CN109120525B - 用于sdn的路径确定方法、装置、sdn控制器及网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于SDN的路径确定方法、装置、SDN控制器及网络，其中的方法包括：获取SDN网络的网络拓扑信息和SDN网络中SDN节点的流表空间利用率；根据网络拓扑信息和流表空间利用率生成数据转发路径；向数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表信息。本发明的方法、装置、SDN控制器及网络，在计算数据转发路径时，不仅考虑节点间的链路度量，还考虑节点本身的流表空间利用情况，能够均衡全网节点流表空间利用率，在转发节点有限的流表存储容量下，可以接入更多的业务和应用，具有相对较低的转发时延和丢包率，能够提升业务服务质量，提高用户感受度。

Description

用于SDN的路径确定方法、装置、SDN控制器及网络

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，尤其涉及一种用于SDN的路径确定方法、装置、SDN控制器及网络。

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，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能。目前，在基于OpenFlow的SDN网络中，OpenFlow交换机采用流表项匹配方式处理数据分组。在运营商大规模网络中，SDN网络需要满足层出不穷的新应用的承载需求，有可能导致交换机流表急剧膨胀，从而影响OpenFlow交换机的性能，导致丢包率和处理时延增大，甚至业务中断。

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用于SDN的路径确定方法、装置、SDN控制器及网络。

根据本发明的一个方面，提供一种用于SDN的路径确定方法，包括:获取SDN网络的网络拓扑信息和所述SDN网络中SDN节点的流表空间利用率；根据所述网络拓扑信息和所述流表空间利用率生成数据转发路径；向所述数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表信息。

可选地，所述根据所述网络拓扑信息和所述流表空间利用率生成数据转发路径包括：接收到第一SDN节点发送的流表分配请求；根据所述流表分配请求确定宿节点为第二SDN节点；根据所述SDN网络中SDN节点的接口代价度量值和流表空间利用率计算出SDN节点的节点综合代价；基于所述节点综合代价计算出所述第一SDN节点与所述第二SDN节点之间的数据转发路径。

可选地，计算SDN节点的节点综合代价Cost＝α*Metric+β*Memory；其中，Metric为SDN节点的接口代价度量值，Memory为SDN节点的流表空间利用率，α和β为权重系数。

可选地，接收到所述第一SDN节点发送的Packet-in消息；其中，当所述第一SDN节点接收到需要转发的数据包时，如果确定本地没有存储与所述数据包匹配的流表项，则将数据包封装在Packet-in消息中并上传，用以请求流表分配；解析所述Packet-in消息，获取所述数据包携带的目的IP地址，基于所述目的IP地址确定宿节点为所述第二SDN节点。

可选地，基于所述节点综合代价计算所述数据转发路径采用的算法包括：最短路径优先算法。

可选地，在计算出所述数据转发路径后，通过Flow-Mod消息向所述数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表项。

可选地，实时收集并维护所述SDN网络的全网拓扑信息；接收到所述SDN网络中SDN节点上报的流表空间利用率，其中，SDN节点上报流表空间利用率的方式包括：基于预设的时间间隔周期性地上报流表空间利用率或当确定本地的流表空间利用率的变化超过预设的阈值时上报流表空间利用率。

可选地，所述SDN节点包括：OpenFlow交换机。

根据本发明的另一方面，提供一种用于SDN的路径确定装置，包括:信息获取模块，用于获取SDN网络的网络拓扑信息和所述SDN网络中SDN节点的流表空间利用率；路径生成模块，用于根据所述网络拓扑信息和所述流表空间利用率生成数据转发路径；流表下发模块，用于向所述数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表信息。

可选地，所述路径生成模块，包括：节点确定单元，用于接收第一SDN节点发送的流表分配请求，根据所述流表分配请求确定宿节点为第二SDN节点，代价值计算单元，用于根据所述SDN网络中SDN节点的接口代价度量值和流表空间利用率计算出SDN节点的节点综合代价；路径计算单元，用于基于所述节点综合代价计算出所述第一SDN节点与所述第二SDN节点之间的数据转发路径。

可选地，所述代价值计算单元计算SDN节点的节点综合代价Cost＝α*Metric+β*Memory；其中，Metric为SDN节点的接口代价度量值，Memory为SDN节点的流表空间利用率，α和β为权重系数。

可选地，所述节点确定单元接收到所述第一SDN节点发送的Packet-in消息；其中，当所述第一SDN节点接收到需要转发的数据包时，如果确定本地没有存储与所述数据包匹配的流表项，则将数据包封装在Packet-in消息中并上传，用以请求流表分配；所述节点确定单元解析所述Packet-in消息，获取所述数据包携带的目的IP地址，基于所述目的IP地址确定宿节点为所述第二SDN节点。

可选地，所述路径计算单元基于所述节点综合代价计算所述数据转发路径采用的算法包括：最短路径优先算法。

可选地，所述流表下发模块，还用于在计算出所述数据转发路径后，通过Flow-Mod消息向所述数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表项。

可选地，所述信息获取模块，还用于实时收集并维护所述SDN网络的全网拓扑信息；接收到所述SDN网络中SDN节点上报的流表空间利用率，其中，SDN节点上报流表空间利用率的方式包括：基于预设的时间间隔周期性地上报流表空间利用率或当确定本地的流表空间利用率的变化超过预设的阈值时上报流表空间利用率。

根据本发明的又一方面，提供一种SDN控制器，包括：如上所述的用于SDN的路径确定装置。

根据本发明的又一方面，提供一种SDN网络，包括：如上所述的SDN控制器。

根据本发明的又一方面，提供一种用于软件定义网络SDN的路径确定装置，其特征在于，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如上所述的用于软件定义网络SDN的路径确定方法。

根据本发明的再一方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上所述的用于软件定义网络SDN的路径确定方法。

本发明的用于SDN的路径确定方法、装置、SDN控制器及网络，在计算数据转发路径时，不仅考虑节点间的链路度量，而且考虑节点本身的流表空间利用情况，能够均衡全网节点流表空间利用率，在转发节点有限的流表存储容量下，可以接入更多的业务和应用，能够提升业务服务质量，提高用户感受度。

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为根据本发明的用于SDN的路径确定方法的一个实施例的流程图；

图2为根据本发明的用于SDN的路径确定方法的一个实施例中基于OpenFlow的SDN网络示意图；

图3为根据本发明的用于SDN的路径确定方法的另一个实施例中确定数据转发路径的示意图；

图4为根据本发明的用于SDN的路径确定装置的一个实施例的模块示意图；

图5为根据本发明的用于SDN的路径确定装置的一个实施例中路径生成模块的模块示意图；

图6为根据本发明的用于SDN的路径确定装置的另一个实施例的模块示意图。

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为根据本发明的用于SDN的路径确定方法的一个实施例的流程图，如图1所示：

步骤101，获取SDN网络的网络拓扑信息和SDN网络中SDN节点的流表空间利用率。SDN节点包括OpenFlow交换机等。

步骤102，根据网络拓扑信息和流表空间利用率生成数据转发路径。

步骤103，向数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表信息。

在现有技术中，通常根据节点间链路度量选择最短路径，没有考虑节点流表空间利用率情况。如果流表存储空间占用过多甚至溢出，会降低交换机处理性能，导致丢包率和处理时延增大，甚至业务中断，因此，流表空间利用率也是选择节点时需要考虑的关键因素。

上述实施例中的用于SDN的路径确定方法，在选择一条由多个节点构成的端到端的转发路径时，不仅考虑节点间的链路度量，还考虑节点本身的流表空间利用情况，在转发节点有限的流表存储容量下，可以接入更多的业务和应用，同时提升网络服务能力和服务质量。

在一个实施例中，接收到第一SDN节点发送的流表分配请求，根据流表分配请求确定宿节点为第二SDN节点，根据SDN网络中SDN节点的接口代价度量值和流表空间利用率计算出SDN节点的节点综合代价，基于节点综合代价计算出第一SDN节点与第二SDN节点之间的数据转发路径。

计算SDN节点的节点综合代价的公式为：

Cost＝α*Metric+β*Memory (1－1)；

Cost为节点综合代价，Metric为SDN节点的接口代价度量值，Memory为SDN节点的流表空间利用率，α和β为权重系数。Metric可以为SDN节点的接口度量，可以是静态链路带宽、链路带宽利用率、节点转发时延或它们任意组合的函数等，Memory可以根据存储流表项数目的动态变化而变化，α和β可根据网络应用加以调整。

如图2所示，OpenFlow交换机根据预先安装或由SDN控制器下发的流表项实现对报文流的修改、转发或丢弃等动作。计算OpenFlow交换机的节点代价，即节点综合代价，可以采用公式1－1进行计算。

当第一SDN节点接收到需要转发的数据包时，如果确定本地没有存储与数据包匹配的流表项，则将数据包封装在Packet-in消息中并上传，用以请求流表分配。接收到第一SDN节点发送的Packet-in消息，解析Packet-in消息，获取数据包携带的目的IP地址，基于目的IP地址确定宿节点为第二SDN节点。在计算出数据转发路径后，通过Flow-Mod消息向数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表项。

如图2所示，当SDN网络中的OpenFlow交换机从入端口接收到一条业务流时查找流表项，若在存储中找到一条流匹配项，则按照流表项指示转发到指定的出端口，若没有找到匹配的流表项，OpenFlow交换机将数据包封装在Packet-in消息中并发送给SDN控制器。

SDN控制器解析Packet-in消息中的数据包，根据该数据包头包含的目的IP地址得到数据包出端口的宿节点。SDN控制器以发送Packet-in消息的OpenFlow交换机作为根节点，以根据公式1－1计算出的OpenFlow交换机节点代价作为综合度量，运行基于Dijkstra最短路径优先算法，得到一条达到目的网络的最优路径，然后向沿最优路径的每个OpenFlow交换机通过Flow-Mod消息下发流表项。

实时收集并维护SDN网络的全网拓扑信息，接收到SDN网络中SDN节点上报的流表空间利用率，SDN节点上报流表空间利用率的方式包括：基于预设的时间间隔周期性地上报流表空间利用率、当确定本地的流表空间利用率的变化超过预设的阈值时上报流表空间利用率等。例如，SDN节点基于5秒周期性地向SDN控制器上报流表空间利用率、SDN节点基于事件驱动(例如本地的流表空间利用率的变化超过5％)向SDN控制器上报流表空间利用率。

图3为根据本发明的用于SDN的路径确定方法的另一个实施例中确定数据转发路径的示意图，如图3所示：源网络连入入口节点1，可经由转发节点2和节点3的路径AB或经由转发节点4和节点5的路径CD到达目的网络。假定节点2和节点3的接口代价度量Metric值都为1/3，节点4和节点5的接口代价度量Metric值都为1/2。权重系数α和β都设置为1。又假定起初所有节点都未安装流表项，因此流表空间利用率都为0，并假设所有节点的最多可安装10000条流表项。

当入口节点为一条新的业务流请求选择转发路径时，SDN控制器根据公式1－1计算路径。起初，路径AB的综合代价为节点2和节点3的综合代价之和，计算得到路径AB的综合代价为2/3。路径CD的综合代价为节点4和节点5的综合代价之和，计算得到路径CD的综合代价为1。由于路径AB的综合度量小于路径CD的综合度量，SDN控制器为前面达到的流选择路径AB。

随着新的业务流源源不断进入网络并选择最短路径AB，路径AB上节点2和节点3的流表空间利用率逐渐上升，当节点2和节点3的流表空间利用率达到1/6时，路径AB综合代价等于路径CD的综合代价。后续新的业务流将轮流由路径AB和路径CD交替承载。最终将各有10000条业务流分别承载在路径AB和路径CD上。现有技术仅以接口度量作为节点代价，业务流只能全部承载在路径AB上，且最多容纳10000条流，这时路径CD却被完全闲置。

上述实施例提供的用于SDN的路径确定方法，在计算数据转发路径时，不仅考虑节点间的链路度量，还考虑节点本身的流表空间利用情况，能够均衡全网节点流表空间利用率，在转发节点有限的流表存储容量下，可以接入更多的业务和应用，具有相对较低的转发时延和丢包率，能够提升业务服务质量，提高用户感受度。

如图4所示，本发明提供一种用于软件定义网络SDN的路径确定装置40，包括:信息获取模块41、路径生成模块42和流表下发模块43。信息获取模块41获取SDN网络的网络拓扑信息和SDN网络中SDN节点的流表空间利用率。路径生成模块42根据网络拓扑信息和流表空间利用率生成数据转发路径。流表下发模块43向数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表信息。

信息获取模块41实时收集并维护SDN网络的全网拓扑信息。信息获取模块41接收SDN网络中SDN节点上报的流表空间利用率。SDN节点上报流表空间利用率的方式包括：基于预设的时间间隔周期性地上报流表空间利用率、当确定本地的流表空间利用率的变化超过预设的阈值时上报流表空间利用率等。

如图5所示，路径生成模块42包括：节点确定单元421、代价值计算单元422和路径计算单元423。节点确定单元421接收第一SDN节点发送的流表分配请求，根据流表分配请求确定宿节点为第二SDN节点。代价值计算单元422根据SDN网络中SDN节点的接口代价度量值和流表空间利用率计算出SDN节点的节点综合代价。路径计算单元423基于节点综合代价计算出第一SDN节点与第二SDN节点之间的数据转发路径。

代价值计算单元423计算SDN节点的节点综合代价Cost＝α*Metric+β*Memory，Metric为SDN节点的接口代价度量值，Memory为SDN节点的流表空间利用率，α和β为权重系数。

当第一SDN节点接收到需要转发的数据包时，如果确定本地没有存储与数据包匹配的流表项，则将数据包封装在Packet-in消息中并上传，用以请求流表分配。节点确定单元421接收到第一SDN节点发送的Packet-in消息，解析Packet-in消息，获取数据包携带的目的IP地址，基于目的IP地址确定宿节点为第二SDN节点。

路径计算单元423基于节点综合代价计算数据转发路径采用的算法包括最短路径优先算法等。流表下发模块43在计算出数据转发路径后，通过Flow-Mod消息向数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表项。

图6为根据本发明的用于SDN的路径确定装置的另一个实施例的模块示意图。如图6所示，该装置可包括存储器61、处理器62、通信接口63以及总线64。存储器61用于存储指令，处理器62耦合到存储器61，处理器62被配置为基于存储器61存储的指令执行实现上述的用于SDN的路径确定方法。

存储器61可以为高速RAM存储器、非易失性存储器(non-volatile memory)等，存储器61也可以是存储器阵列。存储器61还可能被分块，并且块可按一定的规则组合成虚拟卷。处理器62可以为中央处理器CPU，或专用集成电路ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明的用于SDN的路径确定方法的一个或多个集成电路。

在一个实施例中，本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，指令被处理器执行时实现如上任一个实施例中的用于SDN的路径确定方法。

在一个实施例中，本发明提供一种SDN控制器，包括如上任一实施例中的用于软件定义网络SDN的路径确定装置。

在一个实施例中，本发明的提供一种SDN网络，包括如上任一实施例中的SDN控制器。

上述实施例提供的用于SDN的路径确定方法、装置、SDN控制器及网络，在计算数据转发路径时，不仅考虑节点间的链路度量，还考虑节点本身的流表空间利用情况，能够均衡全网节点流表空间利用率，在转发节点有限的流表存储容量下，可以接入更多的业务和应用，具有相对较低的转发时延和丢包率，能够提升业务服务质量，提高用户感受度。

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 (15)

1.一种用于软件定义网络SDN的路径确定方法，其特征在于，包括:

获取SDN网络的网络拓扑信息和所述SDN网络中SDN节点的流表空间利用率；根据所述网络拓扑信息和所述流表空间利用率生成数据转发路径；

其中，接收到第一SDN节点发送的流表分配请求；根据所述流表分配请求确定宿节点为第二SDN节点；根据所述SDN网络中SDN节点的接口代价度量值和流表空间利用率计算出SDN节点的节点综合代价Cost＝α*Metric+β*Memory；其中，Metric为SDN节点的接口代价度量值，Memory为SDN节点的流表空间利用率，α和β为权重系数；基于所述节点综合代价计算出所述第一SDN节点与所述第二SDN节点之间的数据转发路径；

向所述数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

接收到所述第一SDN节点发送的Packet-in消息；

其中，当所述第一SDN节点接收到需要转发的数据包时，如果确定本地没有存储与所述数据包匹配的流表项，则将数据包封装在Packet-in消息中并上传，用以请求流表分配；

解析所述Packet-in消息，获取所述数据包携带的目的IP地址，基于所述目的IP地址确定宿节点为所述第二SDN节点。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

基于所述节点综合代价计算所述数据转发路径采用的算法包括：最短路径优先算法。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

在计算出所述数据转发路径后，通过Flow-Mod消息向所述数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表项。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

实时收集并维护所述SDN网络的全网拓扑信息；

接收到所述SDN网络中SDN节点上报的流表空间利用率，其中，SDN节点上报流表空间利用率的方式包括：基于预设的时间间隔周期性地上报流表空间利用率或当确定本地的流表空间利用率的变化超过预设的阈值时上报流表空间利用率。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述SDN节点包括：OpenFlow交换机。

7.一种用于软件定义网络SDN的路径确定装置，其特征在于，包括:

信息获取模块，用于获取SDN网络的网络拓扑信息和所述SDN网络中SDN节点的流表空间利用率；

路径生成模块，用于根据所述网络拓扑信息和所述流表空间利用率生成数据转发路径；

其中，所述路径生成模块，包括：

节点确定单元，用于接收第一SDN节点发送的流表分配请求，根据所述流表分配请求确定宿节点为第二SDN节点；

代价值计算单元，用于根据所述SDN网络中SDN节点的接口代价度量值和流表空间利用率计算出SDN节点的节点综合代价Cost＝α*Metric+β*Memory；其中，Metric为SDN节点的接口代价度量值，Memory为SDN节点的流表空间利用率，α和β为权重系数；

路径计算单元，用于基于所述节点综合代价计算出所述第一SDN节点与所述第二SDN节点之间的数据转发路径；

流表下发模块，用于向所述数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表信息。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述节点确定单元接收到所述第一SDN节点发送的Packet-in消息；其中，当所述第一SDN节点接收到需要转发的数据包时，如果确定本地没有存储与所述数据包匹配的流表项，则将数据包封装在Packet-in消息中并上传，用以请求流表分配；

所述节点确定单元解析所述Packet-in消息，获取所述数据包携带的目的IP地址，基于所述目的IP地址确定宿节点为所述第二SDN节点。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述路径计算单元基于所述节点综合代价计算所述数据转发路径采用的算法包括：最短路径优先算法。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述流表下发模块，还用于在计算出所述数据转发路径后，通过Flow-Mod消息向所述数据转发路径中的每个SDN节点发送与此SDN节点相关的流表项。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述信息获取模块，还用于实时收集并维护所述SDN网络的全网拓扑信息；接收到所述SDN网络中SDN节点上报的流表空间利用率，其中，SDN节点上报流表空间利用率的方式包括：基于预设的时间间隔周期性地上报流表空间利用率或当确定本地的流表空间利用率的变化超过预设的阈值时上报流表空间利用率。

12.一种SDN控制器，其特征在于，包括：

如权利要求7至11任一项所述的用于软件定义网络SDN的路径确定装置。

13.一种SDN网络，其特征在于，包括：

如权利要求12所述的SDN控制器。

14.一种用于软件定义网络SDN的路径确定装置，其特征在于，包括：

存储器；以及

耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求1至6中任一项所述的用于软件定义网络SDN的路径确定方法。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的用于软件定义网络SDN的路径确定方法。

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