CN109873767A - 基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法，该方法面向天地一体化网络，基于协议无感知转发技术通过虚拟化层来管理底层物理网络，其中底层卫星网络拓扑的获取是通过分析卫星星座的运行规律把卫星星座运行周期划分成一系列短的时间片，并使每个时间片内卫星的拓扑保持不变，底层路由方法采用分段路由方法。相比于传统的网络虚拟化方法，该方法把协议无感知转发技术、虚拟拓扑技术以及分段路由技术运用到天地一体化网络虚拟化中，在提高网络的可编程性的基础上，大大减小了映射方案的计算时间、流表项的数目以及数据包头部的开销，有效提高设备的利用率，符合天地一体化网络虚拟化的需求。

Description

基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法
技术领域
本发明涉及天地一体化网络技术领域，更具体地说，是涉及一种基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法，是一种用于新协议不断出现、硬件设备更换困难、资源有限、网络拓扑变化频繁和对可编程性要求高的天地一体化网络虚拟化方法。
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。基于软件定义网络(SDN)的天地一体化网络虽然实现了控制平面和数据平面的分离，但是没有有效提高网络设备的利用率。另外，随着天地一体化网络的发展，越来越多的业务类型涌现出来，不同的业务类型在传输速率、流量密度、时延要求等方面的需求不同，所以需要通过天地一体化网络虚拟化技术来实现根据租户业务类型的需求，在独立的物理网络上划分出多个逻辑网络，实现更细粒度的服务，网络虚拟化的架构如图2所示。
同时，随着天地一体化网络的发展，未来将会出现越来越多的新协议，所以SDN技术需要更具可编程性来适应各种不同的协议。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，所以可以很好地表示现有的协议以及未来出现的新协议，大大提高了SDN的可编程性。
发明内容
本发明的目的是提高天地一体化网络的设备利用率以及提供更细粒度的服务，从而提供一种基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法。
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的天地一体化网络虚拟化方法，所述的网络虚拟化方法包括下列步骤：
S1、虚拟化层和底层交换机之间实现互相连接；
S2、租户发起虚拟网络建立请求；
S3、租户控制器根据卫星拓扑和地面拓扑得到总的网络拓扑；
S4、租户控制器根据租户的虚拟网络请求以及总的网络拓扑来制定租户虚拟网络的映射方案；
S5、虚拟化层根据映射方案实例化虚拟交换机，然后为虚拟交换机之间的链路分配分段路由标签；
S6、虚拟化层为虚拟交换机和底层交换机建立映射关系，并根据分段路由标签等向底层物理交换机下发流表，从而在底层物理网络上为虚拟网络建立虚拟链接；
S7、底层交换机根据其流表转发租户的数据包。
进一步地，所述的步骤S3具体包括：
S31、根据卫星星座的运行规律把卫星星座的运行周期划分为一系列短的时间片，使得每个短的时间片内的卫星拓扑保持不变，并把每个时间片对应的卫星拓扑存储到虚拟化层；
S32、在虚拟化层的控制下，地面网络运行LLDP协议来获取地面网络的拓扑，其中LLDP协议表示链路层发现协议；
S33、租户控制器通过和虚拟化层进行通信来获取当前时刻卫星拓扑和地面网络拓扑，并把卫星网络拓扑和地面网络拓扑合并成为总的网络拓扑。
进一步地，所述的步骤S4具体包括：
S41、租户控制器根据租户的虚拟网络请求和总的网络拓扑为租户虚拟网络制定虚拟网络映射方案；
S42、租户控制器把虚拟化网络的映射方案下发给虚拟化层。
进一步地，所述的步骤S5具体包括：
S51、虚拟化层根据租户虚拟网络映射方案来实例化虚拟交换机；
S52、虚拟化层为虚拟交换机之间的链路分配分段路由的标签。
进一步地，所述的步骤S6具体包括：
S61、虚拟化层为虚拟交换机和底层交换机建立映射关系；
S62、虚拟化层根据分段路由标签以及映射关系为底层物理交换机下发相应的流表；
S63、底层物理交换机收到虚拟化层下发的流表，并为虚拟网络建立虚拟链接。
进一步地，所述的步骤S7具体包括：
S71、判断当前底层物理交换机是否为虚拟交换机所映射的交换机，若是，则根据匹配的流表项为数据包插入下一条转发路径所对应的分段路由标签并从相应端口转发出去，或者直接转发数据包到目的地，若不是，则继续下面的步骤；
S72、底层物理交换机提取分段路由标记，然后和其流表项进行匹配，得到数据包转发的端口，并把端口号存储到元数据中；
S73、底层物理交换机判断分段标签中数据包的生存时间是否为1，若是，则删除数据包的分段标签，若不是，则把数据包生存时间减1；
S74、底层物理交换机把数据包从元数据中存储的转发端口号所对应的端口转发出去。
进一步地，所述的步骤S1中，虚拟化层和底层交换机之间通过发送报文实现互相连接。
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的天地一体化网络虚拟化方法相比于传统的基于软件定义网络的天地一体化网络，该方法把协议无感知转发技术、虚拟拓扑技术以及分段路由技术运用到天地一体化网络虚拟化中，在提高网络的可编程性的基础上，大大减小了映射方案的计算时间、流表项的数目以及数据包头部的开销，有效提高设备的利用率，有利于适应未来天地一体化网络的发展。
附图说明
图1是本发明提出的基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法的流程步骤图；
图2是网络虚拟化的框架图；
图3是Iridium星座与卫星图；
图4是本发明提出的基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法架构图。
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的天地一体化网络虚拟化方法。本实施例中网络虚拟化方法的处理流程包括以下步骤，其中本实施例采用Iridium星座作为卫星星座，图3是Iridium星座与卫星图：
S1、虚拟化层和底层交换机之间通过发送报文实现互相连接；
S2、租户发起虚拟网络建立请求；
S3、租户控制器根据卫星拓扑和地面拓扑得到总的网络拓扑；
其中，步骤S3的具体实施过程如下：
S31、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虚拟化层；
S32、在虚拟化层的控制下，地面网络运行LLDP协议来获取地面网络的拓扑，其中LLDP协议表示链路层发现协议；
S33、租户控制器通过和虚拟化层进行通信来获取当前时刻卫星拓扑和地面网络拓扑，并把卫星网络拓扑和地面网络拓扑合并成为总的网络拓扑。
S4、租户控制器根据租户的虚拟网络请求以及总的网络拓扑来制定租户虚拟网络的映射方案，并把映射方案下发给虚拟化层；
S5、虚拟化层根据映射方案实例化虚拟交换机，然后为虚拟交换机之间的链路分配分段路由标签；
S6、虚拟化层为虚拟交换机和底层交换机建立映射关系，并根据分段路由标签等向底层物理交换机下发流表，从而在底层物理网络上为虚拟网络建立虚拟链接；
S7、底层交换机根据其流表转发租户的数据包。
其中如图4所示，步骤S7的具体实施过程如下：
S71、判断当前底层物理交换机是否为虚拟交换机所映射的交换机，若是，则根据匹配的流表项为数据包插入下一条转发路径所对应的分段路由标签并从相应端口转发出去，或者直接转发数据包到目的地，若不是，则继续下面的步骤；
S72、底层物理交换机提取分段路由标记，然后和其流表项进行匹配，得到数据包转发的端口，并把端口号存储到元数据中；
S73、底层物理交换机判断分段标签中数据包的生存时间是否为1，若是，则删除数据包的分段标签，若不是，则把数据包生存时间减1；
S74、底层物理交换机把数据包从元数据中存储的转发端口号所对应的端口转发出去。
该方法把协议无感知转发技术、虚拟拓扑技术以及分段路由技术运用到天地一体化网络虚拟化中，在提高网络的可编程性的基础上，大大减小了映射方案的计算时间、流表项的数目以及数据包头部的开销，有效提高设备的利用率，有利于适应未来天地一体化网络的发展。
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 (7)

1.一种基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法，其特征在于，所述的网络虚拟化方法包括下列步骤：
S1、虚拟化层和底层交换机之间实现互相连接；
S2、租户发起虚拟网络建立请求；
S3、租户控制器根据卫星拓扑和地面拓扑得到总的网络拓扑；
S4、租户控制器根据租户的虚拟网络请求以及总的网络拓扑来制定租户虚拟网络的映射方案；
S5、虚拟化层根据映射方案实例化虚拟交换机，然后为虚拟交换机之间的链路分配分段路由标签；
S6、虚拟化层为虚拟交换机和底层交换机建立映射关系，并根据分段路由标签等向底层物理交换机下发流表，从而在底层物理网络上为虚拟网络建立虚拟链接；
S7、底层物理交换机根据其流表转发租户的数据包。
2.根据权利要求1所述的基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法，其特征在于，所述的步骤S3具体包括：
S31、根据卫星星座的运行规律把卫星星座的运行周期划分为一系列短的时间片，使得每个短的时间片内的卫星拓扑保持不变，并把每个时间片对应的卫星拓扑存储到虚拟化层；
S32、在虚拟化层的控制下，地面网络运行LLDP协议来获取地面网络的拓扑，其中所述的LLDP协议表示链路层发现协议；
S33、租户控制器通过和虚拟化层进行通信来获取当前时刻卫星拓扑和地面网络拓扑，并把卫星网络拓扑和地面网络拓扑合并成为总的网络拓扑。
3.根据权利要求1所述的基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法，其特征在于，所述的步骤S4具体包括：
S41、租户控制器根据租户的虚拟网络请求和总的网络拓扑为租户虚拟网络制定虚拟网络映射方案；
S42、租户控制器把虚拟化网络的映射方案下发给虚拟化层。
4.根据权利要求1所述的基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法，其特征在于，所述的步骤S5具体包括：
S51、虚拟化层根据租户虚拟网络映射方案来实例化虚拟交换机；
S52、虚拟化层为虚拟交换机之间的链路分配分段路由的标签。
5.根据权利要求1所述的基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法，其特征在于，所述的步骤S6具体包括：
S61、虚拟化层为虚拟交换机和底层交换机建立映射关系；
S62、虚拟化层根据分段路由标签以及映射关系为底层物理交换机下发相应的流表；
S63、底层物理交换机收到虚拟化层下发的流表，并为虚拟网络建立虚拟链接。
6.根据权利要求1所述的基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法，其特征在于，所述的步骤S7具体包括：
S71、判断当前底层物理交换机是否为虚拟交换机所映射的交换机，若是，则根据匹配的流表项为数据包插入下一条转发路径所对应的分段路由标签并从相应端口转发出去，或者直接转发数据包到目的地，若不是，则继续执行步骤S72；
S72、底层物理交换机提取分段路由标记，然后和其流表项进行匹配，得到数据包转发的端口，并把端口号存储到元数据中；
S73、底层物理交换机判断分段标签中数据包的生存时间是否为1，若是，则删除数据包的分段标签，若不是，则把数据包生存时间减1；
S74、底层物理交换机把数据包从元数据中存储的转发端口号所对应的端口转发出去。
7.根据权利要求1所述的基于协议无感知转发的天地一体化网络虚拟化方法，其特征在于，所述的步骤S1中，虚拟化层和底层交换机之间通过发送报文实现互相连接。
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