[發明專利]SDN控制器實現方法及SDN控制器

在審

• 申請號: 201410251290.7
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN104009871A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 韓言妮;覃毅芳;張棪;趙志軍;慈松
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/28;H04L12/931;H04L12/801
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所 11309
• 代理人: 陳霽

技術領域

本發明涉及計算機網絡領域，尤其涉及一種SDN控制器實現方法及SDN控制器。

背景技術

隨著終端計算處理能力的提高、網絡傳輸能力的擴大，網絡所承載的信息急劇膨脹，互聯網不再是單純以通信為目的的網絡，而是更多地朝著滿足人們獲取信息需求的方向發展，成為一個信息承載和分發的平臺。由于人們對信息獲取方式(有線、移動)、信息類型(數據、話音、視頻)、信息質量、信息安全等呈現多元化的需求，所以互聯網為了適應和滿足各類需求不斷地引入大量的控制協議，形成了一個龐大的控制平面。這些控制協議從設計上依附于特定的轉發協議，而且從實現技術上看，控制平面與轉發平面都運行在網絡設備中，給網絡功能的擴展和網絡的管理帶來了巨大的挑戰，傳統網絡架構越來越不能滿足當今企業、運營商以及用戶的需求。

軟件定義網絡(Software?Defined?Network,SDN)是一種新型網絡創新架構，其核心技術通過將網絡設備控制面與數據面分離開來，通過軟件程序靈活地配置網絡功能，使得網絡的自動化管理和控制能力得到空前的提升，從而實現了網絡流量的靈活控制，為核心網絡及應用的創新提供了良好的平臺，能有效解決當前網絡系統所面臨的資源規模擴展受限、組網靈活性差、難以快速滿足業務需求等問題，便于網絡升級和適應各種新型業務的需求。

SDN架構中的應用層包括各種不同的業務和應用，不同的應用控制程序運行在控制器之上，通過控制器提供的全局網絡視圖，控制應用程序可以把整個網絡定義成為一個邏輯的交換機，同時利用控制層提供的應用編程接口，網絡人員能夠靈活地編寫多種網絡應用，如路由、多播、安全、接入控制、帶寬管理、流量工程、服務質量等，從而控制設備的報文轉發功能?？刂茖邮沁壿嬌霞械?、基于軟件的SDN控制器，主要負責維護全局網絡視圖，向上層應用提供用于實現網絡服務的可編程接口(通常也稱為“北向接口”)，并且負責處理數據平面資源的編排，維護網絡拓撲、狀態信息等?；A設施層，也稱為數據轉發層，由轉發設備組成，負責基于流表的數據處理、轉發和狀態收集，可用Open?Flow協議通信。

圖1a為現有技術中網絡設備形態示意圖，如圖1a所示，在現有技術中，在一個域內，多個業務特性通過操作系統進行分配到專用硬件上，多個域內互相組網。圖1b為現有技術中SDN設備形態示意圖，如圖1b所示，在SDN設備形態中，多個業務特性下發到網絡操作系統上，由網絡操作系統將業務特性下發到各個標準/通用硬件，各個標準/通用硬件之間互相組網。由圖1a和圖1b，可知，SDN控制器通過集中化方式監測整個網絡的運行，通過標準化的南向接口和北向接口進行網絡控制，負責對底層轉發設備的統一調度和控制，以及向上層業務應用提供網絡能力調用。通過北向接口為上層業務應用和資源管理系統提供靈活的網絡資源抽象，網絡資源管理系統以軟件編程方式調用底層各種網絡資源能力，獲得網絡資源的工作狀態，并對網絡資源進行調度，實現資源統一交付，更好支撐云計算等新業務對網絡資源的需求。當前SDN的研究進展，在南向接口方面已經取得了較為成熟的解決方案，包括鏈路發現、拓撲管理、策略制定、表項下發等，其中鏈路發現和拓撲管理主要是控制其利用南向接口的上行通道對底層交換設備上報信息進行統一監控和統計；而策略制定和表項下發則是控制器利用南向接口的下行通道對網絡設備進行統一控制。

然而，當前SDN架構中南向的通用標準OpenFlow交換機中采用基于流表項匹配進行轉發的機制，并不能直接處理常規的鏈路層發現協議操作，因此相關的工作必須由控制器完成。因此，SDN的控制器對于把握全網配置資源視圖、改善網絡資源交付都具有非常重要的作用。當前，支持OpenFlow協議的多種控制軟件已經得到了開發和推廣。NOX已經發布了多個版本，如NOX?Destiny、NOX?Zach、POX等，它們對NOX進行了性能上的優化，并逐漸支持更多的功能,如控制臺操作、簡單網絡管理協議(Simple?Network?Management?Protocol，SNMP)控制等。其余的控制軟件也得到了廣泛應用，如Maestro，Beacon，Floodlight，SNAC，Trema，RouteFlow和Onix等?？偨Y當前這些控制器設計的主要共性特點，它們一般是采用模塊化功能實現基于事件和多線程操作的處理，架構上采用集中管理的方式，集成可擴展的策略定義語言，通過策略管理器調度網絡，同時提供了豐富的API，讓開發者輕松構建自己的控制器平臺，測試和調試自定義的功能模塊。

傳統控制器的設計方案存在以下問題：