[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

本發明公開了一種基于軟件定義數據中心的高精度實時延時監測方法，該方法包括如下步驟：1）組成；2）改造；3）測量；4）降低帶寬消耗；5）延時測量和拓撲發現的同時實現。這種方法對整個網絡所有鏈路的延時實現了實時、持續、和高精度的測量，確保數據中心為不同類型應用提供相應的服務質量和用戶體驗。

技術領域

本發明涉及用于數據中心的網絡延時檢測技術，具體是一種基于軟件定義數據中心的高精度實時延時監測方法。

背景技術

近年來，隨著軟件定義網絡架構的出現，基于OpenFlow協議的軟件和硬件交換機逐漸從開源系統走向商業產品，在國內和全球的校園網，企業內部網，數據中心，以及廣域網得到越來越廣泛的應用。軟件定義網絡架構由開放網絡基金會于2012年正式提出。這種網絡架構將傳統的、將控制和數據緊緊耦合在各網絡設備的計算機通信網絡，解耦為邏輯和物理都分離的控制平面和數據平面。數據平面包含各類軟件定義交換機，控制平面包含控制器。雖然軟件定義交換機根據轉發規則完成對數據包的轉發，但是軟件定義交換機本身并不具有創建轉發規則的能力，轉發規則的創建需要控制器來完成。每當軟件定義交換機接收到一個數據包，它首先在自己的流表中查詢是否有匹配的轉發規則。如果有，該數據包直接按照規則轉發；如果沒有，該數據包將被轉發到控制器，由控制器創建對應的轉發規則并寫入交換機的流表中。交換機再根據該轉發規則轉發該數據包。

因此，控制平面的控制器可以根據軟件定義網絡架構中定義的南向接口（如OpenFlow協議），對網絡中所有的交換機進行配置和管理。例如：OpenFlow協議定義控制器可以向交換機直接發送控制包和數據包，并對交換機反饋的響應包進行相應的處理。這樣，軟件定義網絡的控制器就可以直接作為延時主動監測的集中控制點，生成延時測量包，并對其完成發送、回收、和統計。

根據軟件定義網絡的這個特點，當前數據中心可以根據需要測量的路徑，首先通過控制器在特定交換機上創建延時測量包的轉發規則，再通過控制器發送和回收延時測量包。根據測量包發送和回收的時間差來確定被測路徑的延時。這種方法雖然簡單、且易于實現，但由于被測的時間差中包含控制器到源交換機、目的交換機到控制器的時間消耗，如果被測路徑的真實延時低，這個控制器到交換機之間的時間消耗會造成很大的測量誤差。由于廣域網的鏈路延時通常較大而數據中心的鏈路延時通常很小，上述延時測量方法可應用于廣域網路徑延時的測量，但應用于數據中心網絡時無法提供所需要的測量精度。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種基于軟件定義數據中心的高精度實時延時監測方法。這種方法對整個網絡所有鏈路的延時實現了實時、持續、和高精度的測量，確保數據中心為不同類型應用提供相應的服務質量和用戶體驗。

實現本發明目的的技術方案是：

基于軟件定義數據中心的高精度實時延時監測方法，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為網絡延時主動監測的集中控制點；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，用于記錄延時測量時的時間戳和時間差，無需修改協議；