不依赖于控制专网的动态sdn控制信令带内传输方法
【专利摘要】本发明公开了一种不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法，在部署SDN网络时，SDN控制器只需与数据面的一个或几个SDN交换机直接连接，通过SDN交换机对控制信令的转发，实现SDN控制器与非直接连接的SDN交换机之间的控制数据交互；SDN交换机上定义的控制器接口能够基于网络拓扑进行动态配置，不和硬件接口绑定，用于通过正确的接口向SDN控制器发送openflow消息；SDN交换机对控制信令的转发，依赖于为SDN交换机配置的流表项完成。本发明去掉了SDN网络正常运行对独立的控制专网的依赖性，提升了SDN网络的部署适应能力，能够有效地降低SDN网络的部署成本和复杂度。
【专利说明】
不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法。
【背景技术】
[0002]软件定义网络(SDN)技术是一种打破了传统网络组织应用方式，具有逻辑上集中、控制与转发分离、接口开放和软件定义等特点的全新的网络体系架构。SDN网络的正常运行依赖于集中部署的SDN控制器，SDN控制器通过安全通道，与全网所有SDN交换机建立连接，用于控制器与交换机之间控制信令的承载和传输。安全通道通常采用独立部署的控制专网实现，控制专网是独立于SDN数据面，不受SDN控制器控制的网络。单独架设控制专网，对于大规模的SDN网络部署，可能带来布线难度增加、成本迅速上升等问题，对于SDN系统的工业化实现和大规模部署具有一定的消极因素。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法，解决的是在openflow协议框架之下，基于网络拓扑动态完成数据网络直接承载SDN控制信令的问题，从而实现在网络大规模部署和架设时，不需要搭建独立的控制专网的作用，起到节约建设成本、简化网络架构、提高通信控制效率的效果。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法，在部署SDN网络时，SDN控制器只需与数据面的一个或几个SDN交换机直接连接，通过SDN交换机对控制信令的转发，实现SDN控制器与非直接连接的SDN交换机之间的控制数据交互;SDN交换机上定义的控制器接口能够基于网络拓扑进行动态配置，不和硬件接口绑定，用于通过正确的接口向SDN控制器发送openf low消息；SDN交换机对控制信令的转发，依赖于为SDN交换机配置的流表项完成。
[0005]与现有技术相比，本发明的积极效果是:去掉了SDN网络正常运行对独立的控制专网的依赖性，明显提升了SDN网络的部署适应能力，能够有效地降低SDN网络的部署成本和复杂度，对SDN技术的大规模应用有实际的工程意义。
【附图说明】
[0006]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0007]图1为本发明的网络初始化顺序示意图；
[0008]图2为本发明的确定交换机的控制器接口示意图；
[0009]图3为本发明的网络初始化流程示意图。
【具体实施方式】
[0010]针对现有SDN系统必须依赖于控制专网完成控制信令传输的问题，本发明提供了一种不需要依赖于控制专网，采用带内传输方式即可实现SDN控制信令在SDN控制器与SDN交换机之间通信的方法，SDN网络在部署时，不需要部署独立的控制专网，SDN控制器与全网所有SDN交换机之间不需要存在直接网络连接，SDN控制器只需与数据面的一个或几个SDN交换机直接连接，通过SDN交换机对控制信令的转发，实现SDN控制器与非直接连接的SDN交换机之间的控制数据交互，从而达到不依赖于独立架设的控制网对全网所有SDN交换机进行控制的目的。
[0011]SDN交换机工作在网络层，业务数据接口具有IP地址，能够通过其任意业务数据接口接收并处理openflow消息，交换机上定义的控制器接口能够基于网络拓扑进行动态配置，不和硬件接口绑定，用于通过正确的接口向控制器发送openflow消息。
[0012]SDN交换机对控制信令的转发，依赖于SDN的正常交换逻辑，即依赖于为SDN交换机配置的流表项完成，而不需依赖于额外的动态路由协议或系统路由表，流表项的配置过程在网络初始化阶段发生。
[0013]在网络初始化阶段，SDN控制器需要依据全网拓扑，按照由近及远的顺序，为全网所有SDN交换机配置网络初始化流表项，确保SDN控制器与全网所有交换机之间存在可达的通信链路，能够作为安全通道，承载SDN控制器与SDN交换机之间交互的控制信令。其中:
[0014](I)由近及远的顺序基于最小生成树算法确定:将SDN控制器和SDN交换机作为图中的节点，控制器和交换机之间的链路作为图的边，得到整个SDN网络的图。以SDN控制器为根节点，所有边的权值为I，计算最小生成树，根据最小生成树中SDN交换机与SDN控制器的距离，将所有SDN交换机排序，分为第I跳交换机、第2跳交换机、第3跳交换机等，直到完成生成树遍历，覆盖全网所有SDN交换机。
[0015](2)网络初始化阶段流表项的配置方法，能够确保SDN控制器通过配置第I跳至第η跳交换机的流表项，建立与第η+1跳交换机之间的双向通信，流表项配置从第I跳交换机开始，分别配置从SDN控制器到第2跳交换机和从第2跳交换机到SDN控制器的双向控制业务流表项;然后同时配置第I跳交换机和第2跳交换机，配置从SDN控制器到第3跳交换机和从第3跳交换机到SDN控制器的双向控制业务流表项，直到全网交换机配置完毕，SDN控制器建立与全网所有SDN交换机之间的控制消息通信通道。
[0016]当网络拓扑发生变化导致原有的控制信令传输通道被破坏时，应能够通过重新启动网络初始化流程，实现基于拓扑变化的带内传输系统动态自适应。
[0017]SDN交换机工作在三层，可以使用普通业务数据接口接收SDN控制消息，接收SDN控制消息的目的IP地址为各个业务数据接口的IP地址。如图1至图3所示，SDN控制器完成对全网所有SDN交换机的控制通道初始化具体包括以下步骤:
[0018]步骤一，对全网拓扑进行抽象，将SDN控制器Cl和SDN交换机Si，其中，i = l，2，…5，抽象为图的节点，将控制器与交换机之间，以及交换机与交换机之间的通信链路抽象为图中的边，边的权值为I;
[0019]步骤二，基于最小生成树算法，以SDN控制器为根，生成全网最小生成树，根据最小生成树中SDN交换机与SDN控制器的距离，将所有SDN交换排序，分为第I跳交换机S1、第2跳交换机s2和s3、第3跳交换机s4、第4跳交换机s5，直到完成生成树遍历，覆盖全网所有SDN交换机。
[0020]最小生成树算法可自定义，在网络配置存在其它需求时，也可不限制为最小生成树算法，采用普通生成树算法。[0021 ]步骤三，从第I跳交换机开始，对SDN交换机流表项进行配置，确保SDN控制器与该分支下的第2跳交换机之间能够正常交互控制消息；
[0022]步骤四，对第1，2跳交换机的流表项进行配置，确保SDN控制器与该分支下的第3跳交换机之间能够正常交互控制消息；
[0023]步骤五，重复此过程，通过配置第I跳至第η跳交换机的流表项，建立与第η+1跳交换机之间的双向通信，直到完成对全网所有SDN交换机的遍历，确保SDN控制器与全网所有SDN交换机之间建立控制消息通信连接。
[0024]基于最小生成树对交换机进行配置时，遍历顺序可自定义，只需确保对某一节点进行配置时，该节点至根节点路径上的所有交换机节点已被配置完毕，遍历顺序可以严格按照广度优先遍历{31，32，33，34，35}，也可以采用深度优先遍历顺序{31，33，32，34，35}或{Sl,S2,S4,S5,S3}o
[0025]对SDN交换机的流表项进行配置，通过flowmod消息完成，配置的流表项匹配域使用TCP端口号和目的IP地址，用于识别openflow协议和确定协议发送的目的设备，动作主要包括output、TTL和MAC地址处理，用于完成正常的报文转发动作。
[0026]对SDN交换机流表项配置的同时，完成对其控制器接口的初始化，初始化策略为将最后一次收到openflow协议消息的物理接口动态配置为SDN交换机的控制器接口。
[0027]步骤六，当网络拓扑变化时，重新开始步骤一，对全网的带内传输参数进行动态自适应调整。
【主权项】
1.一种不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法，其特征在于:在部署SDN网络时，SDN控制器只需与数据面的一个或几个SDN交换机直接连接，通过SDN交换机对控制信令的转发，实现SDN控制器与非直接连接的SDN交换机之间的控制数据交互;SDN交换机上定义的控制器接口能够基于网络拓扑进行动态配置，不和硬件接口绑定，用于通过正确的接口向SDN控制器发送openf low消息；SDN交换机对控制信令的转发，依赖于为SDN交换机配置的流表项完成。2.根据权利要求1所述的不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法，其特征在于:流表项的配置过程在网络初始化阶段完成。3.根据权利要求2所述的不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法，其特征在于:所述网络初始化过程包括如下步骤: 步骤一，对全网拓扑进行抽象，将SDN控制器和SDN交换机抽象为图的节点，将控制器与交换机之间，以及交换机与交换机之间的通信链路抽象为图中的边，边的权值为I; 步骤二，基于最小生成树算法，以SDN控制器为根，生成全网最小生成树，根据最小生成树中SDN交换机与SDN控制器的距离，将所有SDN交换机排序，直到完成生成树遍历，覆盖全网所有SDN交换机； 步骤三，从第I跳交换机开始，对SDN交换机流表项进行配置，确保SDN控制器与该分支下的第2跳交换机之间能够正常交互控制消息； 步骤四，对第1，2跳交换机的流表项进行配置，确保SDN控制器与该分支下的第3跳交换机之间能够正常交互控制消息； 步骤五，重复步骤四，通过配置第I跳至第η跳交换机的流表项，建立与第n+1跳交换机之间的双向通信，直到完成对全网所有SDN交换机的遍历，确保SDN控制器与全网所有SDN交换机之间建立控制消息通信连接； 步骤六，当网络拓扑变化时，重新开始步骤一，对全网的控制信令带内传输参数进行动态自适应调整。4.根据权利要求3所述的不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法，其特征在于:基于最小生成树对交换机进行配置时，遍历顺序包括广度优先遍历和深度优先遍历。5.根据权利要求3所述的不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法，其特征在于:对SDN交换机的流表项进行配置时，通过flow mod消息完成，配置的流表项匹配域使用TCP端口号和目的IP地址，用于识别openflow协议和确定协议发送的目的设备，动作包括output、TTL和MAC地址处理，用于完成正常的报文转发动作。6.根据权利要求3所述的不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法，其特征在于:在对SDN交换机流表项配置的同时，完成对其控制器接口的初始化，初始化策略为将最后一次收到openflow协议消息的物理接口动态配置为SDN交换机的控制器接口。7.根据权利要求2所述的不依赖于控制专网的动态SDN控制信令带内传输方法，其特征在于:在网络初始化阶段，SDN控制器依据全网拓扑，按照由近及远的顺序，为全网所有SDN交换机配置网络初始化流表项，确保SDN控制器与全网所有交换机之间存在可达的通信链路。
【文档编号】H04L12/947GK105871624SQ201610347998
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】李默嘉, 曾浩洋, 田永春, 文军, 邓伟华, 陈潇, 丁锐
【申请人】中国电子科技集团公司第三十研究所