CN105656751A - 一种基于sdn的二层隧道建立方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于SDN的二层隧道建立方法和系统，其中包括：SDN控制器根据SDN交换机通过私有二层报文上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息，计算网络拓扑；SDN控制器根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，根据隧道生成隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表。本发明实施例由SDN控制器集中计算，自动建立带优先级别隧道，避免了现有技术中由于众多消息导致的不同步影响隧道的建立。

Description

一种基于SDN的二层隧道建立方法和系统

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于SDN(SoftwareDefinedNetwork，软件定义网络)的二层隧道建立方法和系统。

背景技术

第二层隧道协议(L2TP)是一个数据链路层协议，其报文分为数据消息和控制消息两类，其中数据消息作为L2TP报文的数据区，L2TP不保证数据消息的可靠投递，若数据报文丢失，不予重传，不支持对数据消息的流量控制和拥塞控制；控制消息用以建立、维护和终止控制连接及会话，L2TP确保其可靠投递，并支持对控制消息的流量控制和拥塞控制。

如图1所示，PPP帧和控制通道以及数据通道之间的关系为：由于L2TP不保证数据消息的可靠投递，因此PPP帧在不可靠的L2TP数据通道内传输；由于L2TP确保控制消息可靠投递，因此控制消息在可靠的L2TP控制通道内传输。

传统的L2TP协议中，L2TP隧道建立由L2TP控制报文交互完成的，因此隧道建立非常复杂，其控制连接和会话连接的建立过程中涉及的消息也非常众多，例如包括：

开始控制连接请求(SCCRQ，Start-Control-Connection-Request)：用来向对端请求建立控制连接；

开始控制连接回复(SCCRP，Start-Control-Connection-Reply)：用来告诉对端，本端收到了对端的ACCRQ消息，允许建立控制连接；

开始控制连接连接SCCCN(SCCCN，Start-Control-Connection-Connected)：用来告诉对端，本端收到了对端的SCCRP消息，本端已完成隧道的建立；

停止控制连接通知(StopCCN，Stop-Control-Connection-Notification)：用来通知对端拆除控制连接，本端已清除所有会话连接，将关闭隧道接口。StopCCN中携带了发送端控制连接拆除原因；

呼叫请求(ICRQ，Incoming-Call-Request)：只有LAC才会发送；每当检测到用户的呼叫请求，LAC就发送ICRQ消息给LNS，请求建立会话连接。ICRQ中携带会话参数；

呼叫回复(ICRP，Incoming-Call-Reply)：只有LNS才会发送；收到LAC的ICRQ，LNS就使用ICRP回复，表示允许建立会话连接；

呼叫连接(ICCN，Incoming-Call-Connected)：只有LAC才会发送；LAC收到LNS的ICRP，就使用ICCN回复，表示LAC已回复用户的呼叫，通知LNS建立会话连接；

呼叫拆除(CDN，Call-Disconnect-Notify)：用来通知对端拆除会话连接，并告知对端拆除的原因；

Hello：用来检测隧道的连通性。

由于在隧道建立的过程中，涉及到如此众多不同类型的消息往往会导致消息不同步，从而影响隧道建立。

发明内容

本发明实施例提供一种基于SDN的二层隧道建立方法和系统，能够基于SDN网络由控制器集中计算自动建立隧道，无需交互L2TP的协议报文，避免了现有技术中不同类型的协议消息不同步而影响隧道建立的缺点。

本发明实施例提供一种基于SDN的二层隧道建立方法，包括：SDN控制器根据SDN交换机通过私有二层报文上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息，计算网络拓扑；SDN控制器根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，根据隧道生成隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表。

进一步地，所述私有二层报文为Experimenter报文；所述方法还包括：预先扩展Experimenter报文，所述Experimenter报文至少包括表示SDN交换机的MAC地址的字段、表示SDN交换机的交换端口的字段和表示所述交换端口下学习的MAC地址字段。

进一步地，所述SDN控制器根据SDN交换机通过私有二层报文上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息，计算网络拓扑，具体为：SDN控制器接收SDN交换机发送的Experimenter报文，从所述Experimenter报文中获取SDN交换机的MAC地址、SDN交换机的交换端口和所述交换端口下学习的MAC地址，根据链路层发现协议计算网络拓扑。

进一步地，所述SDN控制器根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，具体为：SDN控制器接收SDN交换机发送的未匹配流表，解析未匹配流表的MAC地址信息，所述MAC地址信息字段中包括报文的源MAC地址、目的MAC地址和入端口；SDN控制器根据网络拓扑、SDN交换机转发端口信息和MAC地址信息自动建立端到端隧道；根据差分服务代码点中的优先级建立隧道的优先级队列。

进一步地，所述方法还包括：预先扩展隧道报文头，所述隧道报文头至少包括隧道ID、优先级和序列码；所述根据隧道生成隧道信息，具体为：根据建立的隧道，生成包括隧道ID、优先级和序列码的隧道信息。

进一步地，所述向SDN交换机下发包含隧道信息的流表，具体为：如果SDN交换机是入口交换机，则所述入口交换机根据下发的流表中的隧道信息为原始报文封装私有的隧道报文头形成隧道报文，该隧道报文头包括隧道ID、优先级和序列码；如果SDN交换机是出口交换机，则所述出口交换机将接收到的隧道报文去掉隧道报文头，还原成原始的数据报文；如果SDN交换机是中间交换机，则中间交换机根据隧道报文中的隧道ID和优先级进行转发。

本发明实施例提供一种基于SDN的二层隧道建立系统，包括：SDN交换机，用于通过私有二层报文向SDN控制器上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息；向SDN控制器发送未匹配流表，所述未匹配流表包括网络拓扑和MAC地址信息；SDN控制器，用于根据SDN交换机上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息计算网络拓扑；根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，根据隧道生成隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表。

进一步地，所述私有二层报文为扩展的Experimenter报文，所述Experimenter报文至少包括表示SDN交换机的MAC地址的字段、表示SDN交换机的交换端口的字段和表示所述交换端口下学习的MAC地址字段；所述SDN控制器，用于根据SDN交换机通过私有二层报文上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息，计算网络拓扑，具体为：SDN控制器接收SDN交换机发送的Experimenter报文，从所述Experimenter报文中获取SDN交换机的MAC地址、SDN交换机的交换端口和所述交换端口下学习的MAC地址，根据链路层发现协议计算网络拓扑。

进一步地，所述SDN控制器，用于根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，具体为：

SDN控制器接收SDN交换机发送的未匹配流表，解析未匹配流表的MAC地址信息，所述MAC地址信息字段中包括报文的源MAC地址、目的MAC地址和入端口；SDN控制器根据网络拓扑、SDN交换机转发端口信息和MAC地址信息自动建立端到端隧道；根据差分服务代码点中的优先级建立隧道的优先级队列。

进一步地，所述SDN控制器，用于根据隧道生成隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表，具体为：根据建立的隧道，生成包括隧道ID、优先级和序列码的隧道信息；

如果SDN交换机是入口交换机，则所述入口交换机根据下发的流表中的隧道信息为原始报文封装私有的隧道报文头形成隧道报文，该隧道报文头包括隧道ID、优先级和序列码；如果SDN交换机是出口交换机，则所述出口交换机将接收到的隧道报文去掉隧道报文头，还原成原始的数据报文；如果SDN交换机是中间交换机，则中间交换机根据隧道报文中的隧道ID和优先级进行转发。

本发明实施例提供的基于SDN的二层隧道建立方法和系统，基于SDN架构，采用SDN控制器，无需交互L2TP的协议报文，由SDN控制器集中计算，自动建立带优先级别隧道，避免了现有技术中由于众多消息导致的不同步影响隧道的建立。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的传统L2TP协议示意图。

图2为本发明实施例中基于SDN二层隧道建立组网示意图；

图3为本发明实施例中隧道报文的格式示意图；

图4为本发明实施例中Experimenter报文的格式示意图；

图5为本发明实施例中基于SDN的二层隧道建立方法的流程示意图；

图6为本发明实施例中基于SDN的二层隧道建立系统的架构示意图；

图7为本发明实施例一中SDN二层隧道建立的组网示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

SDN是一种新型的网络架构，其可以通过OpenFlow(开放流)技术将网络设备的控制面与数据面进行分离，从而实现对网络流量的灵活控制。在SDN中，包含实现控制面功能的控制器和若干实现数据面功能的交换机。

本发明对现有的SDN进行扩展，至少涉及：

(1)预先扩展SDN交换机和SDN控制器之间交互的流表。

为基于SDN的二层隧道建立，如图2所示，基于SDN二层隧道建立组网示意图，在整个SDN中，入口交换机称之为IngressSwitch，出口交换机称之为EgressSwitch；其中，

IngressSwitch收到原始数据报文，进行如下封装：为原始数据报文封装私有的隧道报文头，带有隧道ID；

EgressSwitch收到隧道报文，进行如下处理：去掉隧道报文中的隧道头，还原成原始的数据报文。

中间交换机根据隧道ID进行转发，隧道ID生成和下发流表都由SDN控制器完成。

预先扩展SDN交换机和SDN控制器之间的流表，流表封装在报文中进行发送，如下表1所示。

表1

(2)预先为SDN交换机配置任务序列，所述任务序列多支持优先级。

预先为SDN交换机配置基于SDN的二层隧道建立的任务序列，如下表1所示。

表2

在本发明具体实施例中，任务序列支持64优先级，设定0优先级最低，63优先级最高，因此每个SDN交换机的转发端口支持64个优先队列。

(3)预先扩展隧道报文头。

本发明的具体实施例扩展了现有的隧道报文头，如图3所示，该隧道报文头包括：隧道ID(TunnelID)、优先级(Priority)、顺序号(SequenceNumber)和0XFFFF字段，其中TunnelID用于决定转发路径，Priority用于指定转发优先级队列，SequenceNumber用于指定报文的顺序号，“0XFFFF”用于识别是隧道头部。

(4)预先扩展SDN控制器和SDN交换机之间交互的私有二层报文。

在本步骤中，本发明的具体实施例扩展了现有的SDN控制器和SDN交换机之间交互的私有二层报文，如图4所示，私有二层报文为Experimenter报文，其中Experimenter值为255需要向ONF组织申请；Experimentertype值为1表明是从SDN交换机到SDN控制器，Experimentertype值为0表明是从SDN控制器到SDN交换机。

在本发明实施例中的私有扩展的Experimenter报文中，SDN交换机的MAC地址可以作为交换机的标识符，PortID表明SDN交换机的交换端口，MACaddress是此端口下学习到MACaddress。

上述的(1)～(4)的顺序仅为示例性的说明，在本发明实施例中不做限定。

图5为本发明实施例中基于SDN的二层隧道建立方法的流程示意图。如图5所示，该方法应用于SDN中，所述SDN中包括SDN交换机和SDN控制器，该方法包括：

步骤51，SDN控制器根据SDN交换机通过私有二层报文上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息，计算网络拓扑。

在本步骤中，SDN交换机通过私有二层报文向SDN控制器上报自己的MAC地址信息，SDN控制器根据链路层发现协议(LLDP，LinkLayerDiscoveryProtocol)协议计算网络拓扑。

步骤52，SDN控制器根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，根据隧道生成隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表。

在本步骤中，SDN控制器接收SDN交换机发送的未匹配流表，解析未匹配流表的MAC地址信息字段和DSCP字段，其中MAC地址信息字段中包括报文的源MAC地址、目的MAC地址和入端口；DSCP字段表示优先级；从而根据MAC地址信息和DSCP建立优先级队列。

SDN控制器根据网络拓扑、SDN交换机转发端口信息和MAC地址信息自动建立端到端隧道，根据DSCP中的优先级建立隧道的优先级队列。

根据建立的隧道，生成隧道ID、优先级和序列码组成的隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表。

向SDN交换机下发包含隧道信息的流表，具体为：

如果SDN交换机是入口交换机，则入口交换机根据下发的流表中的隧道信息为原始报文封装私有的隧道报文头，该隧道报文头包括隧道ID、优先级和序列码；

如果SDN交换机是出口交换机，则出口交换机将去掉隧道头，还原成原始的数据报文。

如果SDN交换机是中间交换机，则中间交换机根据隧道ID和优先级进行报文转发。

图6为本发明实施例中基于SDN的二层隧道建立系统的架构示意图。如图6所示，该系统包括：

SDN交换机，用于通过私有二层报文向SDN控制器上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息；向SDN控制器发送未匹配流表，所述未匹配流表包括网络拓扑和MAC地址信息；

SDN控制器，用于根据SDN交换机上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息计算网络拓扑；根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，根据隧道生成隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表。

具体地，

SDN控制器基于SDN交换机上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息，根据LLDP计算网络拓扑。

SDN控制器接收SDN交换机发送的未匹配流表，解析未匹配流表的MAC地址信息字段和DSCP字段，其中MAC地址信息字段中包括报文的源MAC地址、目的MAC地址和入端口；DSCP字段表示优先级；从而根据MAC地址信息和DSCP确定SDN交换机转发端口的优先级队列。SDN控制器根据网络拓扑、SDN交换机转发端口信息和MAC地址信息自动建立端到端隧道。根据建立的隧道，生成隧道ID、优先级和序列码组成的隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表。入口交换机、出口交换机和中间交换机具体如何处理的过程如前基于SDN的二层隧道建立方法中所述，故在此不赘述。

传统的L2TP协议不是基于SDN架构，其控制连接和会话连接的建立过程中涉及的消息非常众多。本发明基于SDN架构，采用SDN控制器，无需交互L2TP的协议报文，由SDN控制器集中计算，自动建立带优先级别隧道，避免了现有技术中由于众多消息导致的不同步影响隧道的建立。

实施例一

下面将列举一个基于本发明的基于SDN的二层隧道建立方法和系统的实施例。

如图7所示，假设用户需要连接服务器，存在两个流量，流量一和流量二的源IP和目的IP是一致的，DSCP的值不一致，其中流量一的DSCP为63，流量二的DSCP为1，即流量一的优先级高于流量二的优先级。

SDN控制器基于SDN交换机上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息，根据LLDP计算网络拓扑。

SDN控制器接收SDN交换机发送的未匹配流表，解析未匹配流表的MAC地址信息字段和DSCP字段，其中MAC地址信息字段中包括报文的源MAC地址、目的MAC地址和入端口；DSCP字段表示优先级。SDN控制器根据网络拓扑、SDN交换机转发端口信息和MAC地址信息自动建立端到端隧道。例如TunnelID为1的隧道，即IngressSwitch－S2－EgressSwitch－服务器，以及TunnelID为2的隧道，即IngressSwitch－S1－S3－EgressSwitch－服务器。

根据MAC地址信息和DSCP确定SDN交换机转发端口的优先级队列。例如SDN控制器为流量一分配了TunnelID为1，priority为63；为流量二分配了TunnelID为2，priority为1。

在该实施例一中，采用SDN控制器集中计算自动建立隧道，避免了现有技术中由于众多消息导致的不同步影响隧道的建立。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于SDN的二层隧道建立方法，其特征在于，包括：

SDN控制器根据SDN交换机通过私有二层报文上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息，计算网络拓扑；

SDN控制器根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，根据隧道生成隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表。

2.根据权利要求1所述的基于SDN的二层隧道建立方法，其特征在于，所述私有二层报文为Experimenter报文；

所述基于SDN的二层隧道建立方法还包括：预先扩展Experimenter报文，所述Experimenter报文至少包括表示SDN交换机的MAC地址的字段、表示SDN交换机的交换端口的字段和表示所述交换端口下学习的MAC地址字段。

3.根据权利要求2所述的基于SDN的二层隧道建立方法，其特征在于，所述SDN控制器根据SDN交换机通过私有二层报文上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息，计算网络拓扑，具体为：

SDN控制器接收SDN交换机发送的Experimenter报文，从所述Experimenter报文中获取SDN交换机的MAC地址、SDN交换机的交换端口和所述交换端口下学习的MAC地址，根据链路层发现协议计算网络拓扑。

4.根据权利要求1所述的基于SDN的二层隧道建立方法，其特征在于，所述SDN控制器根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，具体为：

SDN控制器接收SDN交换机发送的未匹配流表，解析未匹配流表的MAC地址信息，所述MAC地址信息字段中包括报文的源MAC地址、目的MAC地址和入端口；

SDN控制器根据网络拓扑、SDN交换机转发端口信息和MAC地址信息自动建立端到端隧道；

根据差分服务代码点中的优先级建立隧道的优先级队列。

5.根据权利要求4所述的基于SDN的二层隧道建立方法，其特征在于，所述基于SDN的二层隧道建立方法还包括：预先扩展隧道报文头，所述隧道报文头至少包括隧道ID、优先级和序列码；

所述根据隧道生成隧道信息，具体为：

根据建立的隧道，生成包括隧道ID、优先级和序列码的隧道信息。

6.根据权利要求5所述的基于SDN的二层隧道建立方法，其特征在于，所述向SDN交换机下发包含隧道信息的流表，具体为：

如果SDN交换机是入口交换机，则所述入口交换机根据下发的流表中的隧道信息为原始报文封装私有的隧道报文头形成隧道报文，该隧道报文头包括隧道ID、优先级和序列码；

如果SDN交换机是出口交换机，则所述出口交换机将接收到的隧道报文去掉隧道报文头，还原成原始的数据报文；

如果SDN交换机是中间交换机，则中间交换机根据隧道报文中的隧道ID和优先级进行转发。

7.一种基于SDN的二层隧道建立系统，其特征在于，包括：

SDN交换机，用于通过私有二层报文向SDN控制器上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息；向SDN控制器发送未匹配流表，所述未匹配流表包括网络拓扑和MAC地址信息；

SDN控制器，用于根据SDN交换机上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息计算网络拓扑；根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，根据隧道生成隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表。

8.根据权利要求7所述的基于SDN的二层隧道建立系统，其特征在于，所述私有二层报文为扩展的Experimenter报文，所述Experimenter报文至少包括表示SDN交换机的MAC地址的字段、表示SDN交换机的交换端口的字段和表示所述交换端口下学习的MAC地址字段；

所述SDN控制器，用于根据SDN交换机通过私有二层报文上报的自己的MAC地址信息、端口信息和学习的MAC地址信息，计算网络拓扑，具体为：

SDN控制器接收SDN交换机发送的Experimenter报文，从所述Experimenter报文中获取SDN交换机的MAC地址、SDN交换机的交换端口和所述交换端口下学习的MAC地址，根据链路层发现协议计算网络拓扑。

9.根据权利要求7所述的基于SDN的二层隧道建立系统，其特征在于，所述SDN控制器，用于根据SDN交换机发送的未匹配流表中的网络拓扑和MAC地址信息建立隧道，具体为：

SDN控制器接收SDN交换机发送的未匹配流表，解析未匹配流表的MAC地址信息，所述MAC地址信息字段中包括报文的源MAC地址、目的MAC地址和入端口；SDN控制器根据网络拓扑、SDN交换机转发端口信息和MAC地址信息自动建立端到端隧道；根据差分服务代码点中的优先级建立隧道的优先级队列。

10.根据权利要求9所述的基于SDN的二层隧道建立系统，其特征在于，所述SDN控制器，用于根据隧道生成隧道信息，并向SDN交换机下发包含隧道信息的流表，具体为：

根据建立的隧道，生成包括隧道ID、优先级和序列码的隧道信息；

如果SDN交换机是入口交换机，则所述入口交换机根据下发的流表中的隧道信息为原始报文封装私有的隧道报文头形成隧道报文，该隧道报文头包括隧道ID、优先级和序列码；如果SDN交换机是出口交换机，则所述出口交换机将接收到的隧道报文去掉隧道报文头，还原成原始的数据报文；如果SDN交换机是中间交换机，则中间交换机根据隧道报文中的隧道ID和优先级进行转发。