CN112671713B - 一种sdn网络数据转发方法、sdn交换机、控制器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SDN网络数据转发方法、SDN交换机、控制器及系统，包括：将数据包中的未知数据帧发送至控制器，以使控制器识别得到数据帧，并生成数据帧的映射策略；接收数据帧的映射策略，根据映射策略重组数据帧后转发数据包。当SDN交换机接收到未知数据帧后，直接将该数据帧上报给SD‑WAN控制器，由SD‑WAN控制器进行识别和生成应对策略，极大的简化了SDN交换机的工作，降低了SDN交换机的造价，无需提前在SDN交换机上集成各类型数据帧的识别信息和应对策略。

Description

一种SDN网络数据转发方法、SDN交换机、控制器及系统

技术领域

本发明涉及及SDN技术领域，特别是涉及一种SDN网络数据转发方法、SDN交换机、控制器及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

SDN架构在核心网演进和广泛部署的过程中，存在SDN架构和传统传输协议冲突问题，即兼容性问题。传统的解决方法是通过OpenFlow协议对SDN交换机提前存储所有数据类型的识别字段和应对策略；这种方法虽然能够解决兼容性问题，但是随着OpenFlow协议要兼容的数据类型越来越多，如IPv4、MPLS、TCP、UDP等，SDN交换机流表项的匹配域字段也越来越多，无疑增加了SDN交换机的造价，而且传统传输协议将对数据帧的识别和反应集成在SDN交换机中，降低交换机的反应速度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种SDN网络数据转发方法、SDN交换机、控制器及系统，当SDN交换机接收到未知数据帧后，直接将该数据帧上报给SD-WAN控制器，由SD-WAN控制器进行识别和生成应对策略，极大的简化了SDN交换机的工作，降低了SDN交换机的造价，无需提前在SDN交换机上集成各类型数据帧的识别信息和应对策略。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种SDN网络数据转发方法，包括：

将数据包中的未知数据帧发送至控制器，以使控制器识别得到数据帧，并生成数据帧的映射策略；

接收数据帧的映射策略，根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

第二方面，本发明提供一种SDN网络数据转发方法，包括：

识别接收的未知数据帧；

对识别得到的数据帧生成对应的映射策略，并将映射策略发送至SDN交换机，以使SDN交换机根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

第三方面，本发明提供一种SDN交换机，包括：

通信模块，用于将数据包中的未知数据帧发送至控制器，以使控制器识别得到数据帧，并生成数据帧的映射策略；

应对策略执行模块，用于接收数据帧的映射策略，根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

第四方面，本发明提供一种控制器，包括：

识别模块，用于识别接收的未知数据帧；

应对策略生成模块，用于对识别得到的数据帧生成对应的映射策略，并将映射策略发送至SDN交换机，以使SDN交换机根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

第五方面，本发明提供一种SDN网络数据转发系统，包括SDN交换机和控制器；

所述SDN交换机将数据包中的未知数据帧发送至控制器；

所述控制器识别接收的未知数据帧，对识别得到的数据帧生成对应的映射策略，并将映射策略发送至SDN交换机；

所述SDN交换机接收数据帧的映射策略，根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

相比现有的OpenFlow协议解决方法，本发明无需提前在SDN交换机上集成各类型数据帧的识别信息和应对策略，当SDN交换机接收到未知数据帧后，直接将该数据帧上报给SD-WAN控制器，由SD-WAN控制器进行识别和生成应对策略，极大的简化了SDN交换机的工作，降低了SDN交换机的造价，并且更加精准和灵活地针对相应的帧格式，如MPLS帧格式进行相应的反馈，按需下发应对策略，适用于拓扑结构比较稳定的有线网络。

SDN将数据平面和控制平面分离的动态架构，能够按需调配网络资源，实现逻辑的集中控制。SDN本身所具有的感知特性、信息回传链路等特性，使得学习和兼容未知数据帧的过程更加灵活与简单。

SDN所处的网络环境是拓扑结构比较稳定的有线网络，一台SDN交换机在其使用期内很大程度上与固定的网元单元相连，使得该SDN交换机接收到的数据包在很大程度上只有一种数据类型，因此无需提前在SDN交换机上集成所有类型的识别字段和应对策略，只需安装基础版本的SDN交换机，简化SDN交换机的结构，实时学习接收到的未知类型数据包。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的SDN网络数据转发方法流程图；

图2为本发明实施例3提供的SDN网络数据转发系统结构图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的一种SDN网络数据转发方法、SDN交换机、控制器及系统，改变传统的OpenFlow协议传输方法，基于MPLS VPN技术，利用SDN交换机在有线网络中与其他交换机连接关系固定的特性、SDN网络的感知特性和信息回传链路优点，解决MPLS VPN从传统网络过渡到SDN网络的兼容性问题，如图1所示，本发明中SDN交换机将未知数据帧通过通信模块发送至控制器后，由控制器识别数据帧格式，并生成针对数据帧格式的映射策略，然后通过数据传输模块将映射策略下发至交换机，SDN交换机接收该映射策略，转发数据包，同时存储映射策略和应对策略，以识别后续发送的该种数据帧格式。相较于传统的将数据帧的识别和反应集成在SDN交换机的方法，能够降低SDN交换机的造价，并且更加精准和灵活地针对数据帧格式进行相应的反馈，同时按需进行下发应对策略的方法适用于拓扑结构比较稳定的有线网络。

以下结合具体实施例详细说明本发明的方法。

实施例1

本实施例提供一种SDN网络数据转发方法，在SDN交换机中实现，包括：

将数据包中的未知数据帧发送至控制器，以使控制器识别得到数据帧，并生成数据帧的映射策略；

接收数据帧的映射策略，根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

在本实施例中，SDN交换机接收待转发的数据包，首先进行头字段解析，再进行查表操作，查找表中是否存有该种数据包的帧格式，以及其对应的映射策略和应对策略；若查表失败，SDN交换机未识别该数据包，则将未识别的数据帧格式通过SDN交换机的通信模块上传给控制器；

本实施例以SD-WAN控制器为例，SD-WAN控制器根据未识别的数据帧格式生成对应的映射策略和应对策略后，下发给SDN交换机，SDN交换机解析针对相应数据帧格式的映射策略，将数据帧转换成SDN交换机可识别的传输格式，并执行SD-WAN控制器下发的控制策略，实现数据包的转发。

在本实施例中，以数据包中MPLS帧为例，根据MPLS帧的标签生成映射策略，MPLS的数据帧格式为：

Ingress port+metadata+Ether src+Ether dst+Ether type+label+exp+s+ttl；

其中，Ingress port为输入端口，metadata为元数据，Ether src为以太网数据帧的源地址，Ether dst为以太网数据帧的目的地址，Ether type为以太网的类型字段，label是MPLS的标签，exp是优先级，s是栈底标志位，ttl是存活时间。

由于SDN交换机不能识别出该数据帧，则将该未知数据帧完整的上传给SD-WAN控制器，SD-WAN控制器根据上报数据帧格式的label和exp识别出MPLS帧，并根据上报数据的label生成flag，将映射策略下发给SDN交换机。

映射策略至少包含Ingress port、metadata、Ether src、Ether dst、Ether type和flag；若上报给SD-WAN控制器的数据帧中含有ttl、s和exp等字段，则映射策略也包含相关字段；映射策略的具体格式为：

Ingress port+metadata+Ether src+Ether dst+Ether type+flag+exp+s+ttl；flag是SDN系统针对MPLS转换的统一编号；

映射过程如表1和表2所示为MPLS数据帧在映射前后的数据格式；可以理解的，flag的具体bit位数需根据实际情况进行设定。

表1 MPLS数据帧格式

表2 MPLS对应的映射策略格式

在SDN交换机中，通过SD-WAN控制器发送的映射策略学习到如何界定未知数据帧中的各个部分，并按照SDN交换机内的数据帧格式将未知数据帧进行重组。

在本实施例中，SDN交换机还将MPLS的帧格式、该数据帧对应的映射策略和应对策略进行存储，目的是对于后续接收的同类型的数据包，SDN交换机可以直接识别，无需上传给控制器。

在更多实施例中，基于上述在SDN交换机中实现的SDN网络数据转发方法，本实施例还提供一种SDN交换机，包括：感知存储模块、应对策略执行模块和通信模块；

所述感知存储模块用于接收数据包，识别未知数据帧；

在本实施例中，所述感知存储模块当接收到数据包后，对数据包进行识别，判断是否存储有该数据包的帧格式，以及其对应的映射策略和应对策略；识别方式为：首先进行头字段解析，再进行查表操作；

若识别失败，即SDN交换机未识别该数据包，则将未识别的数据帧格式通过通信模块上传给控制器。

所述通信模块，用于将数据包中的未知数据帧发送至控制器，以使控制器识别得到数据帧，并生成数据帧的映射策略；

在本实施例中，所述通信模块一方面可以上传SDN交换机未识别出的数据包的端口信息给控器；另一方面可以接收控制器下发的映射策略和控制策略，并将其传给应对策略执行模块。

所述应对策略执行模块，用于接收数据帧的映射策略，根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

在本实施例中，所述应对策略执行模块还将识别出的数据帧格式、该数据帧对应的映射策略和应对策略存储到感知存储模块，目的是对于后续接收的同类型的数据包，SDN交换机可以直接识别，无需上传给控制器。

在更多实施例中，还可以提供一种SDN网络数据转发装置，该装置设置在SDN交换机中，包括，存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的SDN网络数据转发方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU、其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等；通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

实施例2

第二方面，本发明提供一种SDN网络数据转发方法，在控制器中实现，包括：

识别接收的未知数据帧；

对识别得到的数据帧生成对应的映射策略，并将映射策略发送至SDN交换机，以使SDN交换机根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

在更多实施例中，基于上述在控制器中实现的SDN网络数据转发方法，本实施例还提供一种控制器，包括：识别模块、应对策略生成模块、数据传输模块和存储模块；

所述数据传输模块，用于接收SDN交换机发送的未知数据帧；

所述识别模块，用于识别接收的未知数据帧，将识别得到的MPLS帧格式发送给应对策略生成模块；

应对策略生成模块，用于对识别得到的MPLS数据帧生成对应的映射策略和应对策略，并将其进行存储至数据库中，数据库中每条数据包含一种帧格式和该格式对应的映射策略和应对策略；同时将映射策略发送至SDN交换机，以使SDN交换机根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

所述数据传输模块一方面除了接收交换机上传的端口信息；另一方面可以将MPLS数据格式的映射策略和flag发送给SDN交换机，对交换机进行相应的配置和管理。

在更多实施例中，还可以提供一种SDN网络数据转发装置，该装置设置在控制器中，包括，存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例2中所述的SDN网络数据转发方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU、其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等；通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

实施例3

如图2所示，本实施例提供一种SDN网络数据转发系统，包括实施例1中所述的SDN交换机和实施例2中所述的控制器；所述SDN交换机和控制器分别施行实施例1和实施例2所述的方法，具体包括：

所述SDN交换机将数据包中的未知数据帧发送至控制器；

所述控制器识别接收的未知数据帧，对识别得到的数据帧生成对应的映射策略，并将映射策略发送至SDN交换机；

所述SDN交换机接收数据帧的映射策略，根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

可以理解的，上述模块对应于上述实施例中所述的步骤，且与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例所公开的内容。

需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

可以理解的，实施例1和2中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (11)

1.一种SDN网络数据转发方法，其特征在于，包括：

将数据包中的未知数据帧发送至控制器，以使控制器识别得到数据帧，并生成数据帧的映射策略；

接收数据帧的映射策略，根据映射策略重组数据帧后转发数据包；

SD-WAN控制器根据上报数据帧格式的label和exp识别出MPLS帧，并根据上报数据的label生成flag，将映射策略下发给SDN交换机；

映射策略至少包含Ingress port、metadata、Ether src、Ether dst、Ether type和flag；若上报给SD-WAN控制器的数据帧中含有ttl、s和exp字段，则映射策略也包含相关字段；映射策略的具体格式为：

Ingress port + metadata + Ether src + Ether dst + Ether type + flag + exp+ s + ttl；

其中，Ingress port为输入端口，metadata为元数据，Ether src为以太网数据帧的源地址，Ether dst为以太网数据帧的目的地址，Ether type为以太网的类型字段， label是MPLS的标签，exp是优先级，s是栈底标志位，ttl是存活时间；flag是SDN系统针对MPLS转换的统一编号；

所述识别得到的数据帧及其映射策略被存储至交换机中，以对后续接收的同类型数据包进行识别。

2.如权利要求1所述的一种SDN网络数据转发方法，其特征在于，所述数据包由SDN交换机进行识别，若SDN交换机未存储有该数据包的帧格式及其对应的映射策略和应对策略，则该数据包的帧格式视为未知数据帧，所述应对策略为根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

3.如权利要求1所述的一种SDN网络数据转发方法，其特征在于，根据未知数据帧的标签字段生成映射策略，所述映射策略包含有与标签字段对应且用于帧重组的统一编号。

4.一种SDN网络数据转发方法，其特征在于，包括：

识别接收的数据包中的未知数据帧；

对识别得到的数据帧生成对应的映射策略，并将映射策略发送至SDN交换机，以使SDN交换机根据映射策略重组数据帧后转发数据包；

SD-WAN控制器根据上报数据帧格式的label和exp识别出MPLS帧，并根据上报数据的label生成flag，将映射策略下发给SDN交换机；

映射策略至少包含Ingress port、metadata、Ether src、Ether dst、Ether type和flag；若上报给SD-WAN控制器的数据帧中含有ttl、s和exp字段，则映射策略也包含相关字段；映射策略的具体格式为：

Ingress port + metadata + Ether src + Ether dst + Ether type + flag + exp+ s + ttl；

其中，Ingress port为输入端口，metadata为元数据，Ether src为以太网数据帧的源地址，Ether dst为以太网数据帧的目的地址，Ether type为以太网的类型字段， label是MPLS的标签，exp是优先级，s是栈底标志位，ttl是存活时间；flag是SDN系统针对MPLS转换的统一编号；

所述识别得到的数据帧及其映射策略被存储至交换机中，以对后续接收的同类型数据包进行识别。

5.如权利要求4所述的一种SDN网络数据转发方法，其特征在于，所述数据包由SDN交换机进行识别，若SDN交换机未存储有该数据包的帧格式及其对应的映射策略和应对策略，则该数据包的帧格式视为未知数据帧，所述应对策略为根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

6.如权利要求4所述的一种SDN网络数据转发方法，其特征在于，根据未知数据帧的标签字段生成映射策略，所述映射策略包含有与标签字段对应且用于帧重组的统一编号。

7.一种SDN交换机，其特征在于，用于实现如权利要求1所述的SDN网络数据转发方法，包括：

通信模块，用于将数据包中的未知数据帧发送至控制器，以使控制器识别得到数据帧，并生成数据帧的映射策略；

应对策略执行模块，用于接收数据帧的映射策略，根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

8.如权利要求7所述的一种SDN交换机，其特征在于，所述SDN交换机还包括感知存储模块，用于接收数据包，识别未知数据帧；若SDN交换机未存储有该数据包的帧格式及其对应的映射策略和应对策略，则该数据包的帧格式视为未知数据帧。

9.一种控制器，其特征在于，用于实现如权利要求4所述的SDN网络数据转发方法，包括：

识别模块，用于识别接收的数据包中的未知数据帧；

应对策略生成模块，用于对识别得到的数据帧生成对应的映射策略，并将映射策略发送至SDN交换机，以使SDN交换机根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

10.如权利要求9所述的一种控制器，其特征在于，所述控制器还包括数据传输模块和存储模块；

所述数据传输模块，用于接收SDN交换机发送的未知数据帧；

所述存储模块，用于将识别得到的数据帧及其对应的映射策略和应对策略进行存储。

11.一种SDN网络数据转发系统，其特征在于，包括如权利要求7所述的SDN交换机和如权利要求9所述的控制器；

所述SDN交换机将数据包中的未知数据帧发送至控制器；

所述控制器识别接收的未知数据帧，对识别得到的数据帧生成对应的映射策略，并将映射策略发送至SDN交换机；

所述SDN交换机接收数据帧的映射策略，根据映射策略重组数据帧后转发数据包。

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