CN105812179B - 一种协议无关转发网络事件处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协议无关转发网络事件处理方法。本方法为：1)当一协议无关转发网络的交换机上发生一网络事件时，该交换机根据该网络事件生成一事件报文发送给该交换机的数据平面；2)该交换机在数据平面根据控制器预先下发的规则对该事件报文进行修改以生成用于向事件响应节点通知该网络事件的事件通知报文，然后将其传播至事件响应节点；3)如果该交换机和事件响应节点之间存在中间节点，则中间节点根据控制器预先下发的规则将该事件通知报文向事件响应节点转发；4)事件响应节点收到报文后，根据控制器预先向该事件响应节点下发的处理事件通知报文的规则改变该事件响应节点自身的行为。

Description

一种协议无关转发网络事件处理方法

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，具体涉及基于协议无关转发(POF)的软件定义网络(SDN)中一种通用网络事件处理方法。

背景技术

协议无关转发(POF)是对软件定义网络(SDN)南向接口协议OpenFlow的扩展。POF提供了SDN控制器直接指定规则匹配字段和指令操作字段的偏移量和长度的能力，定义了字段修改、插入、删除、数学与逻辑运算、校验和计算、指令跳转等指令用于对报文进行各种操作，另外还增加了流元数据(Flow Metadata)、指令修改等新特性。在POF网络中，数据平面无需具备特定网络协议的知识，只需要按照控制器下发的规则即可实现各类数据平面协议功能，从而实现了数据平面的深度可编程能力，同时也为实现更为丰富的网络功能提供了可能性。

在基于POF的SDN网络中，网络节点不仅要在接收到报文时能进行正确处理和转发，还要能能够对网络中的事件进行正确响应以根据新的网络状态对网络节点的行为进行调整以实现期望的网络功能。

基于OpenFlow的网络目前处理的事件包括：交换机端口Up/Down或配置改变；交换机收到一个报文但流表中没有规则匹配；交换机删除流表表项。当这些事件发生时，交换机会向控制器发送异步消息通知该事件，由控制器进行处理。POF沿用了OpenFlow对于网络事件的处理机制。

这种机制的缺点是处理的事件类型较少，不能满足SDN应用对多种网络事件进行处理的需求。另外，在这种机制中所有的事件均需要交换机发送消息至控制器，控制器进行计算后再发送消息至一台或多台交换机进行处理，延迟较大，不能满足对处理实时性要求高的事件的需求(例如在运营级网络中要求在50毫秒内完成对网络节点、链路故障的处理)。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种协议无关转发网络中可以快速处理多种类型网络事件的通用方法。能够处理的事件类型包括但不限于：端口状态/配置改变、链路带宽变化(例如微波链路在恶劣天气条件下带宽降低)、多槽式交换机的某一板卡状态变化(Down/Up)、定时器超时、特定的报文/字节计数值超过预先设定的阈值、特定的流元数据单元值变化等。

本发明提出的技术方案包含以下步骤：

1)当一网络事件在一协议无关转发(POF)交换机上发生时，该POF交换机通过一个保留端口(Reserved Port，下文称此端口为事件端口)向该POF交换机的数据平面注入一个表示该事件发生的报文(下文称为事件报文)；

2)控制器预先向所述POF交换机下发了处理该事件报文的规则，在事件报文进入交换机数据平面后，所述规则将会被匹配，该规则中的POF指令(Instruction)/动作(Action)将会被执行，对所述事件报文进行修改以生成用于向事件响应节点通知该网络事件的事件通知报文，然后将该事件通知报文通过数据平面传播至事件响应节点；其中，事件响应节点为需对所述网络事件做出响应改变自身行为的节点；

3)如果步骤1)所述发生事件的交换机和事件响应节点之间还有中间节点，控制器预先向所述中间节点下发转发事件通知报文的规则，在收到事件通知报文后，所述规则将会被匹配，该规则中的POF指令(Instruction)/动作(Action)将会被执行将事件通知报文向事件响应节点转发；

4)控制器预先向所述事件响应节点下发了处理事件通知报文的规则，在收到事件通知报文后，所述规则将会被匹配，该规则中的POF指令(Instruction)/动作(Action)将会被执行以改变节点自身的行为。

步骤1)所述事件报文内容包括事件类型、事件子类型(可选)和事件参数(可选)等字段。事件类型表示前段所述的端口状态/配置改变、链路带宽变化等，该字段在报文中的偏移量和长度在所有类型的事件报文中都是一致的。事件子类型在必要时对事件类型进行细分，例如对于端口Down事件可以分为信号丢失和管理关闭等子类型。该字段为可选字段，事件报文中是否包括该字段以及如果包括的话其在报文中的偏移量和长度依据事件类型确定。事件参数用于传递事件的具体信息，例如对于端口Down事件可以包括端口的标识。事件参数字段为可选字段，事件报文中是否包括该字段以及如果包括的话其在报文中的偏移量和长度依据事件类型和事件子类型(如果包括此字段的话)确定。

步骤1)所述事件报文事件报文不包括与所发生的网络事件不直接相关的信息，如链路层或网络层协议报文头，以降低生成事件报文的复杂度(某些情况下事件报文由硬件生成)。

步骤2)所述事件通知报文包括协议报文头和事件类型，可选地，所述事件通知报文还包含发送事件的POF交换机的标识(Identifier)、事件子类型和/或事件参数。

事件传播除了按上述步骤在数据平面进行传播之外，还可以并行地通过控制平面进行传播，这样如果事件通知报文因为某种原因在数据平面没有传播至事件响应节点(例如传播路径上的某个链路已经出现故障)，仍然可以通过控制平面将其传播至事件响应节点。

在通过控制平面传播事件时，交换机使用一种新的OpenFlow/POF消息向控制器通知该事件，这种消息称为事件通知消息，其内容包括OpenFlow/POF消息头和作为消息体的事件通知报文。同时OpenFlow/POF扩展一种新的指令或动作NOTIFY，其作用是向控制器发送事件通知消息。NOTIFY指令/动作包括在处理事件报文的规则中，并且可以在NOTIFY指令/动作之前附加其他POF指令/动作对事件通知报文进行修改，例如删除源地址字段以减少冗余信息(源地址可以通过控制器与OpenFlow/POF的连接推导出)。

交换机也可以通过另外一种方式向控制器发送事件通知报文：对PACKET_IN消息进行扩展，增加一种新的表示事件通知的原因(Reason)字段值(可以为4或其他没有被使用的数字)，这种PACKET_IN消息称为事件通知PACKET_IN消息，其内容包括OpenFlow/POF消息头、PACKET_IN消息头和事件通知报文。这种方式使用OpenFlow/POF已有的PACKET_IN动作向控制器发送消息。同样，PACKET_IN动作包括在处理事件报文的规则中，并且可以在PACKET_IN动作之前附加其他POF指令/动作对事件通知报文进行修改。

在控制器收到事件通知消息或事件通知PACKET_IN消息后，向事件响应节点发送一个PACKET_OUT消息，其消息体中包含事件通知报文。控制器可以对事件通知报文进行修改，例如插入源地址字段。PACKET_OUT消息的动作为将报文发送至OFPP_TABLE保留端口，即将事件通知报文注入接收PACKET_OUT消息的交换机(即事件响应节点)的数据平面，按照和从数据平面接收事件通知报文相同的流程处理此报文。

在控制器收到事件通知消息或事件通知PACKET_IN消息后，也可以通过另外一种方式改变事件响应节点的行为：直接向事件响应节点发送FLOW_MOD消息修改事件响应节点的流表使得该事件响应节点改变节点自身的行为以适应事件发生后新的网络状态。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

·提供了一致的模式对多种网络事件进行处理；

·事件在数据平面的传播和处理均由交换机按照控制器预先下发的规则进行，没有增加交换机的复杂性，但可以灵活实现多种复杂的网络功能，而OpenFlow由于只能对已有协议报文的头部字段作修改和有限的Push/Pop操作，灵活性小，无法对不同种类的事件进行灵活的传播或处理；

·事件在数据平面的传播和处理可以保证响应的及时性，满足高实时性网络应用(例如快速故障检测与流量保护切换)的需求；

·事件通知消息或事件通知PACKET_IN消息可以向控制器通知多种类型的事件，避免了现有方式需要对每一种事件各定义一种消息类型的缺点；

·PACKET_OUT消息将事件通知报文注入交换机接收流程进行处理，重用了交换机中已有的处理从数据平面接收事件通知报文的规则，使得控制器不必另外实现附加的逻辑对事件进行处理。

附图说明

图1为本发明的事件传播过程图。

具体实施方式

下面以在附图1所示的网络中对端口Down事件进行处理以实现链路层流量负载分担功能为例详细说明本发明提出的技术方案。

在本例中，当网络中所有节点和链路均正常工作时，从节点A发往节点D的报文通过两条路径进行负载分担：路径1为ABCD，路径2为AFED。当某条路径出现故障(例如节点B和C之间链路断开)而导致该路径不能转发流量时，节点A对转发流量的规则进行修改，使得流量不再经过发生故障的路径。

端口Down事件的事件报文格式为：

端口Down事件类型值为1。

事件子类型包括以下定义：

1：信号丢失

2：管理关闭

事件参数字段包括发生Down事件的端口号。

端口Down事件的事件通知报文格式为：

该报文包括以太报文头(前14各字节)和事件类型、事件子类型、事件参数三个字段。后三个字段意义与端口Down事件报文中的相应字段相同。

端口Down事件的事件通知消息除链路层、网络层和传输层以外部分的格式为：

该消息包括OpenFlow/POF消息头(前8各字节)和事件通知报文。

端口Down事件的事件通知PACKET_IN消息除链路层、网络层和传输层以外部分的格式为：

该消息包括OpenFlow/POF消息头(前8各字节)、PACKET_IN消息头(OpenFlow/POF消息头后24字节)和事件通知报文。

对于附图1所示的网络拓扑，假设节点B的MAC地址为90:E5:BD:90:00:0B，节点D的MAC地址为90:E5:BD:90:00:0D。各节点端口号分别如图中所示。

控制器预先向各个节点下发如下规则：

为了在节点A上对发往节点D的流量进行负载分担，控制器向节点A下发如下规则：

索引：a_1

匹配：字节0～5(目的MAC地址)为90:E5:BD:90:00:0D

指令：GROUP动作(类型为SELECT)：

bucket 1：

发送报文至端口1；

bucket 2：

发送报文至端口2

在路径1和路径2经过的节点B、C、F、E，控制器下发规则使其将目的MAC地址为D的报文转发至D。例如，在节点B上下发的规则为：

索引：b_1

匹配：字节0～5为90:E5:BD:90:00:0D

指令：发送报文至端口2

为了在节点B和C之间的链路出现故障时处理节点B的端口2Down事件，控制器向节点B下发以下规则：

索引：b_2.1

匹配：报文入端口为事件端口，字节0(事件类型)值为1，字节2～3(端口号)值为2

指令：在字节0前插入6个字节，值为事件通知报文目的MAC地址(需从标准组织申请)

在字节6前插入6个字节，值为本地MAC地址90:E5:BD:90:00:0B

在字节12前插入两个字节，值为事件通知报文的EtherType(需从标准组织申请)

GROUP动作(类型为ALL)：

bucket 1：

发送报文至端口1

bucket 2：

发送报文至端口3

bucket 3：

NOTIFY(向控制器发送事件通知消息)

或者：

索引：b_2.2

匹配：报文入端口为事件端口，字节0(事件类型)值为1，字节2～3(端口号)值为2

指令：在字节0前插入6个字节，值为事件通知报文目的MAC地址(需从标准组织申请)

在字节6前插入6个字节，值为本地MAC地址90:E5:BD:90:00:0B

在字节12前插入两个字节，值为事件通知报文的EtherType(需从标准组织申请)

GROUP动作(类型为ALL)：

bucket 1：

发送报文至端口1

bucket 2：

发送报文至端口3

bucket 3：

PACKET_IN(向控制器发送PACKET_IN消息)

控制器向节点A下发以下规则：

索引：a_2

匹配：字节0～5值为事件通知报文目的MAC地址，字节6～11值为90:E5:BD:90:00:0B，字节12～13值为事件通知报文EtherType，字节14(事件类型)值为1，字节16～17(端口号)值为2

指令：修改指令a_1：

匹配：字节0～5(目的MAC地址)为90:E5:BD:90:00:0D

指令：GROUP动作(类型为SELECT)：

bucket 1：

发送报文至端口2

在以上规则下发后，节点A使用规则a_1转发发往D的流量，中间节点B使用规则b_1转发发往D的流量。

当节点B和C之间的链路出现故障时，节点B通过规则b_2.1或b_2.2将端口2Down事件修改为事件通知报文，通过数据平面发送给节点A和F，同时向控制器发送事件通知消息或事件通知PACKET_IN消息。

节点A在收到事件通知报文时，通过规则a_2对规则a_1进行修改，将其通过端口1向节点B发送报文的bucket删除，从而避免将报文发送至节点B。

控制器在收到事件通知消息或者事件通知PACKET_IN消息时通过PACKET_OUT消息将事件通知报文发送至节点A。PACKET_OUT消息中包含将事件通知报文发送至OFPP_TABLE保留端口的动作，这样事件通知报文会被注入交换机的数据平面，后续处理流程与上文节点A直接从节点B收到事件通知报文相同，即通过规则a_2对规则a_1进行修改。这样如果事件通知报文因为某种原因(例如节点B和A之间的链路已经出现故障)在数据平面没有传播至节点A，A仍然能够在接收到PACKET_OUT消息后对规则a_1进行修改。如果节点A之前已经从B接收到了事件通知报文并对规则a_1进行了修改，在接收到PACKET_OUT消息后再次对规则a_1进行修改也不会引起任何错误。

控制器在收到事件通知消息或者事件通知PACKET_IN消息时，也可以不向节点A发送PACKET_OUT消息，而是发送一个FLOW_MOD消息对规则a_1进行修改，将其通过端口1向节点B发送报文的bucket删除。

在实际部署中，可能在A之外的其他节点也部署类似的负载分担应用或其他应用，例如在节点F也会对发往D的流量通过路径FED和FBCD进行负载分担，因此当A上端口2发生Down的事件时，事件通知报文也需要传播至节点F。另外，在B和C之间的链路断开时，C上端口1也会发生Down事件，C也会将事件通知报文传播至D等节点。

以上所述为本发明的典型实施例，并不用于限制本发明，其他类似于本发明的思想和原则的方案，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种协议无关转发网络事件处理方法，其步骤为：

1)当一协议无关转发网络的交换机上发生一网络事件时，该交换机根据该网络事件生成一事件报文并通过一保留端口发送给该交换机的数据平面，所述网络事件包括：端口状态或配置改变、链路带宽变化、多槽式交换机的某一板卡状态变化、定时器超时、报文/字节计数值超过预先设定的阈值、流元数据单元值变化；

2)控制器预先向所述协议无关转发POF交换机下发了处理该事件报文的规则，在事件报文进入交换机数据平面后，所述规则将会被匹配，该规则中的协议无关转发POF指令或动作将会被执行，对所述事件报文进行修改以生成用于向事件响应节点通知该网络事件的事件通知报文，然后将该事件通知报文通过数据平面传播至事件响应节点；其中，事件响应节点为需对所述网络事件做出响应改变自身行为的节点；

3)如果该交换机和事件响应节点之间存在中间节点，则控制器预先向所述中间节点下发转发事件通知报文的规则；在中间节点收到事件通知报文后，根据控制器预先下发的规则中的协议无关转发POF指令或动作将事件通知报文向该事件响应节点转发；

4)该事件响应节点收到该事件通知报文后，根据控制器预先向该事件响应节点下发的处理事件通知报文的规则改变该事件响应节点自身的行为。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述事件报文包括事件类型。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述事件报文还包括事件子类型、事件参数；其中，事件参数用于传递事件的具体信息。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述事件通知报文包括协议报文头和事件类型。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述事件通知报文还包含该交换机的标识、事件子类型和或事件参数。

6.如权利要求1或2或3或4或5所述的方法，其特征在于，在步骤2)后还包括以下步骤：该交换机生成一个事件通知消息发送给控制器，控制器向该事件响应节点发送一个PACKET_OUT消息，该PACKET_OUT消息包含事件通知报文以及将PACKET_OUT消息包含的事件通知报文注入到该事件响应节点的数据平面的动作。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述事件通知消息的内容至少包括OpenFlow/POF消息头和作为消息体的事件通知报文。

8.如权利要求1或2或3或4或5所述的方法，其特征在于，在步骤2)后还包括以下步骤：该交换机生成一个事件通知消息发送给控制器；控制器收到该事件通知消息后，向该事件响应节点发送FLOW_MOD消息修改该事件响应节点的流表使得该事件响应节点改变自身行为。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述事件通知消息的内容至少包括OpenFlow/POF消息头和作为消息体的事件通知报文。

10.如权利要求1或2或3或4或5所述的方法，其特征在于，在步骤2)后还包括以下步骤：该交换机生成一个事件通知PACKET_IN消息发送给控制器，该事件通知PACKET_IN消息的内容包括OpenFlow/POF消息头、PACKET_IN消息头和事件通知报文，事件通知PACKET_IN消息的原因字段为一新的表示事件通知的值；然后控制器向该事件响应节点发送一个PACKET_OUT消息，该PACKET_OUT消息包含事件通知报文以及将PACKET_OUT消息包含的事件通知报文注入到该事件响应节点的数据平面的动作。

11.如权利要求1或2或3或4或5所述的方法，其特征在于，在步骤2)后还包括以下步骤：该交换机生成一个事件通知PACKET_IN消息发送给控制器，该事件通知PACKET_IN消息的内容包括OpenFlow/POF消息头、PACKET_IN消息头和事件通知报文，事件通知PACKET_IN消息的原因字段为一新的表示事件通知的值；控制器收到该事件通知消息后，向该事件响应节点发送FLOW_MOD消息修改该事件响应节点的流表使得该事件响应节点改变自身行为。