CN107046486A - 一种基于控制器代理的故障切换系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及云计算虚拟化网络领域，特别涉及一种基于控制器代理的故障切换系统。其结构包括网络底层的openflow交换机，所述的openflow交换机通过物理链路与控制器代理互连，所述的控制器代理通过标准化接口与多个控制器互连，所述的openflow交换机通过openflow协议与控制器代理连接，所述的控制器代理通过rest‑api与多个控制器同时保持连接，系统随机选择一个控制器作为主要控制器，所有的控制器运行相同的应用，所述的主要控制器将规则下发到控制器代理，所述的控制器代理再下发到各个交换机上。本发明的一种基于控制器代理的故障切换系统，其从应用控制器入手，提出一种基于控制器代理的故障切换机制，当应用控制器发生故障时可实现快速有效控制器切换。

Description

一种基于控制器代理的故障切换系统

技术领域

本发明涉及云计算虚拟化网络领域，特别涉及一种基于控制器代理的故障切换系统。

背景技术

计算机技术之所以能够迅速发展，是因为找到了通用的硬件底层架构，在此基础上，操作系统和应用程序都得到了飞速的发展。基于计算机领域的这种思想和模式，人们在网络领域提出了类似的概念，即在网络中使用通用的底层数据平面，通过接口向上层平面提供网络资源的自由调用，这就是软件定义网络（SDN，Software Defined Network）思想的起源。SDN概念引起了学术界和产业界的广泛关注，SDN通过把原有的封闭体系解耦为数据层、控制层和应用层，将网络控制功能独立出来，并为网络应用提供可编程的接口，从而颠覆传统网络架构。它是一种网络实现技术，与IPV6，IPV4不同，SDN不改变主机可见的转发面封装，它是现有网络协议/架构和未来网络的一种支持平台，某种意义上说更像一种高级语言+编译器，可以用来实现应用软件，而不是另外一种新的功能性软件.对于采用SDN架构的网络，可方便地提高网络设备利用率、降低网络维护代价，优化路由路径及增加网络设备的管理性和灵活性。目前典型的开源控制器主要有业界首个SDN控制器NOX、首个具有商业级应用能力的控制器Floodlight、应用最广泛的控制器OpenDaylight、由运营商研发的控制器Ryu以及最新发布的针对运营商网络研发的控制器ONOS。

OpenFlow是目前SDN最成熟和应用最广的实现方式。基于OpenFlow的SDN技术使用户可以更

灵活地管控网络、更高效地利用网络资源、更合理性地分配网络资源。OpenFlow由OpenFlow交换机、FlowVisor和Controller三部分组成。OpenFlow技术最大的特点是OpenFlow交换机将原来完全由交换机和路由器控制的报文转发过程转化为由OpenFlow交换机和Controller，来共同完成，实现了数据转发和路由控制的分离。其中OpenFlow交换机进行数据层转发；FlowVisor对网络进行虚拟化；Controller对网络进行集中控制。Controller可以通过事先规定好的接口操作控制OpenFlow交换机中的流表，从而达到控制数据转发的目的。

SDN的发展面临很多安全问题，随着SDN架构的普及和推广，安全问题越来越受到重视。

现有技术下，当发生控制器故障时，其切换速度受到局限，从而影响了整个系统的运行速度。随着网络规模不断扩大，越来越多的功能和协议在网络上进行叠加，网络设备日益封闭，网络管理变得更加复杂，极大地延缓了网络服务的新发展。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于控制器代理的故障切换系统，其从应用控制器入手，提出一种基于控制器代理的故障切换机制，当应用控制器发生故障时可实现快速有效控制器切换。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于控制器代理的故障切换系统，包括网络底层的openflow交换机，所述的openflow交换机通过物理链路与控制器代理互连，所述的控制器代理通过标准化接口与多个控制器互连，所述的openflow交换机通过openflow协议与控制器代理连接，所述的控制器代理通过rest-api与多个控制器同时保持连接，系统随机选择一个控制器作为主要控制器，所有的控制器运行相同的应用，所述的主要控制器将规则下发到控制器代理，所述的控制器代理再下发到各个交换机上。

控制器代理包括设备控制模块和控制器接口两部分，所述的设备控制模块负责与网络底层的openflow交换机进行通信。

设备控制模块包括：

交换机连接单元，所述的交换机连接单元用于：通过Openflow协议与底层的openflow交换机相连；

设备管理单元，所述的设备管理单元用于：通过Openflow协议管理每个交换机的运行状态；

链路发现单元，所述的链路发现单元用于：监测交换机之间链路的状态，实时更新链路信息；

统计信息单元，所述的统计信息单元用于：将Openflow协议收集到的交换机信息存储在数据库中；

流表缓存单元，所述的流表缓存单元用于：将需要下发的流表存储在本地数据库中，作为交换机硬件流表的备份；

拓扑管理单元，所述的拓扑管理单元用于：基于已有的链路信息建立交换机的拓扑。

控制器接口包括：

状态检测单元，用于监测控制器的运行状态，能够及时发现控制器的故障状态；

控制器连接单元，通过rest-API接口与多个控制器进行连接，由于rest-API无需长时间保持连接的特性，因此多个控制器可以分时的访问控制器代理，使得多个控制器能够同时获取底层交换机的状态；

消息转换单元，用于将控制器的rest-API访问转换为Openflow协议，使得控制器可以透明的控制底层的交换机设备。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明的一种基于控制器代理的故障切换系统，使得多个逻辑完全相同的控制器并行运行，由控制器代理从可用的控制器中选择一个作为主控制器，当主控制器发生故障时，控制器代理将自动选择其他的可用控制器。根据控制器代理可快速检测出控制器故障并进行切换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术下的传统控制器故障恢复系统结构示意图；

图2为本发明的一种基于控制器代理的故障切换系统的系统结构示意图；

图3为本发明的一种基于控制器代理的故障切换系统的控制器代理模块结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

传统的控制器故障恢复系统结构如图1所示，一般由网络底层的交换机和控制器组成。控制器包含主要控制器和备用控制器。当主要控制器故障时，切换到备用控制器上，切换时间受到网络规模影响。

本实施例的一种基于控制器代理的故障切换系统结构分为3个部分，如图2所示，网络底层是openflow交换机，交换机通过物理链路与控制器代理互连，控制器代理通过标准化接口与多种控制器互连。交换机开始运行后，首先通过openflow协议与控制器代理连接；控制器代理通过rest-api与多个控制器同时保持连接，系统随机选择一个控制器作为主要控制器。所有的控制器会运行相同的应用，主要控制器会将规则下发到控制器代理，控制代理再下发到各个交换机上。

控制器代理主要完成控制器选择、控制器规则下发、网络事件上传等功能。控制器代理功能主要分为设备控制和控制器接口两部分，设备控制部分负责与网络底层的交换机进行通信，如图3 所示。

设备控制部分主要功能包括：

（1）交换机连接模块通过Openflow协议与底层的交换机相连；

（2）设备管理模块通过Openflow协议管理每个交换机的运行状态；

（3）链路发现模块监测交换机之间链路的状态，实时更新链路信息；

（4）统计信息模块将Openflow协议收集到的交换机信息存储在数据库中；

（5）流表缓存模块将需要下发的流表存储在本地数据库中，作为交换机硬件流表的备份；

（6） 拓扑管理基于已有的链路信息建立交换机的拓扑。

基于以上模块，设备控制部分维护了底层交换机网络的拓扑、流表、运行状态等信息。

控制器接口部分主要功能包括：

（1）状态检测模块监测控制器的运行状态，能够及时发现控制器的故障状态；

（2）控制器连接模块通过表述性状态转移-应用程序编程接口（rest-API）与多个控制器进行连接，由于rest-API无需长时间保持连接的特性，因此多个控制器可以分时地访问控制器代理，使得多个控制器能够同时获取底层交换机的状态；

（3）消息转换模块将控制器的rest-API访问转换为Openflow协议，使得控制器可以透明地控制底层的交换机设备。

本实施例的一种基于控制器代理的故障切换系统，支持多种不同的控制器实现形式。 SDN网络中有多种形式的控制器，基于不同架构和设计目标，比如Floodlight，OpenDaylight，Nox等，能够在多种不同的控制器之间进行切换，并且能够兼容多种控制器的应用和下发规则。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (4)

1.一种基于控制器代理的故障切换系统，包括网络底层的openflow交换机，所述的openflow交换机通过物理链路与控制器代理互连，所述的控制器代理通过标准化接口与多个控制器互连，所述的openflow交换机通过openflow协议与控制器代理连接，所述的控制器代理通过rest-api与多个控制器同时保持连接，系统随机选择一个控制器作为主要控制器，所有的控制器运行相同的应用，所述的主要控制器将规则下发到控制器代理，所述的控制器代理再下发到各个交换机上。

2.根据权利要求1所述的一种基于控制器代理的故障切换系统，其特征在于，所述的控制器代理包括设备控制模块和控制器接口两部分，所述的设备控制模块负责与网络底层的openflow交换机进行通信。

3.根据权利要求2所述的一种基于控制器代理的故障切换系统，其特征在于，所述的设备控制模块包括：

交换机连接单元，所述的交换机连接单元用于：通过Openflow协议与底层的openflow交换机相连；

设备管理单元，所述的设备管理单元用于：通过Openflow协议管理每个交换机的运行状态；

链路发现单元，所述的链路发现单元用于：监测交换机之间链路的状态，实时更新链路信息；

统计信息单元，所述的统计信息单元用于：将Openflow协议收集到的交换机信息存储在数据库中；

流表缓存单元，所述的流表缓存单元用于：将需要下发的流表存储在本地数据库中，作为交换机硬件流表的备份；

拓扑管理单元，所述的拓扑管理单元用于：基于已有的链路信息建立交换机的拓扑。

4.根据权利要求2所述的一种基于控制器代理的故障切换系统，其特征在于，所述的控制器接口包括：

状态检测单元，用于监测控制器的运行状态，能够及时发现控制器的故障状态；

控制器连接单元，通过rest-API接口与多个控制器进行连接，由于rest-API无需长时间保持连接的特性，因此多个控制器可以分时的访问控制器代理，使得多个控制器能够同时获取底层交换机的状态；

消息转换单元，用于将控制器的rest-API访问转换为Openflow协议，使得控制器可以透明的控制底层的交换机设备。