返回的第一转发标识流表项，其中，所述第一转发标识流表项为所述控制器接收到所述原始数据报文后，为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识，并将所述转发标识与原始数据报文的关键字关联，生成第一转发标识流表项下发给所述首节点；
存储模块，用于保存控制器返回的第一转发标识流表项。
10.一种控制器Controller设备，其特征在于，该设备应用于Openflow网络，所述Openflow网络包括控制器Controller与至少两个节点，各节点为Openflow交换机，该设备包括：
报文接收模块，用于接收首节点发送的原始数据报文；
转发路径计算模块，用于计算所述原始数据报文的转发路径；
转发标识设定模块，用于为所述原始数据报文的关键字设定一个转发标识；
流表项生成模块，用于根据所述转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的流表项；
流表项下发模块，用于下发流表项到对应的各节点，以指导报文的转发，其中，所述首节点的流表项为第一转发标识流表项，所述第一转发标识流表项记录有关键字与转发标识的映射关系，其它节点的流表项为第二转发标识流表项，所述第二转发标识流表项记录有转发标识。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，
所述转发标识设定模块进一步用于，在转发标识列表中为所述数据报文的关键字分配一个空闲的转发标识；
若没有空闲转发标识分配给所述原始数据报文的关键字，则流表项生成模块进一步用于，根据转发路径确定转发所述数据报文经过的各节点，为各节点生成对应的普通关键字流表项；
所述流表项下发模块进一步用于，下发所述普通关键字流表项到对应的各节点，以指导报文的转发，所述普通关键字流表项记录有关键字。
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