CN109644158B - 区分报文进入消息的软件定义网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种Open Flow(OF)交换机(200)。所述OF交换机包括存储单元(201)，所述存储单元(201)用于存储控制流表项(202)，每个控制流表项(202)包括与至少一个处理动作(204)相关联的至少一个服务字段(203)，接收器(205)，所述接收器(205)用于接收数据面报文(206)，以及发射器(207)，所述发射器(207)用于向软件定义网络(Software Defined Network，SDN)控制器发送报文进入消息(208)，以及处理器(209)，所述处理器(209)用于确定所述数据面报文(206)或所述报文进入消息(208)中的至少一个信息字段(210)与控制流表项(202)中的至少一个服务字段(203)是否匹配，以及如果所述至少一个信息字段(210)与所述至少一个服务字段(203)匹配，则指示所述发射器(207)根据与所述匹配的服务字段(203)相关联的所述处理动作(204)发送所述报文进入消息(208)。

Description

区分报文进入消息的软件定义网络系统
技术领域
本发明涉及软件定义的网络系统(Software Defined Network，SDN)领域，尤其涉及Open Flow(OF)交换机、SDN控制器，和分别由这些实体执行的方法。具体而言，本发明旨在区分在OF交换机和SDN控制器之间交换的报文进入(packet-in)消息，特别是包括在控制报文中的报文进入消息。
背景技术
SDN是一种通过将数据面与控制面去耦来改善通信网络的方法。因此，控制面功能通常由SDN控制器提供，而数据面功能通常由诸如交换机的网元提供。
图1中示出了传统的SDN架构100的图示。与控制面相关联的SDN控制器101通过南向API与网元(这里与交换机102)通信，其中网元与数据面相关联。这允许在SDN控制器101和交换机102之间交换控制包，继而使SDN控制器101能够配置和管理交换机102，或者从交换机102中接收事件。
OF是一种通常实现南向API的协议。在使用OF协议的情况下，交换机102也可以称为OF交换机。通过北向API，SDN控制器101还可以与SDN应用103通信，其中SDN应用103与应用面相关联。这使得SDN应用103能够向SDN控制器101提供处理逻辑，例如，为了控制数据面的网络状态。
借助于数据面报文在交换机102之间交换数据面业务。借助于控制报文在交换机102中的其中一个与SDN控制器101之间交换控制面业务。在OF协议用于实现南向API的情况下，控制报文也可以称为OF消息，并且交换机102中的其中一个和SDN控制器101之间的通信通道可以称为OF通道。
在OF消息中，OFPT_PACKET_IN或报文进入(PI)消息是由交换机102中的其中一个发送到SDN控制器101的消息，以便通知SDN控制器101有关未知数据面业务到达交换机102，或关于交换机102的状态变化的信息。在SDN控制器101从交换机102接收到PI消息之后，可以由SDN控制器101强制执行交换机102的重新配置，特别是由至少一个SDN应用103支持。
在交换机102处，可以到达不同类型的未知数据面业务，这可能需要根据不同的性能要求进行处理。诸如差异化服务(differentiated services，DiffServ)或流量标记(例如，多协议标签交换(multiprotocol label switching，MPLS))的传统解决方案有助于区分不同数据面业务。
这些传统解决方案还可用于区分不同类型的控制报文，例如不同类型的OF消息。但是，不可能区分相同类型的OF消息。因此，不可能区分由不同类型的未知数据面业务触发的PI消息或包含PI消息的控制报文。
CN102868645A公开了一种通过根据OF消息的OF消息类型用不同的差分服务代码点(different differentiated services code point，DSCP)值标记OF消息来区分OF消息的方法。这样可以区分PI消息与其它类型的OF消息，但仍然无法提供相互区分PI消息的方法。
根据OF协议规范的出口处理是修改由交换机发送的数据面报文的报头字段的传统的解决方案。然而，由于控制报文在数据面报文的出口处理之后生成，因此出口处理不能应用于控制报文，并且因此不能区分相同类型的OF消息(例如，PI消息)。
因此，在所有传统的解决方案中，问题仍然存在：当PI消息正由网元102或SDN控制器101处理时，不可能区分PI消息是否由具有高或低性能要求的未知数据面业务触发。
发明内容
鉴于上述传统的解决方案的问题，本发明旨在改进现有技术。
本发明的目的特别是提供一种OF交换机、SDN控制器和系统，改善控制面业务的差异化。本发明的另一个目的是允许OF消息，特别是由不同种类的未知数据面业务触发的PI消息，可以根据由SDN控制器强制执行的预定义的性能要求来生成和传输。这将允许根据PI消息的类型更快地处理控制面和数据面的PI消息。更具体地，本发明旨在根据预定义的处理动作来发送PI消息。当由网元或SDN控制器处理时，这将能够区分PI消息。
通过所附独立权利要求中提供的解决方案实现了本发明的上述目的。在各个附属权利要求项中进一步限定了本发明的有利实施方式。
根据第一方面，本发明提供一种Open Flow(OF)交换机，所述Open Flow(OF)交换机包括：存储单元，用于存储控制流表项，每个控制流表项包括与至少一个处理动作相关联的至少一个服务字段；接收器，用于接收数据面报文；发射器，用于向软件定义网络(software defined network，SDN)控制器中发送报文进入消息；以及处理器，用于确定所述数据面报文中的至少一个信息字段或所述报文进入消息中的至少一个信息字段与控制流表项中的至少一个服务字段是否匹配，以及如果所述至少一个信息字段与所述至少一个服务字段匹配，则根据与所述匹配的服务字段相关联的处理动作指示所述发射器发送所述报文进入消息。
因此，第一方面的所述OF交换机能够基于与所述报文进入消息相对应的处理动作来发送报文进入消息。因此，在SDN控制器处，可以区分所述报文进入消息，从而可以在控制信道中区分报文进入消息。这进一步允许所述SDN控制器根据个体性能要求更快、更有效地处理所述报文进入消息。
根据第一方面的第一实施方式，所述处理器还可以用于：如果所述至少一个信息字段与任何服务字段不匹配，则指示所述发射器根据默认处理动作发送所述报文进入消息。
这进一步允许所述SDN控制器根据默认处理设置更快和更有效地处理所述报文进入消息。
根据第一方面的第二实施方式，所述至少一个服务字段可以包含数据面报文的类型和/或所有权信息。
因此，可以通过类型或所有者来区分报文进入消息，并且相应地可以由所述SDN控制器和/或由用于“带内”控制情况的交换机来处理报文进入消息。也就是说，例如，根据个体性能要求，可以将不同的传输方法应用于不同的报文进入消息。例如，可以将一个或多个报文进入消息放入交换机的优先级队列中。
根据第一方面的第三种实施方式，所述OF交换机还可以用于将所述数据面报文的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和使用的协议中的至少一种和所述至少一个服务字段进行比较。
根据第一方面的第四实施方式，所述处理器可以用于将所述报文进入消息的有效载荷和所述至少一个服务字段进行比较。
根据第一方面的第五实施方式，所述报文进入消息的所述有效载荷可以包括从所述数据面报文获得的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和使用的协议中的至少一个。
第三、第四和第五实施形式允许根据特定要求在报文进入消息生成之前和之后(即，通过考虑所述数据面报文或所述报文进入消息的所述有效载荷)进行区分。
根据第一方面的第六实施方式，所述报文进入消息可以在控制报文中发送，以及所述处理动作可以包括标记所述控制报文，和/或指定所述控制报文的传输优先级，和/或将所述控制报文调度到特定队列。
利用这些处理动作，接收所述控制报文的所述SDN控制器能够快速有效地区分控制报文，从而区分包含在内的报文进入消息。
根据第一方面的第七实施方式，所述存储单元可用于在每个控制流表项中存储优先级值，以及如果所述数据面报文或所述报文进入消息中的所述至少一个信息字段与多于一个控制流表项的服务字段匹配，则应用具有最高优先级值的所述控制流表项的所述处理动作。
因此，可以以简单且有效的方式确保首先在所述SDN控制器上处理最重要的报文进入消息。对于上述“带内”控制情况，也可以通过传输网络中的交换机来区分所述报文进入消息。例如，可以将一个或多个报文进入消息放入交换机的优先级队列中。
根据第二方面，本发明提供一种由Open Flow(OF)交换机执行的方法，所述OF交换机包括控制流表项，每个控制流表项包括与至少一个处理动作相关联的至少一个服务字段；其中所述方法还包括：
确定所述数据面报文或所述报文进入消息的所述至少一个信息字段与控制流表项中的所述至少一个服务字段是否匹配，以及如果所述至少一个信息字段与所述至少一个服务字段匹配，则根据与所述匹配的服务字段相关联的所述处理动作发送所述报文进入消息。
根据第二方面的第一实施方式，如果所述至少一个信息字段与任何服务字段不匹配，则可以根据默认处理动作来发送所述报文进入消息。
根据第二方面的第二实施方式，所述至少一个服务字段可以包含数据面报文的类型和/或所有权信息。
根据第二方面的第三实施方式，所述0F交换机还可以将所述数据面报文的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和使用的协议中的至少一个和所述至少一个服务字段进行比较。
根据第二方面的第四实施方式，所述OF交换机还可以将所述报文进入消息的有效载荷和所述至少一个服务字段进行比较。
根据第二方面的第五实施方式，所述报文进入消息的所述有效载荷可以包括从所述数据面报文获得的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和使用的协议中的至少一个。
根据第二方面的第六实施方式，所述报文进入消息可以在控制报文中发送，以及所述处理动作可以包括标记所述控制报文，和/或指定所述控制报文的传输优先级，和/或将所述控制报文调度到特定队列。
根据第二方面的第七实施方式，所述存储单元可以在每个控制流表项中存储优先级值，以及如果所述数据面报文或所述报文进入消息中的所述至少一个信息字段与多于一个控制流表项的服务字段匹配，则应用具有最高优先级值的所述控制流表项的所述处理动作。
第二方面的方法实现了第一方面的所述OF交换机的所有优点。
根据第三方面，本发明提供了一种软件定义网络(software defined network，SDN)控制器，所述软件定义网络SDN控制器包括控制流信息数据库，所述控制流信息数据库用于存储控制流表项，每个控制流表项包括与至少一个处理动作相关联的至少一个服务字段，所述SDN控制器用于：从Open Flow(OF)交换机接收报文进入消息，确定所述报文进入消息中的至少一个信息字段与所述控制流表项中的至少一个服务字段是否匹配，以及向OF交换机发送与所述匹配的至少一个服务字段相关联的处理动作，或者根据处理动作处理所述报文进入消息。
因此，所述SDN控制器可以用所接收的报文进入消息的处理动作来更新所述OF交换机，使得OF交换机可以在下次对相同类型的报文进入消息应用该处理动作。这支持在控制信道上区分彼此报文进入消息。
根据第三方面的第一实施方式，所述SDN控制器还可以用于在所述控制流信息数据库中改变控制流表项和/或把控制流表项添加到所述控制流信息数据库，并且向OF交换机发送所述改变的控制流表项。
因此，SDN控制器可以主动地，例如，由SDN应用触发，更新所述OF交换机，从而可以例如对新的/改变的性能要求做出反应。
根据第三方面的第二实施方式，所述SDN控制器还可以用于：从所述OF交换机中接收包含所述报文进入消息的控制报文，确定所述控制报文是否是标记的控制报文和/或具有指定的传输优先级的控制报文，和/或调度到特定队列的控制报文，以及根据所述控制报文的所述标记，和/或所述传输优先级，和/或所述队列处理所述控制报文和/或所述报文进入消息。
因此，所述SND控制器可以接收和区分控制报文，并因此接收和区分来自其它报文进入消息中所包含的报文进入消息。因此，所述SDN控制器可以例如基于性能要求来处理进入的报文进入消息。
根据第四方面，本发明提供了一种由软件定义网络(SDN)控制器执行的方法，所述SDN控制器包括存储控制流表项的控制流信息数据库，每个控制流表项包括与至少一个处理动作相关联的至少一个服务字段，所述方法包括：从Open Flow(OF)交换机接收报文进入消息，确定，所述报文进入消息中的至少一个信息字段与所述控制流表项中的至少一个服务字段是否匹配，以及发送与所述匹配的至少一个服务字段相关联的所述处理动作到所述OF交换机。
根据第四方面的第一实施方式，所述SDN控制器可以进一步在所述控制流信息数据库中改变控制流表项和/或把控制流表项添加到所述控制流信息数据库，并且向所述OF交换机发送改变的控制流表项。
根据第四方面的第二实施方式，所述SDN控制器还可以从所述OF交换机中接收包含所述报文进入消息的控制报文，确定所述控制报文是否是标记的控制报文和/或具有指定的传输优先级的控制报文，和/或调度到特定队列的控制报文，以及根据所述控制报文的所述标记，和/或所述传输优先级，和/或所述队列处理所述控制报文和/或所述报文进入消息。
第四方面的方法实现了第三方面的SDN控制器的所有优点。
根据第五方面，本发明提供了一种系统，所述系统包括至少一个根据第一方面的OF交换机本身或第一方面的任何一种实现形式，以及至少一个根据第三方面的SDN控制器本身或任何人第三方面的实施形式。
第五方面的系统分别实现了第一方面的OF交换机和第三方面的SDN控制器的所有优点。
根据第六方面，本发明提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括用于执行第二方面的方法的程序代码本身或第二方面的任何实现形式，或者第四方面的方法本身或第四方面的任何实施方式。
第六方面的计算机程序分别实现了第二方面的方法和第四方面的方法的所有优点。
通常需要注意的是本申请中描述的所有设置、设备、模块、组件、模型、元件、单元以及方法等都可以由软件或硬件元件或其任意组合实现。通过本申请案中所描述的各种实体执行的所有步骤以及描述成将通过各种实体执行的功能性意图意味着相应的实体适用于或用于执行相应的步骤和功能性。
虽然在以下具体实施例的描述中，由通用实体执行的特定功能或步骤没有在执行特定步骤或功能的实体的具体元件的描述中反映，但是技术人员应该清楚的是这些方法和功能可以在各自的硬件或软件元件或其任意组合中实现。此外，本发明的方法及其各个步骤在各个描述的装置元件的功能中体现。
附图说明
结合所附附图，下面具体实施例的描述将阐述上述本发明的各方面及其实现形式，其中：
图1示出传统的SDN架构的图示；
图2示出根据本发明实施例的OF交换机的示意性概览图；
图3示出控制流表项的示意性概览图；
图4示出处理动作的示例性源代码片段；
图5示出根据本发明的控制报文生成方法和传输方法的流程图；
图6示出根据本发明的控制报文生成和传输的方法的流程图；
图7示出根据本发明实施例的方法的流程图；
图8示出根据本发明实施例的SDN控制器的示意性概览图；
图9示出根据本发明实施例的SDN控制器中的控制报文处理的流程图；
图10示出根据本发明实施例的方法的流程图；
图11示出根据本发明实施例的系统的示意性概览图；
图12示出根据本发明实施例的系统的示例操作场景。
具体实施方式
图2示出根据本发明实施例的OF 200交换机的示意性概览图。为了允许区分由OF交换机200发送的PI消息208，OF交换机200包含存储单元(storage unit，SU)201，存储单元(storage unit，SU)201用于存储控制流表项(control flow entries，CFE)202。虽然图2中仅示出一个CFE 202，但SU 201也可以存储多个CFE 202。SU的基本操作原理(例如，如何创建、选择和移除CFE的基本管理操作)可以基于根据SDN的传统流表的操作原理。在整个本发明的描述中，通常用于存储关于如何处理数据面报文206的信息的传统流表被称作数据面流表(data plane flow table，DFT)。在SU 201中，每个控制流表项202可包含至少一个服务字段203，至少一个服务字段203与至少一个处理动作204相关联。虽然图2示出了在CFE202内仅存在一个服务字段203和仅一个处理动作204，CFE 202还可分别包含多个服务字段203或多个处理动作204。
OF交换机200包含接收器205，接收器205使OF交换机200能够接收数据面报文206。在数据面报文206是未知类型的情况下，即OF交换机200没有关于如何在数据面中进一步处理数据面报文206的信息可用(其中这样的信息可以例如存储在包含于OF交换机200中的DFT)，PI消息208优选地由OF交换机200(具体地说是由处理器209)根据数据面报文206生成。随后，PI消息208由发射器207发送到SDN控制器，发射器207包含于OF交换机200中。通常，SDN控制器可以在接收到PI消息208时重新配置OF交换机200，例如通过向OF交换机200添加关于如何进一步处理数据面报文206的信息(该信息通常存储在至少一个DFT中，其可包含于OF交换机200中)。
为了确保PI消息208可以彼此区分，当其由OF交换机200的发射器207发送到SDN控制器时，OF交换机200的处理器209可以确定数据面报文206或PI消息208的至少一个信息字段210是否与CFE 202的至少一个服务字段203匹配。
如果至少一个信息字段210与至少一个服务字段203匹配，则处理器209根据与匹配的服务字段203相关联的处理动作204指示发射器207发送PI消息208。
在至少一个信息字段210与服务字段203不匹配的情况下，处理器209根据默认处理动作指示发射器207发送PI消息208。
初始CFE可以存在于SU 201中，并且初始默认处理动作可以存在于OF交换机200中，例如，当OF交换机200通电。初始CFE和/或初始默认处理动作可以是例如由OF交换机200的操作员预设。如下所述，在SDN控制器操作OF交换机200期间，可以更新和/或扩展初始CFE和/或初始默认处理动作。具体地说，初始默认处理动作可以是在初始CFE中的预定义CFE。
在下文中，详细描述了CFE 202所包含的主要组件。在图3中，示出了CFE 202的示意性概览图。
CFE 202包含至少一个服务字段203。至少一个服务字段203可包含类型和/或所有权信息，类型和/或所有权信息与至少一个信息字段210匹配。类型信息可表示为一种业务类型。业务的示例类型是移动宽带(mobile broadband，MBB)业务、机器类型通信(machinetype communication，MTC)业务或车辆外联(vehicle to x，V2X)业务。业务类型具体地说可以由源端口号和/或目的端口号和/或使用的传输协议表示。所有权信息允许区分或由哪个用户或操作员发送包含至少一个信息字段210的数据面报文206或PI消息208。具体而言，所有权信息还允许或由哪个设备装置发送包含至少一个信息字段210的数据面报文206或PI消息208。示例性装置类型包含移动电话、车辆、计算机、传感器或网络元件。所有权信息具体地说可以由源IP地址和/或目的IP地址表示。
此外CFE 202可包含优先级值，优先级值是可选的。如果数据面报文206或PI消息208的至少一个信息字段210与多于一个CFE 202的服务字段203匹配，则OF交换机200可用于根据与包含最高优先级值的CFE 202的匹配的服务字段203相关联的处理动作204发送PI消息208。具体地说这可以由处理器209指示发射器207来推进。
此外CFE 202可包含计数器值，计数器值是可选的。OF交换机200可用于每当CFE202的服务字段203与至少一个信息字段210匹配时更新至少一个计数器值。这使得能够确定CFE 202的服务字段203的匹配频率。
此外CFE 202可包含超时值，超时值是可选的。超时值可以定义CFE 202到期之前的最大时间量，或者在CFE 202到期之前，自CFE 202中的服务字段203最后一次匹配以来的最大时间量。
CFE 202还包含至少一个处理动作204，至少一个处理动作204与至少一个服务字段203相关联。根据处理动作204，处理器209可以指示发射器207如何发送PI消息208。
处理器209具体地说可以包含控制报文中的PI消息208，并指示发射器207将控制报文发送到SDN控制器。控制报文可以是适合于通过通信网络传输的任何类型的包。
应指出，相同类型的若干PI消息208可包含于至少一个被发送到SDN控制器的控制报文中。优选地，不同类型的PI消息208在被发送到SDN控制器之前被分别强制包含于单独的控制报文中。
具体地说至少一个处理动作204可包含标记控制报文，和/或指定控制报文的传输优先级，和/或将控制报文调度到特定队列。
标记包含PI消息208的控制报文可包含例如通过标记PI消息208封装在的控制报文的报头的DSCP字段，将优先级上下文分配给控制报文的报头字段。还可以通过标记控制报文的报头的优先级代码点(priority code point，PCP)字段，将优先级上下文分配给控制报文的报头字段。通过标记控制报文的报头的MPLS字段，可以进一步将优先级上下文分配给控制报文的报头字段。在具体实施方式实例中，标记控制报文是通过将包含在CFE 202中的至少一个处理动作204中的标记信息转发到OF交换机200的套接字实现来实现的。在OF交换机200的套接字实现中，根据标记信息标记包含PI消息208的控制报文。
指定包含PI消息208的控制报文的传输优先级可包含将控制报文转发到预定义的IP地址，例如到预定义的SDN控制器的预定义的IP地址。这确保了控制报文可以被转发到满足封装在控制报文中的PI消息208的性能要求的SDN控制器。
还可以将包含PI消息208的控制报文调度到特定队列。在OF交换机200中，队列通常与OF交换机200的预定义物理输出端口相关联。OF交换机200的输出端口可以例如分别连接到单独的SDN控制器，其中每个SDN控制器可以符合预定义的性能要求。通过将包含PI消息208的控制报文调度到特定队列，OF交换机200可以将控制报文转发到满足包含于控制报文中的PI消息208的性能要求的SDN控制器。在OF交换机200通过多个OF通道连接到一个或多个SDN控制器的情况下，将控制报文调度到特定队列还可包含将控制报文调度到预定义的OF通道，这满足了封装在控制报文中的PI消息208的性能要求。如在以上示例中，通过不同的队列来实现PI消息区分，包含PI消息208的控制报文的报头字段保持不变。图4中示出处理动作204的示例实施方式，其中控制报文被调度到特定队列。图4示出处理动作204的示例性源代码片段400，其能够设置特定的控制报文的队列ID。
在至少一个信息字段210与SU 201的CFE 202中的服务字段203不匹配的情况下，可以根据默认处理动作发送包含PI消息208的控制报文。
默认处理动作具体地说可以是预定义的CFE 202，在SU 201的其它CFE 202中没有服务字段203匹配时，匹配到预定义的CFE 202。默认处理动作通常由OF交换机200的操作员在OF交换机200中预设。具体而言，默认处理动作可包含将PI消息208或包含PI消息208的控制报文发送到预定义的SDN控制器。这可以确保OF交换机200中生成的所有PI消息208都由OF交换机200发送到预定义的SDN控制器，因此没有PI消息208丢失。
CFE 202所包含的主要组件的基本操作原理(例如，用于服务字段203的数据结构，或用于处理动作204的动作类型)可以基于DFT的传统表项的基本操作原理。
图5示出根据本发明的PI消息208或包含PI消息208的控制报文的生成和传输的方法500a，500b的流程图。如下面参照图5所示，本发明提供了用于将至少一个信息字段210和至少一个服务字段203进行比较的两种备选方式。具体地说，至少一个信息字段210可包含于数据面报文206或PI消息208中。
当数据面报文206到达OF交换机200时，数据面报文206与包含于OF交换机200中的DFT的表项匹配，以便确定如何在数据面中进一步处理数据面报文206。在DFT中没有找到关于如何进一步处理数据面报文206的表项的情况下，根据OF规范执行DFT的输出端口动作。依据输出端口动作的配置，输出端口动作可以自己提供数据面报文206，或者可以提供PI消息208，其中数据面报文206或与数据面报文206相关的信息封装在PI消息208中。
图5示出OF交换机200的操作示例的方法500a的流程图，其示出了当至少一个信息字段210包含于数据面报文206中时，如何生成和发送PI消息208或控制报文。方法500a包含以下步骤：
-在步骤S501a中，OF交换机200接收数据面报文206并与DFT进行匹配。
-在步骤S502a中，通过DFT的输出端口动作提供数据面报文206以进行进一步处理。该动作也被称作数据面报文206到达控制器端口(根据OF规范，控制器端口可被视为连接OF交换机200与SDN控制器的端口)。
-在步骤S503a中，数据面报文206与SU 201匹配，以便确定数据面报文206中的至少一个信息字段210与包含在SU 201中的CFE 202的至少一个服务字段203是否匹配。为此，存储在至少一个信息字段210中的信息(即，数据面报文206的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和使用的协议中的至少一个)和至少一个服务字段203进行比较。因此，可以确定根据匹配的服务字段203的处理动作204或者默认处理动作。
-在步骤S504a中，从数据面报文206生成PI消息208。
-在可选步骤S505a中，根据先前确定的与匹配的服务字段203相关联的处理动作204，或根据默认处理动作，生成包含PI消息208的控制报文。依据OF交换机200的配置，可以跳过该步骤。
-在步骤S506a中，如果未跳过步骤S505a，则根据先前确定的处理动作204或根据默认处理动作将控制报文发送到SDN控制器。在步骤S506a中，如果跳过步骤S505a，则根据先前确定的处理动作204或根据默认处理动作，将PI消息208发送到SDN控制器。
图5还示出了OF交换机200的操作示例的方法500b的流程图，其示出了当PI消息208中包含至少一个信息字段210时，如何生成和发送PI消息208或控制报文。方法500b包括以下步骤：
-在步骤S501b中，OF交换机200接收数据面报文206并与DFT进行匹配。
-在步骤S502b中，通过DFT的输出端口动作提供PI消息208以进行进一步处理。该动作也可被称作PI消息208到达控制器端口。数据面报文206或与数据面报文206有关的信息封装在PI消息208中。
-在步骤S503b中，PI消息208与SU 201匹配，以便确定PI消息208中的至少一个信息字段210与包含于SU中的CFE 202的至少一个服务字段203是否匹配。为此，将PI消息208的有效载荷和至少一个服务字段203进行比较。PI消息208的有效载荷，具体地说可以是存储在至少一个信息字段210中的信息，可包含：从数据面报文206获得的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和使用的协议中的至少一个。作为步骤S503b的结果，可以确定根据匹配的服务字段203的处理动作204或者默认处理动作。
-在步骤S504b中，根据先前确定的与匹配的服务字段203相关联的处理动作204或根据默认处理动作，生成包含PI消息208的控制报文。依据OF交换机200的配置，可以跳过该步骤。
-在步骤S505b中，如果未跳过步骤S504b，则根据先前确定的处理动作204或根据默认处理动作将控制报文发送到SDN控制器。在步骤S505b中，如果跳过步骤S504b，则根据先前确定的处理动作204或根据默认处理动作将PI消息208发送到SDN控制器。
如关于图6所描述的，本发明不限于区分PI消息或包含PI消息208控制报文。OF交换机200还可以允许区分任何类型的OF消息或包含任何类型的OF消息控制报文，例如，类型为OFPMP_FLOW_STATS的OF消息，或类型为OFPMP_AGGREGATE_STATS的OF消息，或OFPT_PORT_STATUS类型的OF消息。具体地说这是通过在至少一个服务字段203中包含关于OF消息类型的信息来实现。关于OF消息类型的信息具体地说可以是OF消息头中的类型字段的值。利用在至少一个服务字段203中包含的关于OF消息类型的信息，OF交换机200可以根据存储在SU201中的CFE 202之间的OF消息的类型来确定处理动作204。可以根据处理动作204生成和发送OF消息或控制报文，或根据OF消息的类型来生成和发送默认处理动作。
图6示出针对各种类型的OF消息的OF消息或控制报文生成和传输的方法600的流程图。方法600包含如上所描述的方法500a，500b的特征，并包含以下步骤：
-在步骤S601中，OF交换机200生成OF消息。
-在步骤S602中，通过包含在OF交换机的DFT的输出端口动作提供OF消息以进行进一步处理。该动作也可被称作OF消息到达控制器端口。
-在步骤S603中，OF消息与SU 201匹配，以便确定OF消息中的至少一个信息字段210与包含于SU 201中的CFE 202的至少一个服务字段203是否匹配。为此，存储在SU 201中的CFE 202的至少一个服务字段203可包含关于OF消息类型的信息，具体地说是OF消息头中的类型字段的值，其与至少一个信息字段210匹配。作为步骤S603的结果，可以确定根据匹配的服务字段203的处理动作204或者默认处理动作。
-在可选步骤S604中，根据先前确定的与匹配的服务字段203相关联的处理动作204或根据默认处理动作，生成包含OF消息的控制报文。依据OF交换机200的配置，可以跳过该步骤。
-在步骤S605中，如果未跳过步骤S604，则根据先前确定的处理动作204或根据默认处理动作将控制报文发送到SDN控制器。在步骤S605中，如果跳过步骤S604，则根据先前确定的处理动作204或根据默认处理动作，将OF消息208发送到SDN控制器。
图7示出根据本发明实施例的方法700的流程图。优选地，该方法由如上所描述的OF交换机200执行。
-方法700包含第一步骤：由OF交换机200接收S701数据面报文206。
-进一步，方法700包含第二步骤：由OF交换机200向SDN控制器发送S702PI消息208。
-进一步，方法700包含第三步骤：由OF交换机200确定S703数据面报文206或PI消息208的至少一个信息字段210与控制流表项202的至少一个服务字段203是否匹配。
-进一步，方法700包括第四步骤：如果至少一个信息字段210与至少一个服务字段203匹配，则由交换机200根据与匹配的服务字段203相关联的处理动作204发送S704PI消息208。
图8示出根据本发明实施例的SDN控制器800的示意性概览图。
为了改善由OF交换机200发送的PI消息208或包含PI消息208的控制报文的区别，SDN控制器800可以配置OF交换机200的SU201。因此，SDN控制器800包含控制流信息数据库(control flow information database，CFID)801，其中存储着允许更新SU 201的信息。
在OF交换机200在其DFT中缺乏关于如何正确处理输入数据面报文206的信息的情况下，OF交换机200可以向SDN控制器800发送PI消息208或包含PI消息208的控制报文。通常，PI消息208或包含PI消息208的控制报文由OF交换机200根据默认处理动作发送到SDN控制器800。
SDN控制器800可以根据PI消息208或包含PI消息208的控制报文在其CFID 801查找所请求的信息，并将查找结果提供给OF交换机200。因此，CFID 801适于存储控制流表项(CFE)802。虽然图8中仅示出了一个CFE 802，但CFID 801可以存储多个CFE 802。每个CFE802包含至少一个服务字段803，服务字段803与至少一个处理动作804相关联。虽然图8中示出了仅一个服务字段803和仅一个处理动作804，但是每个SU 802可包含多个服务字段803和/或任意数量的处理动作804。CFID 801包含SU 201中的所有功能和特征，CFE 802包含CFE 202中的所有功能和特征，服务字段803包含服务字段203中的所有功能和特征，并且处理动作204包含处理动作804中的所有功能和特征。这使得SDN控制器800能够在CFID 801中维护连接到SDN控制器800的OF交换机200的所有CFE 202。SDN控制器800可以提供接口，这使得SDN应用能够控制SDN控制器800的配置和CFID801的配置的接口。具体而言，SDN应用可以通过北向API与SDN控制器800通信。
为了向OF交换机200提供所请求的信息，SDN控制器800可以从OF交换机200接收PI消息808或包含PI消息808的控制报文。由SDN控制器800接收的控制报文或PI消息808是由OF交换机200发送的控制报文和PI消息208。PI消息808或包含PI消息808的控制报文具体可以是由OF交换机200根据默认处理动作发送的包含PI消息208的控制报文或PI消息208。
反之，SDN控制器800确定包含于PI消息808中的至少一个信息字段810与CFE 802中的至少一个服务字段803是否匹配。为了将通过PI消息208或包含PI消息808的控制报文请求的信息提供给OF交换机200，SDN控制器800可以向OF交换机200发送与匹配的至少一个服务字段803相关联的处理动作804。SDN控制器800还可以根据处理动作804处理PI消息208。
在OF交换机200通过控制报文请求的信息在CFID 801中找不到的情况下，SDN控制器800可以在控制流信息数据库801中改变控制流表项802和/或把控制流表项802添加到控制流信息数据库801中。CFE 802具体地说可以通过SDN应用提供给SDN控制器800，SDN应用通过北向API连接到SDN控制器800。SDN应用中的处理逻辑可以用于根据PI消息808生成CFE802。然而，也可以根据PI消息808在SDN控制器800中生成CFE 802。为了向OF交换机200提供在CFID 801中最初不能找到的信息，SDN控制器800可以将改变的CFE 802发送到OF交换机200。具体地说，SDN控制器800可以向OF交换机200发送处理动作804，处理动作804与被改变或添加的CFE 802的至少一个服务字段803相关联。
在具体实施方式示例中，更新CFID 801中的CFE 802，例如，借助于SDN应用，触发SDN控制器800将更新的CFE 802发送到OF交换机200。
在另一具体实施方式示例中，SDN控制器800可以使用扩展的OF消息来配置连接到SDN控制器800的OF交换机200的SU 201。OF OFPT_FLOW_MOD和OFPT_TABLE_MOD类型的OF消息通常用于配置DFT。OFPT_FLOW_MOD和OFPT_TABLE_MOD类型的OF消息的“table_id”字段的扩展值可以指示OFPT_FLOW_MOD和OFPT_TABLE_MOD类型的OF消息用于配置SU 201。在另一实施方式示例中，在OFPT_FLOW_MOD和OFPT_TABLE_MOD类型的扩展OF消息中引入新的布尔字段“table_type”，以区分OF交换机200的DFT或SU 201是否被寻址。在另一实施方式示例中，SDN控制器800使用新的OF消息来配置SU201。SDN控制器800可以通过新的OFPT_CFT_MOD类型的OF消息来修改SU201的CFE 202，并且使用新的OFPT_CFT_FLOW_MOD类型的OF消息来配置交换机200的SU201中的动态状态。OFPT_CFT_MOD类型的新OF消息与传统的OFPT_FLOW_MOD类型的OF消息具有相同的结构，而OFPT_CFT_FLOW_MOD类型的新OF消息与传统的OFPT_CFT_FLOW_MOD与OFPT_TABLE_MOD类型的OF消息具有相同的结构。
为了能够在SDN控制器800中区分PI消息808或区分包含PI消息808的控制报文，SDN控制器可以确定所接收的控制报文是否是标记的控制报文和/或具有指定的传输优先级的控制报文，和/或调度到特定队列的控制报文。SDN控制器800可以根据其标记和/或其传输优先级和/或指定的队列来处理控制报文。这例如允许在SDN控制器800中，以高于和其它业务相关的PI消息808的优先级来处理与V2X业务相关的PI消息808。
现在参考图9描述在SDN控制器800处区分PI消息808或包含PI消息808的控制报文的优点。图9示出在SDN控制器800中处理PI消息808或包含PI消息808的控制报文的方法900的流程图。该方法包括以下步骤：
-在步骤S901中，SDN控制器800接收PI消息808或包含PI消息808的控制报文。
-在步骤S902中，套接字消息处理被应用于接收的PI消息808或包含PI消息808的接收的控制报文。在套接字消息处理阶段，具体可以由SDN控制器800确定所接收到的控制报文是否是标记的控制报文和/或具有指定的传输优先级的控制报文，和/或调度到特定队列的控制报文。这允许确定所接收到的控制报文的优先级，以及根据所接收到的控制报文要求的优先级来执行步骤S903和S904。
-在步骤S903中，在SDN控制器800接收到包含PI消息808的控制报文的情况下，从控制报文中提取OF消息，例如PI消息808。
-在步骤S904中，根据接收到的PI消息808，向OF交换机200提供处理动作804或SU802。
图10示出根据本发明实施例的方法1000的流程图。优选地，如上所述，该方法由SDN控制器800执行。
-方法1000包含第一步骤：由SDN控制器800从OF交换机200接收S1001报文进入消息808。
-进一步，方法1000包含第二步骤：由SDN控制器800确定S1002报文进入消息808中的至少一个信息字段810与控制流表项803中的至少一个服务字段804是否匹配。
-进一步，方法1000包含第三步骤：由SDN控制器800向OF交换机200发送S1003，与匹配的至少一个服务字段803相关联的处理动作804。
图11示出根据本发明实施例的系统1100的示意图。在图11中，系统1100包含一个OF交换机200和一个SDN控制器800。虽然在图11中分别示出了一个OF交换机200和一个SDN控制器800，但是系统1100可包含任意数量的OF交换机200和任意数量的SDN控制器800，只要每个至少有一个实例。
在系统1100中，OF交换机200和SDN控制器800可以彼此通信，具体地说是通过交换PI消息208,808，控制消息和/或与服务字段803和/或CFE 202,802相关联的处理动作804。具体而言，一个OF交换机200可以与多个SDN控制器800通信，多个OF交换机200可以与一个SDN控制器800通信，并且多个OF交换机200可以与多个SDN控制器800通信。
在下文中，描述了根据本发明实施例的系统1100的示例操作场景。图12示出根据本发明的实施例的系统1100的示例操作场景。
图12示出SDN控制器，其中SDN控制器根据SDN控制器800的操作原理和多个交换机(交换机1、交换机2、交换机3和交换机4)进行操作，所有交换机均根据OF交换机200的操作原理进行操作。SDN控制器包含CFID。SDN应用例如通过北向API连接到SDN控制器。主机H1和服务器服务器1连接到交换机交换机2，而服务器服务器2连接到交换机交换机4。如图12所描述的操作示例包含配置阶段(S1201，S1202)和操作阶段(S1203，S1204)。
-在步骤S1201中，SDN应用定义CFE，其指定应如何处理由业务类型A(例如，V2X业务)触发的PI消息。SDN应用将定义的CFE传递给SDN控制器，其中该定义的CFE存储在CFID中。
-在步骤S1202中，SDN控制器基于接收到的CFE通过控制器到交换机(Controller-to-Switch)的控制报文来配置每个交换机的SU。例如，SDN控制器将由SDN应用定义的CFE发送到每个交换机。每个交换机的SU配置可以由两种情况触发：
○主动式SU配置：一旦SDN应用或SDN控制器自身定义/更新CFE，此更新的CFE将自动从SDN控制器传播到交换机的SU，并更新CFID。一旦SDN应用与SDN控制器关联，CFE定义/更新就会发生，但也可以动态发生。
○反应式SU配置：SDN控制器接收包含PI消息的控制报文，PI消息由其中一个交换机通过默认处理动作发送到SDN控制器，SDN控制器可以分析来自这种业务类型的PI消息是否与特定处理相关联。具体地说，SDN控制器可以在其CFID中查找CFID是否包含与PI消息匹配的CFE，然后将该匹配的CFE发送到交换机的SU，该交换机的SU将包含PI消息的控制报文发送到SDN控制器。对于相同类型的下一个PI消息，OF交换机可以使用新安装的CFE的处理操作，而不是默认的处理操作。
-在步骤S1203中，主机H1通过向交换机交换机2发送数据面报文以尝试连接到服务器服务器1，其中数据面报文的目的地是服务器服务器1。交换机交换机2在其DFT中不具有处理该数据面报文的任何流规则。交换机交换机2生成PI消息，以请求流规则来处理数据面报文。根据存储在交换机交换机2的SU中的CFE来标记从交换机交换机2向SDN控制器发送PI消息的控制报文，并将其发送到SDN控制器。
-在步骤S1204中，由SDN控制器接收包含PI消息的控制报文在传输网络中传输。SDN控制器将包含PI消息的控制报文转发到SDN应用程式以进行进一步处理。根据控制报文的标记确定转发包含PI消息的控制报文的优先级。
根据另一实施例，本发明提供了计算机程序，计算机程序包含用于执行由OF交换机200或SDN控制器800执行的方法的程序代码。计算机程序可以各自存储在存储介质上。存储介质可以是计算机可读存储介质，例如但不限于任何类型的磁盘，包含软盘、光盘、CDROM、磁光盘、只读权存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random accessmemory，RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、专用集成电路(application specificintegrated circuit，ASIC)，或适合于存储电子指令的任何类型的介质，并且存储介质各自耦合到计算机系统总线。
已经结合本文中的各种实施例描述了本发明。然而，所附实施例的其它变化形式可由所属领域的技术人员从图式、揭示内容和所附权利要求书的研究理解并实现且实践所要求的发明。在权利要求书中，词“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一个”并不排除多个。单个处理器或另一个单元可以满足权利要求书所述若干项目的功能。在彼此不同的附属权利要求项中叙述某些措施的这一单纯事实并不指示不能使用这些措施的组合来获得优势。计算机程序可以存储/分布在合适的媒体上，例如与其它硬件一起或者作为其它硬件的部分供应的光学存储媒体或固态媒体，还可以以其它形式例如通过因特网或者其它有线或无线电信系统分布。

Claims (10)

1.Open Flow(OF)交换机(200)，其特征在于，包括：
存储单元(201)，用于存储控制流表项(202)，每个控制流表项(202)包括与至少一个处理动作(204)相关联的至少一个服务字段(203)，
接收器(205)，用于接收数据面报文(206)，以及
发射器(207)，用于向软件定义网络(Software Defined Network，SDN)控制器发送报文进入(packet-in)消息(208)，
以及处理器(209)，所述处理器(209)用于
确定所述数据面报文(206)或所述报文进入消息(208)中的至少一个信息字段(210)与控制流表项(202)中的所述至少一个服务字段(203)是否匹配，
如果所述至少一个信息字段(210)与所述至少一个服务字段(203)匹配，则指示所述发射器(207)根据与所述匹配的服务字段(203)相关联的处理动作(204)发送所述报文进入消息(208)，
如果所述至少一个信息字段(210)与任何服务字段(203)不匹配，则指示所述发射器(207)根据默认处理动作发送所述报文进入消息(208)。
2.根据权利要求1所述的OF交换机(200)，其特征在于，
所述至少一个服务字段(203)包括数据面报文(205)的类型和/或所有权信息。
3.根据权利要求1或2所述的OF交换机(200)，其特征在于，所述OF交换机(200)还用于：
将所述数据面报文(206)的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和使用的协议中的至少一个和所述至少一个服务字段(203)进行比较。
4.根据权利要求1或2所述的OF交换机(200)，其特征在于，所述处理器(209)用于：
将所述报文进入消息(208)的有效载荷和所述至少一个服务字段(203)进行比较。
5.根据权利要求4所述的OF交换机(200)，其特征在于，
所述报文进入消息的所述有效载荷包括从所述数据面报文(206)获得的源IP地址、目的IP地址、源端口号、目的端口号和使用的协议中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的OF交换机(200)，其特征在于，
所述报文进入消息(208)在控制报文中发送，以及
所述处理动作(204)包括标记所述控制报文，和/或指定所述控制报文的传输优先级，和/或将所述控制报文调度到特定队列。
7.根据权利要求1所述的OF交换机(200)，其特征在于，
所述存储单元(201)用于在每个控制流表项(202)中存储优先级值，以及
如果所述数据面报文(206)或所述报文进入消息(208)中的所述至少一个信息字段(210)与多于一个控制流表项(202)的服务字段(203)匹配，则应用具有最高优先级值的所述控制流表项(202)的所述处理动作(204)。
8.一种由Open Flow(OF)交换机(200)执行的方法(700)，其特征在于，所述OF交换机(200)包括控制流表项(202)，每个控制流表项(202)包括与至少一个处理动作(204)相关联的至少一个服务字段(203)，所述方法包括：
接收(S701)数据面报文(206)，以及
发送(S702)报文进入(packet-in)消息(208)到软件定义网络(Software DefinedNetwork，SDN)控制器，
其中，所述方法还包括：
确定(S703)所述数据面报文(206)或所述报文进入消息(208)的至少一个信息字段(210)与控制流表项(202)中的所述至少一个服务字段(203)是否匹配，
如果所述至少一个信息字段(210)与所述至少一个服务字段(203)匹配，则根据与所述匹配的服务字段(203)相关联的所述处理动作(204)发送(S704)所述报文进入消息(208)，
如果所述至少一个信息字段(210)与任何服务字段(203)不匹配，则根据默认处理动作发送所述报文进入消息(208)。
9.一种系统(1100)，其特征在于，所述系统(1100)包括根据权利要求1至8中任一项所述的至少一个OF交换机(200)。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序(指令)，其特征在于，所述计算机程序(指令)被处理器执行时，执行权利要求8所述的方法。
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