CN110891020A - 一种sdn带内控制网络的流表数量优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种SDN带内控制网络的流表数量优化方法，该方法将网络中的交换机分组，每个组分配一个特定标签标识，通过把流表的匹配域由IP地址改为标签，实现控制网络的标签转发，减少了带内控制网络的流表数量。SDN带内控制网络的流表数量优化方法主要由分组算法模块、标签分配模块、标签转发模块组成，分组算法模块依据距控制器的跳数实现交换机的分组，标签分配模块根据分组情况为每一个分组分配标签，标签转发模块生成标签转发用的流表。本发明解决了大规模网络中控制流流表过多的问题，提高了交换机流表资源的使用效率。

Description

一种SDN带内控制网络的流表数量优化方法

技术领域

本发明涉及通信网络领域，在SDN带内控制网络中提出了一种基于分组标签转发的流表数量优化方法。

背景技术

在SDN网络中，控制器与交换机的部署有两种方式：带外控制模式(out-band)和带内控制模式(in-band)。带外控制模式中，控制器与交换机间由专有的传输通道进行转发，即控制信息和业务信息釆用不同的传输链路。带内控制模式中，控制器和交换机间的控制信息与业务信息共用一条物理链路进行转发。

相比建立专线的带外控制模式，带内控制可减少大规模网络部署的复杂度，提高网络建设的经济性。由于有着良好的灵活性以及部署的经济性，带内控制的SDN网络已经受到了越来越多的关注。

但是在带内控制的SDN网络中，交换机需要存储用于转发控制流的流表项，在例如数据中心的大规模网络中，会造成一些接近控制器的SDN交换机流表项过多的问题。当流表项数目过多时，交换机的流表空间就无法满足需求，为了下发新的流表项，就需要将其他活跃的流表项删除，这会让更多的数据包转发给控制器，从而增加了控制器的负担，也会发生数据包丢弃现象。

为了避免这种情况出现，很有必要对流表项进行聚合优化，减少SDN带内控制网络中流表的数量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是在上述背景技术中能够解决大规模网络中控制流流表过多的问题，设计了一种SDN带内控制网络的流表数量优化方法，通过基于分组的标签转发方式，减少控制流流表数量，提高交换机流表资源的使用效率。

本发明所要解决的技术问题由下列技术方案实现：

一种SDN带内控制网络的流表数量优化方法，用于生成基于标签转发的流表，减少SDN带内控制网络的流表数量，包括如下步骤：

(1)控制器初始化网络拓扑，计算所有交换机节点到控制器的最短路径及最短路径上的中间节点个数，根据中间节点个数对交换机节点进行分组；

(2)控制器为每个组分配一个全网唯一的标签；

(3)控制器根据每个分组的标签，生成交换机节点的流表规则，所述流表规则的匹配域为相应分组的标签；

(4)所有交换机节点安装流表规则，当有控制数据发送时，发送交换机节点在数据的MPLS报头中添加分组标签信息，中间交换机节点根据流表规则进行标签转发。

其中，步骤(1)中根据中间节点个数对交换机节点进行分组，具体包括以下步骤：

(101)选取与控制器所在根节点相连的一个叶子节点，若此叶子节点的子节点集合为空，则直接将此叶子节点划分为一组，跳到步骤(104)；若此叶子节点的子节点集合不为空，则将此叶子节点作为父节点；

(102)若父节点的子节点距离控制器的跳数比父节点少1，则将该子节点加入其父节点的分组；否则，将该子节点等待加入其他分组；

(103)将父节点的子节点分别作为新的父节点，返回步骤(102)直到子节点集合为空为止，完成一个分组的划分；

(104)选取与控制器所在根节点相连的其他叶子节点，返回步骤(101)，直到所有节点分组完成。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1.本发明采用标签转发取代了基于IP地址的转发，原先一个网络分组的流表可以由一条流表取代，大大减少了流表数量。

2.本发明给出了一种基于距离的网络分组算法，实现基于网络实时状态的灵活分组。

3.本发明使用IP报文中的MPLS报头携带标签信息，对业务转发的开销影响小。

附图说明

图1为本发明设计流程示意图。

图2为网络分组示意图。

图3为标签分配及标签转发示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例所述的技术方案进行详细说明。

本发明基于图1所示的SDN带内控制网络的流表数量优化流程，将控制器分为：分组算法模块、标签分配模块和标签转发模块。具体实现过程如下：

分组算法模块将全网交换机节点进行分组，将分组结果发往标签分配模块，一个典型网络的分组示意如图2所示。交换机的分组选择算法输入为网络拓扑G，输出为最终分组集合O。算法步骤如下：

1)计算所有交换机节点到控制器的最短路径以及到控制器的中间跳数；

2)选取与控制器所在根节点相连的一个叶子节点，若此叶子节点的子节点集合为空，则直接将此叶子节点划分为一组，跳到步骤5)；若此叶子节点的子节点集合不为空，则将此叶子节点作为父节点；

3)判断父节点的子节点距离控制器的跳数比父节点少1，则将该子节点加入其父节点的分组；否则，将该子节点等待加入其他分组；

4)将父节点的子节点分别作为新的父节点，返回步骤3)，直到子节点集合为空为止，完成一个分组的划分；

5)选取与控制器所在节点相连的其他叶子节点，返回步骤2)，直到所有节点分组完成。程序实现如下：

标签分配模块根据网络分组结果，为每个分组分配一个全网唯一的标签来标识，将标签情况发往标签转发模块。

标签转发模块根据全网每个分组的标签，生成交换机的流表规则，如图3所示。若数据从分组1外的节点S1通过交换机节点S2发到分组1内的节点S3，则S1上的流表规则为match:Label 1,action:to S2，S2上有两条流表规则，其中flow table 1规则为match：Label1,action:goto table 2，flow table 2规则为match:S3,action:to S3。交换机节点安装流表规则，数据经过S1后在MPLS报头中添加分组标签Label 1，经过S2后弹出分组标签Label 1。这样，数据可以在网络中根据流表规则进行标签转发，实现控制网络的连通。

本发明的一种SDN带内控制网络的流表数量优化方法，具体包括如下步骤：

(1)控制器初始化网络拓扑，计算所有交换机节点到控制器的最短路径及最短路径上的中间节点个数，根据中间节点个数对交换机节点进行分组；根据中间节点个数对交换机进行分组，具体方式为：

(101)选取与控制器所在根节点相连的一个叶子节点，若此叶子节点的子节点集合为空，则直接将此叶子节点划分为一组，跳到步骤(104)；若此叶子节点的子节点集合不为空，则将此叶子节点作为父节点；

(102)若父节点的子节点距离控制器的跳数比父节点少1，则将该子节点加入其父节点的分组；否则，将该子节点等待加入其他分组；

(103)将父节点的子节点分别作为新的父节点，返回步骤(102)直到子节点集合为空为止，完成一个分组的划分；

(104)选取与控制器所在根节点相连的其他叶子节点，返回步骤(101)，直到所有节点分组完成；

(2)控制器为每个组分配一个全网唯一的标签；

(3)控制器根据每个分组的标签，生成交换机节点的流表规则，流表规则的匹配域为相应分组的标签；

(4)所有交换机节点安装流表规则，当有控制数据发送时，发送交换机节点在数据的MPLS报头中添加分组标签信息，中间交换机节点根据流表规则进行标签转发。

完成SDN带内控制网络的流表数量优化。

Claims (2)

1.一种SDN带内控制网络的流表数量优化方法，用于减少SDN带内控制网络的流表数量，其特征在于，包括如下步骤：

(1)控制器初始化网络拓扑，计算所有交换机节点到控制器的最短路径及最短路径上的中间节点个数，根据中间节点个数对交换机节点进行分组；

(2)控制器为每个组分配一个全网唯一的标签；

(3)控制器根据每个分组的标签，生成交换机节点的流表规则，所述流表规则的匹配域为相应分组的标签；

(4)所有交换机节点安装流表规则，当有控制数据发送时，发送交换机节点在数据的MPLS报头中添加分组标签信息，中间交换机节点根据流表规则进行标签转发。

2.根据权利要求1所述的SDN带内控制网络的流表数量优化方法，其特征在于，步骤(1)中根据中间节点个数对交换机节点进行分组，具体包括以下步骤：

(101)选取与控制器所在根节点相连的一个叶子节点，若此叶子节点的子节点集合为空，则直接将此叶子节点划分为一组，跳到步骤(104)；若此叶子节点的子节点集合不为空，则将此叶子节点作为父节点；

(102)若父节点的子节点距离控制器的跳数比父节点少1，则将该子节点加入其父节点的分组；否则，将该子节点等待加入其他分组；

(103)将父节点的子节点分别作为新的父节点，返回步骤(102)直到子节点集合为空为止，完成一个分组的划分；

(104)选取与控制器所在根节点相连的其他叶子节点，返回步骤(101)，直到所有节点分组完成。

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