[發明專利]基于軟件定義數據中心的高精度實時延時監測方法

有效

• 申請號: 202011310444.7
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112291115B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 廖靈霞;王健;潘衿衿;趙長青;秦斌;馮彥明;馬曉航
• 申請（專利權）人: 桂林航天工業學院
• 主分類號: H04L43/0852
• 分類號: H04L43/0852
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 楊雪梅

1.基于軟件定義數據中心的高精度實時延時監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）組成：延時監測系統由集中控制點、延時測量包、和被測網絡組成，其中被測網絡包括鏈路和交換機；

2）改造：集中控制點由基于OpenFlow協議的軟件定義網絡的控制器通過改造構成；延時測量包為集中控制點生成的帶有organization specific TLV的LLDP包，被測網絡的交換機需要進行改造；現有OpenFlow協議無需進行任何客戶化，無需另外部署硬件設施；

a）集中控制點在現有軟件定義網絡的控制器的網絡拓撲發現模塊的基礎上進行改造，改造的主要內容包括針對延時測量包的特點生成和解析LLDP包；現有的利用OpenFlow協議所定義的軟件定義網絡控制平面和數據平面的接口規范對延時測量包進行注入和回收部分無需進行改造；

b）作為延時測量包的LLDP包除了包含LLDP首部，及通用的幾種TLV外, 還需要包含一個機構指定TLV ，即organization specific TLV；

c）現有交換機的軟件系統需要在處理數據包時加入對延時測量包的處理代碼；

3）測量：延時測量包由集中控制點周期性地生成并注入到網絡中；網絡的交換機接收到延時測量包后，通過延時測量包的TTL值選擇恰當的動作，以完成延時的測量；延時測量包最后被交換機轉發回集中控制點，由集中控制點完成測量包地解析和延時的統計和更新，延時測量包由集中監測點周期性地生成并注入到網絡中，包括如下步驟：

（1）集中控制點創建延時測量包：集中控制點生成帶有organization specific TLV的LLDP包，并將TTL TLV中的TTL值初始化為4；

（2）集中控制點選擇交換機，周期性注入延時測量包：集中控制點可以根據一定的策略選擇交換機，并將步驟2）生成的延時測量包周期性地注入到被選中的交換機，被注入的延時測量包將被封裝成OpenFlow消息，通過軟件定義網絡的控制平面和數據平面間的南向接口由控制平面的集中控制點注入到數據平面的交換機；

（3）交換機處理測量包：

交換機的分類：針對一個延時測量包，處理該延時測量包的交換機可以是源交換機或者目的交換機，網絡中交換機的類型根據接收到的延時測量包而變化，某個特定的交換機可以是某個特定延時測量包的源交換機，同時是另一個延時測量包的目的交換機；

交換機處理接收到的延時測量包：一個延時測量包經集中控制點注入到網絡中，被該延時測量包的源交換機接收，再由源交換機廣播到與其直接相連的各目的交換機，該源交換機和各目的交換機將通過控制和判斷測量包的TTL值，保證該延時測量包在一對源交換機和目的交換機確定的鏈路上只往返三次，即源交換機-目的交換機-源交換機-目的交換機，再由目的交換機將延時測量包轉發到集中控制點，完成測量結果的回收和統計，交換機對延時測量包的處理過程如下：

a）交換機收到延時測量包后，首先判斷是否是延時測量包，如果不是，轉到步驟h)；如果是，轉到步驟b)；

b）將延時測量包的TTL TLV中的TTL值減1；

c）判斷當前的TTL值，如果該值為3，2，1，0，分為轉到步驟d),步驟 e), 步驟f), 步驟g)；

d）該延時測量包的TTL值為3，表明本交換機是該延時測量包的源交換機，并且該延時測量包是直接由集中控制點轉發到該交換機，該交換機直接將該延時測量包轉發到除接收端口外的其它所有端口；

e）該延時測量包的TTL值為2，表明本交換機是該延時測量包的目的交換機，并且該目的交換機是第一次接收到該延時測量包，該交換機取當前的時間戳，并將時間戳寫入延時測量包的機構指定TLV中，再將該延時測量包原路返回到該延時測量包的源交換機；

f）該延時測量包的TTL值為1，表明本交換機是該延時測量包的源交換機，并且該延時測量包是由目的交換機返回的延時測量包，該源交換機再將收到的延時測量包原路返回給目的交換機；

g）該延時測量包的TTL值為0，表明本交換機是該延時測量包的目的交換機，并且該目的交換機是第二次收到該延時測量包，該交換機取當前的時間戳，將當前的時間戳減存儲在機構指定TLV中的時間戳，即該交換機第一次收到該延時測量包的時間戳，得到兩次收到該延時測量包的時間差，該時間差就是該源交換機和目的交換機連接的鏈路的往返延時，該交換機將該時間差寫入延時測量包的機構指定TLV中, 轉到步驟h)；

h）查詢交換機的流表中是否有與該延時測量包匹配的流表項，如果沒有，該交換機將該延時測量包轉發給控制器，如果有，該交換機將該延時測量包按流表項定義的規則進行轉發，由于延時測量包是LLDP包，交換機沒有LLDP包匹配的流表項，所以，延時測量包最后被轉發到控制器，也就是集中控制點進行延時的回收和統計；

(4）集中控制點回收延時測量包，并統計網絡延時：集中控制點注入到網絡中的延時測量包，經過鏈路的三次往返后，即源交換機-目的交換機-源交換機-目的交換機，返回集中控制點，返回到集中控制點的延時測量包的機構指定TLV中攜帶有該源交換機和目的交換機定義的鏈路的往返延時信息，集中控制點通過收集網絡各鏈路的往返延時，可以計算出網絡中任何路徑的延時，由于延時測量包被周期性的注入，集中控制點可以周期性地更新各鏈路和各路徑地延時，達到對網絡延時地持續地監視；

4）降低帶寬消耗：（1）采用LLDP包作為延時測量包，同時實現延時測量和拓撲發現；（2）選擇特定的交換機子集接收延時測量包，避免鏈路延時的重復測量；（3）控制延時測量包的TTL值，減少測量包在鏈路的往返次數；

5）延時測量和拓撲發現的同時實現：由于LLDP包本身用于網絡拓撲發現，采用LLDP包作為延時檢測包可以同時實現網絡延時監測和拓撲發現。

2.根據權利要求1所述的基于軟件定義數據中心的高精度實時延時監測方法，其特征在于，步驟4）中所述的集中控制點選擇特定的交換機子集注入延時測量包，避免鏈路延時的重復測量中，該特定的交換機子集的總數為最小化交換機子集后的交換機數，鏈路總數為最小化被重復測量的鏈路數，其中最小化的問題以抽象的網絡邊覆蓋問題進行求解，求解采用啟發式算法。