CN106341330A - 一种sdn控制器的拓扑发现方法及系统 - Google Patents

一种sdn控制器的拓扑发现方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SDN控制器的拓扑发现方法及系统，该方法包括如下步骤：所述SDN控制器构造PacketOut消息向各交换机发送LLDP数据包，其中，一台交换机仅发送一个LLDP数据包；所述SDN控制器向各交换机下发流表规则；各交换机于接收到PacketOut消息后，根据所述流表规则将所述PacketOut消息转发至其他交换机或将所述LLDP数据包封装到packetin消息内转发至所述SDN控制器；所述SDN控制器根据收到的packetin消息生成网络拓扑，本发明通过使SDN控制器发送的PacketOut消息和交换机的数量相同，进而减少PacketOut消息对网络资源的占用。

Description

一种SDN控制器的拓扑发现方法及系统
技术领域
本发明涉及网络通信技术，特别是涉及一种SDN(Software Defined Network,软件定义网络)控制器的拓扑发现方法及系统。
背景技术
SDN(Software Defined Network,软件定义网络)是一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术OpenFlow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，使网络作为管道变得更加智能。
SDN网络的一大特点就是资源由控制器集中管理，由控制器管理网络，最基本的当然需要知道网络的拓扑，而网络拓扑可能时时发生变化，所以控制器需要时时监测，对于整个网络来说，控制器担负了太多的计算任务，所以如果能够帮助控制器减压，则会提高整个网络的性能。
SDN控制器主要使用了LLDP(Link Layer Discovery Protocol，链路层发现协议)作为链路发现协议，该协议提供了一种标准的链路发现方式，可以将本端设备的主要能力、管理地址、设备标识、接口标识等信息组织成不同的TLV(Type/Length/Value,类型/长度/值)，并封装在LLDPDU(Link Layer Discovery Protocol Date Unit，链路层发现协议数据单元)中发布于自己直连的邻居，邻居收到这些信息后，将其以标准MIB(ManagementInformation Base，管理信息库)的形式保存起来，以供网络管理系统查询机判断链路的通信状况。
SDN控制器在执行链路发现过程时，会首先通过一个packet-out消息向所有与之连接的交换机发送LLDP数据包，该交换机将LLDP数据包发送给所有端口，一旦交换机接收到packet-out消息，就会把LLDP数据包通过其所有的端口发送给与之连接的设备，如果其邻居交换机是一台OpenFLow交换机，那么该交换机将自行相应的流表查找操作,因为交换机中并没有专门的流表项用于处理LLDP消息，所以它将通过一个packet-in消息将数据包发送给控制器，而控制器在收到packet-in消息后，会对数据包进行分析并在其保存的链路发现表中创建交换机之间的链接记录，网络中其他交换机也都采用相同的方式向控制器发送packet-in消息，因此控制器就能够创建完整的网络拓扑视图，基于这样的视图，控制器可以根据业务应用的流量需求，为每台交换机推送下发不同的流表项。
图1为现有技术中利用LLDP进行拓扑发现的过程示意图。假设现在有两个OpenFlow交换机(S1和S2)连接在控制器上，交换机S1具有三个端口，图2为现有技术中利用LLDP进行拓扑发现的步骤流程图，其拓扑发现步骤如下：
步骤S1，SDN控制器构造PacketOut消息向S1的三个端口分别发送LLDP数据包，LLDP结构如图3所示，其中101部分即为LLDP负载，Chassis ID TLV,Port ID TLV和Time tolive TLV三个是强制字段，分别代表交换机标识符(在局域网中是独一无二的)，端口号和TTL，在步骤S1中，将LLDP数据包中的Chassis ID TLV和Port ID TLV分别置为S1的dpid和端口号；
步骤S2，SDN控制器向交换机S1中下发流表，流表规则为：将从Controller端口收到的LLDP数据包从他的对应端口发送出去；
步骤S3，SDN控制器向交换机S2中下发流表，流表规则为：将从非Controller端口接收到的LLDP数据包发送给控制器；
步骤S4，SDN控制器通过解析LLDP数据包，得到链路的源交换机，源接口，通过收到的PacketIn消息确定目的交换机和目的接口。
可见，现有的SDN控制器拓扑发现机制是对整个数据平面的所有交换机的所有端口发送PacketOut数据包，对于Fattree(胖树交换网络)等网络来说，端口的数量是交换机数量的k倍，因此导致了很多资源的消耗。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种SDN控制器的拓扑发现方法及系统，其通过使SDN控制器发送的PacketOut消息和交换机的数量相同，进而减少PacketOut消息对网络资源的占用。
为达上述及其它目的，本发明提出一种SDN控制器的拓扑发现方法，包括如下步骤：
步骤一，所述SDN控制器构造PacketOut消息向各交换机发送LLDP数据包，其中，一台交换机仅发送一个LLDP数据包；
步骤二，所述SDN控制器向各交换机下发流表规则；
步骤三，各交换机于接收到PacketOut消息后，根据所述流表规则将所述PacketOut消息转发至其他交换机或将所述LLDP数据包封装到packetin消息内转发至所述SDN控制器；
步骤四，所述SDN控制器根据收到的packetin消息生成网络拓扑。
进一步地，所述流表规则为：
所有从交换机Controller端口接收到的LLDP数据包，依次将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从交换机的有效链接端口转发出去；
所有非从交换机的Controller端口接收到的LLDP数据包，将LLDP数据包封装到packetin消息内，依次从交换机的Controller端口转发给所述SDN控制器。
进一步地，于步骤一中，将所述LLDP数据包中的LLDP数据包负载的域Port ID TLV值置为零。
进一步地，于步骤三中，若交换机是从Controller端口接收到的LLDP数据包，则将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从所述交换机的有效链接端口转发出去。
进一步地，于步骤三中，若交换机不是从Controller端口接收到的LLDP数据包，则将LLDP数据包封装到packetin消息内，从所述交换机的Controller端口转发给所述SDN控制器。
进一步地，于步骤四中，所述SDN控制器根据LLDP数据包的来源，得到目的交换机，目的端口，并通过解析LLDP数据包，得到源MAC地址和源交换机，通过源MAC地址查找对应的端口号，进而生成网络拓扑。
为达到上述目的，本发明还提供一种SDN控制器的拓扑发现系统，包括：
消息构造单元，通过所述SDN控制器构造PacketOut消息向交换机发送LLDP数据包，其中一台交换机仅发送一个LLDP数据包；
流表规则下发单元，利用所述SDN控制器向各交换机下发流表规则；
规则匹配处理单元，于接收到PacketOut消息后，根据所述流表规则将所述PacketOut消息转发至其他交换机或将所述LLDP数据包封装到packetin消息内转发至所述SDN控制器；
拓扑生成单元，通过所述SDN控制器根据收到的packetin消息生成网络拓扑。
进一步地，所述流表规则为：
所有从交换机Controller端口接收到的LLDP数据包，依次将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从交换机的有效链接端口转发出去；
所有非从交换机的Controller端口接收到的LLDP数据包，将LLDP数据包封装到packetin消息内，依次从交换机的Controller端口转发给所述SDN控制器。
进一步地，若交换机是从Controller端口接收到的LLDP数据包，所述规则匹配处理单元将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从所述交换机的有效链接端口转发出去；若交换机不是从Controller端口接收到的LLDP数据包，所述规则匹配处理单元则将LLDP数据包封装到packetin消息内，从所述交换机的Controller端口转发给所述SDN控制器。
进一步地，所述消息构造单元构造PacketOut消息时将所述LLDP数据包中的LLDP数据包负载的域Port ID TLV值置为零。
与现有技术相比，本发明一种SDN控制器的拓扑发现方法及系统，通过使SDN控制器发送的PacketOut消息与交换机的数量相同，降低了LLDP数据包的转发量，减少了网络资源的占用。
附图说明
图1为现有技术中采用负载均衡技术时的设备连接情况示意图；
图2为本发明一种负载均衡装置的系统架构示意图；
图3为本发明较佳实施例中前端设备21的细部结构图；
图4为本发明一种SDN控制器的拓扑发现方法的步骤流程图；
图5为本发明一较佳实施例中SDN网络的拓扑结构示意图；
图6为本发明一种SDN控制器的拓扑发现系统的系统架构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图4为本发明一种SDN控制器的拓扑发现方法的步骤流程图。如图4所示，本发明一种SDN控制器的拓扑发现方法，包括如下步骤：
步骤401，SDN控制器构造PacketOut消息向一台交换机发送一个LLDP数据包，其中，将LLDP数据包负载中的域Port ID TLV值(用于标识该LLDP数据包发送目的的设备的端口)置为零。
步骤402，SDN控制器向交换机下发如下流表规则：所有从交换机Controller端口接收到的LLDP数据包，依次将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从交换机的有效链接端口转发出去；所有非从交换机的Controller端口接收到的LLDP数据包，将LLDP数据包封装到packetin消息内，依次从交换机的Controller端口转发给SDN控制器；
步骤403，各交换机于接收到PacketOut消息后，根据所述流表规则将所述PacketOut消息转发至其他交换机或将LLDP数据包封装到packetin消息内转发至SDN控制器。也就是说，交换机于接收到packetout消息后，会根据流表规则判断是否为SDN控制器所发送，若是SDN控制器所发送的packetout消息，则检索所述交换机的有效链接端口，所述交换机将此packetout消息通过有效链接端口转发至交换机，若非SDN控制器发送的packetout消息，则将非SDN控制器发送的包含LLDP数据包的packetout消息转换为packetin消息发送至SDN控制器。
步骤404，SDN控制器根据收到的packetin消息生成网络拓扑，该packetin消息包含着交换机与交换机的连接信息，SDN控制器可根据此信息生成网络拓扑。具体地说，SDN控制器根据LLDP数据包的来源，可以得到目的交换机，目的端口，通过解析LLDP数据包，得到源MAC地址(交换机转发端口MAC地址)和源交换机，通过源MAC地址查找对应的端口号。
图5为本发明一较佳实施例中SDN网络的拓扑结构示意图。在本发明较佳实施例中，假设现在有两个交换机(S1和S2)连接在控制器上，交换机S1具有三个端口(port1,port2以及port3)首先SDN控制器发送一个包含着LLDP数据包的packtout消息发送至交换机S1，随后交换机S1检索有效链接端口，交换机S1将此packetout消息通过有效链接端口(port3)转发至交换机S2，当交换机S2接收此消息后根据流表规则匹配是否为SDN控制器所发送，将非SDN控制器发送的包含LLDP的packetout消息转换为packetin消息发送至SDN控制器，此packetin消息包含着交换机S1与交换机S2的连接信息，SDN控制器可根据此信息生成网络拓扑，依此类推。
在LLDP数据包从交换机S1的有效端口转发出去的时候，将这个数据包的源MAC地址(交换机S1的MAC地址)替换成为这个有效端口的MAC地址，由于SDN控制器在早先的配置阶段已经获得了关于交换机的端口的所有信息，所以对控制器来说，MAC地址和交换机的端口号是一一对应的，与现有技术相比，本发明具体实施例的拓扑发现改进如下：
1、更新SDN控制器的包含LLDP数据包的PacketOut消息数量，也就是说，由现有技术中的SDN控制器向交换机的所有端口发送一个packetout消息，改为由SDN控制器向一台交换机发送一个LLDP数据包的PacketOut消息，LLDP数据包负载中的域Port ID TLV值(用于标识该LLDP数据包发送的交换机的端口)置为零；
2.SDN控制器向交换机下发一条流表规则：所有从交换机Controller端口接收到的LLDP数据包，依次将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从交换机的有效链接端口转发出去；
3.SDN控制器向交换机下发另一条流表规则：所有非从交换机的Controller端口接收到的LLDP数据包，将LLDP数据包封装到packetin消息内，依次从交换机的Controller端口转发给SDN控制器。
4.更新SDN控制器的PacketIn消息处理机制，根据LLDP数据包的来源，可以得到目的交换机，目的端口，通过解析LLDP数据包，得到源MAC地址(交换机转发端口MAC地址)和源交换机，通过源MAC地址查找对应的端口号。
图6为本发明一种SDN控制器的拓扑发现系统的系统架构图。如图6所示，本发明一种SDN控制器的拓扑发现系统，包括：消息构造单元601、流表规则下发单元602、规则匹配处理单元603以及拓扑生成单元604。
消息构造单元601，通过SDN控制器构造PacketOut消息向一台交换机发送一个LLDP数据包，其中，将LLDP数据包负载中的域Port ID TLV值(用于标识该LLDP数据包发送目的的设备的端口)置为零。
流表规则下发单元602，利用SDN控制器向交换机下发流表规则：所有从交换机Controller端口接收到的LLDP数据包，依次将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从交换机的有效链接端口转发出去；所有非从交换机的Controller端口接收到的LLDP数据包，将LLDP数据包封装到packetin消息内，依次从交换机的Controller端口转发给SDN控制器；
规则匹配处理单元603，于交换机接收到packetout消息后，根据流表规则将PacketOut消息转发至其他交换机或将LLDP数据包封装到packetin消息内转发至SDN控制器，也就是说，交换机于接收到packetout消息后，会根据流表规则判断是否为SDN控制器所发送，若是SDN控制器所发送的packetout消息，则检索所述交换机的有效链接端口，所述交换机将此packetout消息通过有效链接端口转发至交换机，若非SDN控制器发送的packetout消息，则将非SDN控制器发送的包含LLDP数据包的packetout消息转换为packetin消息发送至SDN控制器。
拓扑生成单元604，通过SDN控制器根据收到的packetin消息生成网络拓扑，该packetin消息包含着交换机与交换机的连接信息，拓扑生成单元604可根据此信息生成网络拓扑。具体地说，拓扑生成单元604根据LLDP数据包的来源，可以得到目的交换机，目的端口，通过解析LLDP数据包，得到源MAC地址(交换机转发端口MAC地址)和源交换机，通过源MAC地址查找对应的端口号。
综上所述，本发明一种SDN控制器的拓扑发现方法及系统，通过使SDN控制器发送的PacketOut消息与交换机的数量相同，降低了LLDP数据包的转发量，减少了网络资源的占用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种SDN控制器的拓扑发现方法，包括如下步骤：
步骤一，所述SDN控制器构造PacketOut消息向各交换机发送LLDP数据包，其中，一台交换机仅发送一个LLDP数据包；
步骤二，所述SDN控制器向各交换机下发流表规则；
步骤三，各交换机于接收到PacketOut消息后，根据所述流表规则将所述PacketOut消息转发至其他交换机或将所述LLDP数据包封装到packetin消息内转发至所述SDN控制器；
步骤四，所述SDN控制器根据收到的packetin消息生成网络拓扑。
2.如权利要求1所述的一种SDN控制器的拓扑发现方法，其特征在于，所述流表规则为：
所有从交换机Controller端口接收到的LLDP数据包，依次将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从交换机的有效链接端口转发出去；
所有非从交换机的Controller端口接收到的LLDP数据包，将LLDP数据包封装到packetin消息内，依次从交换机的Controller端口转发给所述SDN控制器。
3.如权利要求2所述的一种SDN控制器的拓扑发现方法，其特征在于：于步骤一中，将所述LLDP数据包中的LLDP数据包负载的域Port ID TLV值置为零。
4.如权利要求2所述的一种SDN控制器的拓扑发现方法，其特征在于：于步骤三中，若交换机是从Controller端口接收到的LLDP数据包，则将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从所述交换机的有效链接端口转发出去。
5.如权利要求4所述的一种SDN控制器的拓扑发现方法，其特征在于：于步骤三中，若交换机不是从Controller端口接收到的LLDP数据包，则将LLDP数据包封装到packetin消息内，从所述交换机的Controller端口转发给所述SDN控制器。
6.如权利要求4所述的一种SDN控制器的拓扑发现方法，其特征在于：于步骤四中，所述SDN控制器根据LLDP数据包的来源，得到目的交换机，目的端口，并通过解析LLDP数据包，得到源MAC地址和源交换机，通过源MAC地址查找对应的端口号，进而生成网络拓扑。
7.一种SDN控制器的拓扑发现系统，包括：
消息构造单元，通过所述SDN控制器构造PacketOut消息向交换机发送LLDP数据包，其中一台交换机仅发送一个LLDP数据包；
流表规则下发单元，利用所述SDN控制器向各交换机下发流表规则；
规则匹配处理单元，于接收到PacketOut消息后，根据所述流表规则将所述PacketOut消息转发至其他交换机或将所述LLDP数据包封装到packetin消息内转发至所述SDN控制器；
拓扑生成单元，通过所述SDN控制器根据收到的packetin消息生成网络拓扑。
8.如权利要求7所述的一种SDN控制器的拓扑发现系统，其特征在于，所述流表规则为：
所有从交换机Controller端口接收到的LLDP数据包，依次将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从交换机的有效链接端口转发出去；
所有非从交换机的Controller端口接收到的LLDP数据包，将LLDP数据包封装到packetin消息内，依次从交换机的Controller端口转发给所述SDN控制器。
9.如权利要求8所述的一种SDN控制器的拓扑发现系统，其特征在于：
若交换机是从Controller端口接收到的LLDP数据包，所述规则匹配处理单元将其源MAC地址转换为端口MAC地址，然后从所述交换机的有效链接端口转发出去；若交换机不是从Controller端口接收到的LLDP数据包，所述规则匹配处理单元则将LLDP数据包封装到packetin消息内，从所述交换机的Controller端口转发给所述SDN控制器。
10.如权利要求7所述的一种SDN控制器的拓扑发现系统，其特征在于：所述消息构造单元构造PacketOut消息时将所述LLDP数据包中的LLDP数据包负载的域Port ID TLV值置为零。
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