CN105515968A - 报文转发方法、装置、sdn及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种报文转发方法、装置、SDN及系统，其中，该方法包括：检测到软件定义网络SDN中的链路发生中断；确定用于替换中断链路的仅包括一段处于阻塞状态的链路的替换链路；对处于阻塞状态的替换链路进行连通处理；依据连通后的替换链路转发报。解决了相关技术中存在的网络中断后，恢复时间较长的问题，进而达到了缩短了网络中断后的恢复时间的效果。

Description

报文转发方法、装置、SDN及系统

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种报文转发方法、装置、SDN及系统。

背景技术

软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，简称为SDN)是一种新型的网络架构，它的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，并实现可编程化控制。SDN的典型架构共分三层，最上层为应用层，包括各种不同的业务和应用；中间的控制层主要负责处理数据平面资源的编排，维护网络拓扑、状态信息等；最底层的基础设施层负责基于流表flowtable的数据处理、转发和状态收集。

现有网络中，对流量的控制和转发都依赖于网络设备实现，且设备中集成了与业务特性紧紧耦合的操作系统和专用硬件，这些操作系统和专用硬件都是各个厂家自己开发和设计的。而在SDN网络中，网络设备只负责单纯的数据转发，其硬件架构将趋向于统一化，其各个部件在各个厂家之间趋向于通用化。而原来负责路由、安全、策略、服务质量(QualityofService，简称为QoS)、流量工程等的控制平面将由专门的SDN控制器实现。路由、安全、策略、QoS、流量工程等业务功能和特性可以通过编程实现。SDN控制器对硬件形态没有固定的要求，可以是一个装置，一个虚拟机或是一个物理服务器，完全可以采用像x86这样高性能低成本的通用架构。图1是相关技术中的SDN架构图，如图1所示，该SDN架构是典型的SDN架构，图中“交换机”即上文所述“网络设备”。

图2是相关技术中的SDN中流表老化框图，如图2所示，在SDN中，SDN的工作过程为：当交换机第一次启动后，控制器给交换机发送一些初始的流表，用以转发报文。当交换机遇到未匹配到流表的报文时，交换机会转控制器处理，控制器计算出新的流表后发给交换机，交换机按此新的流表转发报文。由于网络拓扑会变化，而且交换机的流表容量是有限的，交换机不会把获得的所有流表一直保存下来。每个流表项中存在一个超时timeout字段，当流表项超过一定时间后，交换机需要将其删除，此操作称为老化。但这个机制存在一个问题，当网络出现中断后，交换机不能即刻知道哪些流表项已经失效，它只能继续按现有的流表项转发报文，直到这些流表超过有效期被老化掉，才会获得新的流表。也就是，在流表被老化之前，交换机会把报文发到错误的路径上，从而导致部分网络在一定时间内中断。如果缩短老化时间，可以减缓这个问题，但是会导致控制器上的流表请求大大增加，增加控制器的负担。

针对相关技术中存在的网络中断后，恢复时间较长的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种报文转发方法、装置、SDN及系统，以至少解决相关技术中存在的网络中断后，恢复时间较长的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种报文转发方法，包括：检测到软件定义网络SDN中的链路发生中断；确定用于替换中断链路的仅包括一段处于阻塞状态的链路的替换链路；对处于阻塞状态的替换链路进行连通处理；依据连通后的替换链路转发报文。

优选地，检测到所述SDN中的链路发生中断之前，还包括：备份用于转发所述报文的预定流表。

优选地，依据连通后的所述替换链路转发报文包括：获取所述预定流表；根据所述替换链路和所述预定流表确定更新流表；依据所述更新流表转发报文。

优选地，对处于阻塞状态的所述替换链路进行连通处理包括：依次向所述处于阻塞状态的链路两端的交换机发送用于取消端口阻塞状态的消息；根据所述消息对所述替换链路进行连通处理。

根据本发明的另一方面，提供了一种报文转发装置，包括：检测模块，用于检测到软件定义网络SDN中的链路发生中断；确定模块，用于确定用于替换中断链路的仅包括一段处于阻塞状态的链路的替换链路；处理模块，用于对处于阻塞状态的替换链路进行连通处理；转发模块，用于依据连通后的替换链路转发报文。

优选地，所述报文转发装置还包括：备份模块，用于备份用于转发所述报文的预定流表。

优选地，所述转发模块包括：获取单元，用于获取所述预定流表；确定单元，用于根据所述替换链路和所述预定流表确定更新流表；转发单元，用于依据所述更新流表转发报文。

优选地，所述处理模块包括：发送单元，用于依次向所述处于阻塞状态的链路两端的交换机发送用于取消端口阻塞状态的消息；处理单元，用于根据所述消息对所述替换链路进行连通处理。

根据本发明的再一方面，提供了一种软件定义网络SDN，包括上述任一项所述的装置。

根据本发明的又一方面，提供了一种系统，包括上述所述的软件定义网络SDN。

通过本发明，采用检测到软件定义网络SDN中的链路发生中断；确定用于替换中断链路的仅包括一段处于阻塞状态的链路的替换链路；对处于阻塞状态的替换链路进行连通处理；依据连通后的替换链路转发报文，解决了相关技术中存在的网络中断后，恢复时间较长的问题，进而达到了缩短了网络中断后的恢复时间的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是相关技术中的SDN架构图；

图2是相关技术中的SDN中流表老化框图；

图3是根据本发明实施例的报文转发方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的报文转发装置的结构框图；

图5是根据本发明实施例的报文转发装置的优选结构框图；

图6是根据本发明实施例的报文转发装置中转发模块48的结构框图；

图7是根据本发明实施例的报文转发装置中处理模块46的结构框图；

图8是根据本发明实施例的SDN的结构框图；

图9是根据本发明实施例的系统结构框图；

图10是根据本发明实施例的SDN网络重路由方法的流程图；

图11是根据本发明实施例的SDN网络重路由框图一；

图12是根据本发明实施例的SDN网络重路由框图二；

图13是根据本发明实施例的SDN网络重路由框图三。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实施例中提供了一种报文转发方法，图3是根据本发明实施例的报文转发方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S302，检测到软件定义网络SDN中的链路发生中断；

步骤S304，确定用于替换中断链路的仅包括一段处于阻塞状态的链路的替换链路；

步骤S306，对处于阻塞状态的替换链路进行连通处理；

步骤S308，依据连通后的替换链路转发报文。

通过上述步骤，采用检测到软件定义网络SDN中的链路发生中断；确定用于替换中断链路的仅包括一段处于阻塞状态的链路的替换链路；对处于阻塞状态的替换链路进行连通处理；依据连通后的替换链路转发报文的方法，实现了在网络发生链路中断时，能快速选中替换链路，利用替换链路转发报文，解决了相关技术中存在的网络中断后，恢复时间较长的问题，进而达到了缩短网络中断后的恢复时间的效果。

在一个优选的实施例中，在检测到SDN中的链路发生中断之前，还包括：备份用于转发报文的预定流表。从而保证了在需要获取流表时，能够快速获取原有的流表，进而减少了流表的更新时间。

在一个优选的实施例中，依据连通后的替换链路转发报文包括：获取预定流表；根据替换链路和预定流表确定更新流表；依据更新流表转发报文，从而实现了利用替换链路取代原来的中断链路，使得网络恢复正常。

在一个优选的实施例中，对处于阻塞状态的替换链路进行连通处理包括：依次向处于阻塞状态的链路两端的交换机发送用于取消端口阻塞状态的消息；根据消息对替换链路进行连通处理。

在本实施例中还提供了一种报文转发装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图4是根据本发明实施例的报文转发装置的结构框图，如图4所示，该装置包括检测模块42、确定模块44、处理模块46和转发模块48，下面对该装置进行说明。

检测模块42，用于检测到软件定义网络SDN中的链路发生中断；确定模块44，连接至上述检测模块42，用于确定用于替换中断链路的仅包括一段处于阻塞状态的链路的替换链路；处理模块46，连接至上述确定模块44，用于对处于阻塞状态的替换链路进行连通处理；转发模块48，连接至上述处理模块46，用于依据连通后的替换链路转发报文。

图5是根据本发明实施例的报文转发装置的优选结构框图，如图5所示，该装置除包括图4所示的所有模块外，还包括备份模块52，下面对该装置进行说明。

备份模块52，连接至上述检测模块42，用于备份用于转发报文的预定流表。

图6是根据本发明实施例的报文转发装置中转发模块48的结构框图，如图6所示，该转发模块48包括获取单元62、确定单元64和转发单元66。下面对该转发模块48进行说明。

获取单元62，用于获取预定流表；确定单元64，连接至上述获取单元62，用于根据替换链路和预定流表确定更新流表；转发单元66，连接至上述确定单元64，用于依据更新流表转发报文。

图7是根据本发明实施例的报文转发装置中处理模块46的结构框图，如图7所示，该处理模块46包括发送单元72和处理单元74，下面对过该处理模块46进行说明。

发送单元72，用于依次向处于阻塞状态的链路两端的交换机发送用于取消端口阻塞状态的消息；处理单元74，连接至上述发送单元72，用于根据消息对替换链路进行连通处理。

图8是根据本发明实施例的SDN的结构框图，如图8所示，该SDN80包括上述任一项的报文转发装置82。

图9是根据本发明实施例的系统结构框图，如图9所示，该系统90包括上述的SDN80。

针对相关技术中存在的网络中断后，恢复时间较长的问题，本发明实施例中还提供了一种SDN网络重路由方法，图10是根据本发明实施例的SDN网络重路由方法的流程图，如图10所示，该方法包括如下步骤：

步骤S1002，当控制器给网络中交换机的下发流表时，同时将这些流表备份于控制器存储器中。

步骤S1004，当控制器发现网络中出现某一段链路中断时，依据网络的物理连接情况，为链路两端交换机查找达到对方的最小路径，要求此路径包含且仅包含一段处于NO_FLOOD(阻塞)状态的链路。此最小路径称为“替代路径”(为了避免环路，网络中冗余的链路都会处于阻塞状态。此时，由于替代路径上包含阻塞链路，并不畅通)。

步骤S1006，控制器向处于阻塞状态的链路两端的交换机发送消息，取消链路的NO_FLOOD状态。这样，原来处于阻塞状态的这段链路恢复正常通讯状态，替代路径进入畅通状态。

步骤S1008，控制器从其存储器中调出替代路径上每台交换机的流表，依据包含替代路径的新拓扑重新计算这些流表，并更新至相应交换机。此时，替代路径取代了原来的中断链路，网络恢复正常。

通过上述方法，当网络出现中断时，可以加快重路由的速度，缩短网络异常的时间，并且，控制器仅需为少量的交换机更新流表即可，计算量很小，还可以减小控制器的工作负担。

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案的实施作进一步的详细描述：

图11是根据本发明实施例的SDN网络重路由框图一，图12是根据本发明实施例的SDN网络重路由框图二，图13是根据本发明实施例的SDN网络重路由框图三，图11、12、13分别是SDN网络重路由的分阶段结构框图，如图11、12、13所示，网络中有一台控制器，以及七台由该控制器管理的交换机，交换机按照控制器下发的流表对报文进行转发。控制器会在其存储器中备份每台控制器的流表。该网络中存在冗余路径，为了避免环路，通常使用生成树算法使冗余路径处于NO_FLOOD(阻塞)状态。

假设交换机4与交换机6之间的链路(链路4-6)出现中断，按照openflow协议，交换机4会发消息通知控制器这一状态。控制器得知此链路4-6中断后，依据网络的物理连接情况，计算替代“链路4-6”的最小路径。经计算，有“交换机4-3-6”，以及“交换机4-5-6”两条可选最小路径。在本发明实施例中，包含两段或两段以上NO_FLOOD链路的替换路径路径，会使网络产生环路，因此选取的替代路径应包含且仅包含一段处于NO_FLOOD的链路，由于路径“交换机4-3-6”包含一段NO_FLOOD链路，而路径“交换机4-5-6”包含两段NO_FLOOD链路，所以路径“交换机4-3-6”会被选中为替代路径。

接下来，控制器先给交换机3发送取消其端口2NO_FLOOD状态消息，打通交换机3至交换机6方向的路径，接着再给交换机6发送取消其端口4NO_FLOOD状态消息，打通交换机6至交换机3方向的路径。这样，替代路径“交换机4-3-6”已经处于畅通状态。

虽然此时替代路径已经畅通，但是交换机流表尚未更新，报文还不会被转发到替代路径上。由于替代路径包含交换机4、3、6，于是控制器从存储器中调出交换机4、3、6的流表，依据新的网络拓扑进行计算，将新的流表发到交换机4、3、6上。这样，报文就从中断的链路调整到替代路径上。

通过本发明的上述实施例，可以实现在不给控制器增加负担的前提下，保证在网络发生链路中断时，控制器快速选中需要更新流表的交换机，并快速向这些交换机下发新的流表，使网络快速恢复正常。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种报文转发方法，其特征在于，包括：

检测到软件定义网络SDN中的链路发生中断；

确定用于替换中断链路的仅包括一段处于阻塞状态的链路的替换链路；

对处于阻塞状态的替换链路进行连通处理；

依据连通后的替换链路转发报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测到所述SDN中的链路发生中断之前，还包括：

备份用于转发所述报文的预定流表。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，依据连通后的所述替换链路转发报文包括：

获取所述预定流表；

根据所述替换链路和所述预定流表确定更新流表；

依据所述更新流表转发报文。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对处于阻塞状态的所述替换链路进行连通处理包括：

依次向所述处于阻塞状态的链路两端的交换机发送用于取消端口阻塞状态的消息；

根据所述消息对所述替换链路进行连通处理。

5.一种报文转发装置，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测到软件定义网络SDN中的链路发生中断；

确定模块，用于确定用于替换中断链路的仅包括一段处于阻塞状态的链路的替换链路；

处理模块，用于对处于阻塞状态的替换链路进行连通处理；

转发模块，用于依据连通后的替换链路转发报文。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

备份模块，用于备份用于转发所述报文的预定流表。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述转发模块包括：

获取单元，用于获取所述预定流表；

确定单元，用于根据所述替换链路和所述预定流表确定更新流表；

转发单元，用于依据所述更新流表转发报文。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：

发送单元，用于依次向所述处于阻塞状态的链路两端的交换机发送用于取消端口阻塞状态的消息；

处理单元，用于根据所述消息对所述替换链路进行连通处理。

9.一种软件定义网络SDN，其特征在于，包括权利要求5至8中任一项所述的装置。

10.一种系统，其特征在于，包括权利要求9所述的软件定义网络SDN。