[發明專利]一種基于軟件定義網絡的數據包傳輸軌跡檢測方法

在審

• 申請號: 201810255252.7
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108540383A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 李克秋;和旸;齊恒;王軍曉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04L12/721
• 分類號: H04L12/721;H04L12/751;H04L12/935
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種基于軟件定義網絡的數據包傳輸軌跡檢測方法，屬于計算機應用技術領域。本方法在現有的基于數據包標記的路徑追蹤方法的基礎上，通過改進數據包標記的方法，引入概率包標記技術，實現了在大規模的數據中心網絡中的流路徑追蹤。本方法在路徑追蹤的范圍和對網絡資源的占用方面取得了良好的平衡，可以滿足網絡管理者在實際網絡中的需求，提升網絡監控的可靠性。現有“帶內”路徑追蹤技術追蹤路徑普遍較短，在10跳以內，本方法理論上至多可以追蹤64跳長度的路徑。本方法在OpenFlow交換機中安裝的流表數固定，與網絡規模、拓撲結構等均無關，具有良好的可擴展性和可維護性。

技術領域

本發明涉及一種基于軟件定義網絡的數據包傳輸軌跡檢測方法，屬于計算 機應用技術領域。

背景技術

隨著軟件定義網絡(SDN)技術在網絡中廣泛的應用，我們可以從更細的 粒度上更加容易的管理網絡。數據平面與控制平面的分離可以使得管理員使用 高層抽象語言來描述底層的功能。但是，控制平面與數據平面的分離也給網絡 故障檢測帶來了一些新的挑戰，除了網絡配置錯誤、網絡設備故障之外，我們 還需要檢查SDN網絡的數據平面是否按照控制層面制定的策略在工作。傳統的 網絡監控工具無法滿足SDN網絡中故障檢測的要求，近年來研究者們提出了許 多新的故障檢測工具。

在SDN網絡中一個非常實用的技術是數據包傳輸軌跡檢測，通過追蹤網絡 中業務流量的路徑，我們可以測量網絡流量矩陣，檢測由擁塞引起的流量異常， 定位網絡故障，或者只是確保數據平面和控制平面的策略一致性。我們將實現 這種技術的工具分為兩類，一類是“帶外”工具，他們相當于在網絡中引入額 外的“監視層”，包含了收集信息的“監視器”和傳遞信息的所需要的網絡資源。 此類工具通過網絡設備或者主機中的“監視器”來記錄網絡信息，再將“監視 器”獲得的信息通過網絡傳遞給管理者，供管理者進行事后查詢。這類工具雖 然能夠提供較為詳盡的網絡狀態，但是引入“監視層”的做法會讓本身就復雜 的網絡變得更加復雜，提高了網絡中的吞吐量壓力。另一類是“帶內”工具， 通過數據包包頭來攜帶網絡監控信息，不增加網絡的復雜度，并且減少了收集 網絡信息的開銷。但是目前的“帶內”技術受限于有限的數據包包頭的空間， 只能提供有限的信息，導致對數據包傳輸軌跡追蹤存在著諸多限制。

綜上所述，在網絡管理中場景中，現有的數據包傳輸軌跡檢測方法存在缺 陷，不能滿足實際網絡監控中的需求。

發明內容

為了應對上述挑戰，本發明提出了一種基于軟件定義網絡的數據包傳輸軌 跡檢測方法。本方法利用了SDN技術的高可編程性，通過向OpenFlow交換機 中添加流表的方式來實現對經過交換機的數據包進行操作。該方法利用數據包 標記技術將數據包軌跡信息標記在數據包包頭中，屬于一種“帶內”方法。傳 統“帶內”方法的操作粒度是數據包級別，力求在一個數據包的包頭空間中記 錄完整的信息。與傳統方法不同，我們提出的一種基于軟件定義網絡的數據包 傳輸軌跡檢測方法將操作粒度上升到數據流級別，數據包只攜帶完整路徑中的 一部分信息，當終端收到一定數量的數據包后，就可以復原出完整的路徑信息。

本發明的技術方案：

一種基于軟件定義網絡的數據包傳輸軌跡檢測方法，在邏輯上分為兩個部 分：交換機端的數據包標記模塊和目的設備端的軌跡重建模塊；

(1)首先提出如下概念

路徑：一個數據包從源設備到目的設備的傳輸軌跡，例如，<源設備-交換 機1-交換機2-…-交換機n-目的設備>；

子路徑：一條路徑中相鄰兩個設備確定的一段軌跡，例如，<交換機1-交換 機2>；