Sdn网络mptcp子流共享瓶颈路径的发现调整方法
【专利摘要】本发明公开了一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，包括步骤：扩展802.11u协议和openflow协议为终端和控制器的协同支持；终端在进行多路径传输的同时，将多路径流和子流信息告知控制器，控制器根据子流的路由信息发现子流的共享路由；控制器通过openflow协议的定期获取端口丢包信息，根据共享路由相应端口的丢包信息获得子流共享瓶颈信息；控制器将共享瓶颈子流信息发送至AP，AP将消息转发至终端，终端通过在共享瓶颈子流发送TCP FIN报文对共享瓶颈子流进行合并。本发明具有如下优点：在终端多条子流共享瓶颈路径时，通过子流的合并确保公平性，并且降低终端维护多条子流的开销。
【专利说明】
SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法
技术领域
[0001] 本发明设及互联网端到端传输领域，特别设及到一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈 路径的发现调整方法。
【背景技术】
[0002] 从终端角度看，随着具备多个网络接入能力的终端越来越普遍，WMPTCP为代表的 多路径传输协议也越来越得到研究人员、运营商和设备制造商的关注。MPTCP通过包级别的 调度将一个TCP的数据包分配给对应不同路径的子流来提高终端的传输性能。MPTCP给不同 子流分配了不同的序列号空间，W避免子流间数据包的乱序对子流传输的影响。然而，由于 MPTCP无法决定不同子流在网络中的传输路径，从而有可能出现不同子流共享瓶颈路径的 情况。虽然MPTCP通过联合拥塞控制机制进行公平性控制和平衡负载，但是联合拥塞控制降 低了窗口的收敛速度，同时增加了维护子流状态信息的开销。
[0003] 从终端和网络协同的手段看，SDN(Software Defined Networking)--软件定义 的网络技术的出现为更有效地利用网络资源、实现新的路由协议提供了基础。利用SDN，可 W更好地对网络中的路由和交换设备进行管理，同时还可W动态地对数据包的转发路径进 行修改，实现新的路由策略。方便地获得网络的拓扑信息和拥塞状况信息。然而目前SDN控 制器与终端之间尚无统一有效的交互机制。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的一个目的在于提出一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调 整方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径 的发现调整方法，包括W下步骤：
[0007] Sl:扩展802. Ilu协议和openflow协议为终端和控制器的协同支持；
[000引S2:所述终端在进行多路径传输的同时，通过扩展的802. Ilu协议将多路径流和子 流信息告知控制器，所述控制器根据子流的路由信息发现子流的共享路由；
[0009] S3:所述控制器通过openf low协议的0FPMP_P0RT_STATS消息定期获取端口丢包信 息，根据共享路由相应端口的丢包信息获得子流共享瓶颈信息；
[0010] S4:所述控制器通过扩展的openflow协议将共享瓶颈子流信息发送至AP，AP将消 息通过扩展的802. Ilu协议转发至终端，所述终端通过在所述共享瓶颈子流发送TCP FIN报 文W断开连接的方式对所述共享瓶颈子流进行合并。
[0011] 根据本发明实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，在终端多 条子流共享瓶颈路径时，通过子流的合并确保公平性，并且降低终端维护多条子流的开销。
[0012] 另外，根据本发明上述实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方 法，还可W具有如下附加的技术特征：
[0013] 进一步地，所述步骤SI进一步包括：SlOl :AP收到类型为控制器和终端通信的 802. Ilu数据包，将协议内容重新封装至类型为控制器和终端通信的openflow数据包并且 转发给所述控制器;S102:AP收到类型为控制器和终端通信的openflow数据包，将协议内容 重新封装至类型为控制器和终端通信的802. Ilu数据包并且转发给所述终端。
[0014] 进一步地，所述步骤S2进一步包括：S201:在所述终端完成子流建立之后，将子流 及其所属流的表示信息通过扩展的802. Ilu及openflow协议发送至所述控制器;S202:所述 控制器根据子流目的IP地址查询路由模块获得子流所经过路由器的IP集合;S203:所述控 制器对不同子流的路由IP集合进行逐一匹配，找出共享路由IP。
[0015] 进一步地，所述步骤S3进一步包括:S301:所述控制器W固定时间间隔向所述共享 路由IP发送0FPMP_P0RT_STATS请求消息；S302:所述控制器从路由返回的消息中读取tx_ dropped字段的内容，如果tx_d;ropped字段增加，则判定共享路由的子流是共享瓶颈。
[0016] 进一步地，所述步骤S4进一步包括：S401:所述控制器根据共享瓶颈子流信息，将 共享瓶颈子流标识及其所属流的标识通过扩展的openflow协议及扩展的802. Ilu协议发送 至所述终端；S402:所述终端根据所述共享瓶颈子流标识，随机选择其中之一进行保留，在 其它共享瓶颈子流上停止数据分配，并通过发送TCP FIN报文断开子流连接。
[0017] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0018] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解，其中：
[0019] 图1是本发明一个实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法的流 程图；
[0020] 图2是本发明一个实施例的网络存在新的可达路径的多路径传输场景示意图；
[0021] 图3是本发明一个实施例的路径发现和调整机制的仿真实验结果示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0023] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中屯、"、"纵向横向上"、"下"、 "前"、"后V'左'、"右V'竖曹'、"水甲V'顶'、"底V'胖V'外"等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、W特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对 重要性。
[0024] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可W是固定连接，也可W是可拆卸连接，或一体地连接;可 W是机械连接，也可W是电连接;可W是直接相连，也可W通过中间媒介间接相连，可W是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可W具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0025] 参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的运些和其他方面。在运些描述 和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施 例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的 实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0026] W下结合附图描述根据本发明实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现 调整方法。
[0027] 请参考图1，一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，包括W下步 骤：
[0028] Sl:扩展802. Ilu协议和openflow协议为终端和控制器的协同支持。802. Ilu和 openflow协议同时增加新的协议类型字段W标识控制器和终端之间的通信。AP根据收到的 报文类型，主要进行如下操作：
[0029] SlOl=AP收到类型为控制器和终端通信的802. Ilu数据包，将协议内容重新封装至 类型为控制器和终端通信的openflow数据包并且转发给控制器。
[0030] S102:AP收到类型为控制器和终端通信的openflow数据包，将协议内容重新封装 至类型为控制器和终端通信的802. Ilu数据包并且转发给终端。
[0031 ] S2:终端在进行多路径传输的同时，通过扩展的802.1 Iu协议将多路径流和子流信 息告知控制器，控制器根据子流的路由信息发现子流的共享路由。步骤S2进一步包括：
[0032] S201:在终端完成子流建立之后，将子流及其所属流的表示信息通过扩展的 802. Ilu及openflow协议发送至控制器。
[0033] S202:控制器根据子流目的IP地址查询路由模块获得子流所经过路由器的IP集 么 n O
[0034] S203:控制器对不同子流的路由IP集合进行逐一匹配，找出共享路由IP。
[0(X3日]S3:控制器通过openf low协议的0FPMP_P0RT_STATS消息定期获取端口丢包信息， 根据共享路由相应端口的丢包信息获得子流共享瓶颈信息。步骤S3进一步包括：
[0036] S301:控制器W固定时间间隔向共享路由IP发送0FPMP_P0RT_STATS请求消息；
[0037] S302:控制器从路由返回的消息中读取tx_d;ropped字段的内容，如果tx_d;ropped 字段增加，则判定共享路由的子流是共享瓶颈。
[0038] S4:控制器通过扩展的openf low协议将共享瓶颈子流信息发送至AP，AP将消息通 过扩展的802.1 Iu协议转发至终端，终端通过在共享瓶颈子流发送TCP FIN报文W断开连接 的方式对共享瓶颈子流进行合并。步骤S4进一步包括：
[0039] S401:控制器根据共享瓶颈子流信息，将共享瓶颈子流标识及其所属流的标识通 过扩展的openf low协议及扩展的802.1 Iu协议发送至终端；
[0040] S402:终端根据共享瓶颈子流标识，随机选择其中之一进行保留，在其它共享瓶颈 子流上停止数据分配，并通过发送TCP FIN报文断开子流连接。
[0041] 根据本发明实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，在终端多 条子流共享瓶颈路径时，通过子流的合并确保公平性，并且降低终端维护多条子流的开销。
[0042] 为使本领域技术人员进一步理解本专利，通过W下实施例进行进一步说明：
[0043] MPTCP流及子流标识信息
[0044] MPTCP首先通过通信双方之间一条可达路径进行连接建立时的S次握手，每次握 手数据包中都包含MP_CAPABLE选项W标识通信双方都支持MPTCP。
[0045] MPTCP在本地有多个可用地址或者获知对端有多个可用地址之后，通过MP_J0IN选 项建立新的子流连接并加入已有的MPTCP流。
[0046] 802. Ilu协议的扩展
[0047] 终端通过扩展的802. Ilu协议将新建立的MPTCP子流的五元组信息、用于标识 MPTCP流的hash值信息告知控制器。
[004引具体地，80 2.11U协议的两大主要构成是ANQP和GAS。ANQP采用的是终端查询AP已 有信息，AP应答的方式，ANQP不适用终端向控制器发送查询之外的消息内容。GAS则是AP在 广播帖中携带相应的信息，不适用于控制器向终端点对点传递控制信息。
[0049] 扩展802. Ilu协议的方式是新增PU細类型的协议。PU甜类型协议允许终端和AP之 间通过传递任意内容的消息。具体格式如下：
[00日1]其中type字段标识协议类型，0表示为PU細协议DSUbtype标识协议的作用，0表示 用于MPTCP协议的共享瓶颈发现。Ieng化记录了协议的长度adirection定义了传输方向，0 表示从终端发出，1表示发向终端D content中通过保存MPTCP的connect ion_id和子流标识 信息。
[00日2] openf low协议的扩展
[00 日 3]新增消息类型 0FPT_TERMINAL_C0NTR0LLER 二 36。
[00己4] struct ofp_termi打al_co打trollerl
[00己己] Ui打tl6_t Ie打gth;/本Le打gth of this e打try.本/
[00日6] uint8_t pad[2];/*Align to 64bits.*/
[00日7] uint64_t connection_id;
[00日引 uint32_t src_port;
[00日9] uint32_t dst_port;
[0060] uint32_t src_ip;
[0061 ] uint32_t dst_ip
[0062] };
[0063] 新增消息类型 0FPT_C0NTR0LLER_TERMINAL 二 37。
[0064] struct ofp_co打troller-termi打al_{
[006己] ui打tl6_t Ie打gth;/本Le打gth of this e打try.本/
[0066] uint8_t pad[2];/*Align to 64bits?本/
[0067] uint32_t src_portl;
[0068] uint32_t dst_portl;
[0069] uint32_t src_ipl;
[0070] uint32_t dst_ipl;
[0071 ] uint32_t src_port2;
[0072] uin1:32_t dst_po;rt2;
[0073] Uin口2_t src_ip2;
[0074] Uin口2_t dst_ip2
[0075] }；
[0076] 实验验证
[0077] 为了对其中网络存在新的可达路径场景下，对本专利提出的共享瓶颈路径发现和 调整机制进行验证，在mininet仿真环境中构造了如图2所示的拓扑。在mininet环境中控制 器直接通过tc命令读取共享瓶颈的路由节点端口丢包情况，为了能够看出控制器对共享瓶 颈路径的发现，发生丢包之后则通过openflow进行路径的调整。图3是具体的仿真结果，从 中可W看出采用了本专利提出的方案完成了共享瓶颈路径的发现。
[0078] 另外，本发明实施例的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法的其它构 成W及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做寶述。
[0079] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可W在任何 的一个或多个实施例或示例中W合适的方式结合。
[0080] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可W理解:在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可W对运些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本 发明的范围由权利要求及其等同限定。
【主权项】
1. 一种SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，其特征在于，包括以下步骤： S1:扩展802. llu协议和openflow协议为终端和控制器的协同支持； S2:所述终端在进行多路径传输的同时，通过扩展的802.1 lu协议将多路径流和子流信 息告知控制器，所述控制器根据子流的路由信息发现子流的共享路由； S3:所述控制器通过openf low协议的OFPMP_PORT_STATS消息定期获取端口丢包信息， 根据共享路由相应端口的丢包信息获得子流共享瓶颈信息； S4:所述控制器通过扩展的openflow协议将共享瓶颈子流信息发送至AP，AP将消息通 过扩展的802.1 lu协议转发至终端，所述终端通过在所述共享瓶颈子流发送TCP FIN报文以 断开连接的方式对所述共享瓶颈子流进行合并。2. 根据权利要求1所述的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，其特征在 于，所述步骤S1进一步包括： S101:AP收到类型为控制器和终端通信的802. llu数据包，将协议内容重新封装至类型 为控制器和终端通信的openflow数据包并且转发给所述控制器； S102:AP收到类型为控制器和终端通信的openflow数据包，将协议内容重新封装至类 型为控制器和终端通信的802. llu数据包并且转发给所述终端。3. 根据权利要求1所述的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，其特征在 于，所述步骤S2进一步包括： S201:在所述终端完成子流建立之后，将子流及其所属流的表示信息通过扩展的 802 · 1 lu及openf low协议发送至所述控制器； S202:所述控制器根据子流目的IP地址查询路由模块获得子流所经过路由器的IP集 合； S203:所述控制器对不同子流的路由IP集合进行逐一匹配，找出共享路由IP。4. 根据权利要求3所述的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，其特征在 于，所述步骤S3进一步包括： S301:所述控制器以固定时间间隔向所述共享路由IP发送OFPMP_PORT_STATS请求消 息； S302:所述控制器从路由返回的消息中读取tx_dropped字段的内容，如果tx_dropped 字段增加，则判定共享路由的子流是共享瓶颈。5. 根据权利要求4所述的SDN网络MPTCP子流共享瓶颈路径的发现调整方法，其特征在 于，所述步骤S4进一步包括： S401:所述控制器根据共享瓶颈子流信息，将共享瓶颈子流标识及其所属流的标识通 过扩展的openf low协议及扩展的802.1 lu协议发送至所述终端； S402:所述终端根据所述共享瓶颈子流标识，随机选择其中之一进行保留，在其它共享 瓶颈子流上停止数据分配，并通过发送TCP FIN报文断开子流连接。
【文档编号】H04L12/721GK105827527SQ201610143220
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月14日
【发明人】吴茜, 江卓, 李贺武, 黄照祥, 马克祥, 孟宏伟, 李丹
【申请人】清华大学