CN105812294A - 开流交换器、包交换方法、sdn控制器及数据流控制方法 - Google Patents

开流交换器、包交换方法、sdn控制器及数据流控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种开流交换器及其包交换方法，以及SDN控制器及其数据流控制方法。开流交换器包括网络单元、储存单元以及处理单元。网络单元连接至网络，其中网络包括多个以太网络交换器。储存单元耦接网络单元，储存流表，其中流表包括多个动作规则，每一动作规则分别包括条件以及动作。处理单元接收包，分析包并且判断包是否符合动作规则的各条件。当处理单元判断包满足动作规则中的第一动作规则的条件时，处理单元执行动作规则的动作，其中动作规则的动作包括：以流地址取代包的目的MAC地址，并且通过网络单元传送包至网络。

Description

开流交换器、包交换方法、SDN控制器及数据流控制方法
技术领域
本发明有关于一种开流(OpenFlow)交换器及其包交换方法，以及软件定义网络(Software-DefinedNetwork,SDN)控制器及其数据流控制方法。
背景技术
由于网络的重度使用，网络中的路由(routing)技术已成为如何最佳化网络容量(networkcapacity)的关键。在现有的网络架构中，例如以太网络(Ethernet)的网络架构，当网络中的每一个网络装置，例如路由器(router)或交换器(switch)在接收一个数据包时，将自行决定此数据包的下一站为何。换句话说，数据包的数据路径并没有办法在此数据包被传送时被决定。由于上述的网络装置仅能连结其所邻近的网络装置，所以以整体网络的角度而言，每一个网络装置自行的决定可能并非为一个好的决定，亦可能为一个缺乏效率的决定。因此，研究者便开发了基于软件定义网络机制(Software-DefinedNetworking)的开流(OpenFlow)网络，来解决上述现有网络中的问题。
软件定义网络机制是一个将现有基于硬件(hardwarebased)、缺乏弹性(inflexible)及封闭的网络架构转化为开放可编程(openprogrammable)的网络架构。在OpenFlow网络的网络架构中，连接至所有的网络装置的SDN控制器被设置以更新储存于OpenFlow网络中所有的网络装置(例如，OpenFlow交换器)中的规则的方式(即，输出端口或服务质量(QualityofService,QoS)等流控制信息(flowcontrolinformation))管理所述OpenFlow网络中所有连接的数据路径，使得OpenFlow网络中所有的网络装置可以根据由SDN控制器所提供的规则处理所述的数据包。由于SDN控制器可以控制OpenFlow网络中所有连接中数据包的数据路径，网络容量(networkcapacity)即可因而高度地提升。
然而，为了要将现存的网络转换为OpenFlow网络，OpenFlow网络中的网络装置(例如，OpenFlow交换器)必需要具备解译传自SDN控制器的规则以及网络信息的功能，而这样的功能则是现存网络中的网络装置(例如，以太网络交换器)所无法兼容的。而且，要将整个现有网络中的所有网络装置转换为可以兼容于Openflow网络结构的网络装置需要相当多的时间耗费以及金钱耗费。所以，现有网络与Openflow网络的共存(coexisting)成为了本领域技术人员所必须要解决的问题。
发明内容
在本发明一实施例中的OpenFlow交换器(switch)包括网络单元、储存单元以及处理单元。网络单元连接至网络，其中网络包括多个以太网络(Ethernet)交换器。储存单元耦接网络单元，储存流表(flowtable)，其中流表包括多个动作规则(actionrule)，以及每一动作规则分别包括条件以及动作。处理单元耦接网络单元以及储存单元，其中处理单元接收第一包，处理单元分析第一包并且判断第一包是否符合动作规则的各条件。以及，当处理单元判断第一包满足动作规则中第一动作规则的条件时，处理单元执行第一动作规则的动作，其中第一动作规则的动作包括：以第一流地址取代第一包的目的媒体存取控制(MediaAccessControl,MAC)地址，并且通过网络单元传送第一包至网络。
在本发明一实施例中的包交换方法，适用于连接网络的OpenFlow交换器，其中所述网络包括多个以太网络交换器。所述包交换方法至少但不限于包括以下的步骤：接收一第一包；分析第一包并且判断第一包是否符合多个动作规则的各条件；以及当第一包满足动作规则中一第一动作规则的条件时，执行第一动作规则的动作，其中第一动作规则的动作包括：以第一流地址取代第一包的一目的MAC地址，并且传送第一包至网络。
在本发明一实施例中，软件定义网络(SDN)控制器，包括网络单元以及处理单元。网络单元连接网络，其中所述网络至少包括多个以太网络交换器、第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器，其中第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器通过以太网络交换器而互相连接。处理单元耦接网络单元。其中，处理单元通过网络单元监控第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器之间的连接(connection)。处理单元根据连接以及网络的一网络架构计算以取得连接的一数据路径。通过网络单元，处理单元传送多个动作规则至第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器，以及传送多个控制信号以更新储存在位于数据路径上的各以太网络交换器的静态转发表(staticforwardingtable)。其中，各动作规则包括条件以及动作，以及动作规则中的第一动作规则的动作包括：以第一流地址取代包的目的MAC地址，其中包符合第一动作规则的条件，并且通过网络单元传送包至网络。
本发明一实施例中的数据流控制方法，适用于连接一网络的SDN控制器，其中所述网络包括第一OpenFlow交换器、第二OpenFlow交换器以及多个以太网络交换器，所述数据流控制方法包括但不限于：监控第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器之间的连接；根据连接以及网络的网络架构计算以取得连接的数据路径；以及传送多个动作规则至第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器，以及传送多个控制信号以更新储存在位于数据路径上的各以太网络交换器的静态转发表，其中，各动作规则包括条件以及动作，以及动作规则中第一动作规则的动作包括：以第一流地址取代包的目的MAC地址，其中包符合第一动作规则的条件，并且传送包至网络。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为根据本发明一实施例所绘示ECOE网络系统的网络架构的方块图。
图2为根据本发明一实施例所绘示OpenFlow交换器的方块图。
图3为根据本发明一实施例所绘示包交换方法的步骤流程图。
图4为根据本发明一实施例所绘示ECOE网络系统的系统架构方块图。
图5为网络功能虚拟化中包转发的数据路径的示意图。
图6为根据本发明一实施例所绘示ECOE网络系统的系统架构方块图。
图7为根据本发明一实施例所绘示软件定义网络(SDN)控制器的方块图。
图8为根据本发明一实施例所绘示数据流控制方法的步骤流程图。
附图标记说明：
10、11：ECOE网络系统
110～140：OpenFlow交换器
20：网络
210～240：以太网络交换器
30：软件定义网络(SDN)控制器
40：OpenFlow交换器
410：网络单元
420：储存单元
430：处理单元
510～530、：电子装置
610：实体网络功能
710～740：虚拟机器
VNF-A～VNF-F：网络功能
P1～P4：端口
F1～F4、F61～F65：数据路径
AR：动作规则
CS：控制信号
S201～S203、S801～S803：步骤。
具体实施方式
本发明披露了一种以太核心-开流边缘(Ethernet-Core-OpenFlow-Edge，此后称ECOE)网络系统架构，使得开流(OpenFlow)网络不只仅仅与以太网络共存，而数据包还可以OpenFlow网络中的传递方式经由以太网络而传输。也就是说，所述的ECOE网络架构可以提供OpenFlow网络架构所可提供的功能(function)，例如流基础路由(flow-basedrouting)、单播(unicast)、群播/广播(multi-casting/broadcasting)、动态负载平衡(dynamicloadbalance)以及服务链(servicechain)等功能。所述ECOE网络系统的网络架构及其可提供的功能将在以下详细说明。
图1为根据本发明一实施例所绘示ECOE网络系统的网络架构的方块图。请参照图1，ECOE网络系统10包括网络20以及软件定义网络(Software-DefinedNetwork,以下称SDN)控制器30。网络20可至少包括OpenFlow交换器110～120以及以太网络交换器210～240，其中OpenFlow交换器110～120被设置在网络20的边缘(edge)，而以太网络交换器210～240则被设置在网络20的中央/核心(core)。每一个OpenFlow交换器110～120以及以太网络交换器210～240具有多个端口(port，例如以太网络交换器210～240的端口P1～P3)，使得OpenFlow交换器110～120以及以太网络交换器210～240可以通过OpenFlow交换器110～120以及以太网络交换器210～240的端口而彼此连接。这么一来，OpenFlow交换器110可以通过以太网络交换器210～240而连接至OpenFlow交换器120。甚至，OpenFlow交换器110～120(被设置于网络20的边缘)亦可通过其所具有的端口(例如OpenFlow交换器110的端口P1以及OpenFlow交换器120的端口P3)连接至其它的网络(例如一个OpenFlow网络或另一个ECOE网络)或一电子装置(例如，个人计算机、笔记本型计算机、智能型手机或是桌上型计算机等)。值得一提的是，在此所描述的OpenFlow交换器110～120可以为具有SDN功能的一实体交换器(physicalswitch)，或者被设置于一电子装置(例如上述的电子装置之一)中的一虚拟交换器，例如OpenvSwitch，本发明并不限定于上述。
SDN控制器30可以频内(inband)或频外(outband)的方式连接至网络20中所有的网络装置(例如，SDN控制器30连接至OpenFlow交换器110的网络单元)，包括OpenFlow交换器110～120以及以太网络交换器210～240。各以太网络交换器210～240存有静态转发表(staticforwardingtable)，当一包被以太网络交换器210～240之一所接收时，此以太网络交换器即可根据所述的静态转发表传送此包至此以太网络交换器的一对应端口(即，根据静态转发表而进行路由)。在本实施例中所述的ECOE网络系统10中，SDN控制器30并不仅仅只可传送动作规则(actionrules)至OpenFlow交换器110～120，更可根据路由的需求，利用传送多个控制信号至以太网络交换器210～240的方式(例如通过简易网络管理协议(SimpleNetworkManagementProtocol,SNMP)或命令行接口(CommandLineInterface,CLI))而更新以太网络交换器210～240的静态转发表。以下将清楚描述同时传送动作规则至OpenFlow交换器110～120并且更新以太网络交换器210～240的静态转发表的实施例。
图2为根据本发明一实施例所绘示OpenFlow交换器的方块图，并且由图2所绘示的OpenFlow交换器可对应于图1中的OpenFlow交换器110～120。请参照图2，OpenFlow交换器40包括网络单元410、储存单元420以及处理单元430。网络单元410通过多个端口(未绘示)连接至一网络(例如，图1所示的网络20)，其中网络包括多个以太网络交换器以及至少一OpenFlow交换器。储存单元420耦接网络单元410并且储存流表(flowtable)，其中流表包括多个动作规则(actionrule)，以及每一动作规则分别包括条件以及动作。处理单元430耦接网络单元410以及储存单元420。处理单元430接收第一包(例如，从连接至OpenFlow交换器40的网络单元410的一个人计算机接收所述第一包)。处理单元430分析第一包并且判断第一包是否符合动作规则的各条件。以及，当处理单元430判断第一包满足动作规则中之一个动作规则的条件，例如动作规则中的一第一动作规则的条件时，处理单元430执行第一动作规则的动作，其中第一动作规则的动作包括：以第一流地址(flowaddress)取代第一包的一目的媒体存取控制(MediaAccessControl,MAC)地址，并且通过网络单元410传送第一包至网络。
图3为根据本发明一实施例所绘示包交换方法的步骤流程图，而所述方法可适用于连接网络的OpenFlow交换器(例如图2所示OpenFlow交换器40)，其中所述网络包括多个以太网络交换器以及至少一OpenFlow交换器。请参照图3，包交换方法至少但不限于包括以下的步骤：接收第一包(步骤S201)；分析第一包并且判断第一包是否符合多个动作规则的各条件(步骤S202)；以及当第一包满足动作规则中第一动作规则的条件时，执行第一动作规则的动作，其中第一动作规则的动作包括：以第一流地址取代第一包的目的MAC地址，并且传送第一包至网络(步骤S203)。
简单来说，为了要通过以太网络交换器210～240传送包，例如，从OpenFlow交换器110传送至OpenFlow交换器120，OpenFlow交换器110可先根据流表中的动作规则设定此包的目的MAC地址为流地址，使得此包(例如，上述的第一包)可以流入由SDN控制器30所决定的数据路径里。所述的流地址可对应于唯一的一流识别信息(flowID)，而此流识别信息则可用来表示由SDN控制器30所指派的一特定数据路径，并且每个动作规则皆可对应于不同的流地址(即，不同的流识别信息以及不同的数据路径)。而当OpenFlow交换器120接收到上述的包(即，具有目的MAC地址为流地址的包)时，OpenFlow交换器120即可根据流表判断目前接收的这个包的目的MAC为一流地址而非原始的目的MAC地址(即，满足动作规则之一的条件)。进而，OpenFlow交换器120可根据动作规则将所接收包的目的MAC地址设定回原始的目的MAC地址，而此原始的目的MAC地址例如可为OpenFlow交换器120的MAC地址，或是连接至OpenFlow交换器120的一电子装置的MAC地址。
上述的两个动作规则(即，以流地址取代原始目的MAC地址的第一动作规则，以及以原始的目的MAC地址取代流地址的第二动作规则)被分别的储存于OpenFlow交换器110以及OpenFlow交换器120的流表中，并且这两个动作规则是由SDN控制器30所产生的。OpenFlow交换器110以及OpenFlow交换器120则可从SDN控制器30接收得到这些动作规则(例如，分别通过OpenFlow交换器110以及OpenFlow交换器120的网络单元)。在本实施例中，SDN控制器30可监控两个OpenFlow交换器(例如OpenFlow交换器110以及OpenFlow交换器120)之间的连接，而SDN控制器30可为了不同的用途以及服务的包计算得到多个从OpenFlow交换器110到OpenFlow交换器120的数据路径(反向亦然)。
请参照图1，假设OpenFlow交换器110接收到具有目标传输控制协议端口(targetTransmissionControlProtocolport,以下称目标TCP端口)为5601的第一包以及目标TCP端口为9002的第二包，并且所述的第一包以及第二包的目的MAC地址皆为OpenFlow交换器120的MAC地址(或者，同为连接至OpenFlow交换器120的一电子装置的OpenFlow交换器120的MAC地址)。如果此时的OpenFlow交换器110～120为单纯的以太网络交换器时，网络20则变为完全的以太网络，并且只能利用纪录于包中的来源(source)MAC地址以及目的MAC地址路由这些包，而第一包和第二包将会经由相同的路径(例如数据路径F1或是数据路径F2之一)被传送至OpenFlow交换器120(目前在此说明例中，以太网络交换器120)。而在本实施例中，由于不同的目标TCP端口将对应于不同的网络服务，SDN控制器30可设定目标TCP端口为动作规则之一的条件(或甚至部份的动作规则的条件)，使得对应于不同网络服务的包可被路由以流入不同的数据路径。例如，SDN控制器30可传送动作规则至OpenFlow交换器110～120，使得OpenFlow交换器110～120的流表可被更新如下表1以及表2所示：
表1
表2
以下表3则举例了流表中可能包括的参数以及动作
表3
而以太网络交换器210～240的静态转发表可以同时由SDN控制器30更新为如下所示：
表4
请参照表1～4，在更新了OpenFlow交换器110～120中流表的动作规则以及以太网络交换器210～240的静态转发表后，OpenFlow交换器110可判定上述的第一包满足列于流表中的第一个动作规则的条件(即，"tp_dst＝5601")，所以OpenFlow交换器110则修改第一包的目的MAC地址为流地址"Flow1"，并且传送所述第一包至连接以太网络交换器210的OpenFlow交换器110的端口P2。流地址"Flow1"可以MAC地址的形式表示，并且由于第一包的目的MAC地址现在为"Flow1"，以太网络交换器210则可根据以太网络交换器210中的静态转发表传送第一包至以太网络交换器210的端口P2(对应于表4)。同理，以太网络交换器220亦可根据以太网络交换器220中的静态转发表传送第一包至以太网络交换器210的端口P3。
相似地，OpenFlow交换器110可判断上述的第二包满足列于其流表中的第二个动作规则的条件(即，"tp_dst＝9002")，所以OpenFlow交换器110则修改第二包的目的MAC地址为流地址"Flow2"，并且传送所述第二包至连接以太网络交换器230的OpenFlow交换器110的端口P3。然后，由于第二包的目的MAC地址现在为"Flow2"，以太网络交换器230则可根据以太网络交换器230中的静态转发表传送第二包至以太网络交换器230的端口P3。同理，以太网络交换器240亦可根据以太网络交换器240中的静态转发表传送第二包至以太网络交换器240的端口P3。当OpenFlow交换器120判断第一包以及第二包分别满足其流表中的第一动作规则以及第二动作规则时，OpenFlow交换器120(精确地说，OpenFlow交换器120的处理单元)将第一包以及第二包的目的MAC地址修改回为OpenFlow交换器120的MAC地址(即，第一包以及第二包原始的目的MAC地址，见表2的动作一栏)。
所以，第一包可经由数据路径F1而从OpenFlow交换器110被传送至OpenFlow交换器120，而第二包可经由数据路径F2而从OpenFlow交换器110被传送至OpenFlow交换器120，在一般OpenFlow网络中所描述的流基础单播(flow-basedunicast)路由之功能可同样地被本发明中所述之ECOE系统10所实现。而且，所述流基础单播路由之功能亦可根据包(例如上述的第一包以及第二包)的其它信息之判定而执行，例如表3中所述，网络单元中接收此包的端口(实体端口)、包的目标TCP端口(如同上述实施例所述)、包的vlan值、包的来源MAC地址、包的目的MAC地址、包的来源网络地址(例如来源IP地址)、包的目的IP地址、包的来源端口(sourceport)和/或包的目的端口(destinationport)，而上述的信息可被独立或合并的被设定为动作规则的条件。例如，SDN控制器30可以根据来源IP地址的子屏蔽来更新OpenFlow交换器110～120的动作规则。相较于上述的实施例而言，SDN控制器30可单纯的分别将上述的表1替换为如下所示的表5：
表5
在ECOE网络系统架构中，动态交通工程(dynamictrafficengineering)/动态负载平衡的功能亦可通过更新以太网络交换器210～240的静态转发表的方式来实现。例如，在上述的实施例中，第一包以及第二包将分别通过数据路径F1以及F2而从OpenFlow交换器110被传送至OpenFlow交换器120，而当SDN控制器30检测到目前在以太网络交换器240上发生了壅塞的情况(congestion)时，SDN控制器30即可将以太网络交换器220以及230的静态转发表更新为如下所示：
表6
这么一来，第二包则可改由数据路径F3而从OpenFlow交换器110被传送至OpenFlow交换器120，避开了以太网络交换器240的壅塞。通过运用相同于上述的概念，动态交通工程则同样地可在ECOE网络系统架构中被实现。
值得注意的是，本发明中并不仅仅限定于图1所示ECOE网络系统10的架构，根据实际的需求，ECOE网络系统10的架构中可包括更多位于核心的以太网络交换器以及更多位于边缘的OpenFlow交换器。在本发明一实施例中，在网络20的核心亦包括了连接其它以太网络交换器的OpenFlow交换器。由于OpenFlow交换器可分析从SDN控制器30所传送的动作规则，所以OpenFlow交换器可简单的被整合入ECOE网络系统架构的核心中。例如，假设以太网络交换器210现在被一个OpenFlow交换器所取代(例如一个与OpenFlow交换器110功能上完全相同的OpenFlow交换器)，SDN控制器30只需要将此OpenFlow交换器的流表更新如以下表7所示，而数据路径F1则不会因为这样的改变而受到任何影响。
表7
进一步而言，以下将通过一说明例介绍在ECOE网络中的群播/广播(multicasting/broadcasting)机制。图4为根据本发明一实施例所绘示ECOE网络系统的系统架构方块图。请参照图4，相较于图1所示的网络系统10，在本实施例中，ECOE网络系统11还包括了OpenFlow交换器130以及OpenFlow交换器140，其中OpenFlow交换器130分别通过其端口P2和P3连接以太网络交换器210的端口P4以及以太网络交换器230的端口P4，而OpenFlow交换器140分别其端口P1和P2连接以太网络交换器220的端口P4以及以太网络交换器230的端口P4。而且，电子装置510～530亦分别连接至OpenFlow交换器110、OpenFlow交换器120以及OpenFlow交换器140。
在本实施例中，ECOE网络系统11可于接收一广播包时以通过修改所述广播包的一信息值(例如，vlan值)的方式来实现群播/广播的功能。例如，假设分别连接至OpenFlow交换器110、OpenFlow交换器120以及OpenFlow交换器140的电子装置510～530属于同一个群播群组。这么一来，SDN控制器30便可更新OpenFlow交换器110、120及140的流表以及以太网络交换器210～220的vlan表如下表8～11所示：
表8
表9
表10
表11
当OpenFlow交换器110从端口P1(即，从电子装置510)接收一广播包(即，一包具有目的IP地址为广播IP地址"226.139.1.2"，并且OpenFlow交换器110～120可通过查询存于OpenFlow交换器110～120中的流表或其它信息而辨认)时，OpenFlow交换器110将修改此广播包的vlan值为"100"(即，用以表示此包为广播包的一数值/第一值)，并且根据动作规则通过OpenFlow交换器110部份或全部的端口传送此广播包(例如，在本实施例中，通过端口P2)。另一方面，当OpenFlow交换器110从端口P2(即，从以太网络交换器210)接收到一个具有vlan值为"100"的广播包时，OpenFlow交换器110则将此广播包的vlan值归零(stripoff)并且传送此广播包至端口P1(即，传送至电子装置510)。
相似地，当OpenFlow交换器120从端口P3(即，从电子装置520)接收一广播包时，OpenFlow交换器120将修改此广播包的vlan值为"100"，并且根据动作规则通过OpenFlow交换器110的端口P2传送此广播包。另一方面，当OpenFlow交换器120从端口P1(即，从以太网络交换器220)接收到一个具有vlan值为"100"的广播包时，OpenFlow交换器110则将此广播包的vlan值归零并且传送此广播包至端口P1(即，传送至电子装置520)。当OpenFlow交换器140从端口P3(即，从电子装置530)接收一广播包时，OpenFlow交换器140将修改此广播包的vlan值为"100"，并且根据动作规则通过OpenFlow交换器140的端口P1传送此广播包。另一方面，当OpenFlow交换器140从端口P1(即，从以太网络交换器220)接收到一个具有vlan值为"100"的广播包时，OpenFlow交换器110则将此广播包的vlan值归零(即，设定vlan值为零或空集合)并且传送此广播包至端口P3(即，传送至电子装置530)。
对以太网络交换器210～220而言，以太网络交换器210会转发所有具有vlan值为"100"的包至其端口P1、P2，而以太网络交换器220则会转发所有具有vlan值为"100"的包至其端口P1、P2及P4(除了接收到所述包的端口外)。这么一来，由群播群组中之一的OpenFlow交换器(即OpenFlow交换器110、120以及140)所传送的包将传送至群播群组中其余的OpenFlow交换器(转发至对应的端口，即，跟随着数据路径F4)。而且，群播群组的成员可轻易的由SDN控制器30所决定。
在本发明一实施例中，由于ECOE网络系统架构中亦可实现服务链(servicechain)以及服务链负载平衡(servicechainloadbalancing)的功能，ECOE网络系统架构亦可被使用于电信服务提供者(telecommunicationserviceprovider)的网络功能虚拟化之功能中。图5为网络功能虚拟化中包转发的数据路径的示意图。请参照图5，对电信服务提供者而言，网络功能(例如，图5所示VNF-A～VNF-F)分别被虚拟地运作于不同的虚拟机器(virtualmachine)上。包首先将被传送入实体网络功能(physicalnetworkfunction)610中，而针对不同需求的客户，对应于不同客户的包则将分别以不同的网络功能处理。例如，数据路径F1～F4为四条对应于四种不同客户的包的流路。以及本发明中的ECOE网络系统架构即可提供功能以安排这些流路经过不同网络功能(例如VNF-A～VNF-F)。
图6为根据本发明一实施例所绘示ECOE网络系统的系统架构方块图。图6所示的ECOE网络系统12具有与图5所示ECOE网络系统相同的架构，但在图6中，OpenFlow交换器110～140则分别连接至虚拟机器710、720、740以及730，并且各个虚拟机器710～740则分别运行了图5所示的网络功能(即，VNF-A～VNF-F)。例如，各个虚拟机器710～740分别运行了网络功能VNF-A、VNF-B、VNF-C以及VNF-D，而图6中的数据路径F61～F63则表示了图5中从VNF-A到VNF-D的数据路径F1。
请参照图6，假设图5所示的数据路径F1对应于具有目标TCP端口为5601(即，"tp_des＝5601")的包，为了要使得从虚拟机器710接收得到的所述包沿着数据路径F61～F63而被转发，SDN控制器30可设定OpenFlow交换器110～140的流表以及以太网络交换器210～240的静态转发表如下述表12～16所示：
表12
表13
表14
表15
表16
这么一来，具有目标TCP端口为5601的包即可沿着数据路径F61～F63而被转发，以分别依序地拜访虚拟机器710～740。进而在本发明一运用于网络功能虚拟化的实施例中，ECOE网络系统12亦可支持服务链负载平衡的功能。例如，虚拟机器720和730分别运行了相同的网络功能(例如VNF-C1以及VNF-C2，其中VNF-C1以及VNF-C2与图5所示的VNF-C相同)，而虚拟机器720和730是被设置用来分散在单一虚拟机器上执行网络功能VNF-C的负载。在此实施例中，SDN控制器30可将来源IP地址设为动作规则的条件来转发具有特定来源IP地址的包至虚拟机器730而不经过虚拟机器720(即，数据路径F64)，并且由虚拟机器720所传送的包亦端口经过虚拟机器730而直接被传送至虚拟机器740(即，数据路径F65)。而为了要实现如上述用来作为服务链负载平衡的流路(即，数据路径F61～F65)，SDN控制器30需要更新OpenFlow交换器110、120及140的流表以及以太网络交换器210、220以及240的静态转发表如下所示(其中OpenFlow交换器130的流表以及以太网络交换器230的静态转发表将维持与表15及表16中相同)：
表17
表18
表19
表20
值得注意的是，若与表12～14以及表16比较则可知，OpenFlow交换器110、120及140的流表以及以太网络交换器210、220以及240的静态转发表事实上仅有微幅的小修改，因此可以归论得到，对于ECOE网络系统12而言，要改变任何包的包路径是十分容易的。
在本发明中亦提供了一种SDN控制器及其包流控制方法。图7为根据本发明一实施例所绘示软件定义网络控制器的方块图，其中所述SDN控制器可对应于图1、4及6中的SDN控制器30。请参照图7，SDN控制器80包括网络单元810以及处理单元820。网络单元820连接网络，其中所述网络(例如图1所述网络20)至少包括多个以太网络交换器、第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器，其中第一OpenFlow交换器(例如图1所示OpenFlow交换器110)以及第二OpenFlow交换器(例如图1所示OpenFlow交换器120)通过以太网络交换器(例如图1所示以太网络交换器210～240)而互相连接。处理单元810则耦接网络单元820。
其中，在本实施例中，处理单元810通过网络单元820监控第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器之间的连接。处理单元810根据连接以及网络的一网络架构计算以取得连接的一数据路径。通过网络单元820，处理单元810传送多个动作规则AR至第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器，以及传送多个控制信号CS以更新储存在位于数据路径上的各以太网络交换器的静态转发表。其中，各动作规则包括条件以及动作，以及动作规则中的第一动作规则的动作包括：以一流地址取代包的目的MAC地址，其中所述包符合第一动作规则的条件，并且通过网络单元传送所述包至网络。
在本发明一实施例中，由SDN控制器80传送至第二OpenFlow交换器的动作规则AR中一第二动作规则的条件包括：包的目的MAC地址为所述的流地址。而所述第二动作规则的动作则包括：根据该流地址以一原始目的MAC地址取代该包的流地址。
这么一来，SDN控制器80的处理单元810便可利用传送(通过网络单元810)动作规则至第一以及第二OpenFlow交换器以及更新连接于第一以及第二OpenFlow交换器之间的以太网络交换器的静态转发表来控制连接上之包由SDN控制器80所决定的数据路径从第一OpenFlow交换器被传送至第二OpenFlow交换器，反之亦然。而且，抵达第二OpenFlow交换器的包的目的MAC地址亦将被转换回包原始的目的MAC地址，使得包可在不发生替换目的MAC地址所可能造成之问题的情况下，成功的被传送至其原始的目的地(例如，连接至第二OpenFlow交换器的电子装置)。
图8为根据本发明一实施例所绘示数据流控制方法的步骤流程图，其中所述数据流控制方法适用于连接一网络的软件定义网络控制器，例如图1、4、6及7中的SDN控制器，并且其中所述网络包括第一OpenFlow交换器、第二OpenFlow交换器以及多个以太网络交换器。请参照图8，所述数据流控制方法包括但不限于：监控第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器之间的连接(步骤S801)；根据连接以及网络的一网络架构计算以取得连接的一数据路径(步骤S802)；以及传送多个动作规则至第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器，以及传送多个控制信号以更新储存在位于数据路径上的各以太网络交换器的静态转发表，其中，各动作规则包括条件以及动作，以及动作规则中第一动作规则的动作包括：以流地址取代包的目的媒体存取控制(MAC)地址，其中包符合第一动作规则的条件，并且传送包至网络。
而在本发明一实施例中，动作规则中一第二动作规则的条件可包括：包的目的MAC地址为所述的流地址。而所述第二动作规则的动作则可包括：根据该流地址以一原始目的MAC地址取代该包的流地址。而在此实施例中，所述第一动作规则由SDN控制器被传送至第一OpenFlow交换器，所述第二动作规则则由SDN控制器被传送至第二OpenFlow交换器。至于所述SDN控制器及其数据流方法的详细实施方式可参照上述图1～图6之实施例，在此则不赘述。
综上所述，本发明提供了一种ECOE网络系统架构，包括了一种OpenFlow交换器及其包交换方法，以及SDN控制器及其数据流控制方法，实现了如流基础路由、单播、群播/广播、动态负载平衡以及服务链等在OpenFlow网络中所提供的功能。由于OpenFlow交换器的硬件成本高过一般的以太网络交换器许多，在本发明中所提供的ECOE网络系统架构即可以较低的硬件成本提供相同于OpenFlow网络中所提供的功能。并且在本发明中所提供的ECOE网络系统架构不仅仅只是将OpenFlow网络与现有网络(例如以太网络)共存的解决方案，本发明中所提供的ECOE网络系统架构更让OpenFlow网络中的OpenFlow包可以在核心具有以太网络交换器的网络中，随着以SDN控制器所指定的数据路径而被转发，使得从现有网络转换至OpenFlow网络的过渡时期时可能遭遇的问题可被解决。
最后应说明的是：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各实施例技术方案的范围。

Claims (26)

1.OpenFlow交换器，其特征在于，包括：
网络单元，连接至网络，其中所述网络包括多个以太网络交换器；
储存单元，耦接该网络单元，储存流表，其中该流表包括多个动作规则，以及每一动作规则分别包括条件以及动作；
处理单元，耦接该网络单元以及该储存单元，其中该处理单元接收第一包，该处理单元分析该第一包并且判断该第一包是否符合这些动作规则的各条件；以及
当该处理单元判断该第一包满足这些动作规则中第一动作规则的该条件时，该处理单元执行该第一动作规则的该动作，其中该第一动作规则的该动作包括：
以第一流地址取代该第一包的目的媒体存取控制地址，并且通过该网络单元传送该第一包至所述网络。
2.根据权利要求1所述的OpenFlow交换器，其特征在于，
该处理单元通过该网络单元从所述网络接收第二包，该处理单元判断该第二包是否符合这些动作规则中第二动作规则的该条件，其中该第二动作规则的该条件包括：
该第二包的该目的媒体存取控制地址为第二流地址；以及
当该处理单元判断该第二包满足该第二动作规则的该条件时，该处理单元执行该第二动作规则的该动作，其中该第二动作规则的该动作包括：
以原始目的媒体存取控制地址取代该第二包的该第二流地址。
3.根据权利要求1所述的OpenFlow交换器，其特征在于，
该网络单元又耦接SDN控制器：以及
该处理单元通过该网络单元从该SDN控制器接收这些动作规则，并且储存这些动作规则于该储存单元中的该流表中。
4.根据权利要求1所述的OpenFlow交换器，其特征在于，
该网络单元通过多个端口连接至所述网络，其中这些端口包括第一端口以及第二端口；
若处理单元判断由处理单元接收的第二包满足这些动作规则中第二动作规则的该条件时，该处理单元执行该第二动作规则的该动作，其中该第二动作规则的该动作包括：
通过该网络单元的该第一端口传送该第二包至所述网络；以及
若处理单元判断由处理单元接收的第三包满足这些动作规则中第三动作规则的该条件时，该处理单元执行该第三动作规则的该动作，其中该第三动作规则的该动作包括：
通过该网络单元的该第二端口传送该第三包至所述网络。
5.根据权利要求1所述的OpenFlow交换器，其特征在于，
该网络单元通过多个端口连接所述网络；
若处理单元判断由处理单元接收的第二包满足这些动作规则中第二动作规则的该条件时，该处理单元执行该第二动作规则的该动作，其中该第二动作规则的该条件包括：
该第二包的目的网络地址符合储存于流表中的广播网络地址；以及
该第二动作规则的该动作包括：
修改该第二包的信息值为第一值；以及
通过该网络单元的这些端口之部份或全部传送该第二包至所述网络。
6.根据权利要求1所述的OpenFlow交换器，其特征在于，
该处理单元通过该网络单元从所述网络接收第二包，该处理单元判断该第二包是否满足这些动作规则中第二动作规则的该条件，其中该第二动作规则的该条件包括：
该第二包的目的网络地址符合储存于流表中的广播网络地址以及该第二包的信息值为第一值；以及
若该处理单元判断该第二包满足该第二动作规则的该条件时，该处理单元执行该第二动作规则的该动作，其中第二动作规则的该动作包括：
归零该第二包的该信息值。
7.根据权利要求1所述的OpenFlow交换器，其特征在于，
这些动作规则中的各条件对应于该网络单元接收该第一包的端口、该第一包的目标传输控制协议端口、该第一包的信息值、该第一包的来源媒体存取控制地址、该第一包的该目的媒体存取控制地址、该第一包的来源网络地址、该第一包的该目的网络地址、该第一包的来源端口和/或该第一包的目的端口。
8.一种包交换方法，适用于连接网络的OpenFlow交换器，其中所述网络包括多个以太网络交换器，其特征在于，包括：
接收第一包；
分析该第一包并且判断该第一包是否符合多个动作规则的各动作规则的条件；以及
当该第一包满足这些动作规则中第一动作规则的该条件时，执行该第动作规则的该动作，其中该第一动作规则的该动作包括：
以第一流地址取代该第一包的目的媒体存取控制地址，并且传送该第一包至所述网络。
9.根据权利要求8所述的包交换方法，其特征在于，所述方法又包括：
从所述网络接收第二包；
判断该第二包是否符合这些动作规则中第二动作规则的该条件，其中该第二动作规则的该条件包括：
该第二包的该目的媒体存取控制地址为第二流地址；以及
当该第二包满足该第二动作规则的该条件时，执行该第二动作规则的该动作，其中该第二动作规则的该动作包括：
以原始目的媒体存取控制地址取代该第二包的该第二流地址。
10.根据权利要求8所述的包交换方法，其特征在于，在所述分析该第一包的步骤前，所述方法还包括：
从SDN控制器接收这些动作规则；以及
储存这些动作规则于流表中。
11.根据权利要求8所述的包交换方法，其特征在于，所述方法又包括：
接收第二包以及第三包；
判断该第二包是否满足这些动作规则中第二动作规则的该条件，若判断该第二包满足该第二动作规则的该条件时，执行该第二动作规则的该动作，其中该第二动作规则的该动作包括：
通过该OpenFlow交换器的网络单元的第一端口传送该第二包至所述网络；以及
判断该第三包是否满足这些动作规则中第三动作规则的该条件，若判断该第三包满足该第三动作规则的该条件时，执行该第三动作规则的该动作，其中该第三动作规则的该动作包括：
通过该OpenFlow交换器的该网络单元的第二端口传送该第三包至所述网络。
12.根据权利要求8所述的包交换方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收第二包；
判断该第二包是否满足这些动作规则中第二动作规则的该条件，若该第二包满足这些动作规则中第二动作规则的该条件时，执行该第二动作规则的该动作，其中该第二动作规则的该条件包括：
该第二包的目的网络地址符合储存于流表中的广播网络地址；以及
该第二动作规则的该动作包括：
修改该第二包的信息值为第一值；以及
通过该OpenFlow交换器的网络单元的多个端口之部份或全部传送该第二包至所述网络。
13.根据权利要求8所述的包交换方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收第二包；
判断该第二包是否满足这些动作规则中第二动作规则的该条件，若该第二包满足这些动作规则中该第二动作规则的该条件时，执行该第二动作规则的该动作，其中该第二动作规则的该条件包括：
该第二包的目的网络地址符合储存于流表中的广播网络地址以及该第二包的信息值为第一值；以及
该第二动作规则的该动作包括：
归零该第二包的该信息值。
14.根据权利要求8所述的包交换方法，其特征在于，
这些动作规则中的各条件对应于该OpenFlow网络交换器的网络单元接收该第一包的端口、该第一包的目标传输控制协议端口、该第一包的信息值、该第一包的来源媒体存取控制地址、该第一包的该目的媒体存取控制地址、该第一包的来源网络地址、该第一包的该目的网络地址、该第一包的来源端口和/或该第一包的目的端口。
15.一种SDN控制器，包括：
网络单元，连接网络，其中所述网络包括多个以太网络交换器、第一OpenFlow交换器以及第二OpenFlow交换器，其中该第一OpenFlow交换器以及该第二OpenFlow交换器通过这些以太网络交换器而互相连接；以及
处理单元，耦接该网络单元，
其中，该处理单元通过该网络单元监控该第一OpenFlow交换器以及该第二OpenFlow交换器之间的连接；
该处理单元根据该连接以及所述网络的网络架构计算以取得该连接的数据路径；以及
通过该网络单元，该处理单元传送多个动作规则至该第一OpenFlow交换器以及该第二OpenFlow交换器，以及传送多个控制信号以更新储存在位于该数据路径上的各以太网络交换器的静态转发表，
其中，各动作规则包括条件以及动作，以及这些动作规则中第一动作规则的该动作包括：
以第一流地址取代包的目的媒体存取控制地址，其中该包符合该第一动作规则的该条件，并且通过该网络单元传送该包至所述网络。
16.根据权利要求15所述的SDN控制器，其特征在于，
这些动作规则中第二动作规则的该条件包括：
该包的该目的媒体存取控制地址为第二流地址；以及
该第二动作规则的该动作包括：
以原始目的媒体存取控制地址取代该包的该第二流地址。
17.根据权利要求15所述的SDN控制器，其特征在于，
这些动作规则中第二动作规则的该动作包括：
通过该第一OpenFlow交换器的第一端口传送该包；以及
这些动作规则中第三动作规则的该动作包括：
通过该第一OpenFlow交换器的第二端口传送该包。
18.根据权利要求15所述的SDN控制器，其特征在于，
这些动作规则中第二动作规则的该条件包括：
该包的目的网络地址符合广播网络地址；以及
该第二动作规则的该动作包括：
修改该包的信息值为第一值；以及
通过该第一OpenFlow交换器的多个端口之部份或全部传送该包至所述网络。
19.根据权利要求18所述的SDN控制器，其特征在于，
这些动作规则中第三动作规则的该条件包括：
该包的该目的网络地址符合该广播网络地址以及该第二包的该信息值为该第一值；以及
该第三动作规则的该动作包括：
归零该包的该信息值。
20.根据权利要求15所述的SDN控制器，其特征在于，
这些动作规则中的各条件对应于该第一OpenFlow网络交换器或该第二OpenFlow交换器接收该包的端口、该包的目标传输控制协议端口、该包的信息值、该包的来源媒体存取控制地址、该包的该目的媒体存取控制地址、该包的来源网络地址、该包的该目的网络地址、该包的来源端口和/或该第一包的目的端口。
21.一种数据流控制方法，适用于连接网络的SDN控制器，其中所述网络包括第一OpenFlow交换器、第二OpenFlow交换器以及多个以太网络交换器，包括：
监控该第一OpenFlow交换器以及该第二OpenFlow交换器之间的连接；
根据该连接以及所述网络的网络架构计算以取得该连接的数据路径；以及
传送多个动作规则至该第一OpenFlow交换器以及该第二OpenFlow交换器，以及传送多个控制信号以更新储存在位于该数据路径上的各以太网络交换器的静态转发表，其中，各动作规则包括条件以及动作，以及这些动作规则中第一动作规则的该动作包括：
以第一流地址取代包的目的媒体存取控制地址，其中该包符合该第一动作规则的该条件，并且传送该包至所述网络。
22.根据权利要求21所述的数据流控制方法，其特征在于，
这些动作规则中第二动作规则的该条件包括：
该包的该目的媒体存取控制地址为第二流地址；以及
该第二动作规则的该动作包括：
以原始目的媒体存取控制地址取代该包的该第二流地址。
23.根据权利要求21所述的数据流控制方法，其特征在于，
这些动作规则中第二动作规则的该动作包括：
通过该第一OpenFlow交换器的第一端口传送该包；以及
这些动作规则中第三动作规则的该动作包括：
通过该第一OpenFlow交换器的第二端口传送该包。
24.根据权利要求21所述的数据流控制方法，其特征在于，
这些动作规则中第二动作规则的该条件包括：
该包的目的网络地址符合广播网络地址；以及
该第二动作规则的该动作包括：
修改该包的信息值为第一值；以及
通过该第一OpenFlow交换器的多个端口之部份或全部传送该包至所述网络。
25.根据权利要求24所述的数据流控制方法，其特征在于，
这些动作规则中第三动作规则的该条件包括：
该包的该目的网络地址符合该广播网络地址以及该第二包的该信息值为该第一值；以及
该第三动作规则的该动作包括：
归零该包的该信息值。
26.根据权利要求21所述的数据流控制方法，其特征在于，
这些动作规则中的各条件对应于该第一OpenFlow网络交换器或该第二OpenFlow交换器接收该包的端口、该包的目标传输控制协议端口、该包的信息值、该包的来源媒体存取控制地址、该包的该目的媒体存取控制地址、该包的来源网络地址、该包的该目的网络地址、该包的来源端口和/或该第一包的目的端口。
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