基于协议无感知转发的天地一体化网络网关设计方法与流程

本发明涉及天地一体化网络技术领域，更具体地说，是涉及一种基于协议无感知转发的天地一体化网络网关设计方法，是一种用于新协议不断出现、硬件设备更换困难和对可编程性要求高的天地一体化网络的网关设计方法。

背景技术：

目前地面网络受地形等因素的影响，其覆盖范围存在一定的局限性，为了更好地实现不同区域网络的互联互通，地面网络和空间网络联合组成天地一体化网络是目前以及未来网络的发展趋势。随着不同网络的接入，业务类型的越来越多样化，而且不同业务类型采用的网络协议也可能不一样，所以未来的天地一体化网络必然是多协议共存的网络。为了解决不同协议之间的互联互通，目前主要是在不同协议的边界处设置网关模块来实现不同协议之间的转换。然而目前的网关模块大部分是定制的，其功能固定，只能对事先定义的网络协议进行转换。考虑到未来协议的多样性，空间网络设备更新的难度，以及新协议还在不断地产生，为了提高目前天地一化网络网关的可扩展性，需要提高天地一体化网络中的网关模块的可编程性。

协议无感知转发(pof)技术作为软件定义网络(sdn)的一种南向接口协议，其通过抽象协议字段，使用{偏移量，偏移长度}元组来描述一个协议字段，所以可以很好地表示现有的协议以及未来出现的新协议，大大提高了sdn的可编程性。本发明结合pof技术提出了一种基于协议无感知转发的天地一体化网络网关设计方法，该方法的整体框图如图2所示，其在一定程度上提高了网关的可编程性，更好地适应天地一体化网络的发展。

技术实现要素：

本发明的目的是解决传统的天地一体化网络网关可编程性不足的问题，从而提供一种基于协议无感知转发的天地一体化网络柔性网关设计方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于协议无感知转发的天地一体化网络柔性网关设计方法，所述的网关设计方法包括下列步骤：

s1、交换机和控制器之间实现互相连接，交换机在其输入端为每个数据包分别插入表征源协议和目的协议类型的标签，并把相应信息发送给控制器；

s2、控制器根据不同协议转换的规则为交换机下发协议转换相应的流表，其中控制器和交换机之间的通信采用pof协议，即协议无感知转发协议；

s3、交换机根据控制器下发的流表规则对插入标签后的输入数据包进行不同协议之间的转换；

s4、交换机把进行协议转换后的数据包从相应的端口转发出去。

进一步地，所述的步骤s1具体包括：

s11、交换机和控制器之间通过发送报文实现互相连接；

s12、在网关不同的输入端口处定义对应的表征源协议和目的协议类型的标签；

s13、在网关输入端口处为到达该端口的数据包插入事先定义的表征源协议和目的协议类型的标签，其中标签的插入位置为数据包的起始位置，如图3所示；

s14、因为插入标签后的数据包在交换机中没有相应可以匹配的流表项，所以交换机会向控制器发送packetin消息，请求控制器下发相应流表。

进一步地，所述的步骤s2具体包括：

s21、控制器收到交换机发送来的packetin消息后，根据不同协议转换的规则定义交换机的流表，其中流表用于指导交换机进行不同协议之间的转换；

s22、控制器把定义好的流表下发给交换机，其中控制器和交换机之间的通信采用pof协议，即协议无感知转发协议。

进一步地，所述的步骤s3具体包括：

s31、交换机根据各级流表匹配域的位置在插入标签后的输入数据包中获取相应的数据，并在各级流表中查找到匹配的流表项，然后根据流表项对应的指令对输入数据包进行解析和协议的转换；

s32、交换机把经过每一级流表解析和转换后的结果存储到元数据中；

s33、协议转换完成后，交换机把元数据中相应的数据按照新协议的规则整合成为新协议头部；

s34、交换机把整合后的新协议头部插入到输入数据包，并把输入数据包中表征源协议和目的协议类型的标签删除，从而完成协议转换的流程。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明公开的基于协议无感知转发的天地一体化网络网关设计方法相比于大部分传统的网关方法，该方法在协议无感知转发技术的基础上可以通过控制器修改流表项来更好地进行现有协议以及未来出现的新协议之间的转换，大大提高了网关模块的可编程性和可扩展性，可以在不更换网关设备的基础上适应不断出现的新协议，有利于适应天地一体化网络的发展。

附图说明

图1是本发明提出的基于协议无感知转发的天地一体化网络网关设计方法的流程步骤图；

图2是本发明方法实施装置的结构框图；

图3是表征源协议和目的协议类型的标签插入数据包后的结构图；

图4是aos传输帧和ip数据包的关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本实施例设计了一种基于协议无感知转发的天地一体化网络网关设计方法。本实施例中网关设计方法的处理流程包括以下步骤：

s1、交换机和控制器之间实现互相连接，交换机在其输入端为每个数据包分别插入表征源协议和目的协议类型的标签，并把相应信息发送给控制器；

其中，步骤s1的具体实施过程如下：

s11、交换机和控制器之间通过发送报文实现互相连接；

s12、在网关不同的输入端口处定义对应的表征源协议和目的协议类型的标签，本样例取源协议为ip协议，目的协议为空间网络常用的aos协议，其中aos传输帧和ip数据包的关系如图4所示，m_pdu表示复用协议数据单元；

s13、在网关输入端口处为到达该端口的数据包插入事先定义的表征源协议和目的协议类型的标签，在本实施例中标签的插入位置为数据包的起始位置，如图3所示，标签的长度都为8比特，其中ip协议用ox01表示，aos协议用ox02表示。

s14、因为插入标签后的数据包在交换机中没有相应可以匹配的流表项，所以交换机会向控制器发送packetin消息，请求控制器下发相应流表。

s2、控制器根据不同协议转换的规则为交换机下发协议转换相应的流表，其中控制器和交换机之间的通信采用pof协议，即协议无感知转发协议；

其中，步骤s2的具体实施过程如下：

s21、因为控制器掌握了全局的网络的信息，所以控制器收到交换机发送来的packetin消息后，根据ip协议和aos协议转换的规则为交换机制定协议转换所需要的流表；

s22、控制器把定义好的流表下发给交换机，其中控制器和交换机之间的通信采用pof协议，即协议无感知转发协议。

s3、交换机根据控制器下发的流表规则对插入标签后的输入数据包进行不同协议之间的转换；

其中，步骤s3的具体实施过程如下：

s31、交换机根据各级流表匹配域的位置在插入标签后的输入数据包中获取相应的数据，并在各级流表中查找到匹配的流表项，然后根据流表项对应的指令对输入数据包进行解析和协议的转换；

s32、交换机把经过每一级流表解析和转换后的结果存储到元数据中；

s33、协议转换完成后，交换机把元数据中相应的数据按照aos传输帧的规则整合aos传输帧的数据；

s34、交换机把整合后的数据插入到ip数据包，并把ip数据包中表征ip协议和aos协议类型的标签删除，从而完成协议转换的流程。

s4、交换机把进行协议转换后的数据包从相应的端口转发出去。

该方法相比于大部分传统的网关方法，其在协议无感知转发技术的基础上通过控制器下发流表来指导交换机完成协议转换的流程。使用该方法可以通过修改流表项来更好地进行现有协议以及未来出现的新协议之间的转换，大大提高了网关模块的可编程性和可扩展性，可以在不更换网关设备的基础上不断适应新出现的协议。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。