CN108011827A - 一种基于sdn的数据转发方法、系统以及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SDN的数据转发方法、系统以及控制器，涉及互联网技术领域，其中的方法包括：控制器接收到业务转发新路径中的节点网元发送的业务数据包；控制器确定节点网元用于转发业务数据包的新流表，并将业务数据包以及新流表发送至节点网元；节点网元基于新流表转发业务数据包。本发明的数据转发方法、系统以及控制器，新流转发无需等待一个全网端到端的最长时延，提高了转发效率，降低了控制器负载，能够保证业务质量。

Description

一种基于SDN的数据转发方法、系统以及控制器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于SDN的数据转发方法、系统以及控制器。

背景技术

软件定义网络(Software Defined Network，简称SDN)的概念是由美国斯坦福大学Cleanslate研究组提出的一种优化和简化网络操作的体系结构，其设计思想是将网络设备控制面与数据面分离，并实现可编程化控制，从而能以抽象化的方式解决网络的复杂性问题，其核心技术是OpenFlow。OpenFlow是一种用于控制器和网络设备间通信的协议，主要基于流的概念来匹配规则，并且规定了网络设备对报文的转发和编辑方式，通过控制器下发OpenFlow流表规则的方式配置网络设备的数据包处理机制，颠覆了传统网络的运行模式。网络设备需要维护一个流表来支持OpenFlow，并按流表进行数据转发,而流表的建立、维护及下发均由控制器来完成。

软件定义网络中控制器通过下发流表集中控制网元设备的流量转发，当网络状态发生改变时，需要下发新的流表进行配置更新。SDN网络中的流表从一套旧流表更新为一套新流表，每一个数据包在传输过程中，或者一直接受旧流表的控制，或者一直接受新流表的控制，不能依次接受旧流表、新流表的控制。当进行动态调整时，控制器将相应生成新的流表进行下发，但是涉及的网元设备在流表更新过程中无法保证新策略在同一时间生效，需要较长的更新时间，从而造成流量转发不正确或带来安全隐患并对控制器负载的压力较大。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种基于SDN的数据转发方法、系统以及控制器。

根据本发明的一个方面，提供一种基于SDN的数据转发方法，包括：控制器接收到业务转发新路径中的节点网元发送的业务数据包；所述控制器确定所述节点网元用于转发所述业务数据包的新流表，并将所述业务数据包以及所述新流表发送至所述节点网元；所述节点网元基于所述新流表转发所述业务数据包。

可选地，所述控制器确定所述业务转发新路径的初始节点网元用于转发所述业务数据包的第一新流表；所述控制器将所述初始节点网元中用于转发所述业务数据包的旧流表删除，并在所述初始节点网元上设置第一新流表获取规则；当接收到所述业务数据包时，如果所述初始节点网元中没有用于转发所述业务数据包的流表，则所述初始节点网元基于所述第一新流表获取规则将所述业务数据包发送给所述控制器，用以请求所述第一新流表。

可选地，所述控制器将所述业务数据包和所述第一新流表发送给所述初始节点网元；所述初始节点网元将用于转发所述业务数据包的流表更新为所述第一新流表，并基于所述第一新流表转发所述业务数据包。

可选地，所述控制器基于深度学习模型预测所述控制器的负载，根据所述控制器的负载确定所述第一新流表发送给所述初始节点网元的时间。

可选地，所述控制器确定所述业务转发新路径的后继节点网元用于转发所述业务数据包的第二新流表；所述控制器基于所述第二新流表更新所述后继节点网元中用于转发所述业务数据包的旧流表，并在所述后继节点网元上设置第二新流表获取规则；当接收到所述业务数据包时，如果所述后继节点网元确定对于旧流表的更新未完成，则基于所述第二新流表获取规则将所述业务数据包发送给所述控制器，用以请求所述第二新流表。

可选地，所述控制器将所述业务数据包和所述第二新流表发送给所述后继节点网元；所述后继节点网元基于所述第二新流表转发所述业务数据。

可选地，当接收到所述业务数据包时，如果所述后继节点网元确定对于旧流表的更新完成，则获取更新后用于转发所述业务数据包的所述第二新流表，根据所述第二新流表转发所述业务数据。

可选地，所述控制器监控业务转发旧路径中的节点网元；当所述控制器确定所述业务数据包通过所述业务转发旧路径中的节点网元时，则删除该节点网元中用于发送所述业务数据包的旧流表。

根据本发明的另一方面，提供一种控制器，包括：数据接收模块，用于接收业务转发新路径中的节点网元发送的业务数据包；流表确定模块，用于确定所述节点网元用于转发所述业务数据包的新流表；流表更新模块，用于将所述业务数据包以及所述新流表发送至所述节点网元，以使所述节点网元基于所述新流表转发所述业务数据包。

可选地，所述流表确定模块，还用于确定所述业务转发新路径的初始节点网元用于转发所述业务数据包的第一新流表；将所述初始节点网元中用于转发所述业务数据包的旧流表删除，并在所述初始节点网元上设置第一新流表获取规则；其中，当接收到所述业务数据包时，如果所述初始节点网元中没有用于转发所述业务数据包的流表，则所述初始节点网元基于所述第一新流表获取规则将所述业务数据包发送给所述数据接收模块，用以请求所述第一新流表。

可选地，所述流表更新模块，还用于将所述业务数据包和所述第一新流表发送给所述初始节点网元；其中，所述初始节点网元将用于转发所述业务数据包的流表更新为所述第一新流表，并基于所述第一新流表转发所述业务数据包。

可选地，所述流表确定模块，还用于基于深度学习模型预测所述控制器的负载，根据所述控制器的负载确定所述第一新流表发送给所述初始节点网元的时间。

可选地，所述流表确定模块，还用于确定所述业务转发新路径的后继节点网元用于转发所述业务数据包的第二新流表；所述流表更新模块，还用于基于所述第二新流表更新所述后继节点网元中用于转发所述业务数据包的旧流表，并在所述后继节点网元上设置第二新流表获取规则；当接收到所述业务数据包时，如果所述后继节点网元确定对于旧流表的更新未完成，则基于所述第二新流表获取规则将所述业务数据包发送给所述数据接收模块，用以请求所述第二新流表；所述流表更新模块，还用于将所述业务数据包和所述第二新流表发送给所述后继节点网元；其中，所述后继节点网元基于所述第二新流表转发所述业务数据。

可选地，如果所述后继节点网元确定对于旧流表的更新完成，则获取更新后用于转发所述业务数据包的所述第二新流表，根据所述第二新流表转发所述业务数据。

可选地，网元监控模块，用于监控业务转发旧路径中的节点网元；所述流表更新模块，还用于当确定所述业务数据包通过所述业务转发旧路径中的节点网元时，则删除该节点网元中用于发送所述业务数据包的旧流表。

根据本发明的又一方面，提供一种基于SDN的数据转发系统，包括：用于转发业务数据包的节点网元、如上所述的控制器。

本发明的基于SDN的数据转发方法、系统以及控制器，控制器在接收到节点网元发送的新的业务数据包后，将对应于此节点网元转发业务数据包的新流表以及业务数据包返回此节点网元，以使节点网元能够根据新流表发送业务数据包，新流转发无需等待一个全网端到端的最长时延，提高了转发效率，降低控制器负载。

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一简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的基于SDN的数据转发方法的一个实施例的流程示意图；

图2为流表更新的场景拓扑示意图；

图3为根据本发明的基于SDN的数据转发方法的另一个实施例的信息交互示意图；

图4为根据本发明的控制器的一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。下面结合各个图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

下文中的“第一”、“第二”等仅用于描述上相区别，并没有其它特殊的含义。

图1为根据本发明的基于SDN的数据转发方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示：

步骤101，控制器接收到业务转发新路径中的节点网元发送的业务数据包。

业务转发新路径为当网络拓扑发生变化时，控制器对于某类业务数据包确定的新的转发路径。节点网元可以为OpenFlow交换机等。节点网元可以是一条转发路径中的初始节点网元、后继节点网元。初始节点网元为转发路径中的第一个节点网元，后继节点网元为位于初始节点网元之后的节点网元。

步骤102，控制器确定节点网元用于转发业务数据包的新流表，并将业务数据包以及新流表发送至节点网元。

步骤103，节点网元基于新流表转发业务数据包。

上述实施例中的基于SDN的数据转发方法，控制器在接收到节点网元发送的新的业务数据包后，将对应于此节点网元转发业务数据包的新流表以及业务数据包返回此节点网元，以使节点网元能够根据新流表发送业务数据包，不需要在等待业务转发新路径中的所有节点网元都更新了新流表后才使用业务转发新路径发送数据，能够保证业务质量。

在一个实施例中，对于初始节点网元：控制器确定业务转发新路径的初始节点网元用于转发业务数据包的第一新流表。控制器将初始节点网元中用于转发业务数据包的旧流表删除，并在初始节点网元上设置第一新流表获取规则。当接收到业务数据包时，如果初始节点网元中没有用于转发业务数据包的流表，则初始节点网元基于第一新流表获取规则将业务数据包发送给控制器，用以请求第一新流表。

控制器将业务数据包和第一新流表发送给初始节点网元。初始节点网元将用于转发业务数据包的流表更新为第一新流表，并基于第一新流表转发业务数据包。

对于后继节点网元：控制器确定业务转发新路径的后继节点网元用于转发业务数据包的第二新流表。控制器基于第二新流表更新后继节点网元中用于转发业务数据包的旧流表，并在后继节点网元上设置第二新流表获取规则。当接收到业务数据包时，如果后继节点网元确定对于旧流表的更新未完成，则基于第二新流表获取规则将业务数据包发送给控制器，用以请求第二新流表。

控制器将业务数据包和第二新流表发送给后继节点网元。后继节点网元基于第二新流表转发业务数据。当接收到业务数据包时，如果后继节点网元确定对于旧流表的更新完成，则获取更新后用于转发业务数据包的第二新流表，根据第二新流表转发业务数据。

控制器监控业务转发旧路径中的节点网元。当控制器确定业务数据包通过业务转发旧路径中的节点网元时，则删除该节点网元中用于发送业务数据包的旧流表。

如图2所示，控制器分析流表更新的路径，并将流表项进行分类。业务转发新路径为b-f-g-e，业务转发旧路径为b-c-d-e。删除初始节点网元设备b上旧的流表，触发匹配该流的数据包以路径选择的方式上传控制器。控制器在后继节点网元设备f和g中写入待新增流表。

控制器基于预测模型对初始网元设备b中的流表进行修改，并发回之前上传的数据包，而无需等待一个业余数据包从b到e的延时。在通过业务转发旧路径转发的数据包经过节点网元c后，删除节点网元c上旧的流表项，在通过业务转发旧路径转发的数据包经过节点网元d后，删除节点网元d上旧的流表项。

控制器在整个网络拓扑结构中计算数据包转发路径，并采用流表方式下发给网元设备。当转发策略改变时，需要重新下发流表，并保证数据包在传输过程中按照同一种规则进行流表项处理。例如，对于某类数据包，其转发路径为a-b-c-d-e，当网络发生变化时，控制器计算新的转发路径为a-b-f-g-e。控制器对更新的流表进行分析和分类，划分为待新增的流表，待修改的流表，待删除的流表及公用流表等，并与相应的设备对应。

控制器删除初始节点网元设备b上的旧的流表，并配置触发匹配该流的数据包以路径选择的方式上传控制器，同时在后继网元设备f和g中写入待新增流表。控制器基于深度学习模型确定在某一时间对初始网元设备b中的流表进行修改，并返回之前上传的数据包。

例如，控制器基于深度学习模型预测控制器的负载，根据控制器的负载确定第一新流表发送给初始节点网元的时间。深度学习的概念源于人工神经网络的研究，深度学习通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。例如，深度信念网络(Deep Belief Nets，简称DBNs)就是一种无监督学习下的机器学习模型。深度学习能够通过底层的特征组合，抽象高层特征来实现数据的分布式表示，从而可以更好的刻画出数据的本质特征，从而用于非线性系统的预测中。深度学习模型可以为多种现有的深度学习模型。

例如，采用深度学习模型综合控制器负载F_load、交换机(节点网元)数目N、链路带宽利用率Y_i、流表下发时长T_j，并通过闭环反馈预测决策对于节点网元b中的流表下发时间t。对于有n条链路、N台交换机需要更新的网络，设模型的输入数据集为：

{F_load,Y_i,T_j,N}；

其中，链路带宽利用率Y_i＝X_i/B_i，X_i为该条链路流量,B_i为该条链路带宽，i＝1,2,....,n，j＝1,2,....,N。

输入数据集经过深度信念网络(deep belief networks，DBN)后的输出向量为H,则有：

H＝Ω(t)；

其中，Ω表示深度学习模型，采用DBNs网络模型，根据预测的控制器负载确定流表下发时间t，t小于等于业务数据包从节点网元或控制器等流出的时间。因此，网络中无需等待旧的业务数据流流出后再放入新流，新、旧流可并行传输，提升转发效率。

图3为根据本发明的基于SDN的数据转发方法的另一个实施例的信息交互示意图，如图3所示：

步骤301，控制器分析对于业务数据包的流表更新的路径，并将流表项进行分类。

步骤302，控制器删除初始节点网元设备旧的流表，触发匹配该流的数据包以路径选择的方式上传控制器。

步骤303，控制器在后继网元设备中写入待新增流表。

步骤304，控制器跟踪旧路经网元设备数据流的转发动态。

步骤305，新的业务数据包到达初始节点网元设备时，初始节点网元设备向控制器上传此新的业务数据包。

步骤306，控制器基于预测模型对初始网元设备中的流表进行修改，并发回之前上传的数据包，无需等待一个端到端的延时。例如，控制器根据深度学习模型预测向初始节点网元下发新的流表的时间，将新的流表发送至初始节点网元设备，初始节点网元设备对流表进行修改、更新。

步骤307，初始节点网元设备根据新的流表转发数据包。

步骤308，后继节点网元设备如果还没更新完流表，则向控制器上传数据包，等待流表更新完成后再转发。

步骤309，旧路径网元设备在已通过旧路径发送的数据包经过后删除旧的流表项。

上述实施例中的基于SDN的数据转发方法，控制器在接收到节点网元发送的新的业务数据包后，将对应于此节点网元转发业务数据包的新流表以及业务数据包返回此节点网元，以使节点网元能够根据新流表发送业务数据包，新流转发无需等待一个全网端到端的最长时延，提高了转发效率。

在一个实施例中，如图4所示，本发明提供一种控制器40，包括：数据接收模块41、流表确定模块42、流表更新模块43和网元监控模块44。数据接收模块41接收业务转发新路径中的节点网元发送的业务数据包。流表确定模块42确定节点网元用于转发业务数据包的新流表。流表更新模块43将业务数据包以及新流表发送至节点网元，以使节点网元基于新流表转发业务数据包。

流表确定模块42确定业务转发新路径的初始节点网元用于转发业务数据包的第一新流表。流表确定模块42将初始节点网元中用于转发业务数据包的旧流表删除，并在初始节点网元上设置第一新流表获取规则。当接收到业务数据包时，如果初始节点网元中没有用于转发业务数据包的流表，则初始节点网元基于第一新流表获取规则将业务数据包发送给数据接收模块41，用以请求第一新流表。

流表更新模块43将业务数据包和第一新流表发送给初始节点网元；初始节点网元将用于转发业务数据包的流表更新为第一新流表，并基于第一新流表转发业务数据包。流表确定模块42基于深度学习模型预测控制器的负载，根据控制器的负载确定第一新流表发送给初始节点网元的时间。

流表确定模块42确定业务转发新路径的后继节点网元用于转发业务数据包的第二新流表。流表更新模块43基于第二新流表更新后继节点网元中用于转发业务数据包的旧流表，并在后继节点网元上设置第二新流表获取规则。当接收到业务数据包时，如果后继节点网元确定对于旧流表的更新未完成，则基于第二新流表获取规则将业务数据包发送给数据接收模块41，用以请求第二新流表。

流表更新模块43将业务数据包和第二新流表发送给后继节点网元。后继节点网元基于第二新流表转发业务数据。如果后继节点网元确定对于旧流表的更新完成，则获取更新后用于转发业务数据包的第二新流表，根据第二新流表转发业务数据。

网元监控模块44监控业务转发旧路径中的节点网元。流表更新模块43当确定业务数据包通过业务转发旧路径中的节点网元时，则删除该节点网元中用于发送业务数据包的旧流表。

在一个实施例中，本发明提供一种基于SDN的数据转发系统，包括：用于转发业务数据包的节点网元、如上的控制器。

上述实施例中的基于SDN的数据转发方法、系统以及控制器，控制器在接收到节点网元发送的新的业务数据包后，将对应于此节点网元转发业务数据包的新流表以及业务数据包返回此节点网元，以使节点网元能够根据新流表发送业务数据包，新流转发无需等待一个全网端到端的最长时延，提高了转发效率，降低控制器负载，能够保证业务质量。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (16)

1.一种基于SDN的数据转发方法，其特征在于，包括：

控制器接收到业务转发新路径中的节点网元发送的业务数据包；

所述控制器确定所述节点网元用于转发所述业务数据包的新流表，并将所述业务数据包以及所述新流表发送至所述节点网元；

所述节点网元基于所述新流表转发所述业务数据包。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制器确定所述业务转发新路径的初始节点网元用于转发所述业务数据包的第一新流表；

所述控制器将所述初始节点网元中用于转发所述业务数据包的旧流表删除，并在所述初始节点网元上设置第一新流表获取规则；

当接收到所述业务数据包时，如果所述初始节点网元中没有用于转发所述业务数据包的流表，则所述初始节点网元基于所述第一新流表获取规则将所述业务数据包发送给所述控制器，用以请求所述第一新流表。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制器将所述业务数据包和所述第一新流表发送给所述初始节点网元；

所述初始节点网元将用于转发所述业务数据包的流表更新为所述第一新流表，并基于所述第一新流表转发所述业务数据包。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制器基于深度学习模型预测所述控制器的负载，根据所述控制器的负载确定所述第一新流表发送给所述初始节点网元的时间。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制器确定所述业务转发新路径的后继节点网元用于转发所述业务数据包的第二新流表；

所述控制器基于所述第二新流表更新所述后继节点网元中用于转发所述业务数据包的旧流表，并在所述后继节点网元上设置第二新流表获取规则；

当接收到所述业务数据包时，如果所述后继节点网元确定对于旧流表的更新未完成，则基于所述第二新流表获取规则将所述业务数据包发送给所述控制器，用以请求所述第二新流表。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制器将所述业务数据包和所述第二新流表发送给所述后继节点网元；

所述后继节点网元基于所述第二新流表转发所述业务数据。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

当接收到所述业务数据包时，如果所述后继节点网元确定对于旧流表的更新完成，则获取更新后用于转发所述业务数据包的所述第二新流表，根据所述第二新流表转发所述业务数据。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述控制器监控业务转发旧路径中的节点网元；

当所述控制器确定所述业务数据包通过所述业务转发旧路径中的节点网元时，则删除该节点网元中用于发送所述业务数据包的旧流表。

9.一种控制器，其特征在于，包括：

数据接收模块，用于接收业务转发新路径中的节点网元发送的业务数据包；

流表确定模块，用于确定所述节点网元用于转发所述业务数据包的新流表；

流表更新模块，用于将所述业务数据包以及所述新流表发送至所述节点网元，以使所述节点网元基于所述新流表转发所述业务数据包。

10.如权利要求9所述的控制器，其特征在于，

所述流表确定模块，还用于确定所述业务转发新路径的初始节点网元用于转发所述业务数据包的第一新流表；将所述初始节点网元中用于转发所述业务数据包的旧流表删除，并在所述初始节点网元上设置第一新流表获取规则；

其中，当接收到所述业务数据包时，如果所述初始节点网元中没有用于转发所述业务数据包的流表，则所述初始节点网元基于所述第一新流表获取规则将所述业务数据包发送给所述数据接收模块，用以请求所述第一新流表。

11.如权利要求10所述的控制器，其特征在于，

所述流表更新模块，还用于将所述业务数据包和所述第一新流表发送给所述初始节点网元；

其中，所述初始节点网元将用于转发所述业务数据包的流表更新为所述第一新流表，并基于所述第一新流表转发所述业务数据包。

12.如权利要求11所述的控制器，其特征在于，

所述流表确定模块，还用于基于深度学习模型预测所述控制器的负载，根据所述控制器的负载确定所述第一新流表发送给所述初始节点网元的时间。

13.如权利要求9或10所述的控制器，其特征在于，

所述流表确定模块，还用于确定所述业务转发新路径的后继节点网元用于转发所述业务数据包的第二新流表；

所述流表更新模块，还用于基于所述第二新流表更新所述后继节点网元中用于转发所述业务数据包的旧流表，并在所述后继节点网元上设置第二新流表获取规则；

当接收到所述业务数据包时，如果所述后继节点网元确定对于旧流表的更新未完成，则基于所述第二新流表获取规则将所述业务数据包发送给所述数据接收模块，用以请求所述第二新流表；

所述流表更新模块，还用于将所述业务数据包和所述第二新流表发送给所述后继节点网元；

其中，所述后继节点网元基于所述第二新流表转发所述业务数据。

14.如权利要求13所述的控制器，其特征在于，

如果所述后继节点网元确定对于旧流表的更新完成，则获取更新后用于转发所述业务数据包的所述第二新流表，根据所述第二新流表转发所述业务数据。

15.如权利要求9所述的控制器，其特征在于，还包括：

网元监控模块，用于监控业务转发旧路径中的节点网元；

所述流表更新模块，还用于当确定所述业务数据包通过所述业务转发旧路径中的节点网元时，则删除该节点网元中用于发送所述业务数据包的旧流表。

16.一种基于SDN的数据转发系统，其特征在于，包括：

用于转发业务数据包的节点网元、如权利要求9至15任一项所述的控制器。