CN105827527B

CN105827527B - Sdn网络mptcp子流共享瓶颈路径的发现调整方法

Info

Publication number: CN105827527B
Application number: CN201610143220.9A
Authority: CN
Inventors: 吴茜; 江卓; 李贺武; 黄照祥; 马克祥; 孟宏伟; 李丹
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2036-03-14
Also published as: CN105827527A

Abstract

本发明公开了一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，包括步骤：扩展802.11u协议和openflow协议为终端和控制器的协同支持；终端在进行多路径传输的同时，将多路径流和子流信息告知控制器，控制器根据子流的路由信息发现子流的共享路由；控制器通过openflow协议的定期获取端口丢包信息，根据共享路由相应端口的丢包信息获得子流共享瓶颈信息；控制器将共享瓶颈子流信息发送至AP，AP将消息转发至终端，终端通过在共享瓶颈子流发送TCP FIN报文对共享瓶颈子流进行合并。本发明具有如下优点：在终端多条子流共享瓶颈路径时，通过子流的合并确保公平性，并且降低终端维护多条子流的开销。

Description

SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法

技术领域

本发明涉及互联网端到端传输领域，特别涉及到一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法。

背景技术

从终端角度看，随着具备多个网络接入能力的终端越来越普遍，以MPTCP为代表的多路径传输协议也越来越得到研究人员、运营商和设备制造商的关注。MPTCP通过包级别的调度将一个TCP的数据包分配给对应不同路径的子流来提高终端的传输性能。MPTCP给不同子流分配了不同的序列号空间，以避免子流间数据包的乱序对子流传输的影响。然而，由于MPTCP无法决定不同子流在网络中的传输路径，从而有可能出现不同子流共享瓶颈路径的情况。虽然MPTCP通过联合拥塞控制机制进行公平性控制和平衡负载，但是联合拥塞控制降低了窗口的收敛速度，同时增加了维护子流状态信息的开销。

从终端和网络协同的手段看，SDN(Software Defined Networking)——软件定义的网络技术的出现为更有效地利用网络资源、实现新的路由协议提供了基础。利用SDN，可以更好地对网络中的路由和交换设备进行管理，同时还可以动态地对数据包的转发路径进行修改，实现新的路由策略。方便地获得网络的拓扑信息和拥塞状况信息。然而目前SDN控制器与终端之间尚无统一有效的交互机制。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，包括以下步骤：

S1：扩展802.11u协议和openflow协议为终端和控制器的协同支持；

S2：所述终端在进行多路径传输的同时，通过扩展的802.11u协议将多路径流和子流信息告知控制器，所述控制器根据子流的路由信息发现子流的共享路由；

S3：所述控制器通过openflow协议的OFPMP_PORT_STATS消息定期获取端口丢包信息，根据共享路由相应端口的丢包信息获得子流共享瓶颈信息；

S4：所述控制器通过扩展的openflow协议将共享瓶颈子流信息发送至AP，AP将消息通过扩展的802.11u协议转发至终端，所述终端通过在所述共享瓶颈子流发送TCP FIN报文以断开连接的方式对所述共享瓶颈子流进行合并。

根据本发明实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，在终端多条子流共享瓶颈路径时，通过子流的合并确保公平性，并且降低终端维护多条子流的开销。

另外，根据本发明上述实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述步骤S1进一步包括：S101：AP收到类型为控制器和终端通信的802.11u数据包，将协议内容重新封装至类型为控制器和终端通信的openflow数据包并且转发给所述控制器；S102：AP收到类型为控制器和终端通信的openflow数据包，将协议内容重新封装至类型为控制器和终端通信的802.11u数据包并且转发给所述终端。

进一步地，所述步骤S2进一步包括：S201：在所述终端完成子流建立之后，将子流及其所属流的表示信息通过扩展的802.11u及openflow协议发送至所述控制器；S202：所述控制器根据子流目的IP地址查询路由模块获得子流所经过路由器的IP集合；S203：所述控制器对不同子流的路由IP集合进行逐一匹配，找出共享路由IP。

进一步地，所述步骤S3进一步包括：S301：所述控制器以固定时间间隔向所述共享路由IP发送OFPMP_PORT_STATS请求消息；S302：所述控制器从路由返回的消息中读取tx_dropped字段的内容，如果tx_dropped字段增加，则判定共享路由的子流是共享瓶颈。

进一步地，所述步骤S4进一步包括：S401：所述控制器根据共享瓶颈子流信息，将共享瓶颈子流标识及其所属流的标识通过扩展的openflow协议及扩展的802.11u协议发送至所述终端；S402：所述终端根据所述共享瓶颈子流标识，随机选择其中之一进行保留，在其它共享瓶颈子流上停止数据分配，并通过发送TCP FIN报文断开子流连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的网络存在新的可达路径的多路径传输场景示意图；

图3是本发明一个实施例的路径发现和调整机制的仿真实验结果示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法。

请参考图1，一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，包括以下步骤：

S1：扩展802.11u协议和openflow协议为终端和控制器的协同支持。802.11u和openflow协议同时增加新的协议类型字段以标识控制器和终端之间的通信。AP根据收到的报文类型，主要进行如下操作：

S101：AP收到类型为控制器和终端通信的802.11u数据包，将协议内容重新封装至类型为控制器和终端通信的openflow数据包并且转发给控制器。

S102：AP收到类型为控制器和终端通信的openflow数据包，将协议内容重新封装至类型为控制器和终端通信的802.11u数据包并且转发给终端。

S2：终端在进行多路径传输的同时，通过扩展的802.11u协议将多路径流和子流信息告知控制器，控制器根据子流的路由信息发现子流的共享路由。步骤S2进一步包括：

S201：在终端完成子流建立之后，将子流及其所属流的表示信息通过扩展的802.11u及openflow协议发送至控制器。

S202：控制器根据子流目的IP地址查询路由模块获得子流所经过路由器的IP集合。

S203：控制器对不同子流的路由IP集合进行逐一匹配，找出共享路由IP。

S3：控制器通过openflow协议的OFPMP_PORT_STATS消息定期获取端口丢包信息，根据共享路由相应端口的丢包信息获得子流共享瓶颈信息。步骤S3进一步包括：

S301：控制器以固定时间间隔向共享路由IP发送OFPMP_PORT_STATS请求消息；

S302：控制器从路由返回的消息中读取tx_dropped字段的内容，如果tx_dropped字段增加，则判定共享路由的子流是共享瓶颈。

S4：控制器通过扩展的openflow协议将共享瓶颈子流信息发送至AP，AP将消息通过扩展的802.11u协议转发至终端，终端通过在共享瓶颈子流发送TCP FIN报文以断开连接的方式对共享瓶颈子流进行合并。步骤S4进一步包括：

S401：控制器根据共享瓶颈子流信息，将共享瓶颈子流标识及其所属流的标识通过扩展的openflow协议及扩展的802.11u协议发送至终端；

S402：终端根据共享瓶颈子流标识，随机选择其中之一进行保留，在其它共享瓶颈子流上停止数据分配，并通过发送TCP FIN报文断开子流连接。

为使本领域技术人员进一步理解本专利，通过以下实施例进行进一步说明：

MPTCP流及子流标识信息

MPTCP首先通过通信双方之间一条可达路径进行连接建立时的三次握手，每次握手数据包中都包含MP_CAPABLE选项以标识通信双方都支持MPTCP。

MPTCP在本地有多个可用地址或者获知对端有多个可用地址之后，通过MP_JOIN选项建立新的子流连接并加入已有的MPTCP流。

802.11u协议的扩展

终端通过扩展的802.11u协议将新建立的MPTCP子流的五元组信息、用于标识MPTCP流的hash值信息告知控制器。

具体地，802.11u协议的两大主要构成是ANQP和GAS。ANQP采用的是终端查询AP已有信息，AP应答的方式，ANQP不适用终端向控制器发送查询之外的消息内容。GAS则是AP在广播帧中携带相应的信息，不适用于控制器向终端点对点传递控制信息。

扩展802.11u协议的方式是新增PUSH类型的协议。PUSH类型协议允许终端和AP之间通过传递任意内容的消息。具体格式如下：

type

length

direction

content

其中type字段标识协议类型，0表示为PUSH协议。subtype标识协议的作用，0表示用于MPTCP协议的共享瓶颈发现。length记录了协议的长度。direction定义了传输方向，0表示从终端发出，1表示发向终端。content中通过保存MPTCP的connection_id和子流标识信息。

openflow协议的扩展

新增消息类型OFPT_TERMINAL_CONTROLLER＝36。

struct ofp_terminal_controller{

uint16_t length；/*Length of this entry.*/

uint8_t pad[2]；/*Align to 64bits.*/

uint64_t connection_id；

uint32_t src_port；

uint32_t dst_port；

uint32_t src_ip；

uint32_t dst_ip

}；

新增消息类型OFPT_CONTROLLER_TERMINAL＝37。

struct ofp_controller_terminal_{

uint16_t length；/*Length of this entry.*/

uint8_t pad[2]；/*Align to 64bits.*/

uint32_t src_port1；

uint32_t dst_port1；

uint32_t src_ip1；

uint32_t dst_ip1；

uint32_t src_port2；

uint32_t dst_port2；

uint32_t src_ip2；

uint32_t dst_ip2

}；

实验验证

为了对其中网络存在新的可达路径场景下，对本专利提出的共享瓶颈路径发现和调整机制进行验证，在mininet仿真环境中构造了如图2所示的拓扑。在mininet环境中控制器直接通过tc命令读取共享瓶颈的路由节点端口丢包情况，为了能够看出控制器对共享瓶颈路径的发现，发生丢包之后则通过openflow进行路径的调整。图3是具体的仿真结果，从中可以看出采用了本专利提出的方案完成了共享瓶颈路径的发现。

另外，本发明实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：扩展802.11u协议和openflow协议，增加新的协议类型字段以支持控制器和终端之间的通信；

S2：所述终端在进行多路径传输的同时，通过扩展的802.11u协议将多路径流和子流信息告知控制器，所述控制器根据子流所经过路由器的IP集合进行逐一匹配，找出共享路由IP，其中，

S201：在所述终端完成子流建立之后，将子流标识信息及其所属流的标识信息通过扩展的802.11u及openflow协议发送至所述控制器；

S202：所述控制器根据子流目的IP地址查询路由模块获得子流所经过路由器的IP集合；

S203：所述控制器对不同子流的路由IP集合进行逐一匹配，找出共享路由IP；

2.根据权利要求1所述的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：

S101：AP收到类型为控制器和终端通信的802.11u数据包，将协议内容重新封装至类型为控制器和终端通信的openflow数据包并且转发给所述控制器；

S102：AP收到类型为控制器和终端通信的openflow数据包，将协议内容重新封装至类型为控制器和终端通信的802.11u数据包并且转发给所述终端。

3.根据权利要求1所述的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：

S301：所述控制器以固定时间间隔向所述共享路由IP发送OFPMP_PORT_STATS请求消息；

S302：所述控制器从路由返回的消息中读取tx_dropped字段的内容，如果tx_dropped字段增加，则判定共享路由的子流是共享瓶颈。

4.根据权利要求1所述的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括：

S401：所述控制器根据共享瓶颈子流信息，将共享瓶颈子流标识及其所属流的标识通过扩展的openflow协议及扩展的802.11u协议发送至所述终端；

S402：所述终端根据所述共享瓶颈子流标识，随机选择其中之一进行保留，在其它共享瓶颈子流上停止数据分配，并通过发送TCP FIN报文断开子流连接。