一种SDN控制器QoS管理系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种SDN控制器QoS管理系统，包括：网络状态数据库模块、应用信息提取模块、QoS路由计算模块、网络拓扑管理模块、链路状态发现模块和流表自动下发模块；网络拓扑管理模块生成、管理网络拓扑结构信息；链路状态发现模块获取数据平面的链路状态；网络状态数据库模块保存从拓扑管理模块以及链路状态发现模块获取的网络拓扑结构信息和链路状态信息；应用信息提取模块提取数据包信息，并将数据包信息发送到QoS路由计算模块；QoS路由计算模块根据从网络状态数据库模块提取的网络状态信息以及应用信息提取模块输入的数据包信息，计算数据流传输路径；流表自动下发模块依据由数据流路径信息，计算生成对应流表。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机网络
，特别涉及一种SDN控制器QoS管理系统及方法。
技术介绍
随着云计算和大数据相关技术的不断发展，新型业务对以IP技术为核心的传统网络提出越来越多的挑战。无论是云计算中虚拟机的频繁迁移，还是分布式大数据计算中始终在进行的大量数据交互，新型的网络服务都对网络的QoS质量提出更高要求。以IP为核心的网络体系结构中，无论从流量规模上，还是从功能接口上，都难以满足当今网络业务对端到端服务质量的需求，而研究者提出的众多QoS路由模型，很难在现有网络中进行部署。SDN——软件定义网络将网络数据平面转发功能与控制功能相分离。SDN向网络的管理者和使用者提供了可编程的网络接口，来实现对控制器的管理；同时通过OpenFlow协议，实现控制器与网络转发设备的信息交互。SDN通过控制与转发平面的解耦合，控制器可以获得全网节点和链路视图，通过OpenFlow协议定义连接控制域内所有交换机的转发行为，能够更好的管理和引导数据流量。以上特点，为在SDN网络中实现应用程序数据流量的QoS管理提供了基础。现有技术中虽然也具有基于SDN控制器的QoS管理系统与方法，但存在着只考虑网络状态，而不能够实时反映应用数据包特征的缺陷，即现有技术无法结合网络状态与应用特征，导致不能够更加精细、准确地进行QoS管理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有的QoS管理系统与方法所存在的缺陷，从而提供一种能够实时选择满足不同应用QoS的可行路径的QoS管理系统与方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种SDN控制器QoS管理系统，该系统包括：网络状态数据库模块、应用信息提取模块、QoS路由计算模块、网络拓扑管理模块、链路状态发现模块和流表自动下发模块；其中，所述的网络拓扑管理模块用于生成、管理网络拓扑结构信息，所得到的结果被传输到所述的网络状态数据库模块；所述的链路状态发现模块用于获取数据平面的链路状态，所得到的结果被传输到所述的网络状态数据库模块；所述的网络状态数据库模块用于保存从所述拓扑管理模块以及所述的链路状态发现模块获取的网络拓扑结构信息和链路状态信息；所述的应用信息提取模块提取数据包信息，并将所述数据包信息发送到所述QoS路由计算模块；其中，所述数据包信息包括数据包源IP地址、目的IP地址以及应用特征信息；所述应用特征信息是指能够反映应用数据包所需服务等级的字段信息；所述的QoS路由计算模块根据从所述的网络状态数据库模块提取的网络状态信息以及所述的应用信息提取模块输入的数据包信息，计算数据流传输路径，所得到的结果被传输到所述的流表自动下发模块；所述流表自动下发模块依据由所述QoS路由计算模块得到的数据流路径信息，计算生成对应流表，调用SDN控制器自带的控制器流表下发API，由所述控制器流表下发API完成流表下发。上述技术方案中，所述的QoS路由计算模块进一步包括以下功能：向所述网络状态数据库模块请求当前网络状态信息，包括网络拓扑结构和链路状态信息；接收所述应用信息提取模块发送的数据包信息，包括源IP地址、目的IP地址以及应用特征信息；根据所述应用特征信息，查找预先定义的应用特征信息与QoS等级映射表，确定数据包的QoS等级；根据数据包的QoS等级以及当前网络状态信息做路径计算，得到可行路径信息；将可行路径信息下发到所述流表自动下发模块。上述技术方案中，所述的QoS路由计算模块在做路径计算时采用了受约束的最短路径优先算法。本专利技术还提供了基于所述的SDN控制器QoS管理系统所实现的QoS管理方法，包括：步骤1)、SDN数据平面交换机接收到没有匹配流表的应用数据包后，将此数据包通过OpenFlow协议通道上传到控制平面SDN控制器；步骤2)、应用信息提取模块接收以上未匹配流表的数据包，解析数据包报头，获取包括数据包源IP地址、目的IP地址以及应用特征信息在内的信息，并将以上信息发送给QoS路由计算模块；步骤3)、QoS路由计算模块向网络状态数据库模块请求当前网络状态信息，包括当前网络拓扑结构、链路状态信息；步骤4)、根据步骤2)所得到的应用特征信息，查找QoS路由计算模块维护的应用特征信息与QoS等级映射表，确定此数据包对应应用的QoS等级；其中，所述特征信息与QoS等级映射表中，记录了预设的应用特征信息与QoS等级的对应关系；所述的QoS等级表示了应用数据流需求的QoS以及物理网络实际路径链路能够满足的QoS，包含：路径延迟、延迟抖动、可用带宽信息，以及上述的一项或多项组合；步骤5)、根据步骤3)所得到的网络状态信息，以及步骤4)确定的QoS等级要求，计算数据包源IP地址、目的IP地址间可行的最短路径；步骤6)、如果根据步骤5)得到的最短路径有多条，则选择跳数最少的路径，路径选择结束；否则，如果无法生成数据包源、目的IP地址之间的可行路径，则路径选择失败，数据包将被丢弃。上述技术方案中，所述的步骤5)进一步包括：步骤5-1)、所述QoS路由计算模块向网络状态数据库模块请求网络状态信息，包括当前网络拓扑以及链路运行状态；步骤5-2)、所述QoS路由计算模块以上述网络可用拓扑为基础，根据应用的QoS等级确定的网络状态限制，剪裁掉不符合QoS要求的所有链路。上述技术方案中，所述的步骤6)还包括：如果得到满足QoS等级需求的可行路径，则将此路径信息下发到所述流表自动下发模块；否则，结束路由计算过程，数据包将被丢弃。本专利技术的优点在于：本专利技术的SDN控制器QoS管理系统与方法能够实时选择满足不同应用QoS的可行路径，易于管理网络QoS服务状况，提升对网络应用的服务质量。附图说明图1是本专利技术的SDN控制器QoS管理系统的结构示意图；图2是本专利技术的SDN控制器QoS管理方法的流程图。具体实施方式现结合附图对本专利技术作进一步的描述。参考图1，本专利技术的SDN控制器QoS管理系统位于SDN控制平面的控制器中，
该系统包括核心模块和辅助模块，所述核心模块包括网络状态数据库模块、应用信息提取模块和QoS路由计算模块；所述辅助模块包括网络拓扑管理模块、链路状态发现模块和流表自动下发模块。所述的网络拓扑管理模块用于生成、管理网络拓扑结构信息，所得到的结果被传输到所述的网络状态数据库模块。所述的链路状态发现模块用于获取数据平面的链路状态，所得到的结果被传输到所述的网络状态数据库模块。所述的网络状态数据库模块用于保存从所述拓扑管理模块以及所述的链路状态发现模块获取的网络拓扑结构信息和链路状态信息。所述的应用信息提取模块提取数据包信息，并将所述数据包信息发送到所述QoS路由计算模块。其中，所述数据包信息包括数据包源IP地址、目的IP地址以及应用特征信息。所述应用特征信息是指能够反映应用数据包所需服务等级的字段信息，比如IPv4协议的服务类型字段，或者IPv6协议的业务流类别字段，或者其他预定义协议反映应用类型的字段等，以上作为应用特征信息的能够反映数据流业务QoS信息的字段需要在数据流发送过程，或者进入SDN控制器管控域内之前已进行了有效的信息填写。所述的QoS路由计算模块根据从所述的网络状态数据库模块提取的网络状态信息以及所述的应用信息提取模块输入的数据包信息，计算数据流传输路径，所得到的结果被传输到所述的流表自动下发模块。具体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SDN控制器QoS管理系统，其特征在于，该系统包括：网络状态数据库模块、应用信息提取模块、QoS路由计算模块、网络拓扑管理模块、链路状态发现模块和流表自动下发模块；其中，所述的网络拓扑管理模块用于生成、管理网络拓扑结构信息，所得到的结果被传输到所述的网络状态数据库模块；所述的链路状态发现模块用于获取数据平面的链路状态，所得到的结果被传输到所述的网络状态数据库模块；所述的网络状态数据库模块用于保存从所述拓扑管理模块以及所述的链路状态发现模块获取的网络拓扑结构信息和链路状态信息；所述的应用信息提取模块提取数据包信息，并将所述数据包信息发送到所述QoS路由计算模块；其中，所述数据包信息包括数据包源IP地址、目的IP地址以及应用特征信息；所述应用特征信息是指能够反映应用数据包所需服务等级的字段信息；所述的QoS路由计算模块根据从所述的网络状态数据库模块提取的网络状态信息以及所述的应用信息提取模块输入的数据包信息，计算数据流传输路径，所得到的结果被传输到所述的流表自动下发模块；所述流表自动下发模块依据由所述QoS路由计算模块得到的数据流路径信息，计算生成对应流表，调用SDN控制器自带的控制器流表下发API，由所述控制器流表下发API完成流表下发。...

【技术特征摘要】
1.一种SDN控制器QoS管理系统，其特征在于，该系统包括：网络状态数据库模块、应用信息提取模块、QoS路由计算模块、网络拓扑管理模块、链路状态发现模块和流表自动下发模块；其中，所述的网络拓扑管理模块用于生成、管理网络拓扑结构信息，所得到的结果被传输到所述的网络状态数据库模块；所述的链路状态发现模块用于获取数据平面的链路状态，所得到的结果被传输到所述的网络状态数据库模块；所述的网络状态数据库模块用于保存从所述拓扑管理模块以及所述的链路状态发现模块获取的网络拓扑结构信息和链路状态信息；所述的应用信息提取模块提取数据包信息，并将所述数据包信息发送到所述QoS路由计算模块；其中，所述数据包信息包括数据包源IP地址、目的IP地址以及应用特征信息；所述应用特征信息是指能够反映应用数据包所需服务等级的字段信息；所述的QoS路由计算模块根据从所述的网络状态数据库模块提取的网络状态信息以及所述的应用信息提取模块输入的数据包信息，计算数据流传输路径，所得到的结果被传输到所述的流表自动下发模块；所述流表自动下发模块依据由所述QoS路由计算模块得到的数据流路径信息，计算生成对应流表，调用SDN控制器自带的控制器流表下发API，由所述控制器流表下发API完成流表下发。2.根据权利要求1所述的SDN控制器QoS管理系统，其特征在于，所述的QoS路由计算模块进一步包括以下功能：向所述网络状态数据库模块请求当前网络状态信息，包括网络拓扑结构和链路状态信息；接收所述应用信息提取模块发送的数据包信息，包括源IP地址、目的IP地址以及应用特征信息；根据所述应用特征信息，查找预先定义的应用特征信息与QoS等级映射表，确定数据包的QoS等级；根据数据包的QoS等级以及当前网络状态信息做路径计算，得到可行路径信息；将可行路径信息下发到所述流表自动下发模块。3.根据权利要求2所述的SDN控制器QoS管理系统，其特征在于，所述的QoS路由计算模块在做路径计算时采用了受约束的最短路径优先算法。4.基于权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤佳莉，张润滋，朱晓东，袁海聪，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11