CN107078960A - 基于流的网络功能链接的优化方法 - Google Patents

Abstract

在包括功能链网络控制器、多个中间网络功能(Network Functions，NF)以及基于流的链选择器(Flow‑Based Chain Selectors，FBCS)，形成VNF并用于经由多个链路传输数据分组的转发网络中，一种方法包括：FBCS请求使用功能链条目的不同表示替换流中的数据分组报头的功能链条目的报头表示，其中流基于替换的功能链条目表示绕过至少一个中间FBCS。功能链网络控制器发现能实现FBCS的节点及其拓扑，并维持功能链替换状态，并将其分发到FBCS相关的替换。功能链网络控制器向FBCS分发相邻FBCS的列表，并且向FBCS分发抽象的相邻FBCS的列表，并转换从抽象值到实际值的请求。

Description

基于流的网络功能链接的优化方法

本申请要求于2014年11月25日提交的，申请号为No.14/553,772，发明名称为“基于流的网络功能链接的优化方法”的美国非临时申请的优先权，该申请通过引用并入本文。

技术领域

本公开一般地涉及分组网络通信，尤其涉及使用源路由、基于标签的转发或服务报头的基于流的网络功能链接。

背景技术

在分组网络中，一些流需要遍历预定的有序网络功能(NFs)集。网络功能可虚拟化为虚拟的网络功能(Virtualized Network Functions，VNFs)并在网络不同位置中得以实现，这与物理盒中实现的物理网络功能(Physical Network Functions，PNF)相反，其中，当其位于物理链路或由其IP地址限定时，迫使流遍历物理中间盒的网络功能。

一些方法可用于迫使流遍历有序NF集。这些方法中的其中一个为源路由方法，并且包括在流对应的全部分组的报头中插入网络功能标识符的有序集合，接着按照报头中所指示的，在NF之间转发分组。第二个方法基于标签转发，当向NF2转发分组以指示NF2如何处理并向后续NF转发分组时，NF1插入局部有效的标签，该标签在每个NF处被交换。第三个方法基于服务报头转发，其中插入全局有效的流标识符并在每个NF处检查以确定如何处理并转发分组。

通过链接其他功能以及附加的NF实现一些NF。静态服务链在分组转发中导致性能降级，这是因为分组不必遍历NF，一些NF只需要被流的第一个分组遍历，例如，执行负载均衡的决定。动态服务链需要复杂的网络配置和路由。

发明内容

本公开致力于一种基于流的网络功能链接优化。

根据一个示例实施例，一种方法包括

网络功能使用其他条目替换与接收到的流关联的数据分组报头的原始网络功能链表示中的条目，以创建改进的网络功能链表示。所述替换引导所述流绕开原始网络功能链表示中的网络功能。

在一些实施例中，原始网络功能链表示为源路由表示，其中该替换包括移除或者向有序网络功能集中添加条目。原始网络功能链表示可以为局部有效标签或全局有效标签。该替换包括推送标签、弹出标签或设置下一个网络功能。网络功能请求为来自网络功能的特定流进行所述原始网络功能链中条目的替换。网络功能保存执行替换并且为每个流/子流创建网络功能链表示的子流表。

在另一个示例实施例中，一种方法包括：

功能链网络控制器使用其他条目替换与接收到的流关联的数据分组报头的原始网络功能链表示中的条目，以创建改进的网络功能链表示。所述替换引导所述流绕开原始网络功能链表示中的网络功能。

在一些实施例中，功能链网络控制器维持功能链替换状态；以及向网络功能分发相关替换。功能链网络控制器向网络功能分发相邻网络功能列表。功能链网络控制器维持抽象网络功能值和实际网络功能值之间的映射；以及转换从抽象网络功能值到实际网络功能值的请求。抽象值基于虚拟网络编制信息和网络功能拓扑。功能链网络控制器完全抽象网络功能邻接，并将所述请求转换成零个、一个或多个请求至所述网络功能。

在另一个示例实施例中，转发网络中可操作的功能链网络控制器包括多个中间网络功能，用于经由多个链路传输数据分组。功能链网络控制器用于发现网络中的网络功能及其拓扑，维持功能链替换状态并向网络功能分发相关替换。

在一些实施例中，功能链网络控制器用于向网络功能分发相邻网络功能的列表。功能链网络控制器用于向其他网络功能分发抽象的相邻网络功能的列表，并且转换从抽象网络功能值到实际网络功能值的替换请求。抽象的相邻网络功能基于虚拟网络编制信息和网络功能拓扑。功能链网络控制器用于完全抽象网络功能邻接，并将替换请求转换成零个、一个或多个请求至网络功能。

在另一个示例实施例中，网络功能用于经由网络中多个链路传输数据分组，与其他网络功能通信，并请求为特定流替换功能链条目中的条目。

在一些实施例中，网络功能用于保存用于执行替换并为每个流/子流创建有序网络功能集的子流表。

在另一个示例实施例的实例中，网络功能用于经由网络中多个链路传输数据分组，与其他网络功能通信，并为特定流执行功能链条目中的条目替换。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优点，现在参照结合附图参考进行的以下描述，其中类似的编号表示类似的对象，附图中：

图1示出了用于图解本公开各种实施例的基于分组的网络实例的网络拓扑；

图2示出了根据本公开一个实施例从网络控制器获得相邻FBCS的列表的FBCS实现；

图3示出了每个FBCS为了将特定流匹配到待遍历的有序网络功能集而保存流表；

图4示出了根据另一个实施例的图3中示例的初始替换请求；

图5示出了从网络控制器到FBCS的替换请求；

图6示出了根据另一个实施例的替换之后图3中示出的相同流的分组报头；

图7示出了转发网络中网络单元的实施例；以及

图8示出了转发网络中典型、通用的网络组件。

具体实施方式

当中间网络功能本身为基于流的链选择器(FBCS)时，本文公开的方法和系统执行对应于特定流的后续分组的报头中的替换，从而通过绕过中间FBCS来优化该流的处理。情况可能是，例如，如果基于流的链选择器执行基于流的负载均衡，一旦做出了流的负载均衡决定，基于流的链选择器不需要检查或处理该流的更多分组。

本公开提供了使用软件定义网络(Soffware Defined Network，SDN)原理借助网络控制器执行这类替换的系统和方法。

本公开提供了使得FBCS更新有序网络功能集以遍历特定流的方法，该更新通过集中的功能链网络控制器执行。

在FBCS初始化时，网络控制器功能为每个FBCS提供支持链替换的FBCS的抽象。该抽象可基于虚拟网络编制信息和FBCS拓扑。

当FBCSx确定流f的网络功能链时，可请求相邻FBCS绕过用于对应于流f的未来分组的FBCS x，而替代地将流量发送到有序网络功能集x’。该旁路请求将对应于FBCS x的网络功能链条目替换为对应于用于流f的网络功能x’的新的有序网络功能集链条目。FBCS x通过网络控制器生成请求，网络控制器验证该请求并将请求从抽象拓扑转换为非抽象拓扑。接着，网络控制器用与x’相关的网络功能条目替换应用于流f的x，来更新相邻FBCS。

在不提供抽象的情况下，FBCSx直接将请求发送到相邻FBCS，即绕过网络控制器，以更快地响应，但是代价是控制器执行策略验证。

FBCS保存执行替换的子流表，由于它们为每个流/子流创建有序网络功能集。

图1示出了本公开通篇被提到的基于分组的网络10实例的网络拓扑，以有助于图解本公开的不同实施例。图1显示了功能链网络控制器12、用于改进网络功能链的专门NF的多个FBCS14、不改进网络功能链的其他NF16，以及由多个网络功能组成的虚拟NF(VNF)18，其中的一些可以是FBCS，包括负载均衡(Load Balancing，LB)功能或例如深度包检测(DeepPacket Inspection，DPI)的其他功能或其他FBCS功能。图1也显示了替换前的分组流20和FBCS替换后的分组流22。

图2显示了一些FBCS14从网络控制器12获得相邻FBCS14的列表24的FBCS实现。列表24包括FBCS邻接表。网络控制器12为包括相邻FBCS14的抽象每个FBCS14提供虚拟网络视图。不同的抽象模型为：

不抽象。这显示在FBCS#2。

身份抽象。这显示在FBCS#30。

完全抽象。这显示在FBCS#15。如果支持完全抽象，可不提供列表24，只在网络控制器12和FBCS14之间确认功能的支持。

参照图3，最初，每个FBCS14为了将特定流匹配到待遍历的有序网络功能集而保存流表(表1)，其中网络功能包括FBCS功能和不检查/改进遍历的功能链的其他功能。流表中的条目可本地配置或确定包括例如网络功能标识符或局部/全局有效的标签等格式。主流表包含多个条目，其中每个条目包括：

(a)确定分组是否属于特定流的匹配准则

(b)有序网络功能集的表示，例如：

I.在该表示中，每个网络功能由报头的FBCS处插入的网络功能标识符表示。

II.在该表示中，下一个网络功能由向下一个网络功能转发分组之前在分组报头中插入的网络功能的局部有效的标签表示。

III.在该表示中，整个网络功能列表由报头的FBCS处插入的全局有效的标签表示。

(c)到期准则-可为空

(d)优先级级别

当接收到分组时，FBCS14在相应的流表中查找到优先级最高的匹配流。如果发现流，有序网络功能集的表示包含在分组报头26中。当接收分组时，中间网络功能处理分组要么：

向下一个网络功能转发分组；

向报头26插入附加的中间网络功能表示，并向新的下一个网络功能转发分组；

对于有序网络功能集的一些表示，可移除当前网络功能的表示。

表1总结了替换前每个FBCS14处的流表。f20、f21、f22、f25、f30、f31和f35表示流准则，并且可具有相同或不同的准则。流准则例如为IP报头的n元组。例如，流准则f20可以为二元组{源_IP，目的_IP}而流准则f21可以为五元组{源_IP，目的_IP，协议，源_端口，目的_端口}。该实例基于标签条目。推送标签的动作被定义为在标签栈的顶部添加标签。弹出标签的动作被定义为从标签栈的顶部移除标签。

节点	标签	指令
			19	无	下一跳＝20
20	无	若流＝f20：推送标签A，下一跳＝21
			21	A	若流＝f21，推送标签B，下一跳＝22
22	B	若流＝f22，推送标签C，下一跳＝23
			23	C	下一跳＝25
25	C	若流＝f25，弹出标签，处理下一个标签
			25	B	若流＝f25，下一跳＝30
30	B	若流＝f30，弹出标签
			30	A	下一跳＝31
31	A	若流＝f31，推送标签D，下一跳＝33
			33	D	下一跳＝35
35	D	若流＝f35，弹出标签
			35	A	若流＝f35，弹出标签
35	无	若流＝f35，作为非功能链的分组发送到Z

表1

替换可在每个FBCS14处进行。FBCS功能确定对于遍历其的流20，例如由于负载均衡决定，这些子流22中的一些可绕过FBCS功能，并遍历每个匹配流的特定网络功能链，无论是对于特定数量的分组、特定持续时间或是永久地。FBCS功能可请求使用网络功能链对其条目的表示的替换(替换可包括含有其他FBCS功能的网络功能表示或可以是空的)。

替换请求通常通过网络控制器12来发送，并包括请求者的FBCS身份、接收者的抽象身份、优先级等级、替换的流匹配准则、有序网络功能集的替换表示和替换的到期准则。图4中示出了图3的实例的初始替换请求。

网络控制器12用于根据策略验证请求，并且将每个抽象的请求转换为朝着相邻FBCS14的一个或多个替换请求。为了更快地响应，请求者/接受者能够绕过网络控制器12交换直接消息。在一些实现方式中，直接消息传递受限于参与者拥有足够信息来验证彼此身份的情况。这可以通过网络控制器12为两个参与者提供足够的信息来验证彼此身份以及可选地进行它们自己的策略验证来实现。

网络控制器12可简单地向相邻FBCS14发送请求，或同时执行相关和为距离超过一跳远的FBCS递归地更新请求。

网络控制器12可维持或不维持替换表。如果不维持，每个FBCS14一旦接收到替换请求，则需要请求进一步更新。例如，如果FBCS#21请求替换对应于向网络功能链的条目的表示添加FBCS#22的流准则f21，但是其接收到将FBCS#22的表示替换为FBCS#23和#25的替换请求如果f22满足，如果f21和f22匹配准则满足，其不得不发出另一个请求，以将网络功能链条目FBCS#21的条目表示替换为FBCS#23和#25。

如果网络控制器12维持替换，其直接向FBCS14发出请求。图5中显示了从网络控制器到FBCS的替换请求。基于图4的示例，进行所有的替换之后，表2显示了在每个FBCS处为灰色流进行的处理的总结：

表2

基于f1为二元组{源_IP，源_端口}和f2为二元组{源_IP，协议}的实例，“&”表示两边的匹配准则必须都满足的事实，即，f1&f2表示三元组{源_IP，源_端口，协议}。例如，如果f1＝{A，B}并且f2＝{B，C}，f1&f2＝{A，B，C}。

图6显示了替换之后图3中示出的相同流的分组报头。

所有的网络功能也存在附加的转发和替换规则。表3中示出了子集，但为了简化省略了流匹配准则的一些组合。

表3

要么在网络控制器12要么在每个FBCS14处保存替换表。替换包括：

-确定分组是否属于特定流的流匹配准则

-有序网络功能集包括

○标识符

○优先级

○指向网络功能替换表的指针

○到期准则

○条目拥有者(如果应用递归更新，可不同于网络功能)

替换表用于为所有的端到端流20构建转发表规则，其可能的替换基于端到端流20产生的子流。这些转发表规则用于基于流匹配准则，绕过替换中描述的网络功能转发跟随适当网络功能链的分组。

注意，转发表规则可以基于底层的硬件和比可用于缩放、性能和其它原因的单个主流表更复杂的结构以不同的方式实现。本公开提供了转发表规则匹配包括替换的FBCS决定。

本公开的系统和方法提供了分组转发中性能的改善，因为对每个流和子流来说，分组只遍历了网络功能的最小集合。由于替换被完全自动化，可简化网络配置和路由。

图7示出了网络单元1000的实施例，其可以是通过网络10传输和处理数据的任何装置。例如，网络单元1000可对应于上文所述的任何系统节点或者位于上文所述的任何系统节点中，例如上文所述的设备或服务器，例如上文所述的控制器、节点和分支。网络单元1000可对应于上文所述的任何系统节点或者位于上文所述的任何系统节点中。网络节点1000也可用于实现或支持上文所述的方案和方法。网络单元1000可包括耦合至接收器(Rx)1012的一个或多个入口接口或单元1010，其用于从其他网络组件接收信号和帧/数据。网络单元1000可包括内容感知单元1020，以确定将内容发送到哪一个网络组件。内容感知单元1020可使用硬件、软件或两者来实现。网络单元1000也可包括耦合至发射器(Tx)1032的一个或多个出口接口或单元1030，用于向其他网络组件发射信号和帧/数据。接收器1012、内容感知单元1020和发射器1032也可用于实现上文公开的方案和方法中的至少一些，其可基于硬件、软件或两者。网络单元1000的组件可按照图7所示被布置。

内容感知单元1020也可包括可编程内容转发平面块1028，以及可耦接到该可编程内容转发平面块1028的一个或多个存储块1022。可编程内容转发平面块1028可用于例如在应用层或L3上实现内容转发和处理功能，其中内容可基于内容名称或前缀进行转发，且可能基于将内容映射到网络业务的其他内容相关信息进行转发。此类映射信息可保存在内容感知单元1020或网络单元1000处的一个或多个内容表(例如，CS、PIT和FIB)中。可编程内容转发平面块1028可解译用户的内容请求，并相应地提取内容，例如，基于元数据和/或内容名称(前缀)从网络或其他内容路由器，且能够存储内容，例如，暂时在存储块1022中。可编程内容转发平面块1028随后可将缓存内容转发到用户。可编程内容转发平面块1028可使用软件、硬件或这两者实现，且可在IP层或L2上操作。

存储块1022可包括缓存1024，用于暂时地存储内容，例如订阅方所请求的内容。另外，存储块1022可包括长期存储器1026，用于相对持久地存储内容，例如发布方所提交的内容。例如，缓存1024和长期存储器1026可包括动态随机接入存储器(Dynamic random-access memories，DRAM)、固态驱动器(Solid-State Drives，SSD)、硬盘或其组合。

上文所述的网络组件可以在任何通用网络组件上实现，例如计算机或具有足够处理能力、内存资源和网络吞吐能力来处理其上的必要工作量的网络组件。图8示出了适合实现本文公开的组件的一个或多个实施例的典型、通用的网络组件1100。网络组件1100包括处理器1102(可称为中央处理器单元或CPU)，其与包括以下项的存储装置通信：辅助存储器1104、只读存储器(Read Only Memory，ROM)1106、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)1108、输入/输出(I/O)设备1110和网络连接性设备1112。处理器1102通过一个或多个CPU芯片实现，也可以为一个或多个专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits，ASIC)的一部分。

辅助存储器1104通常包括一个或多个磁盘驱动器或磁带驱动器，用于数据的非易失性存储，且在RAM1108不够大因而无法保存所有工作数据的情况下用作溢流数据存储装置。当选择执行加载到RAM1108中的程序时，辅助存储器1104可以用于存储这些程序。ROM1106用于存储指令，可能包括在程序执行过程中读取的数据。ROM1106为非易失性存储装置，其存储容量相对于辅助存储器1104的较大存储容量而言通常较小。RAM1108用于存储非易失性数据，还可能用于存储指令。访问ROM1106和RAM1108通常比访问辅助存储器1104要快。

阐明贯穿本专利文献使用的某些词和短语的定义是有利的。术语“包括”和“包含”及其衍生词表示非限制性地包括。术语“或”为包含性的，意思是和/或。术语“与……相关”和“与其相关”及其衍生词表示包括、被包括在内、与……互连、含有、被包含在内、连接至或与……连接、耦合至或与……耦合、可与……通信、与……合作、交织、并置、接近于、被结合至或与……相结合、具有、具有……的特性等。

虽然本公开已经描述了某些实施例和通常与之相关的方法，对本领域技术人员来说，这些实施例和方法的改变和置换是显而易见的。因此，示例实施例的上述描述不限定或约束本公开。其他改变、替换和变更也是可能的，而不偏离所附权利要求限定的本公开的精神和范围。

Claims (21)

1.一种方法，包括：

网络功能使用其他条目替换与接收到的流关联的数据分组报头的原始网络功能链表示中的条目，以创建改进的网络功能链表示；以及

所述替换引导所述流绕开所述原始网络功能链表示中的网络功能。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原始网络功能链表示为源路由表示。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述替换包括移除或者向有序网络功能集中添加条目。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原始网络功能链表示为局部有效标签或全局有效标签。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述替换包括推送标签、弹出标签或设置下一个网络功能。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络功能请求为来自网络功能的特定流进行所述原始网络功能链中条目的替换。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网络功能保存执行所述替换并且为每个流/子流创建网络功能链表示的子流表。

8.一种方法，包括：

功能链网络控制器使用其他条目替换与接收到的流关联的数据分组报头的原始网络功能链表示中的条目，以创建改进的网络功能链表示；以及

所述替换引导所述流绕开所述原始网络功能链表示中的网络功能。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述功能链网络控制器：

维持功能链替换状态；以及

向所述网络功能分发相关替换。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述功能链网络控制器向所述网络功能分发相邻网络功能列表。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述功能链网络控制器：

维持抽象网络功能值和实际网络功能值之间的映射；以及

转换从抽象网络功能值到实际网络功能值的请求。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述抽象值基于虚拟网络编制信息和网络功能拓扑。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述功能链网络控制器完全抽象网络功能邻接，并将每个所述请求转换成零个、一个或多个请求至所述网络功能。

14.一种可在转发网络中操作的功能链网络控制器，包括用于经由多个链路传输数据分组的多个中间网络功能，所述功能链网络控制器用于：

发现所述网络中的网络功能及其拓扑；以及

维持功能链替换状态并向所述网络功能分发相关替换。

15.根据权利要求14所述的功能链网络控制器，其中，所述功能链网络控制器用于向所述网络功能分发相邻网络功能的列表。

16.根据权利要求14所述的功能链控制器，其中，所述功能链网络控制器用于向所述其他网络功能分发抽象的相邻网络功能的列表，并且转换从抽象网络功能值到实际网络功能值的替换请求。

17.根据权利要求16所述的功能链网络控制器，其中，所述抽象的相邻网络功能基于虚拟网络编制信息和网络功能拓扑。

18.根据权利要求14所述的功能链网络控制器，其中所述功能链网络控制器用于完全抽象网络功能邻接，并将替换请求转换成零个、一个或多个请求至网络功能。

19.一种网络功能，用于：

经由网络中多个链路传输数据分组，以及

与其他网络功能通信，并请求为特定流替换功能链条目中的条目。

20.根据权利要求19所述的网络功能，其中所述网络功能用于保存用于执行所述替换并为每个流/子流创建有序网络功能集的子流表。

21.一种网络功能，用于：

经由网络中多个链路传输数据分组，以及

与其他网络功能通信，并为特定流执行功能链条目中的条目替换。