CN105681223B - 一种sdn的数据包转发方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种SDN的数据包转发方法及装置，方法包括：核心交换机接收入口交换机发送的数据包后，当数据包中的第一个协议头中的特征标志位与预设匹配、动作表项指针的值范围小于等于预设范围时，根据第一个协议头中的第一个动作表项指针获取到动作表项，以获得转发动作，后删除第一个动作表项指针；第一个协议头包括：特征标志位、与各交换机(转发路径上的)对应的各动作表项指针(包括动作表项的存储地址)；各动作表项指针在第一个协议头中，按照转发路径上的第一交换机的顺序依次排列。交换机由于根据数据包中的动作表项指针索引动作表项，因此摆脱了对TCAM的依赖，解决了使用TCAM所带来的问题。

Description

一种SDN的数据包转发方法及装置

技术领域

本发明涉及一种SDN的数据包转发方法及装置。

背景技术

传统的网络设备和网络管理技术已经不能满足互联网在云计算，网络功能虚拟化等方面的需求。除此之外，传统网络架构还存在可扩展性差，厂商锁定和管理难度大等方面的问题，这大大限制了互联网的发展。为解决上述问题，人们提出软件定义网络的概念。在这种新型网络体系架构中，数据平面和控制平面分离，控制平面通过开放的标准化南向接口对数据平面进行控制，并为应用层提供网络管理相关的北向接口，使网络管理员可以通过编程灵活实现网络的自动化配置和管理。另一方面，软件定义网络中的集中式控制平面也可以为网络管理员提供更细粒度的流量监控机制和管理机制。

OpenFlow协议是软件定义网络第一个标准化的南向接口通信协议，并且得到了广泛的应用。OpenFlow协议通过控制平面的控制器控制流表和管理数据平面的转发行为。OpenFlow协议以流为单位对网络流量进行量化，每一条流都有与之对应的匹配域(该匹配域在TCAM中)，指令域和计数器。流的匹配域，动作域和计数器组成了流表项，位于同一个数据平面的所有流表项组成该数据平面的流表。控制平面(采用控制器)通过OpenFlow协议可以对流表项进行添加，修改和删除等。

在现有SDN(软件定义网络)中，控制器需要将每一个流的转发流表项下发到该流转发路径上的每一个交换机中。对于需要双向通信的流来说，每个流需要控制器下发2N次流表项。N为转发路径中交换机的数量。硬件SDN交换机中使用TCAM作为硬件匹配模块，在TCAM中需要存储所有经过该SDN交换机的流的匹配域，控制器流表设置次数过多会造成流表设置的延迟和TCAM中流表插入延迟增加，影响整个网络的性能。

但是TCAM作为一种成本很高的硬件模块，通过增加TCAM模块规模的方法来满足对流表大小的需求会造成系统整体成本的增加；除此之外，TCAM在运行时会能耗较大，如果在SDN交换机中使用大量TCAM会大大增加网络运行时的能源消耗，提升系统的运营成本。

因此，本发明需要提供一种解决上述问题的SDN的数据包转发方法。

发明内容

本发明提供一种SDN的数据包转发方法及装置，本发明摆脱了硬件SDN交换机对TCAM的依赖，解决了网络流量的高速转发、TCAM造成的流表大小和能耗等问题，从而降低了系统成本。

第一方面，本发明提供一种SDN的数据包转发方法，包括：

核心SDN交换机接收入口边缘SDN交换机发送的数据包；

判断数据包中的第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配；

若匹配，则判断所述第一个协议头中动作表项指针的值是否为预设值；

若否，则根据所述数据包中的第一个协议头中的第一个动作表项指针，判断是否获取到动作表项；

若获取到，则根据所述动作表项中的转发动作，将所述数据包转发至下一跳SDN交换机，并在所述第一个协议头中删除所述第一个动作表项指针；

所述第一个协议头包括：特征标志位、与各第一SDN交换机对应的各动作表项指针；所述动作表项指针包括动作表项在第一SDN交换机的动作表中的存储地址，所述动作表项为存储有所述第一SDN交换机转发动作的表项，所述第一SDN交换机为SDN架构中控制器预先存储的转发路径上的SDN交换机；各动作表项指针在所述第一个协议头中，按照所述转发路径上的第一SDN交换机的顺序依次排列。

进一步地，判断是否获取到所述动作表项之后，所述方法还包括：

若未获取到，则将所述数据包转发至控制器。

进一步地，判断所述第一个协议头中动作表项指针的值是否为预设值之后，所述方法还包括：

若是，则将所述数据包转发至控制器。

进一步地，判断第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配之后，所述方法还包括：

若不匹配，则将所述数据包转发至控制器。

进一步地，所述方法还包括：

出口边缘SDN交换机接收到核心SDN交换机发送的数据包时，判断数据包中第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配；

若匹配，则判断所述第一个协议头中动作表项指针的值是否为预设值；

若否，则根据所述数据包中的第一个协议头中的第一个动作表项指针，判断是否获取到动作表项；

若获取到，则根据所述动作表项中的转发动作将所述数据包转发至下一跳SDN交换机，并在所述第一个协议头中删除所述第一个动作表项指针。

进一步地，所述方法还包括：

在所述数据包中删除所述第一个协议头。

进一步地，判断是否获取到所述动作表项之后，所述方法还包括：

若未获取到，则将所述数据包转发至控制器。

进一步地，判断第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配之后，所述方法还包括：

若不匹配，则将所述数据包转发至控制器。

进一步地，核心SDN交换机接收入口边缘SDN交换机发送的数据包之前，所述方法还包括：

入口边缘SDN交换机接收数据包；

根据预先存储的添加动作信息，向所述数据包中添加所述第一个协议头，并按照预设策略将所述数据包转发至核心SDN交换机；

所述添加动作信息包括：第一个协议头添加动作命令和第一个协议头内容。

第二方面，本发明还提供一种SDN的数据包转发装置，包括：

数据包接收单元，核心SDN交换机接收入口边缘SDN交换机发送的数据包；

第一判断单元，判断数据包中的第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配；

第二判断单元，若匹配，则判断所述第一个协议头中动作表项指针的值是否为预设值；

第三判断单元，若所述第一个协议头中动作表项指针的值不是预设值，则根据所述数据包中的第一个协议头中的第一个动作表项指针，判断是否获取到动作表项；

转发单元，若获取到，则根据所述动作表项中的转发动作，将所述数据包转发至下一跳SDN交换机，并在所述第一个协议头中删除所述第一个动作表项指针；

所述第一个协议头包括：特征标志位、与各第一SDN交换机对应的各动作表项指针；所述动作表项指针包括动作表项在第一SDN交换机的动作表中的存储地址，所述动作表项为存储有所述第一SDN交换机转发动作的表项，所述第一SDN交换机为SDN架构中控制器预先存储的转发路径上的SDN交换机；各动作表项指针在所述第一个协议头中，按照所述转发路径上的第一SDN交换机的顺序依次排列。

由上述技术方案可知，本发明的SDN交换机根据接收到的数据包中的动作表项指针在动作表中索引动作表项，从而获得转发动作，使得数据包在网络中的核心SDN交换机和出口边缘SDN交换机中跳过匹配流程，摆脱了硬件SDN交换机对TCAM的依赖，解决了网络流量的高速转发、TCAM造成的流表大小和能耗等问题，从而降低了系统成本。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种SDN的的数据包转发方法的流程图；

图2为本发明第一协议头的一种具体结构图；

图3为本发明一实施例提供的一种SDN的的数据包转发装置的原理框图。

附图标记说明

数据包接收单元201 第一判断单元202 第二判断单元203第三判断单元204 数据包转发单元205。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

SDN中，SDN交换机之间互联，控制器通过南向接口控制各SDN交换机，控制器在接收到新流的首包(第一个数据包)时，根据网络的路由情况(如控制器会收集各SDN交换机的相关信息，包括流表大小和活跃端口等)下发相应的动作表项，各SDN交换机将接收到的控制器下发的动作表项存储到动作表中，以指导数据包的转发。

图1示出了本发明一实施例提供的一种SDN的的数据包转发方法的流程图。

如图1所示，一种SDN的的数据包转发方法，包括：

S101、核心SDN交换机接收入口边缘SDN交换机发送的数据包；

S102、判断数据包中的第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配；若匹配，则执行步骤S103；否则，执行步骤S104；

S103、若匹配，则判断所述第一个协议头中动作表项指针的值是否为预设值；若否，则执行步骤S105，否则，执行步骤S106；此时的预设范围一般指各SDN交换机的流表大小。

S105、若是，则根据所述数据包中的第一个协议头中的第一个动作表项指针，判断是否获取到动作表项；若获取到，则执行步骤S107，否则，执行步骤S108；

S107，若获取到，则根据所述动作表项中的转发动作，将所述数据包转发至下一跳SDN交换机，并在所述第一个协议头中删除所述第一个动作表项指针；

所述第一个协议头包括：特征标志位、与各第一SDN交换机对应的各动作表项指针；所述动作表项指针包括动作表项在第一SDN交换机的动作表中的存储地址，所述动作表项为存储有所述第一SDN交换机转发动作的表项，所述第一SDN交换机为SDN架构中控制器存储的转发路径上的SDN交换机，各动作表项指针在所述第一个协议头中，按照所述转发路径上的第一SDN交换机的顺序依次排列。

参见图2，为第一协议头的一种具体结构，其中，第一字节包含5bit的TTL，用于防止广播风暴；1各X标志位和2bit的特征标值为“1 0”。X用作协议扩展，可根据需要设定其代表的内容，proto用于指示第三层协议类型(ARP，IPV4，IPV6等)，len则用于表示动作表项指针AP的数量，图2中的每个AP对应一个SDN交换机，即转发路径上的SDN交换机。

S108、若步骤S105中为未获取到，则将所述数据包转发至控制器。此时，表明动作表项失效。

S106、若步骤S103中判断结果为否，则将所述数据包转发至控制器。若否，则说明数据包出现异常，

S104、若所述步骤S102中为不匹配，则将所述数据包转发至控制器。此时，表明该数据包为以太网数据包。

上述的核心SDN交换机可理解为与控制器连接的首个核心SDN交换机，也可理解为中间的核心SDN交换机(即非首个核心SDN交换机)。

所述步骤S101之前，所述方法还包括：

S109、入口边缘SDN交换机接收数据包；

S110、根据预先存储的添加动作信息，向所述数据包中添加所述第一个协议头，并按照预设策略将所述数据包转发至核心SDN交换机；

所述添加动作信息包括：第一个协议头添加动作命令和第一个协议头内容。

所述预设策略可为SDN交换机的现有转发方法。

所述第一个协议头的内容即为上述的特征标志位、与各第一SDN交换机对应的各动作表项指针；所述动作表项指针包括动作表项在第一SDN交换机的动作表中的存储地址，所述动作表项为存储有所述第一SDN交换机转发动作的表项，所述第一SDN交换机为SDN架构中控制器存储的转发路径上的SDN交换机，各动作表项指针在所述第一个协议头中，按照所述转发路径上的第一SDN交换机的顺序依次排列。

值得说明的是：控制器对各SDN交换机起总的管理控制作用，一般的，控制器和SDN交换机建立控制通道，收集SDN交换机的流表大小和活跃端口等信息，并根据收集到的这些信息生成第一协议头的内容同时生成。所述添加动作信息，并将其下发到各SDN交换机(转发路径上的)中的。

控制器可以将上述步骤S103中的预设值设置为零，并设定对应数据包转发给控制器的动作。由于各动作表项指针在所述第一个协议头中，是按照所述转发路径上的第一SDN交换机的顺序依次排列，当第一个协议头中的第几个动作表项为零时，即是第几个SDN交换机需要将数据包转发给控制器，而不再执行索引动作表项的动作。当然，预设值不一定为零，也可以为其他值，对应的动作也不一定是转发给控制器的动作，也可以为其他动作。

所述步骤S107之后，所述方法还包括S111：

S111、出口边缘SDN交换机接收到核心SDN交换机发送的数据包时，判断数据包中第一个协议头中的的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配；并执行步骤S103—S108；

值得说明的是，此处执行的步骤S103—S108中的下一跳SDN交换机，在此处应是主机，而不是下一跳SDN交换机。

出口边缘SDN交换机与核心SDN交换机对接收到的数据包时的处理方法相同，唯一不同的是，出口边缘SDN交换机在将数据包转发后，即步骤S111之后，所述方法还包括S112：

S112、在所述数据包中删除所述第一个协议头。即，使数据包恢复SDN中L2层协议头，以使主机可以识别。

可以理解的是，一个边缘SDN交换机既可做入口边缘SDN交换机，也可做出口边缘SDN交换机。

本发明的SDN交换机根据接收到的数据包中的动作表项指针在动作表中索引动作表项，从而获得转发动作，使得数据包在网络中的核心SDN交换机和出口边缘SDN交换机中跳过匹配流程，摆脱了硬件SDN交换机对TCAM的依赖，解决了网络流量的高速转发、TCAM造成的流表大小和能耗等问题，从而降低了系统成本。

另外，本发明由于摆脱了TCAM，对不同的流无需多次下发流表项，可以在不同的数据流中可以添加相同的动作表项指针(动作表项指针中存储的是SDN交换机中已有动作表项的地址)，即对于不同的数据流，可以使用相同的动作表项，从而减少了控制器下发动作表项的次数，从而减少SDN中的冗余、延迟等问题。

图3为本发明一实施例提供的一种SDN的的数据包转发装置的原理框图。

如图3所示，一种SDN的数据包转发装置，包括：

数据包接收单元201，核心SDN交换机接收入口边缘SDN交换机发送的数据包；

第一判断单元202，判断数据包中的第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配；

第二判断单元203，若匹配，则判断所述第一个协议头中动作表项指针的值是否为预设值；

第三判断单元204，若所述第一个协议头中动作表项指针的值不是预设值，则根据所述数据包中的第一个协议头中的第一个动作表项指针，判断是否获取到动作表项；

数据包转发单元205，若获取到，则根据所述动作表项中的转发动作，将所述数据包转发至下一跳SDN交换机，并在所述第一个协议头中删除所述第一个动作表项指针；

所述第一个协议头包括：特征标志位、与各第一SDN交换机对应的各动作表项指针；所述动作表项指针包括动作表项在第一SDN交换机的动作表中的存储地址，所述动作表项为存储有所述第一SDN交换机转发动作的表项，所述第一SDN交换机为SDN架构中控制器预先存储的转发路径上的SDN交换机；各动作表项指针在所述第一个协议头中，按照所述转发路径上的第一SDN交换机的顺序依次排列。

由于本发明中的一种SDN的数据包转发装置和一种SDN的数据包转发方法是一一对应的，故在此不再详述该系统。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种SDN的数据包转发方法，其特征在于，包括：

核心SDN交换机接收入口边缘SDN交换机发送的数据包；

判断数据包中的第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配；

若匹配，则判断所述第一个协议头中动作表项指针的值是否为预设值；

若否，则根据所述数据包中的第一个协议头中的第一个动作表项指针，判断是否获取到动作表项；

若获取到，则根据所述动作表项中的转发动作，将所述数据包转发至下一跳SDN交换机，并在所述第一个协议头中删除所述第一个动作表项指针；

所述第一个协议头包括：特征标志位、与各第一SDN交换机对应的各动作表项指针；所述动作表项指针包括动作表项在第一SDN交换机的动作表中的存储地址，所述动作表项为存储有所述第一SDN交换机转发动作的表项，所述第一SDN交换机为SDN架构中控制器预先存储的转发路径上的SDN交换机；各动作表项指针在所述第一个协议头中，按照所述转发路径上的第一SDN交换机的顺序依次排列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断是否获取到所述动作表项之后，所述方法还包括：

若未获取到，则将所述数据包转发至控制器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断所述第一个协议头中动作表项指针的值是否为预设值之后，所述方法还包括：

若是，则将所述数据包转发至控制器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配之后，所述方法还包括：

若不匹配，则将所述数据包转发至控制器。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述动作表项中的转发动作，将所述数据包转发至下一跳SDN交换机，并在所述第一个协议头中删除所述第一个动作表项指针之后，所述方法还包括：

出口边缘SDN交换机接收到核心SDN交换机发送的数据包时，判断数据包中第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配；

若匹配，则判断所述第一个协议头中动作表项指针的值是否为预设值；

若否，则根据所述数据包中的第一个协议头中的第一个动作表项指针，判断是否获取到动作表项；

若获取到，则根据所述动作表项中的转发动作将所述数据包转发至主机，并在所述第一个协议头中删除所述第一个动作表项指针。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述根据所述动作表项中的转发动作将所述数据包转发至主机，并在所述第一个协议头中删除所述第一个动作表项指针之后，所述方法还包括：

在所述数据包中删除所述第一个协议头。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，判断是否获取到所述动作表项之后，所述方法还包括：

若未获取到，则将所述数据包转发至控制器。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，判断第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配之后，所述方法还包括：

若不匹配，则将所述数据包转发至控制器。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，核心SDN交换机接收入口边缘SDN交换机发送的数据包之前，所述方法还包括：

入口边缘SDN交换机接收数据包；

根据预先存储的添加动作信息，向所述数据包中添加所述第一个协议头，并按照预设策略将所述数据包转发至核心SDN交换机；

所述添加动作信息包括：第一个协议头添加动作命令和第一个协议头内容。

10.一种SDN的数据包转发装置，其特征在于，包括：

数据包接收单元，核心SDN交换机接收入口边缘SDN交换机发送的数据包；

第一判断单元，判断数据包中的第一个协议头中的特征标志位是否与预设的特征标志位匹配；

第二判断单元，若匹配，则判断所述第一个协议头中动作表项指针的值是否为预设值；

第三判断单元，若所述第一个协议头中动作表项指针的值不是预设值，则根据所述数据包中的第一个协议头中的第一个动作表项指针，判断是否获取到动作表项；

转发单元，若获取到，则根据所述动作表项中的转发动作，将所述数据包转发至下一跳SDN交换机，并在所述第一个协议头中删除所述第一个动作表项指针；

所述第一个协议头包括：特征标志位、与各第一SDN交换机对应的各动作表项指针；所述动作表项指针包括动作表项在第一SDN交换机的动作表中的存储地址，所述动作表项为存储有所述第一SDN交换机转发动作的表项，所述第一SDN交换机为SDN架构中控制器预先存储的转发路径上的SDN交换机；各动作表项指针在所述第一个协议头中，按照所述转发路径上的第一SDN交换机的顺序依次排列。