CN108011815B - 网络控制方法以及软件定义网络设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络控制方法以及软件定义网络设备和系统，涉及城域网技术领域。其中的网络控制方法包括：当软件定义网络SDN设备与SDN控制器断开连接时，SDN设备发现能够连通的其他SDN设备，以形成连通域；连通域中的SDN设备选举出一个SDN设备作为连通域的控制器，被选举为控制器的SDN设备具有交换机功能和SDN控制器功能；被选举为控制器的SDN设备执行其SDN控制器功能，对连通域中的SDN设备进行转发控制。本发明通过将交换机功能和SDN控制器功能集成到同一个SDN设备，使SDN设备在断开与控制器断开连接后，能够在连通域中选举出SDN设备作为连通域的控制器，保证了连通域内的网络功能，使SDN网络的连通更可靠，并能够使连通域仍然具备集中控制的优点。

Description

网络控制方法以及软件定义网络设备和系统

技术领域

本发明涉及城域网技术领域，特别涉及一种网络控制方法以及软件定义网络设备和系统。

背景技术

目前，基于SDN(Software Defined Network，软件定义网络)技术的系统架构目前在IDC(Internet Data Center，互联网数据中心)、EPC(Evolve Packet Core，演进分组核心网)等应用场景下发展良好。然而，除了在IDC、EPC部署SDN之外，运营商也希望SDN技术可以在传统的城域网领域得到很好的发展与应用。

在城域网上，由于链路可靠性较低，经常会发生链路中断的情况。即使是双归拓扑或环型拓扑，也存在两条路径同时中断的可能。在传统的网络中，路由器采用动态路由协议，从而在网络收敛后仍能保证本地网络的连通性。

而在SDN架构下，由于控制器与交换机是分离的，控制器通常部署在较高的层面。并且，虽然通常情况下会有备份机制，但出于SDN的理念，控制器必定只有少数几台。因此，很可能产生交换机与控制器完全断开的情况，从而，失去了控制平面的交换机将不能正常工作。也就是说，传统路由器能实现的本地连通性也无法保证了。

发明内容

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：如何提高SDN架构中网络连通的可靠性。

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种网络控制方法，包括：当软件定义网络SDN设备与SDN控制器断开连接时，SDN设备发现能够连通的其他SDN设备，以形成连通域；连通域中的SDN设备选举出一个SDN设备作为连通域的控制器，被选举为控制器的SDN设备具有交换机功能和SDN控制器功能；被选举为控制器的SDN设备执行其SDN控制器功能，对连通域中的SDN设备进行转发控制。

在一个实施例中，连通域中的SDN设备选举出一个SDN设备作为连通域的控制器包括：连通域中的SDN设备交换SDN信息；连通域中的SDN设备根据获得的SDN信息和预设选举规则，选举一个SDN设备作为连通域的控制器。

在一个实施例中，方法还包括：当不同的连通域进行融合时，各个连通域中被选举为控制器的SDN设备交换SDN信息；根据SDN信息和预设选举规则，从各个连通域中被选举为控制器的SDN设备中选择其中的一个SDN设备作为融合后的连通域的控制器。

在一个实施例中，当SDN设备与SDN控制器断开连接时，各个SDN设备形成独立的连通域，并选择自身作为连通域的控制器；当连通域发现能够连通的其他连通域时，连通域的控制器与其他连通域的控制器交换SDN信息；根据SDN信息和预设选举规则，从连通域的控制器与其他连通域的控制器选择其中一个控制器，作为连通域和其他连通域融合后的连通域的控制器；重复上述融合过程，直至所有连通的SDN设备融合为一个连通域；一个连通域中的被选择为控制器的SDN设备执行其SDN控制器功能，对该连通域中的SDN设备进行转发控制。

在一个实施例中，SDN信息至少包括以下任意一种：SDN设备的优先级、网络层级、硬件配置信息、所属的连通域信息。

根据本发明实施例的第二个方面，提供一种软件定义网络SDN设备，包括：连通设备发现模块，用于当软件定义网络SDN设备与SDN控制器断开连接时，发现能够连通的其他SDN设备，以形成连通域；控制器选举模块，用于选举出一个SDN设备作为连通域的控制器，被选举为控制器的SDN设备具有交换机功能和SDN控制器功能；控制器功能模块，用于当SDN设备作为连通域的控制器时，对连通域中的所有SDN设备进行转发控制；交换机功能模块，用于根据连通域的控制器的指令进行数据转发。

在一个实施例中，控制器选举模块包括：信息交换单元，用于与连通域中的SDN设备交换SDN信息；选举单元，用于根据获得的SDN信息和预设选举规则，选举一个SDN设备作为连通域的控制器。

在一个实施例中，SDN设备还包括：信息获取模块，用于当SDN设备所在的连通域与其他连通域进行融合时，并且SDN设备被选举控制器时，与其他连通域的被选举为控制器的SDN设备交换SDN信息；控制器选择模块，用于根据SDN信息和预设选举规则，从各个连通域中被选举为控制器的SDN设备中选择其中的一个SDN设备作为融合后的连通域的控制器。

在一个实施例中，控制器功能模块进一步用于当SDN设备与SDN控制器断开连接并且SDN设备自身形成独立的连通域时，对SDN设备自身进行转发控制，并选择自身作为连通域的控制器；控制器选举模块包括：控制器交换信息单元，用于当连通域发现能够连通的其他连通域时，与其他连通域的控制器交换SDN信息；控制器选择单元，用于根据SDN信息和预设选举规则，从连通域的控制器与其他连通域的控制器选择其中一个控制器，作为连通域和其他连通域融合后的连通域的控制器。

在一个实施例中，SDN信息至少包括以下任意一种：SDN设备的优先级、网络层级、硬件配置信息、所属的连通域信息。

根据本发明实施例的第三个方面，提供一种软件定义网络SDN系统，包括：若干前述任一种SDN设备。

在一个实施例中，系统中的连通域包括至少一个SDN设备。

本发明通过将交换机功能和SDN控制器功能集成到同一个SDN设备，使SDN设备在断开与控制器断开连接后，能够在连通域中选举出SDN设备作为连通域的控制器，保证了连通域内的网络功能，使SDN网络的连通更可靠，并能够使连通域仍然具备集中控制的优点。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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1A、1B为本发明网络控制方法的应用场景示意图。

图2为本发明网络控制方法的一个实施例的流程图。

图3为本发明网络控制方法的另一个实施例的流程图。

图4为本发明SDN系统的一个实施例的结构图。

图5为本发明SDN系统的一个实施例的结构图。

图6为本发明SDN系统的另一个实施例的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中的SDN设备同时具有交换机功能和SDN控制器功能，即，交换机和SDN控制器在物理上是聚合于同一台设备的。然而，与传统的交换机所不同的是，本发明的SDN设备中的控制器模块可以实现对其他SDN设备中的交换机中的转发控制，因此，SDN设备中的交换机和SDN控制器在逻辑上是分离的。从而，本发明提供的方法、SDN设备和SDN系统既符合SDN架构的理念，又可以最大程度地提高网络连通的可靠性。

图1A、1B为本发明网络控制方法的应用场景示意图。在图1A、1B中，SDN网络例如可以为城域网网络，其中包括若干SDN设备和网络中心控制器。在网络正常并且网络中心控制器无故障时，各个SDN设备接受网络中心控制器的控制进行数据转发，如图1A所示。而当SDN设备与网络中心控制器之间的连接中断或者网络中心控制器发生故障时，连通的SDN设备形成连通域，并且在连通域中选举出SDN设备作为连通域的控制器，保证连通域中设备的数据转发工作，如图1B所示。其中，网络中心控制器是指在网络正常的情况下用于整个网络的转发控制的SDN控制器。

本领域的技术人员应当清楚，图1A和1B仅为本发明网络控制方法的一种应用场景，根据需要，该网络可以为一个完整的网络，或者为某个网络的一部分；网络中还可以包括其他设备，或者网络中也可以不包括网络中心控制器。

下面参考图2描述本发明一个实施例的网络控制方法。

图2为本发明网络控制方法的一个实施例的流程图。如图2所示，该实施例的方法包括：

步骤S202，当软件定义网络SDN设备与SDN控制器断开连接时，SDN设备发现能够连通的其他SDN设备，以形成连通域。

其中，SDN设备具有交换机功能和SDN控制器功能。

步骤S202中的SDN控制器可以为SDN设备，也可以为其他类型的控制器，例如在网络无故障时用于控制整个网络转发的网络中心控制器。

连通域中的所有设备之间是通信可达的。SDN设备例如可以记录其所属的连通域标识，同一连通域中的所有设备可以在发现连通设备时交换连通域标识并进行比对，如果不一致，可以按照预设的规则确定统一的连通域标识。

步骤S204，连通域中的SDN设备选举出一个SDN设备作为连通域的控制器，被选举为控制器的SDN设备具有交换机功能和SDN控制器功能。

选举控制器的一种方法为：连通域中的SDN设备交换SDN信息，并根据获得的SDN信息和预设选举规则，选举一个SDN设备作为连通域的控制器。

SDN信息例如可以为：SDN设备的优先级、网络层级、硬件配置信息、所属的连通域信息。SDN设备的优先级可以是预设的并且保存在SDN设备中的，优先级高的SDN设备可以作为连通域的控制器，例如网络中心控制器被设置为具有最高的优先级；网络层级例如可以包括接入层、汇聚层、核心层等等，处于较高层级的SDN设备可以作为连通域的控制器；硬件配置信息反映了SDN设备的性能，例如存储空间、计算能力等等，配置高、性能好的SDN设备可以作为连通域的控制器；所属的连通域信息为SDN设备所述的连通域内部的链路状况、设备状况等等。

当SDN信息包括多种类型，选举规则还可以包括各个类型的优先级。例如，如果网络层级的优先级高于硬件配置信息，则当SDN设备A的网络层级高于SDN设备B时，不论二者的硬件配置信息如何，均选择SDN设备A作为控制器。此外，还可以赋予各个类型不同的权重，通过加权计算的结果确定控制器等等。

步骤S206，被选举为控制器的SDN设备执行其SDN控制器功能，对连通域中的SDN设备进行转发控制。

选举出的SDN设备作为连通域的控制器，而未被选举的SDN设备则作为交换机进行数据转发，未被选举的SDN设备中的控制器功能处于备用状态。

通过将交换机功能和SDN控制器功能集成到同一个SDN设备，使SDN设备在断开与控制器断开连接后，能够在连通域中选举出SDN设备作为连通域的控制器，保证了连通域内的网络功能，使SDN网络的连通更可靠，并能够使连通域仍然具备集中控制的优点。

此外，当网络中链路的故障恢复后，原来彼此独立的不同连通域可能恢复连通状态，此时需要重新选举控制器。选举控制器的方式可以采用步骤S202～S206的方式，即从融合后的连通域中的所有SDN设备中重新选举出控制器。此外，还可以采用仅从现有的控制器中选择新的控制器的方式。下面参考图3描述本发明另一个实施例的网络控制方法。

图3为本发明网络控制方法的另一个实施例的流程图。如图3所示，该实施例的方法包括：

步骤S302，当不同的连通域进行融合时，各个连通域中被选举为控制器的SDN设备交换SDN信息。

步骤S304，根据SDN信息和预设选举规则，从各个连通域中被选举为控制器的SDN设备中选择其中的一个SDN设备作为融合后的连通域的控制器。

SDN信息和选择方法可以参考步骤S204。

从而，可以在网络恢复时，确定新的连通域的控制器。

特别地，当新的连通域中包括网络中心控制器，并且选举的规则为网络中心控制器优先时，可以使恢复后的网络自动地采用原有的控制器进行网络控制，对网络的影响较小。

在上述各个实施例中，连通域包括至少一个SDN设备。一个SDN设备也可以被视为一个连通域。

本发明方法可以首先确定连通域，再选举连通域中的控制器。此外，还可以随着发现连通的SDN设备和连通域的扩大逐步确定连通域的控制器。

一个实施例为，当SDN设备与SDN控制器断开连接时，各个SDN设备形成独立的连通域，即连通域只包括一个SDN设备，并选择自身作为连通域的控制器；当连通域发现能够连通的其他连通域时，连通域的控制器与其他连通域的控制器交换SDN信息；根据SDN信息和预设选举规则，从连通域的控制器与该其他连通域的控制器选择其中一个控制器，作为连通域和该其他连通域融合后的连通域的控制器；重复上述融合过程，直至所有连通的SDN设备融合为一个连通域；一个连通域中的被选择为控制器的SDN设备执行其SDN控制器功能，对该连通域中的SDN设备进行转发控制。

例如，当网络中心控制器产生故障，网络中的设备失去了与网络中心控制器的连接。此时，网络中的每个SDN设备均可以视为一个连通域。例如，在初始阶段，SDN设备A所属的连通域中仅包括A，因此该连通域中的控制器为A。A发现与SDN设备B连通，B所属的连通域仅包括B。A和B形成新的连通域X，A与B交换SDN信息后选举A作为该连通域的控制器。然后，连通域X发现与连通域Y连通，连通域Y的控制器为SDN设备C，则连通域X和Y形成新的连通域Z，A与C交换SDN信息后选举C作为连通域Z的控制器。以此类推，直至所有连通的SDN设备位于同一个连通域。从而，可以使网络快速地恢复连通状态。

下面参考图4描述本发明一个实施例的SDN系统。

图4为本发明SDN系统的一个实施例的结构图。如图4所示，该实施例的系统包括若干SDN设备40。

其中，系统中的连通域可以包括至少一个SDN设备40。

此外，系统还可以包括网络中心控制器，可以在网络和设备无故障时对系统中的所有SDN设备40进行转发控制。

下面参考图5描述本发明一个实施例的SDN设备。

图5为本发明SDN系统的一个实施例的结构图。如图5所示，该实施例的SDN设备40包括：连通设备发现模块51，用于当SDN设备40与SDN控制器断开连接时，发现能够连通的其他SDN设备40，以形成连通域；控制器选举模块52，用于选举出一个SDN设备40作为连通域的控制器，被选举为控制器的SDN设备40具有交换机功能和SDN控制器功能；控制器模块53，用于当SDN设备40作为连通域的控制器时，对连通域中的所有SDN设备40进行转发控制；交换机模块54，用于根据连通域的控制器的指令进行数据转发。

其中，SDN信息可以至少包括以下任意一种：SDN设备的优先级、网络层级、硬件配置信息、所属的连通域信息。

下面参考图6描述本发明另一个实施例的SDN设备。

图6为本发明SDN系统的另一个实施例的结构图。如图6所示，该实施例的控制器选举模块52可以包括：信息交换单元621，用于与连通域中的SDN设备40交换SDN信息；选举单元622，用于根据获得的SDN信息和预设选举规则，选举一个SDN设备40作为连通域的控制器。

此外，SDN设备40还可以包括：信息获取模块65，用于当SDN设备40所在的连通域与其他连通域进行融合时，并且SDN设备40被选举控制器时，与其他连通域的被选举为控制器的SDN设备40交换SDN信息；控制器选择模块66，用于根据SDN信息和预设选举规则，从各个连通域中被选举为控制器的SDN设备40中选择其中的一个SDN设备40作为融合后的连通域的控制器。

其中，控制器模块53可以进一步用于当SDN设备40与SDN控制器断开连接并且SDN设备40自身形成独立的连通域时，对SDN设备40自身进行转发控制，并选择自身作为连通域的控制器；控制器选举模块52还可以包括：控制器交换信息单元623，用于当连通域发现能够连通的其他连通域时，与其他连通域的控制器交换SDN信息；控制器选择单元624，用于根据SDN信息和预设选举规则，从连通域的控制器与其他连通域的控制器选择其中一个控制器，作为连通域和其他连通域融合后的连通域的控制器。

此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读介质，在该计算机可读介质上存储有用于执行本发明的方法中限定的上述功能的计算机程序。本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。

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 (8)

1.一种网络控制方法，其特征在于，包括：

当软件定义网络SDN设备与SDN控制器断开连接时，SDN设备发现能够连通的其他SDN设备，以形成连通域；

连通域中的SDN设备选举出一个SDN设备作为所述连通域的控制器，被选举为控制器的SDN设备具有交换机功能和SDN控制器功能，其中，当SDN设备与SDN控制器断开连接时，各个SDN设备形成独立的连通域，并选择自身作为所述连通域的控制器；当所述连通域发现能够连通的其他连通域时，所述连通域的控制器与所述其他连通域的控制器交换SDN信息；根据所述SDN信息和预设选举规则，从所述连通域的控制器与所述其他连通域的控制器选择其中一个控制器，作为所述连通域和所述其他连通域融合后的连通域的控制器；重复上述融合过程，直至所有连通的SDN设备融合为一个连通域；

被选举为控制器的SDN设备执行其SDN控制器功能，对所述连通域中的SDN设备进行转发控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连通域中的SDN设备选举出一个SDN设备作为所述连通域的控制器包括：

连通域中的SDN设备交换SDN信息；

连通域中的SDN设备根据获得的SDN信息和预设选举规则，选举一个SDN设备作为所述连通域的控制器。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述SDN信息至少包括以下任意一种：SDN设备的优先级、网络层级、硬件配置信息、所属的连通域信息。

4.一种软件定义网络SDN设备，其特征在于，包括：

连通设备发现模块，用于当软件定义网络SDN设备与SDN控制器断开连接时，发现能够连通的其他SDN设备，以形成连通域，其中，所述SDN设备同时具有交换机功能和SDN控制器功能；

控制器选举模块，用于选举出一个SDN设备作为所述连通域的控制器，被选举为控制器的SDN设备具有交换机功能和SDN控制器功能，其中，所述控制器选举模块包括：控制器交换信息单元，用于当所述连通域发现能够连通的其他连通域时，与所述其他连通域的控制器交换SDN信息；以及，控制器选择单元，用于根据所述SDN信息和预设选举规则，从所述连通域的控制器与所述其他连通域的控制器选择其中一个控制器，作为所述连通域和所述其他连通域融合后的连通域的控制器；

控制器功能模块，用于当所述SDN设备作为所述连通域的控制器时，对所述连通域中的所有SDN设备进行转发控制，其中，当SDN设备与SDN控制器断开连接并且所述SDN设备自身形成独立的连通域时，对所述SDN设备自身进行转发控制，并选择自身作为所述连通域的控制器；

交换机功能模块，用于根据所述连通域的控制器的指令进行数据转发。

5.根据权利要求4所述的SDN设备，其特征在于，所述控制器选举模块包括：

信息交换单元，用于与所述连通域中的SDN设备交换SDN信息；

选举单元，用于根据获得的SDN信息和预设选举规则，选举一个SDN设备作为所述连通域的控制器。

6.根据权利要求5所述的SDN设备，其特征在于，所述SDN信息至少包括以下任意一种：SDN设备的优先级、网络层级、硬件配置信息、所属的连通域信息。

7.一种软件定义网络SDN系统，其特征在于，包括：

若干权利要求4-6中任一项所述的SDN设备。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统中的连通域包括至少一个SDN设备。

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