[發明專利]一種軟件定義網絡中數據包路徑重構方法

有效

• 申請號: 201711348079.7
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108199970B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 高藝;董瑋;卜佳俊;陳純;靖遠
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04L12/751
• 分類號: H04L12/751;H04L12/801;H04L12/24
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

本發明公開了一種軟件定義網絡中數據包路徑重構方法。在網絡初始化階段，控制器根據網絡規模為每一個交換機/路由器分配ID。在發送端生成數據包時，將相關的數據流信息發送給控制器，由控制器決定具體使用的路徑重構方法以及新增數據包頭的字段分配，并將信息反饋給發送端。交換機/路由器轉發數據包時，根據新增包頭執行相應的操作，在包內記錄路徑相關信息。最后由網絡中的管理服務器根據接收到數據包內的路徑相關信息，重構出數據包的傳輸路徑。本發明對軟件定義網絡拓撲的種類沒有特殊的要求，具有交換機/路由器的計算開銷低的特點，在網絡故障和擁塞的狀況下仍能精確重構出數據包的傳輸路徑，極大地方便了軟件定義網絡的管理和故障檢查。

技術領域

本發明涉及一種軟件定義網絡中數據包路徑重構方法，特別是在數據包中添加路徑特征值，并在數據包傳輸過程中更新路徑特征值來記錄數據包的傳輸路徑和在軟件定義網絡的服務器一端通過解碼接收到的數據包的路徑特征值來重構接收到的數據包的傳輸路徑的方法。

背景技術

軟件定義網絡(SDN，Software Defined Network)是一種新型網絡創新架構，在軟件定義網絡中，通過將網絡設備控制面與數據面分離開來，從而實現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。軟件定義網絡的設計初衷是為了解決無法利用現有網絡中的大規模真實流量和豐富應用進行實驗，以便研究如何提高網絡的速度、可靠性、能耗和安全性等問題。其基本思想是把當前IP網絡互連節點中決定數據包轉發的復雜邏輯從交換機、路由器等設備中分離出來，以便通過軟件編程實現硬件對數據包轉發的控制，最終達到對流量進行自由操控的目的。其核心技術是OpenFlow，它使能了交換機/路由器的控制面與數據面功能的解耦，使得控制器與交換設備可獨立發展。針對傳統網絡面臨的問題，如網絡研究的僵化、網絡設備無法適應新應用如IT定制化、云計算、大數據、虛擬化服務器，軟件定義網絡的框架提供了一種全新的解決方案。

隨著軟件定義網絡的快速發展以及在數據中心網絡、企業定制網絡等場景中的真實應用，軟件定義網絡的管理和網絡中的故障檢查、修復的問題顯得尤為重要，引起了業界越來越多的關注。通過重構網絡中數據包的傳輸路徑，可以有效地完成或協助一系列的網絡管理或者故障檢查的任務，比如異常丟包診斷、網絡負載不平衡診斷、網絡流量監測等。在軟件定義網絡領域，已經有一些數據包路徑重構的方法，如NetSight、PathDump等。其中NetSight技術使得網絡中的交換機/路由器在轉發數據包的同時，將每個數據包每一跳的信息全部傳輸給中央服務器，由中央服務器進行分析，從而重構出數據包的傳輸路徑。這種方法存在網絡帶寬開銷過大的缺陷，特別是當網絡處于高負載的狀態時，性能會受到很大程度的影響。與NetSight不同的是，PathDump技術利用了一些軟件定義網絡拓撲的結構特點，如fat-tree、VL2的樹狀結構性質，在數據包傳輸過程中選擇性地在數據包內記錄下關鍵跳的節點ID信息，當數據包到達接收端時對包內信息進行解析并重構出傳輸路徑。這種方法的缺點是它要求網絡拓撲必須有明顯的結構特征，因此無法適用于所有的軟件定義網絡的拓撲。

發明內容

本發明要克服現有技術的上述缺點，提供一種軟件定義網絡中數據包路徑重構的方法。

為實現以上目的，本發明所采取的技術方案是：軟件定義網絡中數據包路徑重構方法，包括：

步驟1.將軟件定義網絡初始化，具體是：

步驟11：軟件定義網絡中的控制器根據真實網絡拓撲的大小給網絡中的每一個交換機/路由器分配一個ID，用合適比特數大小的二進制數表示；

步驟12：控制器為網絡中的交換機/控制器配置相應的流表，流表中的每一行對應一條交換機/路由器的對數據包的操作規則，包括數據包修改和轉發，從而實現本發明中的壓縮哈希匹配算法、連續比特填充算法以及bPAT算法。

步驟2.運行軟件定義網絡，具體有：

步驟21.發送端生成并發送數據包；具體包括：