CN107547293B - 一种流路径探测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种流路径探测方法和装置，其中该方法包括：向转发设备下发上报指示信息，该上报指示信息用于指示转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，上报探测报文对应的报文转发信息；预定报文特征包括：探测报文的源IP地址和目的IP地址、以及控制器的控制器标识；分别接收用于转发探测报文的路径上的各个转发设备发送探测报文对应的报文转发信息；根据各个转发设备上报的报文转发信息，确定探测报文在源IP地址和目的IP地址之间的转发路径。本申请实现了控制器对混合网络中的流路径探测，提高了控制器的网络监控能力。

Description

一种流路径探测方法和装置
技术领域
本申请涉及网络技术，特别涉及一种流路径探测方法和装置。
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，其核心思想是将网络设备的控制层面与转发层面分离，以实现对网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供良好的平台。当SDN网络中存在传统以太网交换机(即非Openflow交换机)时，Openflow交换机和传统以太网交换机之间存在物理链路上的互联，称这种网络为SDN混合网络。
在SDN混合网络中，控制器可以通过openflow协议与Openflow交换机交互，并通过netconf协议与传统以太网交换机交互，实现拓扑收集，得到SDN混合网络的物理拓扑。但是，控制器无法基于该物理拓扑计算出混合网络中的任意用户主机之间的报文转发路径，因为SDN混合网络中运行的是传统的路由协议，设备之间的转发路径是由路由协议计算得到，这使得控制器无法掌握混合网络中的流路径，对混合网络整体的监控功能降低。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种流路径探测方法和装置，以实现控制器对混合网络中的流路径探测，提高控制器的网络监控能力。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
第一方面，提供一种流路径探测方法，该方法应用于控制器，包括：
向转发设备下发上报指示信息，所述上报指示信息用于指示所述转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，上报所述探测报文对应的报文转发信息；所述预定报文特征包括：所述探测报文的源IP地址和目的IP地址、以及所述控制器的控制器标识；
分别接收用于转发所述探测报文的路径上的各个转发设备发送所述探测报文对应的报文转发信息；
根据所述各个转发设备上报的所述报文转发信息，确定所述探测报文在所述源IP地址和目的IP地址之间的转发路径。
第二方面，提供一种种流路径探测装置，该装置应用于控制器，包括：
上报指示模块，用于向转发设备下发上报指示信息，所述上报指示信息用于指示所述转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，上报所述探测报文对应的报文转发信息；所述预定报文特征包括：所述探测报文的源IP地址和目的IP地址、以及所述控制器的控制器标识；
信息接收模块，用于分别接收用于转发所述探测报文的路径上的各个转发设备发送所述探测报文对应的报文转发信息；
路径确定模块，用于根据所述各个转发设备上报的所述报文转发信息，确定所述探测报文在所述源IP地址和目的IP地址之间的转发路径。
本申请提供的流路径探测方法和装置，通过指示转发设备上报转发探测报文时的报文转发信息，使得控制器可以根据该报文转发信息确定源地址和目的地址之间的转发路径，从而实现了控制器对混合网络中的流路径探测，提高了控制器的网络监控能力。
附图说明
图1是本申请一示例性实施例示出的一种SDN混合网络的架构图；
图2是本申请一示例性实施例示出的一种流路径探测流程图；
图3是本申请一示例性实施例示出的一种SDN控制器的硬件结构图；
图4是本申请一示例性实施例示出的一种流路径探测装置的结构示意图；
图5是本申请一示例性实施例示出的一种流路径探测装置的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1示例了一种SDN混合网络100，在该混合网络100中，可以包括：SDN控制器11、以及用于转发网络中的报文的转发设备。其中，在SDN混合网络中，该转发设备可以包括openflow交换机和非openflow交换机，该非openflow交换机可以称为传统的以太网交换机。例如，图1中的转发设备SW1和SW2为openflow交换机，转发设备R1、R2和R3为以太网交换机。
在SDN混合网络中，可以将SW1和SW2设置为网络的接入层交换机，可以连接用户设备，以使得SDN控制器能够通过openflow管理通道及时感知用户主机的网络接入操作。例如，用户主机VM10连接在SW1，用户主机VM20通过SW2接入网络。网络的核心层交换机可以设置为R1、R2和R3。SW1、SW2与上述的R1、R2和R3之间可以进行图1所示的链路互联。
如图1所示，SDN控制器11可以分别与SW1、SW2之间建立openflow连接，SDN控制器11与R1、R2和R3之间可以分别建立netconf连接，其中，当建立netconf连接时，核心层交换机R1、R2和R3可以作为netconf服务器端，SDN控制器可以作为netconf客户端。对于在该SDN混合网络中转发的报文，可以由各个转发设备运行路由协议，并根据路径协议计算得到的转发路径转发报文。
由于混合网络中的报文转发路径是由路径协议计算得到，因此，SDN控制器无法掌握该路径，本申请实施例提供一种流路径探测方法，以使得SDN控制器能够准确获得混合网络中的数据报文的实际转发路径，为SDN控制器实现对网络的监控功能提供帮助。
图2示例了一种流路径探测方法的流程，该方法可以由SDN控制器执行，如图2所示，该方法可以包括：
在步骤201中，SDN控制器向转发设备下发上报指示信息。
本步骤中，控制器发送的上报指示信息，可以用于指示转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，上报所述探测报文对应的报文转发信息；所述预定报文特征包括：所述探测报文的源IP地址和目的IP地址、以及所述控制器的控制器标识。例如，控制器可以向openflow交换机下发流表，流表的匹配项中可以包括上述的预定报文特征。
在另一个例子中，SDN控制器发送的上报指示信息，具体用于指示转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，复制所述探测报文，并将所述探测报文对应的报文转发信息携带在复制得到的复制报文中上报。
示例性的，控制器在本步骤向转发设备下发上报指示信息的方式可以为，向所述转发设备下发流表，通过下发的该流表同时指示转发设备复制探测报文和上报报文转发信息。例如，所述流表的匹配项包括：所述预定报文特征，所述流表的动作项包括：TTL减1，复制探测报文上报、上报报文转发信息。
在步骤202中，SDN控制器分别接收转发探测报文的路径上的各个转发设备发送的报文转发信息。
本例子中，控制器在步骤201中向转发设备下发上报指示信息后，可以根据待探测路径对应的源主机和目的主机，构造所述探测报文，所述探测报文的源IP地址为所述源主机的IP地址，目的IP地址为所述目的主机的IP地址；所述探测报文的源MAC地址为所述源主机的MAC地址，目的MAC地址是所述源主机连接的源转发设备的MAC地址；所述探测报文还携带所述控制器的控制器标识。将构造的所述探测报文下发至源转发设备，以触发源转发设备向目的主机连接的目的转发设备转发所述探测报文。
本例中，该报文转发信息中可以包括：转发设备的设备标识、转发设备转发探测报文的转发端口、以及报文TTL值。
此外，当转发设备将报文转发信息携带在复制报文中上报时，SDN控制器在本步骤接收到的报文转发信息，可以是由复制报文中获取；并且，SDN控制器可以在接收到该复制报文时，获取所述复制报文中携带的报文特征，并在所述报文特征匹配所述预定报文特征时，确定该复制报文对应的是控制器自己下发的探测报文。
在步骤203中，SDN控制器根据各个转发设备上报的所述报文转发信息，确定所述探测报文在所述源IP地址和目的IP地址之间的转发路径。
本步骤中，SDN控制器可以根据各个转发设备上报的TTL值递减的次序，将各个转发设备及转发端口进行排序，得到探测报文在源IP地址和目的IP地址之间进行转发的流路径。
本例子中，SDN控制器获得了报文转发过程中所经过的各个转发设备的次序，并且还获得了报文分别在各个转发设备的转发端口，由此可以得到报文的转发路径。此外，SDN控制器可以根据检测到的流路径进行网络状态监控，或者，本例子不限制报文转发信息中携带的内容，还可以携带一些用于控制器分析链路质量的参数，使得控制器可以根据报文转发信息分析链路的延迟、丢包等信息。
如下结合图1，以SDN控制器探测由VM10至VM20之间报文的转发路径为例，来详细描述如何应用本例子的方法实现对该路径的探测；假设根据路由协议计算得到的由VM10向VM20发送的探测报文的转发路径沿图1的箭头所示路线，SDN控制器11可以通过本申请的流路径探测方法获得该路径。
本例子中，SDN控制器11可以构造一个探测报文，例如，该探测报文的源IP地址可以是图1中的VM10的IP地址，源MAC可以为VM10的MAC地址，目的IP为VM20的IP地址，目的MAC可以是图1中的SW1的MAC地址，TTL值可以为255，优先级为默认优先级。此外，该探测报文还携带SDN控制器的控制器标识，例如，该标识可以是控制器的ID或控制器的IP地址等。该标识的作用一方面可以用于辅助转发设备识别到这是个探测报文，另一方面可以用于转发设备得知需要向哪个控制器上报报文转发信息，该标识的作用可以参见后面实施例中的描述。
在构造完成探测报文后，SDN控制器可以通过openflow通道向SW1和SW2发送上报指示信息，通过netconf通道向R1、R2和R3发送上报指示信息。本例子中，即使VM10向VM20发送的探测报文的转发路径是沿着图1中的箭头线所示，但是由于SDN控制器并不知道该路径，所以控制器可以向混合网络中的各个可能经过的转发设备上下发该上报指示信息，该“可能经过的转发设备”至少包括图1中的箭头线路径经过的设备，也可以包括更多的其他转发设备，比如，SDN控制器也可以向R2发送上报指示信息。
SDN控制器向SW1和SW2下发的上报指示信息可以为流表，该流表中可以包括：匹配项(Match)和动作项(Action)。例如，匹配项可以包括源IP、目的IP、以及报文option字段(探测报文的IP头部携带的option可选字段)中的控制器标识(例如，该标识可以是SDN控制器的IP地址)。匹配项包括的上述三种信息可以称为预定报文特征。
上述流表中还包括与匹配项对应的动作项，该动作项用于指示当转发设备接收到的报文满足该预定报文特征时，则执行动作项指示的操作处理。该动作项可以指示进行如下处理：报文头部携带的TTL值减一、复制报文到SDN控制器、以及上报报文转发信息。该报文转发信息可以包括：转发设备的设备标识、转发设备转发探测报文的转发端口(可以包括入端口和出端口)、以及转发设备在接收到探测报文时的报文TTL值。
其中，SDN控制器向R1、R2或R3下发上报指示信息时，可以是通过netconf通道下发策略配置，具体的，该策略配置也可以携带预定报文特征，还携带上指示信息；该策略配置在下发时可以是以订阅请求的方式发送到交换机上。转发设备即传统以太网交换机接收到该上报指示信息后，一方面可以在本地下发一个访问策略表，该访问策略表也可以包括key及对应该Key的动作，其中的Key即预定报文特征，若报文匹配预定报文特征，则可以执行的动作是将报文复制到交换机的netconf协议层；另一方面可以在netconf协议层建立订阅事件，当接收到上送的复制报文时，将该报文上送到netconf客户端即SDN控制器，并在复制报文中携带报文转发信息，通过netconf协议的订阅消息上送到SDN控制器。
SDN控制器将构造的探测报文发送到SW1，SW1在接收到SDN控制器发送的探测报文后，一方面，将该报文继续转发至R1，从SW1的出端口port1转出，并且SW1将报文的TTL减1，修改为254；另一方面，SW1确定该报文与流表中的预定报文特征匹配，向SDN控制器发送报文转发信息。SW1可以在复制探测报文的复制报文中携带报文转发信息，一并上报控制器。本例子可以将转发设备向控制器上报的复制后的报文称为复制报文。复制报文中携带如下报文转发信息：设备标识SW1、接收探测报文的入端口、转发报文的出端口port1、TTL值为255。
当R1接收到SW1转发的探测报文后，一方面，将该报文继续转发至R3，该报文可以是从R1的入端口port2进入，从R1的出端口port3转出，并且R1将报文的TTL再减1，修改为253；另一方面，R1确定该报文与本地的访问策略表中的预定报文特征则将探测报文复制，将复制报文上送到netconf协议层，协议层在复制报文中封装报文转发信息后，将报文上送SDN控制器。本步骤的R1上送的报文转发信息可以包括：设备标识R1、入端口port2、出端口port3，以及TTL值为254。
接着，被R1转发出来的探测报文，可以由R3的入端口port4进入，由R3的出端口port5转发至SW2，且R3接收到的探测报文中的TTL值为253，R3将该TTL减1后再发送至SW2。R3在向SDN控制器上送报文转发信息时的处理，与R2类似，不再详述，R3上报的报文转发信息中可以包括：设备标识R3、入端口port4、出端口port5、TTL值253。
探测报文从SW2的端口port6进入SW2之后的处理，与SW1类似，SW2一方面将报文转发至VM20，另一方面也将报文转发信息上报至SDN控制器，该报文转发信息可以包括：设备标识SW2、入端口port6、出端口、以及TTL值252。
SDN控制器接收各转发设备发送的报文转发信息后，按照TTL递减的次序，将探测报文转发过程中经过的各个转发设备及转发端口排序如下：
SW1(port1，TTL＝255)——(port2)R1(port3，TTL＝254)——(port4)R3(port5，TTL＝253)——(port6)SW2(TTL＝252)
在上面的排序中，设备标识(例如，SW1、R1等)左侧的端口号为探测报文进入该转发设备的入端口对应的端口号，右侧的端口号为探测报文转出该转发设备的出端口对应的端口号。例如，(port2)R1(port3)表示探测报文由R1的端口port2进入，port2为入端口，由端口port3转出，port3为出端口，即由该端口port3向R3转发。
本例子中，SDN控制器得到了报文由VM10到VM20之间的流路径，获知了报文转发过程中所经过的各个转发设备的次序，并且还获得了报文分别在各个转发设备的入端口和出端口。此外，SDN控制器可以根据检测到的流路径进行网络状态监控，或者，本例子不限制报文转发信息中携带的内容，还可以携带一些用于控制器分析链路质量的参数，使得控制器可以根据报文转发信息分析链路的延迟、丢包等信息。
与前述流路径探测方法的实施例相对应，本申请还提供了流路径探测装置的实施例。本申请流路径探测装置的实施例可以应用在SDN控制器上。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在的SDN控制器的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图3所示，为本申请流路径探测装置所在的SDN控制器的一种硬件结构图，除了图3所示的处理器31、内存32、网络接口33、以及非易失性存储器34之外，实施例中装置所在的SDN控制器通常根据该SDN控制器的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。
请参考图4，示例了流路径探测装置的结构示意图，如图4所示，该装置可以包括：上报指示模块41、信息接收模块42和路径确定模块43。
其中，上报指示模块41，用于向转发设备下发上报指示信息，所述上报指示信息用于指示所述转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，上报所述探测报文对应的报文转发信息；所述预定报文特征包括：所述探测报文的源IP地址和目的IP地址、以及所述控制器的控制器标识；
信息接收模块42，用于分别接收用于转发所述探测报文的路径上的各个转发设备发送所述探测报文对应的报文转发信息；
路径确定模块43，用于根据所述各个转发设备上报的所述报文转发信息，确定所述探测报文在所述源IP地址和目的IP地址之间的转发路径。
一个例子中，每个报文转发信息包括：上报该报文转发信息的转发设备的设备标识、上报该报文转发信息的转发设备转发所述探测报文的转发端口、以及上报该报文转发信息的转发设备在接收到所述探测报文时，所述探测报文中的生存时间TTL值。路径确定模块43，用于根据各个报文转发信息中的TTL值递减的次序，将各个转发设备及转发端口进行排序，得到所述探测报文在源IP地址和目的IP地址之间的转发路径。
一个例子中，参见图5所示，该装置还可以包括：报文检测模块44；
上报指示模块41，具体用于指示所述转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，复制所述探测报文，并将所述探测报文对应的报文转发信息携带在复制得到的复制报文中上报。
报文检测模块44，用于在接收到所述各个转发设备上报的复制报文后，获取所述复制报文中携带的报文特征，并确定所述报文特征匹配所述预定报文特征。
一个例子中，上报指示模块41，用于向所述转发设备下发流表，所述流表的匹配项包括：所述预定报文特征，所述流表的动作项包括：TTL减1，复制探测报文上报、上报报文转发信息。
一个例子中，该装置还可以包括：报文构造模块45和报文下发模块46。
报文构造模块45，用于根据待探测路径对应的源主机和目的主机，构造所述探测报文，所述探测报文的源IP地址为所述源主机的IP地址，目的IP地址为所述目的主机的IP地址；所述探测报文的源MAC地址为所述源主机的MAC地址，目的MAC地址是所述源主机连接的源转发设备的MAC地址；所述探测报文还携带所述控制器的控制器标识；
报文下发模块46，用于将构造的所述探测报文下发至所述源转发设备，以触发所述源转发设备向目的主机连接的目的转发设备转发所述探测报文。
上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种流路径探测方法，其特征在于，所述方法应用于SDN混合网络中的控制器，所述方法包括：
向转发设备下发上报指示信息，所述上报指示信息用于指示所述转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，上报所述探测报文对应的报文转发信息；所述预定报文特征包括：所述探测报文的源IP地址和目的IP地址、以及所述控制器的控制器标识；
分别接收用于转发所述探测报文的路径上的各个转发设备发送所述探测报文对应的报文转发信息；
根据所述各个转发设备上报的所述报文转发信息，确定所述探测报文在所述源IP地址和目的IP地址之间的转发路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个报文转发信息包括：上报该报文转发信息的转发设备的设备标识、上报该报文转发信息的转发设备转发所述探测报文的转发端口、以及上报该报文转发信息的转发设备在接收到所述探测报文时，所述探测报文中的生存时间TTL值；
所述根据所述各个转发设备上报的所述报文转发信息，确定所述探测报文在所述源IP地址和目的IP地址之间的转发路径，包括：
根据各个报文转发信息中的TTL值递减的次序，将各个转发设备及转发端口进行排序，得到所述探测报文在源IP地址和目的IP地址之间的转发路径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上报指示信息，具体用于指示所述转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，复制所述探测报文，并将所述探测报文对应的报文转发信息携带在复制得到的复制报文中上报；
所述方法还包括：在接收到所述各个转发设备上报的复制报文后，获取所述复制报文中携带的报文特征，并确定所述报文特征匹配所述预定报文特征。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述向转发设备下发上报指示信息，包括：
向所述转发设备下发流表，所述流表的匹配项包括：所述预定报文特征，所述流表的动作项包括：TTL减1，复制探测报文上报、上报报文转发信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据待探测路径对应的源主机和目的主机，构造所述探测报文，所述探测报文的源IP地址为所述源主机的IP地址，目的IP地址为所述目的主机的IP地址；所述探测报文的源MAC地址为所述源主机的MAC地址，目的MAC地址是所述源主机连接的源转发设备的MAC地址；所述探测报文还携带所述控制器的控制器标识；
将构造的所述探测报文下发至所述源转发设备，以触发所述源转发设备向目的主机连接的目的转发设备转发所述探测报文。
6.一种流路径探测装置，其特征在于，所述装置应用于SDN混合网络中的控制器，所述装置包括：
上报指示模块，用于向转发设备下发上报指示信息，所述上报指示信息用于指示所述转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，上报所述探测报文对应的报文转发信息；所述预定报文特征包括：所述探测报文的源IP地址和目的IP地址、以及所述控制器的控制器标识；
信息接收模块，用于分别接收用于转发所述探测报文的路径上的各个转发设备发送所述探测报文对应的报文转发信息；
路径确定模块，用于根据所述各个转发设备上报的所述报文转发信息，确定所述探测报文在所述源IP地址和目的IP地址之间的转发路径。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，每个报文转发信息包括：上报该报文转发信息的转发设备的设备标识、上报该报文转发信息的转发设备转发所述探测报文的转发端口、以及上报该报文转发信息的转发设备在接收到所述探测报文时，所述探测报文中的生存时间TTL值；
所述路径确定模块，用于根据各个报文转发信息中的TTL值递减的次序，将各个转发设备及转发端口进行排序，得到所述探测报文在源IP地址和目的IP地址之间的转发路径。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述上报指示模块，具体用于指示所述转发设备在接收到匹配预定报文特征的探测报文时，复制所述探测报文，并将所述探测报文对应的报文转发信息携带在复制得到的复制报文中上报；
所述装置还包括：报文检测模块，用于在接收到所述各个转发设备上报的复制报文后，获取所述复制报文中携带的报文特征，并确定所述报文特征匹配所述预定报文特征。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述上报指示模块，用于向所述转发设备下发流表，所述流表的匹配项包括：所述预定报文特征，所述流表的动作项包括：TTL减1，复制探测报文上报、上报报文转发信息。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
报文构造模块，用于根据待探测路径对应的源主机和目的主机，构造所述探测报文，所述探测报文的源IP地址为所述源主机的IP地址，目的IP地址为所述目的主机的IP地址；所述探测报文的源MAC地址为所述源主机的MAC地址，目的MAC地址是所述源主机连接的源转发设备的MAC地址；所述探测报文还携带所述控制器的控制器标识；
报文下发模块，用于将构造的所述探测报文下发至所述源转发设备，以触发所述源转发设备向目的主机连接的目的转发设备转发所述探测报文。
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