一種主動(dòng)測(cè)量OpenFlow網(wǎng)絡(luò)端到端路徑性能的方法及其所采用的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，具體地說(shuō)是提出一種主動(dòng)測(cè)量OpenFlow網(wǎng)絡(luò)端到端 路徑性能的方法與系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SoftwareDefinedNetworking,SDN)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為強(qiáng) 化網(wǎng)絡(luò)功能、縮短網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新周期和解決因特網(wǎng)難題提供了一條新的技術(shù)途徑。盡管基于 OpenFlow的SDN已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域得到了應(yīng)用，驗(yàn)證了SDN體系 結(jié)構(gòu)的可行性和可用性，但由于SDN架構(gòu)更為復(fù)雜，并且缺乏調(diào)試SDN控制程序、定量分析 SDN體系結(jié)構(gòu)與機(jī)制及評(píng)估網(wǎng)絡(luò)行為的技術(shù)手段，這些嚴(yán)重地阻礙了SDN的科學(xué)發(fā)展。
[0003] 網(wǎng)絡(luò)測(cè)量是理解網(wǎng)絡(luò)行為的基本手段和定量評(píng)估網(wǎng)絡(luò)性能的重要方法。伴隨著因 特網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展了包括主動(dòng)測(cè)量和被動(dòng)測(cè)量?jī)煞N模式的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量技術(shù)。而目前SDN 中的OpenFlow規(guī)范僅提供了從控制器實(shí)時(shí)獲取流信息的接口，這在一定程度上提供了一 種集中式的被動(dòng)測(cè)量方式。被動(dòng)測(cè)量有其局限性，難以測(cè)量諸如兩點(diǎn)之間連通性以及連通 性能等多種參數(shù)并且實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜。IP網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，網(wǎng)絡(luò)端到端路徑性能是網(wǎng)絡(luò) 中最重要的指標(biāo)之一，而獲取性能參數(shù)的主要手段是主動(dòng)測(cè)量。主動(dòng)測(cè)量通過(guò)向路徑源端 發(fā)送測(cè)量報(bào)文（序列），然后觀察分析測(cè)量報(bào)文（probe)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的變化，從 而推測(cè)出網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和相關(guān)性能參數(shù)。這種主動(dòng)注入并跟蹤分組真實(shí)路由的測(cè)量方式更能反 映問(wèn)題真實(shí)情況。然而，SDN目前缺乏實(shí)用的主動(dòng)測(cè)量機(jī)制和方法。
[0004] 對(duì)比IP網(wǎng)絡(luò)中的主動(dòng)測(cè)量機(jī)制，不難發(fā)現(xiàn)在SDN中發(fā)展高效易用的主動(dòng)測(cè)量機(jī) 制存在著很大困難。首先是可行性，IP網(wǎng)絡(luò)中任何兩點(diǎn)之間都默認(rèn)存在著端到端路徑，這 使測(cè)量端到端性能成為可能，而在SDN(以下以O(shè)penFlow網(wǎng)絡(luò)為例）中兩點(diǎn)之間的路徑 可能并不存在，即便存在，分組也要遵從控制器下發(fā)給交換機(jī)的流轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。其次是易用 性，IP網(wǎng)絡(luò)具有支持網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的協(xié)議如網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議（Internetcontrolmessages protocol，ICMP)，這使主動(dòng)測(cè)量易于進(jìn)行，而在SDN中并不存在這樣一種協(xié)議。第三是高效 性，IP結(jié)點(diǎn)協(xié)議棧內(nèi)置支持主動(dòng)測(cè)量功能，這使測(cè)量任務(wù)能夠高效完成，而SDN結(jié)點(diǎn)卻不能 提供這種支持。實(shí)現(xiàn)高效易用的SDN主動(dòng)測(cè)量機(jī)制必須要面對(duì)和解決這些問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)目前在OpenFlow網(wǎng)絡(luò)中無(wú)法有效進(jìn)行端到端路徑性能測(cè)量的問(wèn)題， 提出一種主動(dòng)測(cè)量OpenFlow網(wǎng)絡(luò)端到端路徑性能的方法及其所采用的系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 一種主動(dòng)測(cè)量OpenFlow網(wǎng)絡(luò)端到端路徑性能的方法，在OpenFlow規(guī)范的基礎(chǔ)上， 它包括下列步驟：
[0008] A.用戶發(fā)送網(wǎng)絡(luò)端到端路徑性能的測(cè)量指令至0FMP使能控制器，0FMP使能控制 器接到用戶發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)端到端路徑性能的測(cè)量指令后，解析測(cè)量指令獲取測(cè)量指標(biāo)和測(cè)量 路徑，構(gòu)造OFMP測(cè)量報(bào)文并在測(cè)量報(bào)文中寫入OFMP使能控制器的本地測(cè)量信息，按照測(cè)量 路徑向其中的首跳OFMP使能交換機(jī)發(fā)送該測(cè)量報(bào)文（首跳和最后一跳交換機(jī)均為OFMP使 能交換機(jī)），所述的OFMP測(cè)量報(bào)文包括測(cè)量路徑和測(cè)量路徑中各OFMP使能交換機(jī)的本地測(cè) 量信息；
[0009] B.首跳OFMP使能交換機(jī)接收到來(lái)自O(shè)FMP使能控制器的OFMP測(cè)量報(bào)文，在測(cè)量 報(bào)文中寫入本地測(cè)量信息，按照測(cè)量路徑向下一跳交換機(jī)發(fā)送，如果該交換機(jī)是OFMP使能 交換機(jī)，則在測(cè)量報(bào)文中寫入該OFMP使能交換機(jī)的本地測(cè)量信息，然后向下一跳交換機(jī)發(fā) 送該測(cè)量報(bào)文；如果該交換機(jī)不是OFMP使能交換機(jī)，則再向其下一跳交換機(jī)發(fā)送該測(cè)量報(bào) 文；依次遍歷測(cè)量路徑中的所有交換機(jī)完成OFMP測(cè)量報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，最后一跳OFMP使能交 換機(jī)在OFMP測(cè)量報(bào)文寫入本地測(cè)量信息后將其返回OFMP使能控制器；
[0010] c.OFMP使能控制器根據(jù)測(cè)量指標(biāo)的要求，對(duì)OFMP測(cè)量報(bào)文中的各使能交換機(jī)的 本地測(cè)量信息序列進(jìn)行處理，得到端到端路徑性能參數(shù)，并向用戶顯示這些性能參數(shù)。
[0011] 本發(fā)明的步驟A中：0FMP使能控制器是指能夠理解OpenFlow測(cè)量協(xié)議0FMP，并執(zhí) 行相應(yīng)功能的OpenFlow控制器；OFMP交換機(jī)是指能夠理解OpenFlow測(cè)量協(xié)議0FMP，并執(zhí) 行相應(yīng)功能的OpenFlow交換機(jī)。
[0012] 本發(fā)明的步驟A中：測(cè)量路徑是指在OpenFlow網(wǎng)絡(luò)中測(cè)量報(bào)文從OFMP使能控制 器發(fā)出、由測(cè)量指標(biāo)要求而設(shè)定的交換機(jī)序列直至返回OFMP使能控制器的路徑，該路徑中 交換機(jī)序列的部分與被測(cè)流的路徑一致。
[0013] 本發(fā)明的步驟A中：測(cè)量指標(biāo)是指端到端路徑的性能測(cè)度，包括路由即測(cè)量分組 所經(jīng)過(guò)的路徑結(jié)點(diǎn)序列、往返時(shí)延、單向時(shí)延、丟包率、交換機(jī)逐跳時(shí)延和控制平面與數(shù)據(jù) 平面間的時(shí)延中的一個(gè)或多個(gè)。
[0014] 本發(fā)明的步驟A中：0FMP是OFMP使能交換機(jī)與OFMP使能控制器或OFMP使能交 換機(jī)之間通信的協(xié)議，OFMP的報(bào)文格式包括基本字段：Version字段用于表示OFMP版本號(hào)， Flag字段中包括多種測(cè)量方式（如單次測(cè)量或多次測(cè)量，單向測(cè)量或往返測(cè)量）的標(biāo)識(shí) 位，Identification字段和Sequence Number字段用于標(biāo)識(shí)不同的主動(dòng)測(cè)量過(guò)程和相同主 動(dòng)測(cè)量過(guò)程中的不同報(bào)文，Path Pointer字段表示插入路徑測(cè)量記錄的當(dāng)前位置的指針， Measurement Start字段和Measurement End字段用于標(biāo)識(shí)測(cè)量路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)交換機(jī) 的Dpid值，Path Record字段用于存放本結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)Dpid或主機(jī)的MAC和測(cè)量報(bào)文到達(dá)本 設(shè)備的時(shí)刻。
[0015] 本發(fā)明的本地測(cè)量信息包括本地設(shè)備的標(biāo)識(shí)符和本地時(shí)鐘時(shí)間，所述的本地設(shè)備 的標(biāo)識(shí)符為Dpid或MAC地址。
[0016] 本發(fā)明的步驟B中，首跳OFMP使能交換機(jī)以PACKET OUT方式接收到來(lái)自O(shè)FMP使 能控制器的OFMP測(cè)量報(bào)文，最后一跳交換機(jī)，則以PACKET IN方式向OFMP使能控制器返回 該測(cè)量報(bào)文。
[0017] -種主動(dòng)測(cè)量OpenFlow網(wǎng)絡(luò)端到端路徑性能的方法所采用的系統(tǒng)，其特征在于， 在OpenFlow規(guī)范的基礎(chǔ)上，OpenFlow主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)包括一臺(tái)OFMP使能控制器和至少兩臺(tái) OFMP使能交換機(jī)，系統(tǒng)測(cè)量端到端路徑時(shí)，路徑的首跳和最后一跳交換機(jī)均為OFMP使能交 換機(jī)。
[0018] 在系統(tǒng)中，OFMP使能控制器和所有OFMP使能探測(cè)設(shè)備的時(shí)鐘均能夠采用如網(wǎng)絡(luò) 時(shí)間協(xié)議（NTP)或衛(wèi)星授時(shí)等方法進(jìn)行時(shí)鐘同步。若系統(tǒng)時(shí)鐘同步，能夠測(cè)量4、定義的所 有性能指標(biāo)；若但系統(tǒng)時(shí)鐘不同步，也能夠測(cè)量往返時(shí)延和丟包率等部分性能指標(biāo)；
[0019] 穿越非OFMP使能交換機(jī)的功能。對(duì)于存在非OFMP使能交換機(jī)（如OpenFlow交 換機(jī)）的系統(tǒng)，本測(cè)量系統(tǒng)仍能夠測(cè)量端到端路徑的單向時(shí)延/丟包率、雙向時(shí)延/丟包率 等性能指標(biāo)。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：
[0021] 本發(fā)明首次提出了一種以集中式架構(gòu)測(cè)量OpenFlow網(wǎng)絡(luò)端到端路徑性能的方法 和系統(tǒng)，解決了目前無(wú)法測(cè)量端到端路徑性能的難題。
[0022] 本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)在設(shè)備時(shí)鐘同步并且無(wú)需更改流的轉(zhuǎn)發(fā)策略情況 下，控制器發(fā)送一個(gè)測(cè)量報(bào)文就能高效地得到指定流的路由、單向時(shí)延、往返時(shí)延、逐段單 向時(shí)延和丟包率等端到端性能參數(shù)；(2)在設(shè)備時(shí)鐘不同步情況下，能夠測(cè)量指定流的部 分重要端到端性能參數(shù)；（3)能夠跨越非OFMP使能結(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；(4)處理OFMP的開銷??； (5)能夠測(cè)量控制平面與數(shù)據(jù)平面之間的時(shí)延。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2為OFMP報(bào)文處理流程圖。
[0025] 圖3為路徑結(jié)點(diǎn)全OFMP使能時(shí)單向累積時(shí)延的平均值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下邊結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說(shuō)明。
[0027] 首先給出本發(fā)明所需要的環(huán)境，圖1給出了系統(tǒng)的試驗(yàn)環(huán)境。其中包括OpenFlow 使能交換機(jī)5臺(tái)、PICA公司的P3290普通交換機(jī)1臺(tái)、POX使能控制器1臺(tái)和Li