CN105282044A - 基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法及系统。其中，所述系统至少包括：用于基于网络拓扑信息来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，进而确定各可行路径间的所有交叉节点的路径确定模块；用于基于所有交叉节点各自的链路信息来确定各交叉节点各自的各端口的权重信息的权重确定模块；用于基于各端口的权重信息来配置各端口各自对应的OpenFlow交换机的组表信息，并予以下发的组表下发模块；以及用于配置所有交叉节点各自对应的OpenFlow交换机的流表信息的流表下发模块，由此，OpenFlow交换机能基于流表信息中的组的类型信息来将可进行多路径传输的信息流按照组表信息中各端口的权重信息来转发。

Description

基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法及系统

技术领域

本发明涉及采用OpenFlow协议的网络领域，特别是涉及一种基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法及系统。

背景技术

传统网络中，最基本的路由方式是基于某一种特定的策略为每一对通信实体间选择一条通信路径，这种方式实现的是单路径的路由，这种情况下，即便网络中存在多条不同链路到达同一目的地址，发往目的地的数据包也只能利用其中的一条链路，其他链路处于备份状态或者无效状态。即便在动态路由环境下，某些路径出现问题，然后可以切换到其他路径，但是路径之间的相互切换是需要一定的时间的。然而，随着网络流量的增大，以及对网络可靠性要求的提高，便出现了多路径转发，它提供了一种机制来分配通信量、平衡网络负载，以及提供容错能力，所以一直在电路交换网络和分组交换网络中受到人们的青睐。比较常用的有ECMP(Equal-CostMultipathRouting)等价多路径、WCMP(WeightedCostMultipath)加权多路径、策略路由和多拓扑路由等。

等价多路径路由协议(ECMP)可以在网络环境允许的情况下同时使用多条链路转发同一目的地址的数据包，不仅增加了传输带宽，而且可以无时延无丢包地备份失效链路的数据传输。它最大的特点是实现了等值情况下，多路径负载均衡和链路备份的目的，在静态路由和OSPF中基本上都支持ECMP功能。然而实际情况是，各路径的带宽、时延和可靠性等不同，但却把开销看成是一样的，不能很好地利用带宽，尤其在路径间差异大时，效果会非常不理想。例如，路由器两个出口，两条路径，一个带宽是100M，一个带宽是4M，如果部署的是ECMP，则实际上利用到的网络总带宽只能达到8M。

相对于ECMP，WCMP能够非常灵活地按照比例在链路上传递流量，ECMP仅仅是它的一个特例。IGRP(InteriorGatewayRoutingProtocol)、EIGRP(EnhancedInteriorGatewayRoutingProtocol)和部分静态路由也支持WCMP。

策略路由是根据一定的策略进行报文转发，因此策略路由是一种比目的路由更灵活的路由机制。在路由器转发一个数据报文时，首先根据配置的规则对报文进行过滤，匹配成功则按照一定的转发策略进行报文转发。这种规则可以基于标准和扩展访问控制列表，也可以基于报文的长度；而转发策略则是控制报文按照指定的策略路由表进行转发，也可以修改报文的IP优先字段。因此，策略路由是对传统IP路由机制的有效增强。策略路由一般基于route-map表、多策略路由表以及多转发表实现的。

多拓扑路由(MTR：MultitopologyRouting)是一种私有技术。它是除了基于目的路由和基于策略的路由两大路由方式之外的第三种路由方式。在复杂网络中，它实现了拓扑级的流量分路径传递。

软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork,SDN)，是一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台，因此，SDN一出现就吸引了全球学术界和产业界广泛的关注。2012年4月，美国斯坦福大学与加州大学伯克利分校联合12家公司成立了开放网络研究中心(ONRC)，关注SDN的进一步研究。IETF也在积极开展SDN的工作，成立了SDN研究组。Google公司也宣布其骨干网络提供SDN的支持。国际著名咨询公司Gartner在2012年10月将SDN列为未来五年IT领域的十大关键技术之一。2012年以来，ICT产业各方更是围绕SDN动作连连，而在SDN中实现数据包的多路径转发也就成了亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法及系统，以实现SDN网络中的信息流的多路转发。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法，其至少包括：基于网络拓扑信息来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点；基于所有交叉节点各自与下一节点间的链路信息来确定各交叉节点与各自的下一节点相连的端口的权重信息；基于各端口的权重信息来配置各端口各自对应的交换机的组表信息，并将组表发送至相应交换机；以及配置所有交叉节点各自对应的交换机的流表信息，其中，各流表信息中包含可进行多路径传输的信息所属的组的类型信息，该类型信息能使交换机基于自身包含的各端口的权重信息来转发可进行多路径传输的信息。

优选地，所述基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法还包括：基于网络拓扑信息及预定限制条件来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点。

本发明还提供一种基于OpenFlow协议的网络多路径实现系统，其至少包括：路径确定模块，用于基于网络拓扑信息来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点；权重确定模块，用于基于所有交叉节点各自与下一节点间的链路信息来确定各交叉节点与各自的下一节点相连的端口的权重信息；组表下发模块，用于基于各端口的权重信息来配置各端口各自对应的交换机的组表信息，并将组表发送至相应交换机；以及流表下发模块，用于配置所有交叉节点各自对应的交换机的流表信息，其中，各流表信息中包含可进行多路径传输的信息所属的组的类型信息，该类型信息能使交换机基于自身包含的各端口的权重信息来转发可进行多路径传输的信息。

优选地，所述路径确定模块还用于基于网络拓扑信息及预定限制条件来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点。

如上所述，本发明的基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法及系统，具有以下有益效果：可以非常灵活自主的分配数据包在SDN网络的各条路径上的分布。

附图说明

图1显示为本发明的基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法的流程图。

图2显示为本发明的基于OpenFlow协议的网络多路径实现系统示意图。

元件标号说明

1网络多路径实现系统

11路径确定模块

12权重确定模块

13组表下发模块

14流表下发模块

S1～S4步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法。其中，根据本发明的方法主要由网络多路径实现系统来完成，该网络多路径实现系统包括但不限于安装在控制设备中且能够实现本发明方案的系统，该控制设备设置在基于OpenFlow协议的网络中。

其中，所述网络多路径实现方法至少包括步骤S1至S4。

在步骤S1中，所述网络多路径实现系统基于网络拓扑信息来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点。

其中，可进行多路径传输的信息可由操作人员随意设定，例如，可将基于OpenFlow协议的网络中任意两节点之间传输的所有信息都作为可进行多路径传输的信息；又例如，所有采用预定协议的信息都作为可进行多路径传输的信息；再例如，所有需要经过预定端口的信息都作为可进行多路径传输的信息等等。

例如，若网络中节点A至节点F之间传输的所有信息都为可进行多路径传输的信息，则所述网络多路径实现系统基于网络拓扑信息确定由节点A至节点F的可行路径包括以下三条路径：

路径一：OpenFlow交换机A---OpenFlow交换机B---OpenFlow交换机D---OpenFlow交换机F；

路径二：OpenFlow交换机A---OpenFlow交换机B---OpenFlow交换机E---OpenFlow交换机F；

路径三：OpenFlow交换机A---OpenFlow交换机C---OpenFlow交换机F；

随后再基于路径一、路径二及路径三中均包含OpenFlow交换机A、路径二及路径三中均包含OpenFlow交换机B确定交叉节点包括OpenFlow交换机A及OpenFlow交换机B，其中，OpenFlow交换机A具有与OpenFlow交换机B连接的端口b以及与OpenFlow交换机C连接的端口c，OpenFlow交换机B具有与OpenFlow交换机D连接的端口d以及与OpenFlow交换机E连接的端口e。

又例如，若所有采用预定协议的信息都为可进行多路径传输的信息，则所述网络多路径实现系统基于网络拓扑信息将网络中的所有传输路径均确定为可行路径，并将网络中包含多个端口的OpenFlow交换机作为交叉节点。

再例如，若所有需要经过预定端口的信息都为可进行多路径传输的信息，则所述网络多路径实现系统基于网络拓扑信息将网络中的包含该预定端口的传输路径均确定为可行路径，并将该些可行路径中包含多个端口的OpenFlow交换机作为交叉节点。

此外，考虑到系统的需要或其他一些限制条件，可能某些具有多端口的OpenFlow交换机不能用于多路径传输，则所述网络多路径实现系统基于网络拓扑信息及预定限制条件来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点，由此来确保网络的正常运行。

接着，在步骤S2中，所述网络多路径实现系统基于所有交叉节点各自与下一节点间的链路信息来确定各交叉节点与各自的下一节点相连的端口的权重信息。

具体地，所述网络多路径实现系统根据链路上三方面的信息指标来确定这条链路是否处于一个适合增加负载的状况，对于适合增加负载的链路，将被赋予一个较高的权重，而对于那些相对而言不太适合增加负载的链路，则被赋予一个较低的权重。所述链路上三个方面的信息包括：1、这个链路上即时的负载比重，也就是该链路上现有的数据量占其所能承载的总数据量的比重，这个值越小，则说明这条链路越适合增加负载；2、这条链路上数据传输的可靠性，主要从丢包率上来看，丢包率越低，说明这条链路越适合增加负载；3、传输时延，传输时延越小，说明这条链路越适合增加负载。所述网络多路径实现系统在获取到这三个方面的信息后，对该些信息进行综合评估和分析，确定这条链路所连的交换机端口的权重。需要注意的是，即便是对于完全相同的链路状况，可能在不同的应用下也会得到不同的结果的权重值，因为不同的应用可能会有不同的性能要求，有些对时效性要求较高，可能就会重点关注传输时延方面的指标，有些对可靠性要求较高，可能就会重点关注可靠性方面的指标，对于那些没有特殊要求的，可能就会重点关注流量方面的指标，也就是负载比重。所述网络多路径实现系统可以根据这些策略，再结合具体应用需求，最终确定一组权重值。

接着，在步骤S3中，所述网络多路径实现系统基于各端口的权重信息来配置各端口各自对应的OpenFlow交换机的组表信息，并将组表发送至相应OpenFlow交换机。

具体地，所述网络多路径实现系统将待下发给相应OpenFlow交换机的组表中的bucket栏写入该OpenFlow交换机的端口号及端口号所对应的权重信息，并将写入了权重信息的组表下发给该OpenFlow交换机。

例如，所述网络多路径实现系统确定OpenFlow交换机A的端口b的权重为0.4、端口c的权重为0.6，则所述网络多路径实现系统将待下发给OpenFlow交换机A的组表中的bucket栏写入：端口b：0.4、端口c：0.6，并将该组表下发给OpenFlow交换机A。

接着，在步骤S4中，所述网络多路径实现系统配置所有交叉节点各自对应的OpenFlow交换机的流表信息，其中，各流表信息中包含可进行多路径传输的信息所属的组的类型信息，该类型信息能使OpenFlow交换机基于自身包含的各端口的权重信息来转发可进行多路径传输的信息。

具体地，所述网络多路径实现系统将待下发给各处于可行路径上且具有多端口的OpenFlow交换机的流表的组的类型信息栏写入可进行多路径传输的信息所属的组的类型信息，例如，select类，并将写入了select类的流表下发给相应各OpenFlow交换机，由此，当该些OpenFlow交换机接收到组的类型信息为select类的信息流时，各自再基于各自所接收到的组表信息中的bucket栏内的信息来转发该信息流。

例如，所述网络多路径实现系统将写入了select类的流表下发给OpenFlow交换机A及OpenFlow交换机B，则当OpenFlow交换机A接收到组的类型信息为select类的各信息流时，基于自身所接收到的组表信息中的bucket栏内的信息：端口b：0.4、端口c：0.6，将该些信息流中40％的信息流由端口b转发、60％的信息流由端口c转发，OpenFlow交换机B接收到组的类型信息为select类的各信息流时，基于自身所接收到的组表信息中的bucket栏内的信息：端口d：0.5、端口e：0.5，将该些信息流中50％的信息流由端口d转发、50％的信息流由端口e转发。

需要说明的是，步骤S3及S4的顺序并非以所示为限，事实上，步骤S3可与步骤S4同时进行，或者步骤S4之后进行等。

如图2所示，本发明提供一种基于OpenFlow协议的网络多路径实现系统。所述网络多路径实现系统1至少包括：路径确定模块11、权重确定模块12、组表下发模块13、以及流表下发模块14。

所述路径确定模块11基于网络拓扑信息来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点。

其中，可进行多路径传输的信息可由操作人员随意设定，例如，可将基于OpenFlow协议的网络中任意两节点之间传输的所有信息都作为可进行多路径传输的信息；又例如，所有采用预定协议的信息都作为可进行多路径传输的信息；再例如，所有需要经过预定端口的信息都作为可进行多路径传输的信息等等。

例如，若网络中节点A至节点F之间传输的所有信息都为可进行多路径传输的信息，则所述路径确定模块11基于网络拓扑信息确定由节点A至节点F的可行路径包括以下三条路径：

路径一：OpenFlow交换机A---OpenFlow交换机B---OpenFlow交换机D---OpenFlow交换机F；

路径二：OpenFlow交换机A---OpenFlow交换机B---OpenFlow交换机E---OpenFlow交换机F；

路径三：OpenFlow交换机A---OpenFlow交换机C---OpenFlow交换机F；

随后再基于路径一、路径二及路径三中均包含OpenFlow交换机A、路径二及路径三中均包含OpenFlow交换机B确定交叉节点包括OpenFlow交换机A及OpenFlow交换机B，其中，OpenFlow交换机A具有与OpenFlow交换机B连接的端口b以及与OpenFlow交换机C连接的端口c，OpenFlow交换机B具有与OpenFlow交换机D连接的端口d以及与OpenFlow交换机E连接的端口e。

又例如，若所有采用预定协议的信息都为可进行多路径传输的信息，则所述路径确定模块11基于网络拓扑信息将网络中的所有传输路径均确定为可行路径，并将网络中包含多个端口的OpenFlow交换机作为交叉节点。

再例如，若所有需要经过预定端口的信息都为可进行多路径传输的信息，则所述路径确定模块11基于网络拓扑信息将网络中的包含该预定端口的传输路径均确定为可行路径，并将该些可行路径中包含多个端口的OpenFlow交换机作为交叉节点。

此外，考虑到系统的需要或其他一些限制条件，可能某些具有多端口的OpenFlow交换机不能用于多路径传输，则所述路径确定模块11基于网络拓扑信息及预定限制条件来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点，由此来确保网络的正常运行。

接着，所述权重确定模块12基于所有交叉节点各自与下一节点间的链路信息来确定各交叉节点与各自的下一节点相连的端口的权重信息。

具体地，所述权重确定模块12根据链路上三方面的信息指标来确定这条链路是否处于一个适合增加负载的状况，对于适合增加负载的链路，将被赋予一个较高的权重，而对于那些相对而言不太适合增加负载的链路，则被赋予一个较低的权重。所述链路上三个方面的信息包括：1、这个链路上即时的负载比重，也就是该链路上现有的数据量占它所能承载的总数据量的比重，这个值越小，则说明这条链路越适合增加负载；2、这条链路上数据传输的可靠性，主要从丢包率上来看，丢包率越低，说明这条链路越适合增加负载；3、传输时延，传输时延越小，说明这条链路越适合增加负载。所述权重确定模块12在获取到这三个方面的信息后，对该些信息进行综合评估和分析，确定这条链路所连的交换机端口的权重。需要注意的是，即便是对于完全相同的链路状况，可能在不同的应用下也会得到不同的结果的权重值，因为不同的应用可能会有不同的性能要求，有些对时效性要求较高，可能就会重点关注传输时延方面的指标，有些对可靠性要求较高，可能就会重点关注可靠性方面的指标，对于那些没有特殊要求的，可能就会重点关注流量方面的指标，也就是负载比重。所述权重确定模块12可以根据这些策略，再结合具体应用需求，最终确定下来一组权重值供组表下发模块使用。

接着，所述组表下发模块13基于各端口的权重信息来配置各端口各自对应的OpenFlow交换机的组表信息，并将组表发送至相应OpenFlow交换机。

具体地，所述组表下发模块13将待下发给相应OpenFlow交换机的组表中的bucket栏写入该OpenFlow交换机的端口号及端口号所对应的权重信息，并将写入了权重信息的组表下发给该OpenFlow交换机。

例如，所述权重确定模块12确定OpenFlow交换机A的端口b的权重为0.4、端口c的权重为0.6，则所述组表下发模块13将待下发给OpenFlow交换机A的组表中的bucket栏写入：端口b：0.4、端口c：0.6，并将该组表下发给OpenFlow交换机A。

接着，所述流表下发模块14配置所有交叉节点各自对应的OpenFlow交换机的流表信息，其中，各流表信息中包含可进行多路径传输的信息所属的组的类型信息，该类型信息能使OpenFlow交换机基于自身包含的各端口的权重信息来转发可进行多路径传输的信息。

具体地，所述流表下发模块将待下发给各处于可行路径上且具有多端口的OpenFlow交换机的流表的组的类型信息栏写入可进行多路径传输的信息所属的组的类型信息，例如，select类，并将写入了select类的流表下发给相应各OpenFlow交换机，由此，当该些OpenFlow交换机接收到组的类型信息为select类的信息流时，各自再基于各自所接收到的组表信息中的bucket栏内的信息来转发该信息流。

例如，所述流表下发模块14将写入了select类的流表下发给OpenFlow交换机A及OpenFlow交换机B，则当OpenFlow交换机A接收到组的类型信息为select类的各信息流时，基于自身所接收到的组表信息中的bucket栏内的信息：端口b：0.4、端口c：0.6，将该些信息流中40％的信息流由端口b转发、60％的信息流由端口c转发，OpenFlow交换机B接收到组的类型信息为select类的各信息流时，基于自身所接收到的组表信息中的bucket栏内的信息：端口d：0.5、端口e：0.5，将该些信息流中50％的信息流由端口d转发、50％的信息流由端口e转发。

需要说明的是，组表下发模块的操作与流表下发模块的操作顺序并非以所示为限，事实上，组表下发模块的操作可与流表下发模块的操作同时进行，或者流表下发模块的操作之后进行等。

综上所述，本发明的基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法及系统利用OpenFlow协议中组表的Select类型，并为组的每一个bucket设置不同的权重值，由此，OpenFlow交换机在进行数据包的转发时，能根据端口的权重来确定选择哪一个端口来进行信息流的转发，以此来实现SDN网络中的多路径转发，该实现方式可以非常灵活自主的分配数据包在各条路径上的分布。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法，其特征在于，所述基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法至少包括：

基于网络拓扑信息来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点；

基于所有交叉节点各自与下一节点间的链路信息来确定各交叉节点与各自的下一节点相连的端口的权重信息；

基于各端口的权重信息来配置各端口各自对应的OpenFlow交换机的组表信息，并将组表发送至相应OpenFlow交换机；

配置所有交叉节点各自对应的OpenFlow交换机的流表信息，其中，各流表信息中包含可进行多路径传输的信息所属的组的类型信息，该类型信息能使OpenFlow交换机基于自身包含的各端口的权重信息来转发可进行多路径传输的信息。

2.根据权利要求1所述的基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法，其特征在于还包括：基于网络拓扑信息及预定限制条件来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点。

3.根据权利要求1或2所述的基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法，其特征在于：所述可进行多路径传输的信息包括需要由源节点传输至目的节点的所有信息。

4.根据权利要求1或2所述的基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法，其特征在于：所述可进行多路径传输的信息包括采用预定协议的信息。

5.根据权利要求1或2所述的基于OpenFlow协议的网络多路径实现方法，其特征在于：所述可进行多路径传输的信息包括要经过预定端口的信息。

6.一种基于OpenFlow协议的网络多路径实现系统，其特征在于，所述基于OpenFlow协议的网络多路径实现系统至少包括：

路径确定模块，用于基于网络拓扑信息来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点；

权重确定模块，用于基于所有交叉节点各自与下一节点间的链路信息来确定各交叉节点与各自的下一节点相连的端口的权重信息；

组表下发模块，用于基于各端口的权重信息来配置各端口各自对应的OpenFlow交换机的组表信息，并将组表发送至相应OpenFlow交换机；

流表下发模块，用于配置所有交叉节点各自对应的OpenFlow交换机的流表信息，其中，各流表信息中包含可进行多路径传输的信息所属的组的类型信息，该类型信息能使OpenFlow交换机基于自身包含的各端口的权重信息来转发可进行多路径传输的信息。

7.根据权利要求6所述的基于OpenFlow协议的网络多路径实现系统，其特征在于所述路径确定模块还用于基于网络拓扑信息及预定限制条件来确定各可进行多路径传输的信息的各可行路径信息，并基于各可行路径信息来确定各可行路径间的所有交叉节点。

8.根据权利要求6或7所述的基于OpenFlow协议的网络多路径实现系统，其特征在于：所述可进行多路径传输的信息包括需要由源节点传输至目的节点的所有信息。

9.根据权利要求6或7所述的基于OpenFlow协议的网络多路径实现系统，其特征在于：所述可进行多路径传输的信息包括采用预定协议的信息。

10.根据权利要求6或7所述的基于OpenFlow协议的网络多路径实现系统，其特征在于：所述可进行多路径传输的信息包括要经过预定端口的信息。