CN105245632A - 一种sdn网络中不同网段主机间通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,包括控制器通过探测获得SDN全局网络拓扑信息;将报文发给作为网关的控制器,由控制器来转发;控制器收到报文,由设备索引模块建立以三层IP地址为索引的设备索引;设备管理模块根据建立的设备索引查询源设备与目的设备;设备探测模块根据目的设备IP地址构造ARP请求,然后将ARP请求从所有边缘交换机发送出去;控制器构造转发流表项下发到选出的路由中的交换机中;源目的主机设备通信报文根据交换机中流表信息匹配转发。该方法能够解决同一SDN网络下跨网段通信的问题,并且对网络中的节点改动很小,具有较强的透明性和扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域,确切地说涉及一种SDN网络中的不同网段主机的方法。
背景技术
传统网络中,二层三层的界限往往非常清晰,二三层分界的地方就是网关所在的地方。同一网段的主机通常属于同一个二层链路网,同一网段内的主机通信方式比较简单,源主机通信之前先发送一个ARP请求包,请求目的主机的MAC地址。收到ARP回复后,根据源目的MAC地址三层数据包封装成帧发送出去即可。若目的主机与源主机不属于同一网段,源主机将数据包发送到二层网络与三层网络的边界,交给网关处理,网关根据网段即网络地址来路由转发。
SDN最早起源于斯坦福大学的一个叫做cleanslate的校园项目。它是一种创新型的网络体系架构,其核心思想是把转发平面和控制平面进行分离。通过集中式的控制器controller使用标准的接口来对各种不同的网络设备进行配置和管理,使得对网络的管理更加集中化、精细化。在SDN网络中,整个网络由控制器集中管理控制,而网络中的转发设备不在具有传统网络的交换设备的自主性智能性,因此在SDN网络中二层三层的界限变得非常模糊。在SDN网络中,同一个SDN网络下可能存在多个不同网段的网络,而这些不同网段的网络又属于同一链路网络,SDN控制器既要处理属于同一网段的主机间的通信,又要处理不在同一网段下的主机间的通信。而现有技术中,还没有很好的解决方案,因此本发明针对这种情况提出一种在同一SDN网络下不同网段主机的通信方法。
经检索,在国家专利局网站和国外专利局网站上没有与本申请技术方案较为接近的技术方案申请过专利,也没有与本申请技术方案较接近的期刊文件。
发明内容
本发明旨在针对上述在SDN网络二三层网络界限模糊,区别于传统不同网段主机通信处理方法,提出一种在同一SDN网络中不同网段的主机通信方法。该方法能够解决网关位置、三层路由寻路、二层路径选择等问题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的:
一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于步骤如下:
步骤1,网络初始化时,控制器通过探测获得SDN全局网络拓扑信息;
步骤2,当属于不同网段的主机设备要进行通信时,发现目的地址不在同一网段内,则将报文发给作为网关的控制器,由控制器来转发;
步骤3,控制器收到一个报文,发现源IP地址与目的IP地址不在同一网段内,则由设备索引模块建立以三层IP地址为索引的设备索引;
步骤4,设备管理模块根据步骤3建立的设备索引查询源设备与目的设备,若目的设备未查询到则转步骤5,否则转步骤7;
步骤5,设备探测模块根据目的设备IP地址构造ARP请求,然后将ARP请求从所有边缘交换机发送出去;
步骤6,若控制器收到一个回复给自己的ARP回复,则说明是对设备探测模块发送的设备探测消息的回复,即探测的设备存在于网络中,于是由设备管理模块为该设备登记注册;
步骤7,此时源目的设备均已查询到,拓扑管理模块根据源目的设备从网络拓扑中选择一条路由;
步骤8,控制器构造转发流表项下发到步骤7选出的路由中的交换机中;
步骤9,源目的主机设备通信报文根据交换机中流表信息匹配转发。
所述的设备管理模块,用来管理每一台与SDN交换机直接相连的设备,设备管理模块发现一台新设备时,会为该设备登记注册,登记注册的相关信息包括MAC地址、IP地址、相连的交换机ID和交换机端口,当以后收到一个数据包后,会根据报文中的地址信息建立索引查找到相关的设备。
所述的设备索引管理模块,用来根据接收到的数据包的相关信息建立设备的查询索引,以使设备管理模块用来查询相应设备,该模块依据通信设备是否属于同一网段而建立不同的索引信息,若通信设备属于同一网段则根据数据包中的MAC地址信息建立设备的查询索引;若通信设备不属于同一网段则根据数据包中的IP地址建立设备的查询索引。
所述的设备探测模块,若设备管理模块未能通过设备索引查询到相应的设备,则主动发送探测消息到网络中探测设备是否存在于网络中;对于同网段的设备而言,在第一次正式通信之前发送的ARP消息即完成了设备的探测并由设备管理模块完成了对设备的注册;而对于不同网段的设备,若发现目的地址不在同一网段内则通过网关进行转发,并将SDN网络内所有设备的网关指定为控制器,即控制器发现通信双方的IP地址不在同一网段内且未查询到目的设备时,设备探测模块则主动发送ARP请求报文作为设备探测消息到网络中,若收到回复则说明目的设备以探测到,为其登记注册,然后继续完成通信。
所述的拓扑管理模块,一方面定时探测网络中交换机连接信息,维护建立全网的拓扑结构;另一方面,在查询到源目的设备之间查询一条路由,以使控制器将流表下发到该路由的交换机上。
所述步骤1进一步包括:
控制器通过周期性地发送LLDP数据包来探测SDN网络中节点的活跃状态,维持SDN网络的活跃拓扑。
所述步骤2进一步包括:
源设备发送ARP请求,请求控制器的MAC地址,当控制器接收到发给自己的ARP请求时,设备管理模块将该设备注册登记,然后控制器将ARP回复发回请求主机设备。
所述步骤5进一步包括:设备探测模块以控制器MAC地址作为ARP请求源地址,以目的设备的MAC地址作用要请求的MAC地址,构造ARP请求报文。
所述步骤7进一步包括:拓扑管理模块根据查询到设备找到设备绑定到交换机和连接的交换机端口,以此信息从网络拓扑中查询路由。
所述步骤8进一步包括:由于要以目的设备的MAC地址作为报文的目的MAC地址,因此在构造流表项时,为与目的设备相连的交换机下发的流表项额外增加转发动作,即将报文的目的MAC地址由网关控制的MAC地址改为目的设备的MAC地址。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果如下:
传统网络中,二层三层的界限往往非常清晰,二三层分界的地方就是defaultgateway所在的地方。而在SDN网络中二层与三层的界限越来越模糊,报文在SDN网络中主要根据交换机的流表信息进行匹配转发,二层三层信息在SDN交换机中已没有传统网络中差别效用。因此,本发明在原有对二层MAC地址查询设备的基础上,通过步骤1-9增加通过三层IP地址对设备的查询的方式,实现了在同一SDN网络内不同网段主机设备的通信机制。该方法能够解决同一SDN网络下跨网段通信的问题,并且对网络中的节点改动很小,具有较强的透明性和扩展性。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,其中:
图1为本发明一种SDN网络中的不同网段主机间的通信方法的模块图。
图2为本发明实施例非同一网段的主机通信流程图。
具体实施方式
作为本发明的最佳实施方式,参照图2,本实例以主机H1访问非同一网段的主机H2为例,简要描述其通信过程,具体步骤如下:
步骤1,当SDN网络中有一台主机H1要与另一主机H2通信时,发现目的主机IP地址与自身IP地址不属于同一网段,会将通信报文发给网关(controller);
步骤2,SDN控制器接收一个交换机不能匹配的报文后,设备索引管理模根据报文的地址信息建立设备索引;
步骤3,设备管理模块根据索引在已注册的设备中查询对应的设备,若查询到则转步骤7,否则转步骤4;
步骤4,设备探测模块根据目的设备IP地址信息在SDN网络中发送探测消息,探测消息从所有边缘交换机的非链路端口发送出去;
步骤5,若在一定时间内未收到探测消息的回复,则发送目的地不可达消息给主机H1,处理结束。否则转步骤6;
步骤6,控制器根据得到的探测消息的回复登记注册目的主机H2;
步骤7,拓扑管理模块根据H1连接的交换机和H2连接交换机从网络拓扑中选择一条路径;
步骤8,根据报文构造流表项和转发动作;
步骤9,下发流表项到路径上的交换机的流表中;
所述步骤1进一步包括:
H1首先发送ARP请求消息请求控制器的MAC地址,控制器处理该消息时会将主机H1注册登记。
所述步骤4进一步包括:
设备探测模块以控制器MAC地址作为ARP请求源地址,以目的主机H2的MAC地址作为要请求的MAC地址,构造ARP请求报文作为设备探测消息。
所述步骤8进一步包括:
由于要以目的设备的MAC地址作为报文的目的MAC地址,因此在构造流表项时,为与目的设备相连的交换机下发的流表项额外增加转发动作,即将报文的目的MAC地址由网关控制的MAC地址改为目的设备的MAC地址。
参照说明书附图1,其包括:
设备管理模块,用来管理每一台与SDN交换机直接相连的设备,设备管理模块发现一台新设备时,会为该设备登记注册,登记注册的相关信息包括MAC地址、IP地址、相连的交换机ID和交换机端口,当以后收到一个数据包后,会根据报文中的地址信息建立索引查找到相关的设备。
设备索引管理模块,用来根据接收到的数据包的相关信息建立设备的查询索引,以使设备管理模块用来查询相应设备,该模块依据通信设备是否属于同一网段而建立不同的索引信息,若通信设备属于同一网段则根据数据包中的MAC地址信息建立设备的查询索引;若通信设备不属于同一网段则根据数据包中的IP地址建立设备的查询索引。
设备探测模块,若设备管理模块未能通过设备索引查询到相应的设备,则主动发送探测消息到网络中探测设备是否存在于网络中;对于同网段的设备而言,在第一次正式通信之前发送的ARP消息即完成了设备的探测并由设备管理模块完成了对设备的注册;而对于不同网段的设备,若发现目的地址不在同一网段内则通过网关进行转发,并将SDN网络内所有设备的网关指定为控制器,即控制器发现通信双方的IP地址不在同一网段内且未查询到目的设备时,设备探测模块则主动发送ARP请求报文作为设备探测消息到网络中,若收到回复则说明目的设备以探测到,为其登记注册,然后继续完成通信。
拓扑管理模块,一方面定时探测网络中交换机连接信息,维护建立全网的拓扑结构;另一方面,在查询到源目的设备之间查询一条路由,以使控制器将流表下发到该路由的交换机上。
Claims (10)
1.一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于步骤如下:
步骤1,网络初始化时,控制器通过探测获得SDN全局网络拓扑信息;
步骤2,当属于不同网段的主机设备要进行通信时,发现目的地址不在同一网段内,则将报文发给作为网关的控制器,由控制器来转发;
步骤3,控制器收到一个报文,发现源IP地址与目的IP地址不在同一网段内,则由设备索引模块建立以三层IP地址为索引的设备索引;
步骤4,设备管理模块根据步骤3建立的设备索引查询源设备与目的设备,若目的设备未查询到则转步骤5,否则转步骤7;
步骤5,设备探测模块根据目的设备IP地址构造ARP请求,然后将ARP请求从所有边缘交换机发送出去;
步骤6,若控制器收到一个回复给自己的ARP回复,则说明是对设备探测模块发送的设备探测消息的回复,即探测的设备存在于网络中,于是由设备管理模块为该设备登记注册;
步骤7,此时源目的设备均已查询到,拓扑管理模块根据源目的设备从网络拓扑中选择一条路由;
步骤8,控制器构造转发流表项下发到步骤7选出的路由中的交换机中;
步骤9,源目的主机设备通信报文根据交换机中流表信息匹配转发。
2.根据权利要求1所述的一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于:所述的设备管理模块,用来管理每一台与SDN交换机直接相连的设备,设备管理模块发现一台新设备时,会为该设备登记注册,登记注册的相关信息包括MAC地址、IP地址、相连的交换机ID和交换机端口,当以后收到一个数据包后,会根据报文中的地址信息建立索引查找到相关的设备。
3.根据权利要求1所述的一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于:所述的设备索引管理模块,用来根据接收到的数据包的相关信息建立设备的查询索引,以使设备管理模块用来查询相应设备,该模块依据通信设备是否属于同一网段而建立不同的索引信息,若通信设备属于同一网段则根据数据包中的MAC地址信息建立设备的查询索引;若通信设备不属于同一网段则根据数据包中的IP地址建立设备的查询索引。
4.根据权利要求1所述的一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于:所述的设备探测模块,若设备管理模块未能通过设备索引查询到相应的设备,则主动发送探测消息到网络中探测设备是否存在于网络中;对于同网段的设备而言,在第一次正式通信之前发送的ARP消息即完成了设备的探测并由设备管理模块完成了对设备的注册;而对于不同网段的设备,若发现目的地址不在同一网段内则通过网关进行转发,并将SDN网络内所有设备的网关指定为控制器,即控制器发现通信双方的IP地址不在同一网段内且未查询到目的设备时,设备探测模块则主动发送ARP请求报文作为设备探测消息到网络中,若收到回复则说明目的设备以探测到,为其登记注册,然后继续完成通信。
5.根据权利要求1所述的一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于:所述的拓扑管理模块,一方面定时探测网络中交换机连接信息,维护建立全网的拓扑结构;另一方面,在查询到源目的设备之间查询一条路由,以使控制器将流表下发到该路由的交换机上。
6.根据权利要求1所述的一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于:所述步骤1进一步包括:
控制器通过周期性地发送LLDP数据包来探测SDN网络中节点的活跃状态,维持SDN网络的活跃拓扑。
7.根据权利要求1所述的一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于:所述步骤2进一步包括:
源设备发送ARP请求,请求控制器的MAC地址,当控制器接收到发给自己的ARP请求时,设备管理模块将该设备注册登记,然后控制器将ARP回复发回请求主机设备。
8.根据权利要求1所述的一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于:所述步骤5进一步包括:设备探测模块以控制器MAC地址作为ARP请求源地址,以目的设备的MAC地址作用要请求的MAC地址,构造ARP请求报文。
9.根据权利要求1所述的一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于:所述步骤7进一步包括:拓扑管理模块根据查询到设备找到设备绑定到交换机和连接的交换机端口,以此信息从网络拓扑中查询路由。
10.根据权利要求1所述的一种SDN网络中不同网段主机间通信方法,其特征在于:所述步骤8进一步包括:在构造流表项时,将报文的目的MAC地址由网关控制的MAC地址改为目的设备的MAC地址。
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