CN107835136A - 现有网络向软件定义网络过渡的交换机部署与路由方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种现有网络向软件定义网络过渡的交换机部署与路由方法，该方法主要适用于现有网络向软件定义网络的渐变过程中，如果在预算和实际条件的限制下，增加性的部署有限个软件定义网络交换机来达到网络中路由性能的优化和吞吐量的提高。该方法主要分为两大部分：软件定义网络交换机的增加部署和控制层通过对软件定义网络交换机的流表项进行增删改来达到网络中性能的改善。本发明可根据现有网络无法一时完全替代为软件定义网络的实际状况，提出一种增加性部署的混合软件定义网络，并给出相应的部署方式和路由方法，可以有效的缓解网络拥塞，具有很广阔的应用前景。

Description

现有网络向软件定义网络过渡的交换机部署与路由方法
技术领域
本发明属于网络交换机部署与路由技术领域，具体涉及一种在软件定义网络(Software Defined Network，SDN)中在现有网络向软件定义网络的过渡中增加性部署SDN交换机与相应的路由方法。
背景技术
由于现有网络架构的种种局限性，催生了SDN的产生。如果将网络中所有的网络设备视为被管理的资源，那么参考操作系统的原理，可以抽象出一个网络操作系统(NetworkOS)的概念-这个网络操作系统一方面抽象了底层网络设备的具体细节，同时还为上层应用提供了统一的管理视图和编程接口，这样，基于网络操作系统这个平台，用户可以开发各种应用程序，通过软件来定义逻辑上的网络拓扑，以满足对网络资源的不同需求，而无需关心底层网络的物理拓扑结构，这就是SDN。
SDN相对于传统的网络有很多优势。控制器可以掌握整个网络的状态、数据等拓扑信息，根据这些信息，可以实现很多功能，例如：(1)将开放式最短路径优先(Open ShortestPath First，OSPF)网络中的路径开销放在控制器中计算，比现有的计算方式快很多。(2)计算路由的速度会比原有的计算方式快很多。(3)可为一些问题预先提供解决方法，当问题出现时可以更快的解决。
由于软件定义网络的以上优势，SDN被用在越来越多的场景中。然而然后在现有网络向软件定义网络过渡升级的过程中，由于以下三点原因导致不能直接从现有网络完全转变成全软件定义网络。(1)现有网络中已经提供多种多样的服务，这些用户需求需要被保留，而如果我们完全放弃现有网络全部用软件定义网络设备会导致浪费或者降低用户体验。(2)由于SDN是一种新型的正在成长的技术，导致了大多数的软件和硬件还需要经过大量实际环境和长时间的尝试来进行检验这些软硬件的可靠性，比如在大规模的软件定义网络中OpenDayLight控制器就没有完全的得到支持，可靠性和稳定性都得不到保证。我们希望的是当这些SDN设备出现故障时，这个网络还是可以工作的，而混合软件定义网络恰恰是满足这一点的。(3)如果我们将网络中的设备完全替代为SDN设备时，那么需要的代价比替换部分的设备要大得多。(4)如果要完全替代的话，那么需要对现有网络中的软件和硬件进行重新的设计开发，导致的是工程量的大大上升。因此，从工程的难易度来考虑，我们希望能够降低难度。正是由于软件定义网络的完全替代更新带来了诸多的问题，我们希望能够增加部分的软件定义网络交换机，来降低难度，成本，保留原有服务，增加稳定性和可靠性。本发明增加性部署SDN交换机的目的由此而来。同时当部署了部分的SDN交换机之后，结果就是SDN控制器只能控制SDN交换机，因此对于再这样一个混合软件定义网络中，路由决策也是与全软件定义网络和现有分布式网路不一样的，这也是本发明混合SDN路由方法的出发点。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明目的是：提供了一种现有网络向软件定义网络过渡的交换机部署与路由方法，该方法根据实际的成本限制，增加性部署相应的SDN交换机，同时给出相应的路由策略。
本发明的技术方案是：
一种现有网络向软件定义网络过渡的交换机部署与路由方法，包括以下步骤：
S01：在现有网络中增加部署软件定义网络交换机，并确定部署软件定义网络交换机的个数k；；
S02：得到k个软件定义网络交换机的部署位置，并进行部署，部署的软件定义网络交换机与现有网络交换机共同组成整个网络；
S03：选择路由，通过控制层控制软件定义网络交换机的流表项，网络中的数据包经过软件定义网络交换机时，根据相应的流表项进行决策。
优选的，所述步骤S01中，部署软件定义网络交换机的个数由预算和实际难度确定。
优选的，所述软件定义网络交换机的部署位置通过对全网中可部署位置进行最大可控流的贪心选择得到。
优选的，所述步骤S03中，对于经过软件定义网络交换机的流，计算出多个可行的路径，利用贪心算法选取其中链路负载最轻的路径作为路由。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)该方法主要适用于现有网络向软件定义网络的渐变过程中，根据现有网络无法一时完全替代为软件定义网络的实际状况，提出一种增加性部署的混合软件定义网络，并给出相应的部署方式和路由方法，如果在预算和实际条件的限制下，增加性的部署有限个软件定义网络交换机来达到网络中路由性能的组合和吞吐量的最高。
(2)该方法不会对现有的网络进行构建删减，而是增加性的部署交换机。这样的话不仅会保证网络中的稳定性，同样的也会大大的利用SDN的灵活路由方式达到网络性能的提升，可以有效的环节网络拥塞，具有很广阔的应用前景。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明交换机增加部署与路由方法的流程图；
图2为本实施例的网络拓扑图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例：
本发明是基于混合SDN的SDN交换机部署和路由转发策略，本发明的原理在于两部分：增加性部署SDN交换机和混合SDN的路由算法。对于第一部分，选择增加性的部署是为了保证原有的网络拓扑和结构不被破坏，提高稳定性。同时选择SDN交换机的部署位置时选择的是经过的流的数量最多，这样的话可以实现网络中的SDN控制器控制的力度更大，更易于提高网络稳定性。对于第二部分，混合SDN的路由策略是选择多条可行路径中链路负载最轻的那条，这样可以避免现有分布式网络中的拥塞，大大提高网络性能。
本发明现有网络向软件定义网络过渡的交换机部署与路由方法，包括如下步骤：
(1)根据实际情况来确定在现有网络中部署的软件定义网络交换机的个数k；
(2)计算出k个软件定义交换机部署位置并将其部署到相应位置，与现有交换机共同组成整个网络，整个网络是混合软件定义网络；
(3)在混合软件定义网络中，通过控制层控制软件定义网络交换机的流表项，网络中的数据包经过软件定义交换机根据相应的流表项来决策。
本实施例的路由策略如下：
(1)k个SDN交换机部署策略：通过对全网中可部署位置进行最大可控流的贪心选择，得到相应的k个SDN交换机的部署位置，并相应部署SDN交换机。
(2)混合SDN路由策略：由于SDN交换机支持更加细粒度的优化，因此在混合SDN网络中，经过SDN交换机的流可以有多个可行的下一跳，而非传统交换机中的单一下一跳。因此对于经过SDN交换机的流，我们计算出多个可行的路径，我们利用贪心算法，选取其中链路负载最轻的那条路径作为路由，并根据计算出的路由有控制器来下发流表到每一个经过的SDN交换机上面，相应的SDN交换机再根据流表项来执行相应动作。这样SDN交换机的路由可以更加多样化。
SDN交换机个数k是由对预算和实际难度来确定的。
SDN交换机的部署是增加性的部署，这样不会破坏现有网络的拓扑结构和功能。当网络中SDN设备出现故障时，整个网络中仍然能够工作，这样可以保证网络的稳定性和可靠性
方法中原有交换机的路由方式不变，仍然采用之前分布式的路由算法，如最短路由算法。
增加性部署的SDN交换机的流表项可以被控制器修改，删除和建立，也就是说SDN交换机可以通过OpenFlow协议来被控制器控制。
对流表项的匹配可以是源IP，目的IP，或者其他字段，所以SDN交换机可以实现现有交换机的路由功能，如以目的地为匹配项的最短路径算法，这样就可以实现现有交换机的功能。更多的，SDN交换机可以实现更细粒度的控制，比如同时匹配源IP，目的IP等，来实现不同流的不同路由。优选的，所述方法中管理员根据OpenFlow协议在OpenFlow控制器中增加、删除、修改路由表项。
对于SDN交换机，其可以支持OpenFlow协议，交换机会匹配数据报头(packetheader)来选择转发路由。当存在多条匹配路由表项时，会选择优先级最高的路由表项转发。数据报头中的Priority字段为路由表项的优先级，优先级排序为：静态路由>动态路由>默认路由。同时，OpenFlow协议提供了增加、删除、修改路由表项的功能，为实现路由选择提供了操作接口。
数据报头如下所示：
Match Fields Priority Counters Instructions Timeouts Cookie
对于现有的传统交换机，由于其是分布式的，因此每个交换机都会自主根据信息决定路由，并不会全局考量。因此，当SDN交换机部署好之后，控制器会对SDN交换机路由控制，通过对这些支持OpenFlow协议的SDN减缓及的路由决策，从而达到网络性能的优化。
为了说明本发明框架，本实施例使用了如图2所示的网络，图中每条Router之间的链路代价是同样的，设为1，其中增加的SDN交换机SDN-FU与Router之间的链路代价是0.9。网络中有3条流，都是从交换机u1到u8的，对于Router之间的路由方式最短路径算法。实施步骤如下：
(1)根据实际的预算，我们得到要增加的SDN交换机SDN-FU的个数为1。
(2)设有三个可以增加部署SDN-FU的位置，如图中v1，v2，v3，我们要增加性的部署1个SDN-FU。通过贪心算法，选择经过流最多的SDN-FU位置v1。
(3)在v1位置部署了SDN-FU之后，我们通过控制器来改变SDN交换机的路由方式。
(4)通过控制SDN交换机v1的路由方式，将部分流导入到Routeru4来。
所述步骤(1)的作用是保证预算友好的，在每个相应的实际预算情况下得出能够部署的SDN-FU数量，本例中可以部署的数量是1。
在步骤(2)中，我们在所有的可行的部署位置中，位置v2不被选择的原因是增加的不是最短路径，不管是u4还是u6都不会将流的下一跳置为v2。所以v2本身并不会有其他的流被传输到这儿，其本身也就不具有灵活路由的功能。不选v3的原因是其虽然会缩短u2到u4的距离，但是本例中没有流经过v3，故本着贪心原则，我们选择流经流数量最多的v1位置。
在步骤(3)中我们观察通过v1的流，本着使网络中链路负载最低的目标，来改变路由表，改变路与方式。
在步骤(4)中观察到Routeru1会将流f1，f2，f3都转发到SDN-FUv1去，这样v1就可以控制这些流的路由方式，本来根据最短路径原则，这些流都会被转发到u6，走v1→u6→u8。这样的话会导致这些链路的负载较重，而另一条链路v1→u4→u7→ux上面没有负载。我们可以通过控制器改变路由方式，将其中的部分流走v1→u4→u7→u8这样的话就可以是的网络中的负载更低，路由方式也更灵活。可以看出增加性的部署SDN-FU可以使得网络中的路由性能更加灵活高效。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种现有网络向软件定义网络过渡的交换机部署与路由方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：在现有网络中增加部署软件定义网络交换机，并确定部署软件定义网络交换机的个数k；
S02：得到k个软件定义网络交换机的部署位置，并进行部署，部署的软件定义网络交换机与现有网络交换机共同组成整个网络；
S03：选择路由，通过控制层控制软件定义网络交换机的流表项，网络中的数据包经过软件定义网络交换机时，根据相应的流表项进行决策。
2.根据权利要求1所述的现有网络向软件定义网络过渡的交换机部署与路由方法，其特征在于，所述步骤S01中，部署软件定义网络交换机的个数由预算和实际难度确定。
3.根据权利要求1所述的现有网络向软件定义网络过渡的交换机部署与路由方法，其特征在于，所述软件定义网络交换机的部署位置通过对全网中可部署位置进行最大可控流的贪心选择得到。
4.根据权利要求1所述的软件定义网络中基于网络域划分的路由方法，其特征在于，所述步骤S03中，对于经过软件定义网络交换机的流，计算出多个可行的路径，利用贪心算法选取其中链路负载最轻的路径作为路由。
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