基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法技术

本发明专利技术公开了一种基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法，本架构包含主动式通配符规则安装模块和被动式精确匹配规则安装模块。首先根据当前网络的状态信息预测下一时段可能经过某一交换机的数据流，并在该交换机上配置部署相应的通配符规则，保证预测正确的数据流能够在该交换机匹配到转发规则；接着当下一时段数据流到来时，先判断能否匹配通配符规则，当在入口交换机无法匹配通配符规则时，则被动式地上报控制器，根据全网状态，计算并下发精确匹配规则，完成数据流的转发。本发明专利技术通过结合主动式通配符规则和被动式精确匹配规则的部署，减少了数据层的表项资源消耗，并且能够减少交换机与控制器的交互，降低控制器的负载和响应时间。

Efficient routing method of software defined network based on rule pre deployment

【技术实现步骤摘要】
基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法
本专利技术属于软件定义网络路由
，具体地涉及一种在软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，SDN)中基于规则预部署的网络高效路由方法。
技术介绍
随着信息技术的发展，云网络和互联网上的流量都急剧增加。一方面，随着信息技术的发展，许多新的基于网络的应用(如搜索和内容分发)不断涌现。因此，网络应该能够容纳这些应用程序的大量数据流。另一方面，一些热点事件也会通过网络引起很多人的关注。例如，许多观众将通过互联网观看一些有吸引力的体育决赛的直播。近年来，SDN已经成为一种潜在的技术，可以更好地管理大量的流。SDN通常分为控制平面和数据平面。控制平面由一个逻辑集中式控制器组成，该控制器可以是一组分布式控制器，负责管理整个网络。数据平面由一组SDN交换机组成。随着更多的数据流到达网络，交换机将向控制器发送更多的信息包，这将导致更高的控制器负载和响应时间。现有的减少控制器负载和响应时间的方案有三种：(1)具有静态控制器分配机制的多个控制器方案：控制平面被实现为一个分布式控制器集群，每个交换机只连接/关联一个控制器。交换机通过消息将数据包传送到不同的控制器，与单控制器框架相比，这有助于减少控制器负载。然而，由于网络中的业务在空间和时间上动态地波动，因此一些控制器可能仍然处于高负载的状态，甚至拥塞。事实上，一旦部署了SDN，它的基础设施在实践中几乎不会改变。同时，更多的控制器在控制平面中需要大量的通信开销来保持网络的一致性，并增加管理的复杂性。(2)动态控制器分配机制：将与负载较高的控制器相连的交换机断开，并将其重新连接到负载较低的控制器上，以此减少控制器的负载。然而，动态控制器分配方案在服务连续性方面存在不足。事实上，业务动态常常会触发交换机改变其控制器分配，这可能会中断服务的连续性。(3)静态路由方案：为网络中所有的数据流都在交换机中提前部署好转发规则。由于每个流在到达交换机时可以匹配至少一个预先部署的规则，交换机不会向控制器发送任何Packet-In消息包。因此，控制器负载非常低，响应时间也很短。然而，静态路由不能有效地处理流量和管理策略的动态变化。首先，由于动态交通强度的存在，控制器无法对交通流提供动态的路径控制，可能会引起一些数据链路上的瞬时拥塞，从而导致数据包丢失和吞吐量降低。其次，对于许多实际应用程序，网络运营商希望指定细粒度策略来驱动底层交换机如何转发、丢弃和测量流量。然而，由于流的管理策略可能会随着时间的推移而改变(例如，由于主机移动性或中间件的放置)，静态路由方案不能很好地适应这些变化。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法，该方法首先主动式地配置部署通配符规则，然后被动式地对未能匹配通配符规则的数据流进行动态路由，有效地使用了有限的数据层资源和控制层处理能力，避免了软件定义网络中路由造成的高表项消耗、高控制负载和响应时间等问题。本专利技术的技术方案是：一种基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法，包括以下步骤：S01：根据当前网络的状态信息预测预测每一交换机下一时段可能到来的数据流，在所有交换机上配置部署相应的通配符规则，所述通配符规则指定宏流，每个通配符能够匹配经过交换机的具有相同特征的流；S02：当下一时段的数据流到达交换机时，首先进行交换机中预先配置部署的通配符规则匹配，如果匹配，则数据流根据通配符规则直接进行转发路由；如果不匹配，则交换机打包Packet-In信息，将该数据流信息上报给控制层，控制层根据全网状态，计算并下发精确匹配规则，从而实现动态路由，完成数据流的转发。优选的技术方案中，所述步骤S01中每个交换机以通配符为单位划分的宏流集合满足两个约束：1)经过该交换机的每条流属于一个流集合；2)任意两个通配符对应的流集合没有交集。优选的技术方案中，所述步骤S01中还包括通过采样包定期收集网络中每条数据流的信息，根据每条数据流的信息预测宏流信息。优选的技术方案中，控制器根据网络流量统计的信息计算宏流的流量大小，得到每个宏流中单条流的数量。优选的技术方案中，所述交换机根据数据报头的匹配结果选择转发路由，并在数据流经过交换机时更新统计信息。优选的技术方案中，所述步骤S02中在数据流根据通配符规则选择宏流子集之后，首先通过预测删除没有流量的静态路由条目，然后，控制器将更新的流条目安装到每个交换机，并将空闲超时和硬超时设置为零。优选的技术方案中，所述步骤S01中使用布尔变量表示控制器是否为宏流t在路径p上部署通配符规则，表明控制器将在路径p上为宏流t部署通配符规则；表明在路径p上宏流t不配置部署通配符规则。优选的技术方案中，所述步骤S01中，将网络中数据流经过的时间划分为固定的时段，在每一时段的刚开始，控制层通过网络协议向所有数据层的所有SDN交换机发送Read-State请求收集流量信息，SDN交换机收到Read-State请求后，将数据流信息打包，生成应答包发送给控制器，控制器收集到所有SDN交换机的应答后，汇总成全网的数据流信息，得到当前网络的状态信息。与现有技术相比，本专利技术的优点是：(1)流表资源消耗少：与现有的细粒度路由方案相比，本方法通过主动式地为宏流部署通配符规则，可以大大降低数据层交换机中的表项资源消耗。(2)控制层负载低、响应时间短：本方法通过部署通配符的方式，提前将宏流的转发规则保存至对应的交换机表项中，从而大大降低了数据流到来时控制层与数据层信息交互的负载，减少了控制器的响应时间。(3)可扩展性强：本方法通过结合主动式通配符规则部署和被动式精确匹配规则部署实现混合路由，减少了控制层面和数据层面的资源消耗，从而可以利用不同的目标对网络进行优化，例如最大化网络吞吐率等。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术基于规则预部署的软件定义网络架构示意图；图2为本专利技术框架的主动式通配符规则安装的工作流程图；图3为本专利技术框架的被动式精确匹配规则安装的工作流程图；图4为本实施例网络拓扑图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。实施例：下面结合附图，对本专利技术的较佳实施例作进一步说明。如图1所示，一种基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法，设计了一种新的网络架构，结合静态路由和动态路由的混合路由架构。本架构包含主动式通配符规则安装模块和被动式精确匹配规则安装模块。首先根据当前网络的状态信息预测下一时段可能经过某一交换机的数据流，并主动式地在该交换机上配置部署相应的通配符规则，保证预测正确的数据流能够在该交换机匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS01：根据当前网络的状态信息预测预测每一交换机下一时段可能到来的数据流，在所有交换机上配置部署相应的通配符规则，所述通配符规则指定宏流，每个通配符能够匹配经过交换机的具有相同特征的流；/nS02：当下一时段的数据流到达交换机时，首先进行交换机中预先配置部署的通配符规则匹配，如果匹配，则数据流根据通配符规则直接进行转发路由；如果不匹配，则交换机打包Packet-In信息，将该数据流信息上报给控制层，控制层根据全网状态，计算并下发精确匹配规则，从而实现动态路由，完成数据流的转发。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：根据当前网络的状态信息预测预测每一交换机下一时段可能到来的数据流，在所有交换机上配置部署相应的通配符规则，所述通配符规则指定宏流，每个通配符能够匹配经过交换机的具有相同特征的流；
S02：当下一时段的数据流到达交换机时，首先进行交换机中预先配置部署的通配符规则匹配，如果匹配，则数据流根据通配符规则直接进行转发路由；如果不匹配，则交换机打包Packet-In信息，将该数据流信息上报给控制层，控制层根据全网状态，计算并下发精确匹配规则，从而实现动态路由，完成数据流的转发。


2.根据权利要求1所述的基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法，其特征在于，所述步骤S01中每个交换机以通配符为单位划分的宏流集合满足两个约束：1)经过该交换机的每条流属于一个流集合；2)任意两个通配符对应的流集合没有交集。


3.根据权利要求1所述的基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法，其特征在于，所述步骤S01中还包括通过采样包定期收集网络中每条数据流的信息，根据每条数据流的信息预测宏流信息。


4.根据权利要求3所述的基于规则预部署的软件定义网络高效路由方法，其特征在于，控制器根据网络流量统计的信息计算宏流的流量大小，得到每个宏流...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宏力，刘建春，黄刘生，
申请(专利权)人：中国科学技术大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32