一种基于软件定义网络的开放存储管理调度方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于软件定义网络的开放存储管理调度方法和系统，其中包含Openflow交换机、SDN网络控制器、域外源服务器以及一个或多个用户，其特征在于，所述系统中还包含一个或多个域内缓存服务器，充当域内源服务器，用于存储网络中供用户请求的资源；一个或多个用户经由Openflow交换机请求资源；所述一个或多个用户的请求由Openflow交换机转交给SDN网络控制器处理；所述SDN网络控制器将用户所请求的资源缓存至离用户最近的域内缓存服务器；所述SDN网络控制器将用户的请求重新导向至缓存有用户所请求资源的最近的域内缓存服务器；所述用户根据重新导向的请求从缓存服务器获取所请求的资源。
【专利说明】—种基于软件定义网络的开放存储管理调度方法和系统【技术领域】
[0001]本发明属于计算机通信网络【技术领域】，具体涉及一种基于软件定义网络的开放存储管理调度方法和系统。
【背景技术】
[0002]信息中心网络(Information-Centric Networking, ICN)是一种新型网络结构，以信息或内容为中心，从关注地址和主机转变为关注用户和应用需要的信息内容。ICN体系架构的特点如下:1)以内容为中心的请求应答模型；2)基于内容命名的路由；3)网内缓存；4)内嵌于内容的安全机制。
[0003]ICN体系架构存在一定的缺点:1)缺乏内容的主动推送；2)缺乏全网的集中控制机制；3)路由节点数据平面和控制平面耦合要求ICN路由节点硬件高性能。
[0004]软件定义网络(Software Defined Network, SDN)是将网络的控制平面(控制器)与数据转发平面(交换机)进行分离，并实现可编程化控制的一种新型网络结构。SDN网络的特点如下:1)数据平面专注于转发，控制平面对网络资源拥有全局视图；2)网络操作系统和业务特性适配以及硬件设备之间的通信可通过设定协议编程实现；3)可根据上层用户的不同业务需求，灵活高效地分配调度基础网络资源。
[0005]SDN体系架构也存在一定的缺点:1)缺乏缓存机制；2)缺乏内容控制。
【发明内容】
[0006]为克服上述现有技术的不足，本发明将SDN架构与ICN架构融合，同时发挥二者优势并相互弥补缺陷，使融合后的架构能够高效利用网络的存储资源及传输资源，并具有高可控性，提供了一种基于软件定义网络的开放存储管理调度系统，其中包含Openflow交换机、SDN网络控制器、域外源服务器以及一个或多个用户，其特征在于，系统中还包含一个或多个域内缓存服务器，充当域内源服务器，用于存储网络中供用户请求的资源；一个或多个用户经由Openflow交换机请求资源；所述一个或多个用户的请求由Openflow交换机转交给SDN网络控制器处理；所述SDN网络控制器将用户所请求的资源缓存至离用户最近的域内缓存服务器；所述SDN网络控制器将用户的请求重新导向至缓存有用户所请求资源的最近的域内缓存服务器；所述用户根据重新导向的请求从缓存服务器获取所请求的资源。
[0007]优选地，其中一个或多个用户所请求的资源是相同的。
[0008]优选地，其中域内缓存服务器所存储的是网络中的热门资源；所述热门资源为单位时间内被请求的次数多于某一预定门限值的资源。
[0009]本发明还提供一种用于权利要求1-3任一项所述系统的存储管理调度方法，其特征在于，包括:
[0010]步骤401:用户生成资源请求包以请求视频资源，所述资源请求包报文为UDP包，其中封装有所请求的资源文件名称，以及提供视频的服务器地址；
[0011]步骤402:Openflow交换机收到资源请求包报文后无法查找到匹配的流表项,将所述资源请求包报文转发SDN网络控制器；
[0012]步骤403 =SDN网络控制器收到资源请求包报文，在资源描述表中查找报文中描述的资源；若SDN网络控制器维护的资源描述表中不存在与用户请求内容对应的条目；
[0013]步骤404 =SDN网络控制器将资源定位包直接返回给用户，格式为:报文为UDP，其中封装有所请求的资源文件名称，以及提供视频的服务器地址；
[0014]步骤405:用户收到资源定位包后向报文中所封装的提供视频的服务器地址指定的源服务器请求内容。
[0015]优选地，在步骤405后还进一步执行:
[0016]步骤406 =SDN网络控制器使用OpenCache向域内缓存服务器发出内容索取命令，其中封装有所请求的资源文件名称，以及提供视频的服务器地址；
[0017]步骤407:域内缓存服务器收到内容索取命令后向报文中所封装的提供视频的服务器地址指定源服务器请求内容并保存；
[0018]步骤408:域内缓存服务器保存完毕后向SDN网络控制器发送内容索取完成命令，命令中封装有所请求的资源文件名称，以及提供视频的服务器地址；
[0019]步骤409 =SDN网络控制器收到内容索取完成命令后在资源描述表中插入对应资源。
[0020]优选地，步骤501:用户生成资源请求包以请求视频资源，所述资源请求包报文为UDP包，其中封装有所请求的资源文件名称，以及提供视频的服务器地址；
[0021]步骤502:Openflow交换机收到资源请求包报文后无法查找到匹配的流表项,将所述资源请求包报文转发SDN网络控制器；
[0022]步骤503 =SDN网络控制器收到资源请求包报文，在资源描述表中查找报文中描述的资源，发现存在与该资源对应的域内缓存服务器条目，则取出资源描述表中名为Caches表项中记录的缓存ID，参考表3 ；
[0023]步骤504 =SDN网络控制器查询缓存信息描述表，缓存信息描述表中记录着缓存ID所对应的缓存服务器的详细信息，对上步查找到的每个缓存ID在缓存信息描述表中查找出缓存所在OpenFlow交换机的DPID和Port，参考表4 ；
[0024]步骤505:选择一个距离用户最近的域内缓存服务器；
[0025]步骤506:提取缓存信息表中的IP信息，封装成资源定位包发送给用户，格式为:报文为UDP，其中封装IP地址以及所请求的资源文件名称；
[0026]步骤507:用户收到资源定位包后，向包中IP指定的域内缓存服务器请求视频点播服务。
[0027]优选地，所述步骤505:选择一个距离用户最近的域内缓存服务器进一步包括:
[0028]根据域内缓存服务器所在Openflow交换机DPID和Port和用户所在OpenFlow交换机DPID和Port，SDN网络控制器计算出域内缓存服务器与用户之间的最短路，以跳数为依据选择最近缓存。
[0029]优选地，所述步骤403 =SDN网络控制器收到资源请求包报文，在资源描述表中查找报文中描述的资源进一步包括:
[0030]601 =SDN网络控制器收到用户发送的资源请求包；
[0031]602 =SDN网络控制器根据资源请求包格式查找出资源请求包中的所请求的资源文件名称；
[0032]604:SDN网络控制器在SDN网络控制器中存储的资源描述表中查找是否有所请求的资源文件名称对应的条目；如果有则执行步骤605 ；
[0033]605 =SDN网络控制器查找到存在对应条目，提取缓存信息表中的IP信息，封装成资源定位包发送给用户，格式为:报文为UDP，其中封装有所请求的资源文件名称。
[0034]优选地，所述步骤503 =SDN网络控制器收到资源请求包报文，在资源描述表中查找报文中描述的资源进一步包括:
[0035]601 =SDN网络控制器收到用户发送的资源请求包；
[0036]602 =SDN网络控制器根据资源请求包格式查找出资源请求包中的所请求的资源文件名称；
[0037]604 =SDN网络控制器在SDN网络控制器中存储的资源描述表中查找是否有所请求的资源文件名称对应的条目；如果有则执行步骤605 ；
[0038]605 =SDN网络控制器查找到存在对应条目，提取缓存信息表中的IP信息，封装成资源定位包发送给用户，格式为:报文为UDP，其中封装有所请求的资源文件名称。
[0039]优选地，如果604 =SDN网络控制器在SDN网络控制器中存储的资源描述表中没有查找到有所请求的资源文件名称对应的条目；则执行606 ；
[0040]606:SDN网络控制器根据资源请求包:报文为UDP包，其中封装有所请求资源文件名称，提供视频的服务器地址；封装新的定位包发送给用户，格式为:报文为UDP，其中封装有所请求资源文件名称，提供视频的服务器地址；
[0041]607 =SDN网络控制器向缓存发出内容索取命令，其中封装有所请求资源文件名称，提供视频的服务器地址；
[0042]608:缓存根据收到的内容索取命令向IP为SrcIP的服务器同步所请求资源文件名称的资源；
[0043]609:缓存同步完608中对应的资源后，向SDN网络控制器发送缓存服务内容索取完成指令，指令封装有所请求资源文件名称，提供视频的服务器地址；
[0044]610 =SDN网络控制器收到缓存发来的内容索取完成指令，将所请求资源文件名称，提供视频的服务器地址信息插入资源描述表中。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1示出了根据本发明的一个实施例的OpenFlow交换机流表项匹配流程图；
[0046]图2示出了根据本发明的一个实施例的SDN网络用户资源请求示意图；
[0047]图3示出了根据本发明的一个实施例的基于SDN的开放存储管理调度系统结构示意图；
[0048]图4示出了根据本发明的一个实施例的应用OpenCache的视频点播服务示意图；
[0049]图5示出了根据本发明的另一实施例的应用OpenCache的视频点播服务示意图；
[0050]图6示出了根据本发明的一个实施例的资源描述表查找流程图。
【具体实施方式】
[0051]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于软件定义网络的开放存储管理调度方法和系统的【具体实施方式】、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0052]SDN的典型架构共分三层，最上层为应用层，包括各种不同的业务和应用；中间的控制层主要负责处理数据平面资源的编排，维护网络拓扑、状态信息等；最底层的基础设施层负责基于流表的数据处理、转发和状态收集。SDN的核心技术是OpenFlow。OpenFlow用于将网络设备的控制功能与转发功能进行分离，进而将控制功能全部集中到远程的控制器上完成，而OpenFlow交换机只负责在本地做简单高速的数据转发。
[0053]在OpenFlow交换机的运行过程中,其数据转发的依据是流表。
[0054]流表是OpenFlow对网络设备数据转发功能的一种抽象。在传统网络设备中，交换机和路由器的数据转发需要依赖设备中保存的二层MAC地址转发表或者三层IP地址路由表，OpenFlow交换机中使用的流表也是如此，不过在它的表项中整合了网络中各个层次的网络配置信息，从而在进行数据转发时可以使用更丰富的规则。流表中每个表项的结构如下表1所示。
[0055]
【权利要求】
1.一种基于软件定义网络的开放存储管理调度系统，其中包含Openflow交换机、SDN网络控制器、域外源服务器以及一个或多个用户，其特征在于， 系统中还包含一个或多个域内缓存服务器，充当域内源服务器，用于存储网络中供用户请求的资源； 一个或多个用户经由Openflow交换机请求资源； 所述一个或多个用户的请求由Openflow交换机转交给SDN网络控制器处理； 所述SDN网络控制器将用户所请求的资源缓存至离用户最近的域内缓存服务器； 所述SDN网络控制器将用户的请求重新导向至缓存有用户所请求资源的最近的域内缓存服务器； 所述用户根据重新导向的请求从缓存服务器获取所请求的资源。
2.如权利要求1所述的系统，其中一个或多个用户所请求的资源是相同的。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中域内缓存服务器所存储的是网络中的热门资源；所述热门资源为单位时间内被请求的次数多于某一预定门限值的资源。
4.一种用于权利要求1-3任一项所述系统的存储管理调度方法，其特征在于，包括: 步骤401:用户生成资源请求包以请求视频资源，所述资源请求包报文为UDP包，其中封装有所请求的资源文件名称，以及提供视频的服务器地址； 步骤402 =Openflow交换机收到资源请求包报文后无法查找到匹配的流表项，将所述资源请求包报文转发SDN网络控制器； 步骤403 =SDN网络控制器收到资源请求包报文，在资源描述表中查找报文中描述的资源；若SDN网络控制器维护的资源描述表中不存在与用户请求内容对应的条目； 步骤404 =SDN网络控制器将资源定位包直接返回给用户，格式为:报文为UDP，其中封装有所请求的资源文件名称，以及提供视频的服务器地址； 步骤405:用户收到资源定位包后向报文中所封装的提供视频的服务器地址指定的源服务器请求内容。
5.如权利要求4所述的存储管理调度方法，其特征在于，在步骤405后还进一步执行: 步骤406 =SDN网络控制器使用OpenCache向域内缓存服务器发出内容索取命令，其中封装有所请求的资源文件名称，以及提供视频的服务器地址； 步骤407:域内缓存服务器收到内容索取命令后向报文中所封装的提供视频的服务器地址指定源服务器请求内容并保存； 步骤408:域内缓存服务器保存完毕后向SDN网络控制器发送内容索取完成命令，命令中封装有所请求的资源文件名称，以及提供视频的服务器地址； 步骤409 =SDN网络控制器收到内容索取完成命令后在资源描述表中插入对应资源。
6.一种用于权利要求1-3任一项所述系统的存储管理调度方法，其特征在于，包括: 步骤501:用户生成资源请求包以请求视频资源，所述资源请求包报文为UDP包，其中封装有所请求的资源文件名称，以及提供视频的服务器地址； 步骤502 =Openflow交换机收到资源请求包报文后无法查找到匹配的流表项，将所述资源请求包报文转发SDN网络控制器； 步骤503 =SDN网络控制器收到资源请求包报文，在资源描述表中查找报文中描述的资源，发现存在与该资源对应的域内缓存服务器条目，则取出资源描述表中名为Caches的表项中记录的缓存ID ； 步骤504 =SDN网络控制器查询缓存信息描述表，缓存信息描述表中记录着缓存ID所对应的缓存服务器的详细信息，对上步查找到的每个缓存ID在缓存信息描述表中查找出缓存所在OpenFlow交换机的DPID和Port ； 步骤505:选择一个距离用户最近的域内缓存服务器； 步骤506:提取缓存信息表中的IP信息，封装成资源定位包发送给用户，格式为:报文为UDP，其中封装IP地址以及所请求的资源文件名称； 步骤507:用户收到资源定位包后，向包中IP指定的域内缓存服务器请求视频点播服务。
7.如权利要求6所述的存储管理调度方法，其特征在于， 所述步骤505:选择一个距离用户最近的域内缓存服务器进一步包括: 根据域内缓存服务器所在Openflow交换机DPID和Port和用户所在OpenFlow交换机DPID和Port，SDN网络控制器计算出域内缓存服务器与用户之间的最短路，以跳数为依据选择最近缓存。
8.如权利要求4所述的存储管理调度方法，其特征在于， 所述步骤403 =SDN网络控制器收到资源请求包报文，在资源描述表中查找报文中描述的资源进一步包括: 601=SDN网络控制器收到用户发送的资源请求包； 602=SDN网络控制器根据资源请求包格式查找出资源请求包中的所请求的资源文件名称； 604=SDN网络控制器在SDN网络控制器中存储的资源描述表中查找是否有所请求的资源文件名称对应的条目；如果有则执行步骤605 ； 605=SDN网络控制器查找到存在对应条目，提取缓存信息表中的IP信息，封装成资源定位包发送给用户，格式为:报文为UDP，其中封装有所请求的资源文件名称。
9.如权利要求5所述的存储管理调度方法，其特征在于， 所述步骤503 =SDN网络控制器收到资源请求包报文，在资源描述表中查找报文中描述的资源进一步包括: 601=SDN网络控制器收到用户发送的资源请求包； 602=SDN网络控制器根据资源请求包格式查找出资源请求包中的所请求的资源文件名称； 604=SDN网络控制器在SDN网络控制器中存储的资源描述表中查找是否有所请求的资源文件名称对应的条目；如果有则执行步骤605 ； 605=SDN网络控制器查找到存在对应条目，提取缓存信息表中的IP信息，封装成资源定位包发送给用户，格式为:报文为UDP，其中封装有所请求的资源文件名称。
10.如权利要求8或9所述的存储管理调度方法，其特征在于， 如果604中SDN网络控制器在SDN网络控制器中存储的资源描述表中没有查找到有所请求的资源文件名称对应的条目；则执行606 ； 606=SDN网络控制器根据资源请求包:报文为UDP包，其中封装有所请求资源文件名称，提供视频的服务器地址；封装新的定位包发送给用户，格式为:报文为UDP，其中封装有所请求资源文件名称，提供视频的服务器地址； 607：SDN网络控制器向域内缓存服务器发出内容索取命令，其中封装有所请求资源文件名称，提供视频的服务器地址； 608:域内缓存服务器根据收到的内容索取命令向IP为SrcIP的服务器同步所请求资源文件名称的资源； 609:域内缓存服务器同步完608中对应的资源后，向SDN网络控制器发送缓存服务内容索取完成指令，指令封装有所请求资源文件名称，提供视频的服务器地址； 610：SDN网络控制器收到域内缓存服务器发来的内容索取完成指令，将所请求资源文件名称，提供视频的 服务器地址信息插入资源描述表中。
【文档编号】H04L29/08GK103841056SQ201410093835
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】黄韬, 刘江, 李将旭, 刘韵洁, 汪硕, 许光军, 向福林 申请人:北京邮电大学