CN109768928A - 基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法，该方法面向天地一体化网络，包括以下步骤：首先把卫星星座的运行周期划分成一系列短的时间片，使得在一个短时间片内卫星的拓扑保持不变；然后通过在地面网络运行LLDP协议以获取地面网络的拓扑，并和当前时间片的卫星拓扑合并成为总的网络拓扑；接着控制器根据数据包的目的地址和总的网络拓扑为数据包制定源路由标签；进而交换机为数据包插入源路由标签；最后数据包传输路径上的交换机根据源路由标签来匹配相应的流表并实现数据包的转发。相比于其他传统的路由方法，该方法可以有效减少数据包传输路径的计算时间和交换机流表项的数目，以及提高了网络的可编程性和可扩展性。

Description

基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法

技术领域

本发明涉及天地一体化网络领域技术领域，更具体地说，是涉及一种基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法，是一种可以减少数据包传输路径的计算时间和交换机流表项的数目，以及提高了网络的可编程性和可扩展性的天地一体化网络路由方法。

背景技术

目前地面网络受地形等因素的影响，其覆盖范围存在一定的局限性，为了更好地实现不同区域网络的互联互通，地面网络和空间网络联合组成天地一体化网络是目前以及未来网络的发展趋势。把传统的路由方法运用到天地一体化网络时会出现一些问题。一方面因为卫星网络的拓扑是多变的，当数据包的转发路径计算时间较长时，卫星的网络拓扑已经发生改变，这会导致数据包根据原来的路径传送时会发生错误；另一方面，卫星上的资源有限，传统的路由方法会消耗比较多的流表资源。所以减少数据包传输路径的计算时间和交换机的流表项数目成为天地一体化网络路由算法的研究重点。

协议无感知转发(POF)技术作为软件定义网络(SDN)的一种南向接口协议，其通过抽象协议字段，使用{偏移量，偏移长度}元组来描述一个协议字段，可以很好地表示现有协议和新的协议，而且其按位操作的特性使其在对对数据包进行修改操作时更加简便。把POF技术运用到天地一化网络可以提高网络的可编程性和可扩展性。

发明内容

本发明的目的是解决传统路由方法运用到天地一体化网络时计算转发路径时间较长以及所需流表资源较多的问题，从而提供一种基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法，所述的源路由方法包括下列步骤：

S1、把卫星星座的运行周期划分成一系列短的时间片，使得在一个短时间片内卫星的拓扑保持不变；

S2、在地面网络运行LLDP协议以获取地面网络的拓扑，并和当前时间片的卫星拓扑合并成为总的网络拓扑，其中LLDP协议表示链路层发现协议；

S3、控制器根据数据包的目的地址和总的网络拓扑为数据包制定源路由标签，并把相应流表下发给交换机；

S4、交换机根据控制器下发的流表为数据包插入源路由标签；

S5、数据包传输路径上的交换机根据源路由标签来匹配相应的流表并实现数据包的转发。

进一步地，所述的步骤S1具体包括：

S11、根据卫星星座的运行规律把卫星星座的运行周期划分成一系列短的时间片，使得每个短的时间片内的卫星拓扑保持不变；

S12、把每个时间片对应的卫星拓扑存储到控制器。

进一步地，所述的步骤S2具体包括：

S21、控制器和网络中的交换机之间通过发送报文实现互相连接；

S22、控制器周期性通过PacketOut消息向交换机的每个端口发送LLDP报文，其中PacketOut消息是一种控制器与交换机之间进行通信的消息类型；

S23、收到控制器发送的LLDP报文的交换机把该LLDP报文通过相应的端口转发出去；

S24、收到其他交换机发送的LLDP报文的交换机把其收到的LLDP报文封装到PacketIn消息，并发送给控制器，其中PacketIn消息是一种交换机与控制器之间进行通信的消息类型；

S25、控制器依次处理交换机发送来的PacketIn消息，并通过解析其中的LLDP报文以获取一条连接两个地面交换机相应端口的链路；

S26、控制器把通过LLDP报文获取的所有链路整合成地面网络拓扑，并和当前时间片的卫星拓扑合并成为总的网络拓扑。

进一步地，所述的步骤S3具体包括：

S31、数据包到达入口交换机后因为没有匹配的流表项，所以交换机把数据包信息封装在PacketIn消息中，并发送给控制器；

S32、控制器根据数据包的目的地址和总的网络拓扑为数据包计算转发路径和制定源路由标签，并向交换机下发相应的流表。

进一步地，所述的步骤S5具体包括：

S51、交换机收到带有源路由标签的数据包后，把源路由标签中相应的出端口保存到元数据中，并把源路由标签中相应的出端口删除；

S52、交换机根据源路由标签中的数据包生存时间判断其是否是出口交换机，如果是则把数据包生存时间对应的字段删除，如果不是则把数据包生存时间减1；

S53、交换机根据元数据中保存的出端口把数据包从该端口转发出去。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明公开的基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法相比于大部分传统的天地一体化网络路由方法，该方法在协议无感知转发技术的基础上根据卫星星座的运行规律划分出一系列短的时间片，并使每个时间片内卫星星座的网络拓扑保持不变，这可以有效适应卫星星座多变的拓扑，减少数据包传输路径的计算时间和交换机流表项的数目，同时提高了网络的可编程性和可扩展性。

附图说明

图1是本发明提出的基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法的流程步骤图；

图2是Iridium星座与卫星图；

图3是LLDP检测原理图；

图4是插入源路由标签后的以太网数据包格式；

图5是源路由工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施样例

本实施例设计了一种基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法。本实施例结合中Iridium星座来对该路由方法进行说明，图2是Iridium星座与卫星图，本实施例的具体步骤如下：

S1、因为Iridium星座的运行周期为100分钟，相邻轨道面卫星之间的卫星链路持续时间为13分钟，所以把Iridium星座的运行周期平均划分为100个连续的短时间片，每个短时间片的持续时间为1分钟，这样在每个短时间片内卫星的拓扑可以看作是固定的。然后把得到的每个时间片对应的卫星拓扑存储到控制器中；

S2、在地面网络运行LLDP协议以获取地面网络的拓扑，并和当前时间片的卫星拓扑合并成为总的网络拓扑，其中LLDP协议表示链路层发现协议；

其中如图3所示，步骤S2的具体实施过程如下：

S21、控制器和网络中的交换机之间通过发送报文实现互相连接；

S22、控制器周期性通过PacketOut消息向交换机的每个端口发送LLDP报文，其中PacketOut消息是一种控制器与交换机之间进行通信的消息类型；

S23、收到控制器发送的LLDP报文的交换机把该LLDP报文通过相应的端口转发出去；

S24、收到其他交换机发送的LLDP报文的交换机把其收到的LLDP报文封装到PacketIn消息，并发送给控制器，其中PacketIn消息是一种交换机与控制器之间进行通信的消息类型；

S25、控制器依次处理交换机发送来的PacketIn消息，并通过解析其中的LLDP报文以获取一条连接两个地面交换机相应端口的链路；

S26、控制器把通过LLDP报文获取的所有链路整合成地面网络拓扑，并和当前时间片的卫星拓扑合并成为总的网络拓扑。

S3、控制器根据数据包的目的地址和总的网络拓扑为数据包制定源路由标签，并把相应流表下发给交换机；

其中，步骤S3的具体实施过程如下：

S31、数据包到达入口交换机后因为没有匹配的流表项，所以交换机把数据包信息封装在PacketIn消息中，并发送给控制器；

S32、控制器根据数据包的目的地址和总的网络拓扑为数据包计算转发路径和制定源路由标签，并向交换机下发相应的流表；

S4、交换机根据控制器下发的流表为数据包插入源路由标签，下图4表示插入源路由标签后的以太网数据包格式，其中源路由每一个标签的长度为8比特，可以表示256个端口；

S5、数据包传输路径上的交换机根据源路由标签来匹配相应的流表并实现数据包的转发。

其中如图5所示，步骤S5的具体实施过程如下：

S51、交换机收到带有源路由标签的数据包后，把源路由标签中相应的出端口保存到元数据中，并把源路由标签中相应的出端口删除；

S52、交换机根据源路由标签中的数据包生存时间判断其是否是出口交换机，如果是则把数据包生存时间对应的字段删除，如果不是则把数据包生存时间减1；

S53、交换机根据元数据中保存的出端口把数据包从该端口转发出去。

相比于大部分传统的天地一体化网络路由方法，该方法在协议无感知转发技术的基础上根据卫星星座的运行规律划分出一系列短的时间片，并使每个时间片内卫星星座的网络拓扑保持不变，这可以有效适应卫星星座多变的拓扑，减少数据包传输路径的计算时间和交换机流表项的数目，同时采用协议无感知转发技术提高了网络的可编程性和可扩展性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法，其特征在于，所述的源路由方法包括下列步骤：

S1、把卫星星座的运行周期划分成一系列短的时间片，使得在一个短时间片内卫星的拓扑保持不变；

S2、在地面网络运行LLDP协议以获取地面网络的拓扑，并和当前时间片的卫星拓扑合并成为总的网络拓扑，其中，所述的LLDP协议表示链路层发现协议；

S3、控制器根据数据包的目的地址和总的网络拓扑为数据包制定源路由标签，并把相应流表下发给交换机；

S4、交换机根据控制器下发的流表为数据包插入源路由标签；

S5、数据包传输路径上的交换机根据源路由标签来匹配相应的流表并实现数据包的转发。

2.根据权利要求1所述的基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包括：

S11、根据卫星星座的运行规律把卫星星座的运行周期划分成一系列短的时间片，使得每个短的时间片内的卫星拓扑保持不变；

S12、把每个时间片对应的卫星拓扑存储到控制器。

3.根据权利要求1所述的基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：

S21、控制器和网络中的交换机之间通过发送报文实现互相连接；

S22、控制器周期性通过PacketOut消息向网络中的交换机的每个端口发送LLDP报文，其中，所述的PacketOut消息是一种控制器与交换机之间进行通信的消息类型；

S23、收到控制器发送的LLDP报文的交换机把该LLDP报文通过相应的端口转发出去；

S24、收到其他交换机发送的LLDP报文的交换机把其收到的LLDP报文封装到PacketIn消息，并发送给控制器，其中，所述的PacketIn消息是一种交换机与控制器之间进行通信的消息类型；

S25、控制器依次处理交换机发送来的PacketIn消息，并通过解析其中的LLDP报文以获取一条连接两个地面交换机相应端口的链路；

S26、控制器把通过LLDP报文获取的所有链路整合成地面网络拓扑，并和当前时间片的卫星拓扑合并成为总的网络拓扑。

4.根据权利要求1所述的基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法，其特征在于，所述的步骤S3具体包括：

S31、交换机把数据包信息封装在PacketIn消息中，并发送给控制器；

S32、控制器根据数据包的目的地址和总的网络拓扑为数据包计算转发路径和制定源路由标签，并向交换机下发相应的流表。

5.根据权利要求1所述的基于协议无感知转发和虚拟拓扑的源路由方法，其特征在于，所述的步骤S5具体包括：

S51、交换机收到带有源路由标签的数据包后，把源路由标签中相应的出端口保存到元数据中，并把源路由标签中相应的出端口删除；

S52、交换机根据源路由标签中的数据包生存时间判断其是否是出口交换机，如果是则把数据包生存时间对应的字段删除，如果不是则把数据包生存时间减1；

S53、交换机根据元数据中保存的出端口把数据包从该端口转发出去。