一種解決sdn流級(jí)別配置一致性更新的方法和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種解決SDN流級(jí)別配置一致性更新的方法和裝置，給不同配置分配版本號(hào)，使數(shù)據(jù)包在SDN中，由與該數(shù)據(jù)包攜帶相同版本號(hào)的配置處理。當(dāng)配置更新發(fā)生時(shí)，給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安裝新配置，數(shù)據(jù)包經(jīng)邊界網(wǎng)絡(luò)時(shí)添加舊版本號(hào)進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)由舊配置處理，新配置不影響數(shù)據(jù)包，保證現(xiàn)有流持續(xù)穩(wěn)定地由舊配置處理，再經(jīng)邊界網(wǎng)絡(luò)流出SDN網(wǎng)絡(luò)時(shí)刪除版本號(hào)。當(dāng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)更新完成后，以高優(yōu)先級(jí)給邊界網(wǎng)絡(luò)安裝臨時(shí)配置以使受更新影響的流轉(zhuǎn)發(fā)到控制器并且仍由舊配置處理，低優(yōu)先級(jí)給邊界網(wǎng)絡(luò)安裝攜帶新版本號(hào)的新配置；構(gòu)造覆蓋現(xiàn)有流IP地址的最小K前綴覆蓋集合，基于K條前綴構(gòu)造配置碎片；刪除超時(shí)的碎片，周期性進(jìn)行更新直至所有碎片被刪除，完成邊界網(wǎng)絡(luò)更新。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種解決SDN流級(jí)別配置一致性更新的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò))，尤其涉及一種解決SDN流級(jí)別配置一致性更新的方法和裝置，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]互聯(lián)網(wǎng)為人類(lèi)搭建了前所未有的信息通信和資源共享平臺(tái)，深刻地改變著人們的生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)方式，成為支撐現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技創(chuàng)新的最重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等新興的發(fā)展對(duì)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展性、安全性、移動(dòng)性及可用性等方面都提出了巨大挑戰(zhàn)，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)研究迫在眉睫。軟件定義網(wǎng)(Softwaredefined networking,簡(jiǎn)稱(chēng)SDN)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的重要技術(shù),是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的主流研究方向之一。SDN通過(guò)將其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)平面和控制平面分離，實(shí)現(xiàn)更加靈活、更加可控的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，同時(shí)，SDN通過(guò)統(tǒng)一的開(kāi)放式接口，實(shí)現(xiàn)了底層網(wǎng)絡(luò)功能的整體抽象。數(shù)據(jù)面內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，而更加復(fù)雜靈活的網(wǎng)絡(luò)管理交由集中式的控制器實(shí)現(xiàn)。這種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì):1)網(wǎng)絡(luò)管控能力得到改善，通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可視化，用戶可以根據(jù)需求定制個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)；2)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新能力得到提升，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可以靈活地添加、刪除、改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)功能，使得網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新以軟件更新的速度進(jìn)行；3)網(wǎng)絡(luò)可靠性得到加強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能大大簡(jiǎn)化，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)控制等功能由軟件實(shí)現(xiàn)，大幅度降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障率，從而提升網(wǎng)絡(luò)可靠性。
[0003]計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)復(fù)雜的時(shí)刻變動(dòng)的分布式系統(tǒng)，雖然在控制層面看SDN是一個(gè)集中控制的系統(tǒng)，但是在數(shù)據(jù)層面看SDN仍然是一個(gè)分布式系統(tǒng)，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備根據(jù)自己的配置獨(dú)立地處理數(shù)據(jù)包。為了保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，提供可靠服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)管理人員必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约傲髁孔兓戮W(wǎng)絡(luò)配置，例如調(diào)整數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略，修改鏈路權(quán)重以及重新分配網(wǎng)絡(luò)帶寬。并且控制層面和數(shù)據(jù)層面的信息交互存在延遲以及丟包等情況，在網(wǎng)絡(luò)變動(dòng)以及鏈路不穩(wěn)定的狀態(tài)下，我們必須保證配置更新過(guò)程中，包/流始終使用一個(gè)配置(要么舊配置，要么新配置)，而不可混合使用，因?yàn)槲覀兛梢允褂酶髯则?yàn)證工具保證舊配置的正確性，也可以保證新配置的正確性，但是無(wú)法保證混合配置的正確性。
[0004]配置一致性按照一致性級(jí)別可以分為包級(jí)別一致性和流級(jí)別一致性。網(wǎng)絡(luò)中存在包級(jí)別的不一致性問(wèn)題，在如圖1-1所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)初始配置為圖1-2中所示的Pl:交換機(jī)SI將目的地址是Hl的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到S2，目的地址是H2的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到S3，交換機(jī)S2丟棄端口號(hào)為22的包(SSH)并且按照目的地址轉(zhuǎn)發(fā)其他包，交換機(jī)S3按照目的地址轉(zhuǎn)發(fā)所有包。此時(shí)由于SI和S2之間的鏈路發(fā)生故障，SDN網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行如圖1-2所示的更新，即由配置Pl更新為配置P2，交換機(jī)SI轉(zhuǎn)發(fā)所有包(目的地址為H1、H2)到S3，交換機(jī)S3禁止目的地址為Hl的端口為22的包并且按照目的地址轉(zhuǎn)發(fā)其他包。在網(wǎng)絡(luò)更新的過(guò)程中，由于無(wú)法保證交換機(jī)更新的順序，如果SI先于S3更新，那么此時(shí)目的地址為Hl端口為22的包會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到S3，然后到達(dá)H1。但是按照正確的配置(配置Pl或者配置P2)目的地址為Hl端口為22的包應(yīng)該被禁止(丟棄)。發(fā)生這種情況的原因是這些包先被配置P2處理然后又被配置Pl處理，也就是說(shuō)包級(jí)別的配置一致性更新沒(méi)有得到保證。
[0005]同樣地，網(wǎng)絡(luò)中還存在流級(jí)別配置更新的不一致性問(wèn)題，仍以如圖1-1所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇槔僭O(shè)網(wǎng)絡(luò)中H1、H2是服務(wù)器(例如web服務(wù)器)，初始化配置為圖1-3中的配置P3，交換機(jī)SI首先將來(lái)自網(wǎng)段U、G的流的目的地址替換為Hl然后轉(zhuǎn)發(fā)到S2，交換機(jī)S2轉(zhuǎn)發(fā)所有的流到服務(wù)器H1，交換機(jī)S3轉(zhuǎn)發(fā)所有的流到服務(wù)器H2。此時(shí)由于終端Hl負(fù)載過(guò)大，SDN網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行如圖1-3所示的更新，即由配置P3更新為配置P4，交換機(jī)SI將來(lái)自網(wǎng)絡(luò)U的流的目的地址替換為Hl然后轉(zhuǎn)發(fā)到S2，將來(lái)自網(wǎng)絡(luò)G的流的目的地址替換為H2然后轉(zhuǎn)發(fā)S3。交換機(jī)S2、S3將按照目的地址將這些流轉(zhuǎn)發(fā)到H1、H2。在配置更新發(fā)生之前，來(lái)自網(wǎng)段G的流被轉(zhuǎn)發(fā)到Hl，與Hl建立連接并通信，但是更新之后，這些已經(jīng)存在的流會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到H2，它們同Hl的連接被中斷，需要同H2建立連接，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，來(lái)自網(wǎng)段G的流與服務(wù)器(Hl與H2對(duì)于用戶來(lái)講，是一個(gè)服務(wù)器整體)斷開(kāi)需重新建立連接，也就是說(shuō)流級(jí)別配置的一致性更新沒(méi)有得到保證。
[0006]現(xiàn)有的配置一致性解決方案大多是針對(duì)包級(jí)別的，流級(jí)別的配置一致性更新方案主要有以下3種:
[0007]I)交換機(jī)規(guī)則超時(shí)(Switch rules with timeouts)
[0008]使用版本控制區(qū)分不同的規(guī)則集合，對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)包，由入口交換機(jī)決定使用哪一個(gè)規(guī)則集合進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)需要配置更新時(shí)，控制器首先更新內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)(安裝新版本的配置)，然后更新邊界網(wǎng)絡(luò)。為了保證流一致性，在邊界網(wǎng)絡(luò)，控制器對(duì)舊的配置進(jìn)行周期性的分割，同時(shí)設(shè)置超時(shí)限制時(shí)間。隨著時(shí)間的流逝，舊的配置碎片被刪除，新的配置被激活。
[0009]2)通配符克隆(Wildcard cloning)
[0010]擴(kuò)展OpenFlow協(xié)議，使用功能更加強(qiáng)大的交換機(jī)來(lái)保證配置的一致性。當(dāng)需要配置更新時(shí)，每當(dāng)一個(gè)現(xiàn)有流經(jīng)過(guò)時(shí)，交換機(jī)就對(duì)這個(gè)現(xiàn)有的流建立一個(gè)幾乎精確的規(guī)則(稱(chēng)為克隆規(guī)則，這些規(guī)則具有更高的優(yōu)先級(jí))。一段時(shí)間之后，所有的現(xiàn)有流都被克隆規(guī)則轉(zhuǎn)發(fā)處理，然后刪除舊的配置，添加新的配置。這種方法非常簡(jiǎn)單快捷，對(duì)于控制器和網(wǎng)絡(luò)幾乎沒(méi)有增加額外的負(fù)載，但是對(duì)交換機(jī)的要求比較高。
[0011]3)終端反饋(End-host feedback)
[0012]當(dāng)網(wǎng)絡(luò)更新發(fā)送時(shí)，終端將已有的連接信息發(fā)送給控制器，然后控制器根據(jù)這些連接信息完成更新過(guò)程。終端反饋機(jī)制需要終端提供已有連接的信息，因此需要在終端上安裝插件，同時(shí)終端需要和控制器通信，將控制器的一些細(xì)節(jié)暴漏了出來(lái)。
[0013]除了以上3種方案，還有一些學(xué)者將數(shù)據(jù)庫(kù)中的事務(wù)一致性引入到SDN配置一致性更新當(dāng)中，將網(wǎng)絡(luò)更新過(guò)程分割為若干個(gè)事務(wù)，對(duì)于每個(gè)事務(wù)根據(jù)更新的結(jié)果，控制器可以確認(rèn)或者回滾。還有一些學(xué)者提出使用有向無(wú)環(huán)圖(DAG)解析規(guī)則，分析規(guī)則之間的依賴(lài)關(guān)系以及一致性特性要求生成配置更新計(jì)劃，然后更新網(wǎng)絡(luò)配置。
[0014]以上現(xiàn)有方案存在下述一些缺陷:
[0015]I)規(guī)則超時(shí)方案需要花費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。對(duì)于舊的配置，將分割之后的碎片安裝到交換機(jī)中，如果碎片過(guò)大，那么可能由于一直有流存在而無(wú)法消失；如果碎片過(guò)小，那么會(huì)由于數(shù)目過(guò)多占用大量的空間。
[0016]2)通配符克隆方案雖然對(duì)于控制器來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，配置更新過(guò)程也比較快捷，但是它不再遵守標(biāo)準(zhǔn)的OpenFlow協(xié)議。同時(shí)還需要性能更加強(qiáng)大的交換機(jī)才能實(shí)現(xiàn)，違反了軟件定義網(wǎng)的基本思想(簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，復(fù)雜的控制設(shè)備)。
[0017]3)終端反饋方案違反了網(wǎng)路設(shè)計(jì)的原則，一方面終端要具體的參與到網(wǎng)絡(luò)配置更新的過(guò)程中，使得網(wǎng)絡(luò)對(duì)于終端不再透明，另一邊面終端與控制器相互通信，給控制器帶來(lái)了許多安全問(wèn)題(例如可以很容易的通過(guò)終端攻擊控制器，從而癱瘓整個(gè)網(wǎng)絡(luò))。
[0018]4)無(wú)論是事務(wù)機(jī)制還是有向無(wú)環(huán)圖都需要根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约芭渲脕?lái)決定配置更新安排，要么計(jì)算復(fù)雜性比較高，要么更新的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)比較大。例如，有向無(wú)環(huán)圖方案根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约皵?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)路徑生成一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖，分析更新路徑上前后等依賴(lài)關(guān)系和一致性級(jí)別要求(例如無(wú)環(huán)、包級(jí)別等)安排配置更新的計(jì)劃，無(wú)論對(duì)于計(jì)算還是存儲(chǔ)的開(kāi)銷(xiāo)都是比較大的。
[0019]總體來(lái)說(shuō)，以上現(xiàn)有技術(shù)的方案要么犧牲了 SDN網(wǎng)絡(luò)的一些特性來(lái)完成流級(jí)別配置一致性更新，要么需要花費(fèi)過(guò)高的時(shí)間、計(jì)算和/或存儲(chǔ)空間代價(jià)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的主要目的在于提出一種解決SDN流級(jí)別配置一致性更新的方法和裝置，以在網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)更新過(guò)程中，快速有效地完成流級(jí)別配置一致性更新，解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題。
[0021]本發(fā)明提供以下方法來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題:
[0022]一種解決SDN流級(jí)別配置一致性更新的方法，包括:
[0023]給SDN網(wǎng)絡(luò)中的配置和數(shù)據(jù)包分配版本號(hào)，用以標(biāo)記數(shù)據(jù)包的處理規(guī)則集合，使得數(shù)據(jù)包只能由與該數(shù)據(jù)包具有一致版本號(hào)的配置進(jìn)行處理；
[0024]當(dāng)網(wǎng)絡(luò)配置發(fā)生更新時(shí)，先進(jìn)行內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的更新:將具有新版本號(hào)的新配置安裝至IJ SDN的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)保留具有舊版本號(hào)的舊配置，使得經(jīng)SDN的邊界網(wǎng)絡(luò)后攜帶舊版本號(hào)的數(shù)據(jù)包進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由舊配置處理；
[0025]當(dāng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)更新完成后，進(jìn)行以下步驟:
[0026]A、以高優(yōu)先級(jí)給邊界網(wǎng)絡(luò)安裝臨時(shí)配置，所述臨時(shí)配置用于使邊界網(wǎng)絡(luò)的邊界交換機(jī)將配置更新影響到的現(xiàn)有流轉(zhuǎn)發(fā)到控制器，而控制器對(duì)所述現(xiàn)有流按舊配置處理，以使控制器獲取所述現(xiàn)有流的源IP地址以及邊界交換機(jī)的流表統(tǒng)計(jì)信息，而所述現(xiàn)有流仍以舊配置進(jìn)行處理；以低優(yōu)先級(jí)給邊界網(wǎng)絡(luò)安裝新配置；
[0027]B、查看邊界交換機(jī)中當(dāng)前的舊配置碎片數(shù)目，并計(jì)算目前邊界交換機(jī)中可以使用的規(guī)則數(shù)目K;
[0028]C、根據(jù)獲取的所述現(xiàn)有流的源IP地址集合，構(gòu)造最小K前綴覆蓋集合，所述最小K前綴覆蓋集合內(nèi)的K條前綴所占的空間最小、且覆蓋所述現(xiàn)有流的源IP地址集合內(nèi)的所有IP地址；
[0029]D、基于所述最小K前綴覆蓋集合內(nèi)的K條前綴，構(gòu)造相應(yīng)的K條舊配置碎片，并記錄K條所述舊配置碎片；
[0030]E、將K條所述舊配置碎片安裝到邊界交換機(jī)，設(shè)置為高級(jí)優(yōu)先配置，設(shè)置超時(shí)時(shí)間限制T ;所述現(xiàn)有流以舊配置進(jìn)行處理，而在所述現(xiàn)有流之后到的受配置更新影響的新流，若所述新流的源IP地址落入所述K條前綴，則所述新流由所述舊配置碎片處理，若所述新流的源IP地址未落入所述K條前綴，則所述新流由新配置處理；
[0031]F、刪除超時(shí)的所述舊配置碎片，并通知控制器修改邊界交換機(jī)中的所述舊配置碎片的數(shù)目；
[0032]G、若邊界交換機(jī)中仍存在未超時(shí)刪除的碎片，返回執(zhí)行所述步驟A?F，直至所有的所述舊配置碎片都因超時(shí)被刪除，至此完成邊界網(wǎng)絡(luò)的更新。
[0033]本發(fā)明提出的上述方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下有益效果:
[0034]I)通過(guò)給配置和數(shù)據(jù)包添加版本號(hào)，使得在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安裝更新時(shí)，流過(guò)的數(shù)據(jù)包以舊版本號(hào)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中仍存在的舊配置匹配，統(tǒng)一由舊配置處理，不會(huì)受內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的更新影響，保證了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)更新時(shí)現(xiàn)有流的持續(xù)穩(wěn)定和現(xiàn)有流的配置一致性；
[0035]2)以高優(yōu)先級(jí)給邊界網(wǎng)絡(luò)安裝臨時(shí)配置，將更新影響到的現(xiàn)有流轉(zhuǎn)發(fā)到控制器，不僅使得控制器獲得現(xiàn)有流的信息(包括流的速率、流的源IP地址等)，由于臨時(shí)配置只負(fù)責(zé)將現(xiàn)有流轉(zhuǎn)發(fā)到控制器，而后現(xiàn)有流仍按舊配置轉(zhuǎn)發(fā)，因此并不改變現(xiàn)有流的匹配域，現(xiàn)有流仍由舊配置進(jìn)行處理，此種臨時(shí)配置也保證了在進(jìn)行邊界網(wǎng)絡(luò)更新的過(guò)程中，現(xiàn)有流不受內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)更新的影響且保證現(xiàn)有流的持續(xù)穩(wěn)定；
[0036]3)基于SDN控制器的強(qiáng)大處理能力，獲得現(xiàn)有流的源IP地址集合，使用前綴覆蓋算法對(duì)這些IP地址進(jìn)行聚合以構(gòu)造最小K前綴覆蓋集合，剔除那些不存在數(shù)據(jù)流的IP地址，從而節(jié)約IP前綴在邊界交換機(jī)中的占用空間，防止邊界交換機(jī)流表膨脹，基于這K條前綴將舊配置分割成K條舊配置碎片，從而保證現(xiàn)有流仍然按照舊的配置進(jìn)行處理(例如轉(zhuǎn)發(fā)、丟棄等)；同時(shí)，由于構(gòu)造的是覆蓋空間最小的K條前綴，因此在現(xiàn)有流之后來(lái)的新流，其源IP地址落入此K條前綴的幾率就小，因此各條舊配置碎片因超時(shí)被刪除的速度將加快，即邊界網(wǎng)絡(luò)更新的速度將加快。如此，能夠在保證流級(jí)別一致性的基礎(chǔ)上，合理地使用邊界交換機(jī)中的有限流表空間以及鏈路帶寬，同時(shí)快速高效地完成流級(jí)別配置一致性更新過(guò)程。
[0037]本發(fā)明還提供一種解決SDN流級(jí)別配置一致性更新的裝置，以在保證配置更新過(guò)程中流級(jí)別一致性的前提下，快速高效地完成配置更新。方案如下:
[0038]一種解決SDN流級(jí)別配置一致性更新的裝置，包括網(wǎng)絡(luò)分割模塊、版本控制模塊、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取模塊、內(nèi)部更新模塊以及邊界更新模塊；所述網(wǎng)絡(luò)分割模塊用于獲取SDN的數(shù)據(jù)面的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒁詤^(qū)分內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和邊界網(wǎng)絡(luò)；所述版本控制模塊針對(duì)不同配置生成不同版本號(hào)，以保證每次配置更新時(shí)，新、舊配置版本號(hào)的唯一性；所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取模塊與所述網(wǎng)絡(luò)分割模塊連接，以讀取所述邊界網(wǎng)絡(luò)中邊界交換機(jī)端口，進(jìn)而通知控制器獲取邊界交換機(jī)的流表統(tǒng)計(jì)信息，從而從控制器獲取到所述流表統(tǒng)計(jì)信息；所述內(nèi)部更新模塊分別與所述網(wǎng)絡(luò)分割模塊、所述版本控制模塊連接，用于獲取來(lái)自所述版本控制模塊的版本號(hào)，以及從所述網(wǎng)絡(luò)分割模塊獲取內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部交換機(jī)端口，以對(duì)新配置添加新版本號(hào)并將具有新版本號(hào)的新配置安裝到所述內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，并進(jìn)行更新?tīng)顟B(tài)確認(rèn)；所述邊界更新模塊用于在內(nèi)部更新模塊完成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的更新后對(duì)邊界網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更新，所述邊界更新模塊包括過(guò)渡規(guī)則模塊、聚合模塊、碎片生成模塊和碎片管理模塊，其中所述過(guò)渡規(guī)則模塊用于根據(jù)所述流表統(tǒng)計(jì)信息計(jì)算邊界交換機(jī)在更新過(guò)程中可以使用的規(guī)則數(shù)目上限；所述聚合模塊通過(guò)查看邊界交換機(jī)中當(dāng)前存在的舊配置碎片數(shù)目，并結(jié)合所述規(guī)則數(shù)目上限計(jì)算邊界交換機(jī)當(dāng)前還可使用的規(guī)則數(shù)目，還用于從所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取模塊獲取現(xiàn)有流的源IP地址并根據(jù)所述源IP地址的集合，構(gòu)造最小K前綴覆蓋集合；所述碎片生成模塊用于根據(jù)所述最小K前綴覆蓋集合以及舊版本號(hào)構(gòu)造相應(yīng)的K條舊配置碎片，生成配置碎片記錄表，并以高優(yōu)先級(jí)將K條舊配置碎片安裝到邊界交換機(jī)；所述碎片管理模塊用于根據(jù)控制器反饋的當(dāng)前邊界交換機(jī)中的舊配置碎片信息來(lái)更新所述配置碎片記錄表。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1-1是用以說(shuō)明配置更新過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫纠?br> [0040]圖1-2和圖1-3是網(wǎng)絡(luò)配置的具體參數(shù)示例圖；
[0041]圖2是SDN網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；
[0042]圖3是邊界網(wǎng)絡(luò)的更新流程圖；
[0043]圖4是配置更新過(guò)程示例的示意圖；
[0044]圖5-1至圖5-4為構(gòu)建二叉樹(shù)的示例過(guò)程；
[0045]圖5-5為動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法中求解圖5-4的二叉樹(shù)中各節(jié)點(diǎn)的三元組序列的示意圖；
[0046]圖6為本發(fā)明提供的解決流級(jí)別配置一致性更新的裝置框圖；
[0047]圖7為圖6中所示裝置的工作原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0048]下面對(duì)照附圖并結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0049]概念定義和定理:
[0050]定義1:一個(gè)IP地址前綴P的空間大小IpI是它可以匹配(覆蓋)的ip地址數(shù)目，多個(gè)ip地址前綴構(gòu)成的集合Ps的空間大小|ps|是集合中所有前綴匹配的ip地址的數(shù)目，當(dāng)該集合的所有前綴兩兩之間沒(méi)有重疊的IP地址空間時(shí)，集合PS空間大小為集合中各前綴空間大小之和。
[0051]例如，IP地址前綴59.78.45.*(*表示后8位任意)覆蓋了 256個(gè)IP地址，因此59.78.45.* I = 256 ;又如，IP地址前綴59.78.45.1覆蓋了 I個(gè)IP地址，就是它本身，因此 I 59.78.45.11 = I。
[0052]定義2:對(duì)于一個(gè)IP地址集合IS，覆蓋集合IS的K條占用空間最小的IP地址前綴的組合，稱(chēng)為最小K前綴覆蓋集合PSK[IS]，占用的空間大小稱(chēng)為最小K前綴覆蓋空間。很顯然，最小K前綴覆蓋集合內(nèi)的前綴兩兩之間是沒(méi)有公共IP地址的。
[0053]例如對(duì)于IP 地址 59.78.45.1,59.78.45.2,59.78.44.1,59.78.45.129，使用 3條前綴覆蓋這 4 個(gè) IP 地址可以是{59.78.45.0/30,59.78.44.1/32,59.78.45.129/32}或者{59.78.45.1/32,59.78.45.2/32,59.78.44.0/22}很顯然最小 3 前綴覆蓋集合是{59.78.45.0/30,59.78.44.1/32,59.78.45.129/32}，其中前綴 59.78.45.0/30 覆蓋4個(gè) IP地址，而前綴 59.78.44.1/32 和 59.78.45.129/32 各自覆蓋 I 個(gè) IP 地址(即 59.78.44.1和59.78.45.129)，因此最小3前綴覆蓋空間是6。
[0054]定理1:對(duì)于任意兩個(gè)IP地址前綴P、Q，如果P和Q覆蓋一些相同的IP地址(即二者具有一些重疊的地址空間)，那么P、Q 一定是包含關(guān)系，即

【權(quán)利要求】
1.一種解決SDN流級(jí)別配置一致性更新的方法，其特征在于，包括: 給SDN網(wǎng)絡(luò)中的配置和數(shù)據(jù)包分配版本號(hào)，用以標(biāo)記數(shù)據(jù)包的處理規(guī)則集合，使得數(shù)據(jù)包只能由與該數(shù)據(jù)包具有一致版本號(hào)的配置進(jìn)行處理； 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)配置發(fā)生更新時(shí)，先進(jìn)行內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的更新:將具有新版本號(hào)的新配置安裝到SDN的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)保留具有舊版本號(hào)的舊配置，使得經(jīng)SDN的邊界網(wǎng)絡(luò)后攜帶舊版本號(hào)的數(shù)據(jù)包進(jìn)入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由舊配置處理； 當(dāng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)更新完成后，進(jìn)行以下步驟: A、以高優(yōu)先級(jí)給邊界網(wǎng)絡(luò)安裝臨時(shí)配置，所述臨時(shí)配置用于使邊界網(wǎng)絡(luò)的邊界交換機(jī)將配置更新影響到的現(xiàn)有流轉(zhuǎn)發(fā)到控制器，而控制器對(duì)所述現(xiàn)有流按舊配置處理，以使控制器獲取所述現(xiàn)有流的源IP地址以及邊界交換機(jī)的流表統(tǒng)計(jì)信息，而所述現(xiàn)有流仍以舊配置進(jìn)行處理；以低優(yōu)先級(jí)給邊界網(wǎng)絡(luò)安裝新配置； B、查看邊界交換機(jī)中當(dāng)前的舊配置碎片數(shù)目，并計(jì)算目前邊界交換機(jī)中可以使用的規(guī)則數(shù)目K; C、根據(jù)獲取的所述現(xiàn)有流的源IP地址集合，構(gòu)造最小K前綴覆蓋集合，所述最小K前綴覆蓋集合內(nèi)的K條前綴所占的空間最小、且覆蓋所述現(xiàn)有流的源IP地址集合內(nèi)的所有IP地址； D、基于所述最小K前綴覆蓋集合內(nèi)的K條前綴，構(gòu)造相應(yīng)的K條舊配置碎片，并記錄K條所述舊配置碎片； EJf K條所述舊配置碎片安裝到邊界交換機(jī)，設(shè)置為高級(jí)優(yōu)先配置，設(shè)置超時(shí)時(shí)間限制T ;所述現(xiàn)有流以舊配置進(jìn)行處理，而在所述現(xiàn)有流之后到的受配置更新影響的新流，若所述新流的源IP地址落入所述K條前綴，則所述新流由所述舊配置碎片處理，若所述新流的源IP地址未落入所述K條前綴，則所述新流由新配置處理； F、刪除超時(shí)的所述舊配置碎片，并通知控制器修改邊界交換機(jī)中的所述舊配置碎片的數(shù)目； G、若邊界交換機(jī)中仍存在未超時(shí)刪除的碎片，返回執(zhí)行所述步驟A?F，直至所有的所述舊配置碎片都因超時(shí)被刪除，至此完成邊界網(wǎng)絡(luò)的更新。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的更新過(guò)程具體包括: 給舊配置分配作為匹配域的舊版本號(hào)，并且在邊界網(wǎng)絡(luò)給數(shù)據(jù)包添加舊版本號(hào)； 當(dāng)配置更新發(fā)生時(shí)，給新配置分配作為匹配域的新版本號(hào)； 將新配置安裝到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)并且保留舊配置，使得內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)更新過(guò)程中，數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中由舊配置處理。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟B具體包括: B1、所述流表統(tǒng)計(jì)信息包括邊界交換機(jī)的TCAM的總?cè)萘亢彤?dāng)前使用量，用總?cè)萘繙p去當(dāng)前使用量以獲得空閑空間，根據(jù)所述空閑空間的大小來(lái)限制在配置更新過(guò)程中邊界交換機(jī)可以使用的最大規(guī)則數(shù)目MAXK ； B2、獲取邊界交換機(jī)中當(dāng)前的舊配置碎片數(shù)目n，計(jì)算目前邊界交換機(jī)中可以使用的規(guī)則數(shù)目K = MAXK-n，其中η彡O。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述步驟F具體包括: F1、對(duì)于K條舊配置碎片中的某條舊配置碎片，若從上一次出現(xiàn)源IP地址落入該條舊配置碎片的數(shù)據(jù)包開(kāi)始，歷經(jīng)T時(shí)間未再次出現(xiàn)源IP地址落入該條舊配置碎片的數(shù)據(jù)包，則該條舊配置碎片屬于超時(shí)，予以刪除； F2、刪除超時(shí)的y條舊配置碎片，通知控制器將邊界交換機(jī)中的舊配置碎片數(shù)目修改為n+K-y,從而在步驟BI中，以η+Κ-y去更新η的值，以獲得新的K值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟C中構(gòu)造最小K前綴覆蓋集合具體包括: Cl、將所述現(xiàn)有流的源IP地址集合內(nèi)的所有N個(gè)IP地址進(jìn)行排序，并計(jì)算每個(gè)IP地址與相鄰的下一個(gè)IP地址之間的最長(zhǎng)公共前綴，得到N-1個(gè)有效公共前綴，以所述N個(gè)IP地址為葉子節(jié)點(diǎn)，再結(jié)合N-1個(gè)公共前綴，構(gòu)造總共具有2Ν-1個(gè)節(jié)點(diǎn)的二叉樹(shù)； C2、通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，在所述步驟Cl中構(gòu)造的二叉樹(shù)的2Ν-1個(gè)節(jié)點(diǎn)中，找到覆蓋空間最小的K個(gè)前綴，構(gòu)成所述最小K前綴覆蓋集合。
6.如權(quán)利要求5所述的方 法，其特征在于:所述步驟Cl具體包括: C11、將32位的IP地址看成一個(gè)整數(shù)，采用歸并法對(duì)N個(gè)IP地址進(jìn)行升序排列； C12、建立一個(gè)雙向鏈表，并用步驟Cll中排序后的N個(gè)IP地址初始化雙向鏈表； C13、對(duì)于每個(gè)IP地址，計(jì)算它和下一個(gè)相鄰IP地址之間的最長(zhǎng)公共前綴，雙向鏈表中每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有值、節(jié)點(diǎn)前綴和節(jié)點(diǎn)前綴長(zhǎng)度，設(shè)置節(jié)點(diǎn)前綴為該節(jié)點(diǎn)與下一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的最長(zhǎng)公共前綴，節(jié)點(diǎn)前綴長(zhǎng)度為該節(jié)點(diǎn)與下一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的最長(zhǎng)公共前綴的長(zhǎng)度； C14、遍歷雙向鏈表,對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)，比較該節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)前綴長(zhǎng)度和下一個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)前綴長(zhǎng)度，當(dāng)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)前綴長(zhǎng)度非遞增時(shí)，將該節(jié)點(diǎn)標(biāo)記長(zhǎng)度非遞增位置，并在所述長(zhǎng)度非遞增位置生成一個(gè)新節(jié)點(diǎn)，并將所述新節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)前綴、節(jié)點(diǎn)前綴長(zhǎng)度分別賦值為被標(biāo)記長(zhǎng)度非遞增位置的相鄰下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)前綴、節(jié)點(diǎn)前綴長(zhǎng)度； C15、所述新節(jié)點(diǎn)替代被標(biāo)記長(zhǎng)度非遞增位置的節(jié)點(diǎn)及其相鄰下一個(gè)節(jié)點(diǎn)以進(jìn)行聚合，并且被標(biāo)記長(zhǎng)度非遞增位置的節(jié)點(diǎn)及其相鄰下一個(gè)節(jié)點(diǎn)分別為所述新節(jié)點(diǎn)的左右子節(jié)點(diǎn)；再回退一步繼續(xù)進(jìn)行遍歷； C16、重復(fù)步驟C14及C15，聚合至雙向鏈表中只剩一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所剩的節(jié)點(diǎn)即為所述二叉樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述步驟C2具體包括: C21、對(duì)于所述二叉樹(shù)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，定義一個(gè)三元組序列{〈s，ls，rs>，...}用以標(biāo)記該節(jié)點(diǎn)的前綴分配方案，序列中的每個(gè)三元組〈s，ls，rs>表示一種前綴分配方案，其中s為該種分配方案下所占的空間，Is表示給左子樹(shù)分配的前綴數(shù)目，rs表示給右子樹(shù)分配的前綴數(shù)目； C22、對(duì)所述二叉樹(shù)中的葉子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)的三元組序列只含有一個(gè)三元組均為〈1，0，0> ; C23、對(duì)所述二叉樹(shù)中的非葉子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自底向上的遍歷，對(duì)于每個(gè)非葉子節(jié)點(diǎn)，通過(guò)以下公式計(jì)算三元組序列:
其中，S[i]表示當(dāng)前非葉子節(jié)點(diǎn)的三元組序列中的第i個(gè)三元組,其中L.S[j].s表示當(dāng)前非葉子節(jié)點(diǎn)的左子節(jié)點(diǎn)的三元組序列中的第j個(gè)三元組的空間大小，R.S[m].s表示當(dāng)前非葉子節(jié)點(diǎn)的右子節(jié)點(diǎn)的三元組序列中的第m個(gè)三元組的空間大小，min(L.S[j].s+R.S[m], s)表示分別在左子節(jié)點(diǎn)取第j個(gè)三元組，在右子節(jié)點(diǎn)取第m個(gè)三元組，使得這兩個(gè)三元組具有最小空間和，所述最小空間和min(L.S[j], s+R.S[m], s)即為三元組S[i]的空間大小，且當(dāng)前非葉子節(jié)點(diǎn)為左子節(jié)點(diǎn)分配j個(gè)前綴，為右子節(jié)點(diǎn)分配m個(gè)前綴；length表示當(dāng)前非葉子節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)IP地址前綴本身的長(zhǎng)度； C24、通過(guò)步驟C23求出各非葉子節(jié)點(diǎn)的三元組序列所包含的三元組后，從所述二叉樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自上而下的遍歷，先訪問(wèn)根節(jié)點(diǎn)的第K個(gè)三元組〈s, ls,rs> ； C25、在訪問(wèn)某一節(jié)點(diǎn)時(shí)，若該節(jié)點(diǎn)的三元組中Is和rs為O，則不再繼續(xù)訪問(wèn)該節(jié)點(diǎn)的左右子樹(shù)，該節(jié)點(diǎn)屬于最小K前綴覆蓋集合中的前綴，若該節(jié)點(diǎn)的三元組中Is和rs不為O，則訪問(wèn)該節(jié)點(diǎn)的左子樹(shù)中第Is個(gè)三元組以及右子樹(shù)中第rs個(gè)三元組以繼續(xù)尋找出屬于最小K前綴覆蓋集合的其他前綴，最終找出K個(gè)覆蓋空間最小的前綴，構(gòu)成所述最小K前綴覆蘭隹Aγτπ.^κ 口 ο
8.一種解決SDN流級(jí)別配置一致性更新的裝置，其特征在于:包括網(wǎng)絡(luò)分割模塊、版本控制模塊、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取模塊、內(nèi)部更新模塊以及邊界更新模塊； 所述網(wǎng)絡(luò)分割模塊用于獲取SDN的數(shù)據(jù)面的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒁詤^(qū)分內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和邊界網(wǎng)絡(luò)； 所述版本控制模塊針對(duì)不同配置生成不同版本號(hào)，以保證每次配置更新時(shí)，新、舊配置版本號(hào)的唯一'I"生； 所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取模塊與所述網(wǎng)絡(luò)分割模塊連接，以讀取所述邊界網(wǎng)絡(luò)中邊界交換機(jī)端口，進(jìn)而通知控制器獲取邊界交換機(jī)的流表統(tǒng)計(jì)信息，從而從控制器獲取到所述流表統(tǒng)計(jì)信息； 所述內(nèi)部更新模塊分別與所述網(wǎng)絡(luò)分割模塊、所述版本控制模塊連接，用于獲取來(lái)自所述版本控制模塊的版本號(hào)，以及從所述網(wǎng)絡(luò)分割模塊獲取內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部交換機(jī)端口，以對(duì)新配置添加新版本號(hào)并將具有新版本號(hào)的新配置安裝到所述內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，并進(jìn)行更新?tīng)顟B(tài)確認(rèn)； 所述邊界更新模塊用于在內(nèi)部更新模塊完成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的更新后對(duì)邊界網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更新，所述邊界更新模塊包括過(guò)渡規(guī)則模塊、聚合模塊、碎片生成模塊和碎片管理模塊，其中所述過(guò)渡規(guī)則模塊用于根據(jù)所述流表統(tǒng)計(jì)信息計(jì)算邊界交換機(jī)在更新過(guò)程中可以使用的規(guī)則數(shù)目上限；所述聚合模塊通過(guò)查看邊界交換機(jī)中當(dāng)前存在的舊配置碎片數(shù)目，并結(jié)合所述規(guī)則數(shù)目上限計(jì)算邊界交換機(jī)當(dāng)前還可使用的規(guī)則數(shù)目，還用于從所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取模塊獲取現(xiàn)有流的源IP地址并根據(jù)所述源IP地址的集合，構(gòu)造最小K前綴覆蓋集合；所述碎片生成模塊用于根據(jù)所述最小K前綴覆蓋集合以及舊版本號(hào)構(gòu)造相應(yīng)的K條舊配置碎片，生成配置碎片記錄表，并以高優(yōu)先級(jí)將K條舊配置碎片安裝到邊界交換機(jī)；所述碎片管理模塊用于根據(jù)控制器反饋的當(dāng)前邊界交換機(jī)中的舊配置碎片信息來(lái)更新所述配置碎片記錄表。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于:所述聚合模塊包括二叉樹(shù)構(gòu)建模塊和動(dòng)態(tài)規(guī)劃模塊，所述二叉樹(shù)構(gòu)建模塊用于構(gòu)建節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為2N-1的二叉樹(shù)，所述二叉樹(shù)的N個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)來(lái)源于更新過(guò)程中影響到的現(xiàn)有流的N個(gè)IP地址，N-1個(gè)非葉子節(jié)點(diǎn)為N-1個(gè)公共前綴，所述公共前綴為各IP地址與相鄰下一個(gè)IP地址的最長(zhǎng)公共前綴；所述動(dòng)態(tài)規(guī)劃模塊用于在所述二叉樹(shù)中尋找到覆蓋空間最小的K個(gè)前綴，以形成所述最小K前綴覆蓋集合。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于:所述流表統(tǒng)計(jì)信息包括邊界交換機(jī)的總?cè)萘亢彤?dāng)前使用量，所述過(guò)渡規(guī)則模塊與所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)獲取模塊連接，用于根據(jù)所述流表統(tǒng)計(jì)信息，獲得當(dāng)前邊界交換機(jī)中的空閑空間，并根據(jù)所述空閑空間的大小來(lái)限制在配置更新過(guò)程中邊界交換機(jī)可以使用的最大規(guī)則數(shù)目MAXK，再根據(jù)當(dāng)前邊界交換機(jī)中存在的舊配置碎片n，獲得當(dāng)前邊界交換機(jī)中還可以使用的規(guī)則數(shù)目K = MAXK-n，其中η彡O。
【文檔編號(hào)】H04L29/12GK104202183SQ201410416521
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】李清, 江勇, 趙坤 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院