CN105743790B

CN105743790B - 一种sdn网络中流量转发的管理方法及装置

Info

Publication number: CN105743790B
Application number: CN201410743105.6A
Authority: CN
Inventors: 王涛
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2034-12-08
Also published as: CN105743790A; WO2016091054A1

Abstract

本发明提供一种SDN网络中流量转发的管理方法及系统，该方法包括接收来自第一交换机的流量申请转发流表的请求；根据所述请求计算所述流量的转发路径，并分别生成所述转发路径上的交换机对应的MAC交换流表，其中，所述MAC交换流表用于指示对应交换机转发所述流量；下发所述MAC交换流表至对应路径上的交换机。通过本发明方案，解决了现有技术中存在的SDN交换机因需要处理大量流表而导致流量转发效率低下的问题，能够大幅地减少了实际需要下发到SDN交换机流表的数量，从而缓解了SDN交换机的管理压力，提升流量转发的效率。

Description

一种SDN网络中流量转发的管理方法及装置

技术领域

本发明涉及软件定义网络(Software Defined Network，SDN)的流量转发方面的内容，尤其涉及一种SDN网络中流量转发的管理方法。

背景技术

在基于Open Flow的SDN架构中，Open Flow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。整个网络的控制面由称为＂控制器(Controller)＂的设备来进行集中管控，控制器可以掌握整个网络的拓扑，通过搜集各交换机的信息来掌握网络各部分的负荷情况，从而可以更有效的进行网络部署。

数据转发面的交换机通过Open Flow协议与控制器进行交互，并受其管控。对于数据流量的转发，是通过控制器向SDN交换机下发转发流表的方式实现的，不同的流量需要不同的流表来管理转发规则。

流量在SDN网络中转发交换时，进入交换机，由于交换机没有对应的流表，需用向控制器申请未知流量请求转发的流表，控制器根据业务逻辑要求生成流表下发到交换机，交换机根据流表要求，将流量转发到下一级交换机。同样，下一级交换机没有对应的流表，需用再向控制器申请流表，然后该交换机将流量转发至再下一级交换机。同理，再下一级没有对应的流表需要再向控制器申请，才能转发流量，直至转发出SDN网络。

由于网络上实际存在的流表种类是多样的，在流量转发时，SDN交换机需要处理大量的流表，这对于SDN交换机来说是一个很大的管理压力，导致流量实际转发中效率低下。同时SDN交换机既需要足够的存储空间，也需要足够高效的查表策略，这使得相关的管理成本增加。

针对相关技术中存在SDN交换机因需要处理大量流表而导致流量转发效率低下的问题，目前尚未提出有效解决的方案。

发明内容

本发明提供了一种SDN网络中流量转发的方法及装置，以至少解决现有技术中存在的SDN交换机因需要处理大量流表而导致流量转发效率低下的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种SDN网络中流量转发的方法，包括

接收来自第一交换机的流量申请转发流表的请求；

根据所述请求计算所述流量的转发路径，并分别生成所述转发路径上的交换机对应的MAC交换流表，其中，所述MAC交换流表用于指示对应交换机转发所述流量；

下发所述MAC交换流表至对应路径上的交换机。

根据本发明的另一方面，还提供了一种SDN网络中流量转发的装置包括：

接收模块，用于接收来自第一交换机的流量申请转发流表的请求；

计算模块，用于根据所述请求计算所述流量的转发路径，并分别生成所述转发路径上的交换机对应的MAC交换流表，其中，所述MAC交换流表用于指示对应交换机转发所述流量；

发送模块，用于下发所述MAC交换流表至对应的交换机。

通过本发明，通过对SDN交换机网络中的流表请求进行一种合并处理，通过发放MAC交换流表，大幅减少实际需要下发到SDN交换机流表的数量，解决了现有技术中存在的SDN交换机因需要处理大量流表而导致流量转发效率低下的问题，使用本发明的技术方案能够大幅地减少了实际需要下发到 SDN交换机流表的数量，从而缓解了SDN交换机的管理压力，提升流量转发的效率。

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是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理方法的优选流程图；

图3是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理方法的另一种优选流程图；

图4是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理系统的结构框图；

图5是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理系统的优选结构框图；

图6是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理系统的另一种优选结构框图；

图7是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理系统的另一种优选结构框图；

图8是根据本发明其优选实施例的一种SDN网络中流量转发的管理方法的示意图.

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SDN网络中流量转发的管理方法，图1是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S102，接收来自第一交换机的流量申请转发流表的请求；

步骤S104，根据所述请求计算所述流量的转发路径，并分别生成所述转发路径上的交换机对应的MAC交换流表，其中，所述MAC交换流表用于指示对应交换机转发所述流量；

步骤S106，下发所述MAC交换流表至对应的交换机。

上述步骤可以通过SDN中的控制器实现，控制器接收来自所述SDN网络的交换机的流量申请转发流表的请求，可以是SDN网络中的中间交换机，也可以是SDN网络的入口交换机；根据所述请求，控制器计算所述流量的转发路径，分别生成所述转发路径上的所有交换机对应的MAC交换流表，其中，所述MAC交换流表用于指示对应交换机转发所述流量；控制器下发所述MAC 交换流表至对应的交换机。

相对于现有技术中的控制器需要逐一处理向交换机发送流表的请求，本发明通过对SDN交换机网络中的流表请求进行一种合并处理，通过发放MAC 交换流表，大幅减少实际需要下发到SDN交换机流表的数量，解决了现有技术中存在的SDN交换机因处理大量流表而导致流量转发效率低下的问题，从而缓解了SDN交换机的管理压力，提升流量转发的效率。

在一个优选的实施例中，上述MAC交换流表包括流量进入所述交换机的 MAC地址、流量转出所述交换机的MAC地址以及出接口信息；其中，所述对应交换机根据其MAC交换流表将流量进入交换机的MAC地址替换为流量转出交换机的MAC地址，并根据所述出接口信息转发所述流量。

上述MAC交换流表使用MAC地址，作为交换标签，描述转发路径。对于不同的流量，只要实际交换路径相同，就可以共用。这种共用路径的行为就实际产生了压缩流表的行为。

在一个优选的实施例中，所述转发路径上的交换机包括第二交换机和第三交换机；其中，所述第一交换机，根据其MAC交换流表将流量进入第一交换机的第一MAC地址替换为流量转出第一交换机的第二MAC地址，并根据出接口信息转发所述流量至第二交换机；所述第二交换机，根据其MAC交换流表将流量进入第二交换机的第二MAC地址替换为流量转出第二交换机的第三 MAC地址，并根据出接口信息转发所述流量至第三交换机。

上述转发路径上的交换机不需要向控制器申请流表，直接根据MAC交换流表的指示，通过MAC地址作为交换标签，将进入的MAC地址替换成转出的MAC地址，并根据出接口信息将流量转发至转发路径上的下一个交换机，例如，上述转发路径上的第三交换机同样参照上述步骤将流量转发至第四交换机，直至转发路径上的最后一个交换机。

在一个优选的实施例中，图2是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理方法的优选流程图，如图2所示，上述管理方法还包括：步骤S105，下发入栈流表至所述第一交换机，其中，所述第一交换机为SDN网络的入口交换机，所述第一MAC地址为流量的源MAC地址；所述入栈流表用于指示将进入所述入口交换机的流量的源MAC地址替换为所述第二MAC地址，并将根据所述入栈流表指示的出接口将所述流量转发至所述转发路径上的第二交换机。

流量进入SDN网络中，入口交换机向控制器申请流量转发的请求，控制器根据请求计算转发路径，并生成MAC交换流表，发送至转发路径上的交换机。同时，流量具有初始的源MAC地址，需要通过入栈流表入口交换机进入网络，并实现流量的转发。入口交换机将流量的源MAC地址替换为MAC交换流表中第二MAC地址，并查询入栈流表将流量转发至所述转发路径上的第二交换机。

在一个优选的实施例中，图3是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理方法的另一种优选流程图，如图3所示，上述管理方法还包括：S107，下发出栈流表至所述SDN网络的出口交换机；其中，所述出栈流表用于指示将进入所述出口交换机的流量的MAC地址替换为所述流量的源MAC地址，并根据所述出栈流表指示的出接口将所述流量转出SDN网络。

上述流量在路径上多个交换机转发后，如第二交换机转发给最终需要通过第三交换机，即出口交换机转出SDN网络，此时要将MAC交换流表中MAC 地址替换为流量的源MAC地址，实现最初流量的转出。

在一个优选的实施例中，所述第一MAC地址、第二MAC地址和第三MAC 地址相同。上述所有对应交换机的MAC交换流表中的MAC地址相同时，实际进程中不用替换MAC地址，流量转发的效率会更快。

在本实施例中还提供了一种SDN网络中流量转发的管理系统，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一种SDN网络中流量转发的管理系统的结构框图，如图4所示，该系统包括分类模块接收模块22、计算模块24和发送模块 26，下面对该系统进行说明。

接收模块22，用于接收来自第一交换机的流量申请转发流表的请求；计算模块24，连接至上述接收模块22，用于根据所述请求计算所述流量的转发路径，并分别生成所述转发路径上的交换机对应的MAC交换流表，其中，所述MAC交换流表用于指示对应交换机转发所述流量；发送模块26，连接至上述计算模块24用于下发所述MAC交换流表至对应的交换机。

在一个优选的实施例中，上述MAC交换流表包括流量进入所述交换机的MAC地址、流量转出所述交换机的MAC地址以及出接口信息；其中，所述对应交换机根据其MAC交换流表将流量进入交换机的MAC地址替换为流量转出交换机的MAC地址，并根据所述出接口信息转发所述流量。

在一个优选的实施例中，图5是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理系统的优选结构框图，如图5所示，所述系统包括：所述转发路径上的第一交换机X1、第二交换机X2和第三交换机X3，其中，所述第一交换机 X1根据其MAC交换流表将流量进入第一交换机的第一MAC地址替换为流量转出第一交换机的第二MAC地址，并根据出接口信息转发所述流量至所述转发路径上的第二交换机X2；所述转发路径上的第二交换机，根据其MAC交换流表将流量进入第二交换机的第二MAC地址替换为流量转出第二交换机的第三MAC地址，并根据出接口信息转发所述流量至所述转发路径上的第三交换机X3。

在一个优选的实施例中，图6是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理系统的另一种优选结构框图；所述发送模块26，用于下发入栈流表至所述第一交换机X1，其中，所述第一交换机为SDN网络的入口交换机，所述第一MAC地址为流量的源MAC地址；所述入栈流表用于指示将进入所述入口交换机的流量的源MAC地址替换为所述第二MAC地址，并将根据所述入栈流表指示的出接口将所述流量转发至所述转发路径上的第二交换机X2。

在一个优选的实施例中，图7是根据本发明实施例的一种SDN网络中流量转发的管理系统的另一种优选结构框图，如图7所示，所述发送模块26，用于下发出栈流表至所述SDN网络的出口交换机；其中，所述出栈流表用于指示将进入所述出口交换机的流量的MAC地址替换为所述流量的源MAC地址，并根据所述出栈流表指示的出接口将所述流量转出SDN网络。

上述流量在路径上多个交换机转发后，如第二交换机X2转发给最终需要通过第三交换机X3，即出口交换机X3转出SDN网络，此时要将MAC交换流表中MAC地址替换为流量的源MAC地址，实现最初流量的转出。

在一个优选的实施例中，所述第一MAC地址、第二MAC地址和第三MAC 地址相同。

在一个优选的实施例中，所述MAC交换流表可包括多个转发路径组合，用于描述不同的转发路径。

在一个优选的实施例中，所述计算模块24上还设有一个MAC交换流表池，用于存储描述转发路径的MAC交换流表。

针对相关技术中所存在的上述问题，下面结合优选实施例进行说明，本优选实施例结合了上述实施例及其优选实施方式。

图8是根据本发明其优选实施方式的一种SDN网络中流量转发的管理方法的示意图，所涉及的C、X分别是SDN控制器和SDN交换机，SDN交换机组成一个互联网络，控制器C来负责管理这个SDN网络下所有的SDN交换机。

步骤801，有报文流量F1进入SDN网络入口交换机X1。

步骤802：由于属于未知流量，SDN入口交换机X1没有F1对应的流表，所以走packetin流程向SDN控制器C申请报文流量请求转发的流表。

步骤803：SDN控制器C收到请求后，计算出此流量在整个SDN交换网络中的转发路径，使用MAC交换流表中描述转发路径，根据转发路径选择 MAC交换流表下发给路径上的对应的SDN交换机，如X1、X2、X3、X4，其中入口交换机X1、出口交换机X4下发入栈流表和出栈流表。

其中，所述SDN控制器根据业务需求计算从起点到终点的转发路径，综合计算出此流量在整个SDN交换网络中的转发路径，使用MAC交换流表描述转发路径，其中，MAC交换流表包含流量进入交换机的入MAC地址，流量转出交换机的出MAC以及出接口信息。

MAC交换流表的中MAC地址，作为交换标签，逐交换机建立MAC交换栈，也就是使用MAC地址标签交换对，描述转发路径。这个路径对于不同的流，只要实际交换路径相同，就可以共用，这种共用路径的行为就实际产生了压缩流表的行为。

SDN控制器C根据报文流量信息选择转发路径，在MAC交换流表池中选择对应的MAC交换流表，下发给路径上的对应的SDN交换机。其中，入口交换机X1和出口交换机X4另外下发流表，描述流量入栈和出栈过程初始的 MAC交换方式。

步骤804：入口交换机X1根据入栈流表要求，替换源MAC地址为MAC 交换地址MAC1，并根据MAC交换流表将报文流量送出交换机端口1，到达 SDN交换机X2。

下发至X1的入栈流表，如下：

匹配域

操作：替换源MAC为MAC1

出接口X1＿1

步骤805：SDN交换机X2根据MAC1来查MAC交换流表，发现MAC 地址是属于MAC交换流表标签MAC1－MACn范围，则根据MAC交换流表将 MAC1地址修改为MAC2，并根据MAC交换流表将报文流量送出交换端口1，到达SDN交换机X3。

下发至X2的MAC交换流表，如下：

步骤806：SDN交换机X3同样需要查MAC交换流表，将MAC2地址修改为该交换机对应MAC地址MAC3，并根据MAC交换流表将报文流量送出交换端口1，到下一个中间交换机X4或者出口交换机X4。

下发至X3的MAC交换流表，如下：

入源MAC	出源MAC	出接口
			MAC2	MAC3	出接口X3＿1

上述交换机X3也可将报文流量转发到下一个交换机.，以此类推，直至到达出口交换机。

步骤807：出口交换机X4根据MAC交换流表和出栈流表，将交换地址替换为出接口地址，按照正常的出栈流表要求，完成其他封装送出端口，将报文流量转发出SDN网络。

下发至X4的出栈流表，如下：

匹配域

操作：替换MAC3为MAC1

出接口X4＿1

对于后续只要是需要走X1、X2、X3、X4交换机这条路径的流量，就只需要查同一张MAC地址交换表就可以了，无需每条流量都生成一条流表。相同路径的流量被归纳为同一套MAC地址交换表，从而达到了压缩流表的目的。

所述报文流量在SDN交换机网络中转发的流向是可以归纳到几个组合的，同一转发路径的流量，使用同一组交换MAC地址标签，中间的SDN交换机就只需要维护MAC交换流表即可，无需再次维护完整的转发流表，大幅降低流表的数量。

所述MAC交换流表用于路径维护，每条路径对应一组MAC交换流表栈，只要没有路径失效，或者路径更换，就不需要修改MAC交换流表。老化可以沿用原有的流表老化机制即可。对于控制器而言，需要将每条路径对应的MAC 交换流表用MAC池保存和维护起来。

通过对SDN交换机网络中的流表进行一种合并处理，将流表替换为转发路径的描述，将大幅地减少了实际需要下发到SDN交换机流表的数量，从而降低对SDN交换机的要求，查表过程更简单、快捷，提升了转发效率。

同时，能够不影响既有的交换机实现，无需对转发过程以太网IP报文进行额外的修改，无需增加额外的封装，不影响现有的交换软硬件、网络部署以及转发流程。

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

1.一种SDN网络中流量转发的管理方法，其特征在于：

接收来自第一交换机的流量申请转发流表的请求；

下发所述MAC交换流表至对应路径上的交换机；

其中，所述MAC交换流表包括流量进入所述交换机的MAC地址、流量转出所述交换机的MAC地址以及出接口信息；

其中，所述对应交换机根据其MAC交换流表将流量进入交换机的MAC地址替换为流量转出交换机的MAC地址，并根据所述出接口信息转发所述流量。

2.根据权利要求1所述的管理方法，其特征在于：

所述转发路径上的交换机包括第二交换机和第三交换机；

其中，所述第一交换机，根据其MAC交换流表将流量进入第一交换机的第一MAC地址替换为流量转出第一交换机的第二MAC地址，并根据出接口信息转发所述流量至第二交换机；

所述第二交换机，根据其MAC交换流表将流量进入第二交换机的第二MAC地址替换为流量转出第二交换机的第三MAC地址，并根据出接口信息转发所述流量至第三交换机。

3.根据权利要求2所述的管理方法，其特征在于，包括：

下发入栈流表至所述第一交换机，其中，所述第一交换机为SDN网络的入口交换机，所述第一MAC地址为流量的源MAC地址；

所述入栈流表用于指示将进入所述入口交换机的流量的源MAC地址替换为所述第二MAC地址，并将根据所述入栈流表指示的出接口将所述流量转发至所述转发路径上的第二交换机。

4.根据权利要求3所述的管理方法，其特征在于，包括：

下发出栈流表至所述SDN网络的出口交换机；

其中，所述出栈流表用于指示将进入所述出口交换机的流量的MAC地址替换为所述流量的源MAC地址，并根据所述出栈流表指示的出接口将所述流量转出SDN网络。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的管理方法，其特征在于，包括：

所述第一MAC地址、第二MAC地址和第三MAC地址相同。

6.一种SDN网络中流量转发的管理系统，其特征在于，包括：

发送模块，用于下发所述MAC交换流表至对应的交换机；

其中，所述MAC交换流表包括流量进入所述交换机的MAC地址、流量转出所述交换机的MAC地址以及出接口信息；其中，所述对应交换机根据其MAC交换流表将流量进入交换机的MAC地址替换为流量转出交换机的MAC地址，并根据所述出接口信息转发所述流量。

7.根据权利要求6所述的管理系统，其特征在于，所述转发路径的交换机包括：

第二交换机和第三交换机；

其中，第一交换机，根据其MAC交换流表将流量进入交换机的第一MAC地址替换为流量转出第一交换机的第二MAC地址，并根据出接口信息转发所述流量至所述转发路径上的第二交换机；

所述转发路径上的第二交换机，根据其MAC交换流表将流量进入第二交换机的第二MAC地址替换为流量转出第二交换机的第三MAC地址，并根据出接口信息转发所述流量至所述转发路径上的第三交换机。

8.根据权利要求7所述的管理系统，其特征在于：

所述发送模块，用于下发入栈流表至所述第一交换机，其中，所述第一交换机为SDN网络的入口交换机，所述第一MAC地址为流量的源MAC地址；

9.根据权利要求7所述的管理系统，其特征在于：

所述发送模块，用于下发出栈流表至所述SDN网络的出口交换机；

10.根据权利要求7至9任意一项所述的管理系统，其特征在于：所述第一MAC地址、第二MAC地址和第三MAC地址相同。

11.根据权利要求9所述的管理系统，其特征在于：所述MAC交换流表可包括多个转发路径组合，用于描述不同的转发路径。

12.根据权利要求11所述的管理系统，其特征在于：所述计算模块上还设有一个MAC交换流表池，用于存储描述转发路径的MAC交换流表。