Sdn數(shù)據(jù)平面帶狀態(tài)交換設(shè)備、系統(tǒng)及轉(zhuǎn)發(fā)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[OOOU本發(fā)明設(shè)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，設(shè)及SDN數(shù)據(jù)平面帶狀態(tài)交換設(shè)備、系統(tǒng) 及轉(zhuǎn)發(fā)處理方法。
【背景技術(shù)】
[000引 軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN(Software-DefinedNetworking)在2010年由美國斯坦福大學(xué)NickMcKeown教授和加州大學(xué)伯克利分校ScottShenker教授等共同提出，其出發(fā)點是通 過對網(wǎng)絡(luò)控制的抽象重新構(gòu)建一個轉(zhuǎn)發(fā)平面和控制平面分離的網(wǎng)絡(luò)體系，支持網(wǎng)絡(luò)功能的 不斷演進(jìn)。
[0003] 軟件定義網(wǎng)絡(luò)將計算機體系結(jié)構(gòu)思想引入網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域，開放性是軟件定義網(wǎng)絡(luò) 的本質(zhì)特性。通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開放、控制平面的開放和協(xié)議實現(xiàn)的開放，使得網(wǎng)絡(luò)不再是一 個封閉的系統(tǒng)，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的持續(xù)演進(jìn)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)的基本思想是不應(yīng)無限 制地縱容網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的增加，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度已經(jīng)越來越難W掌控，需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象，W屏 蔽底層復(fù)雜度，為上層提供簡單高效的配置與管理。SDN的基本特征有：控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離， 控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面之間的開放接口，邏輯上的集中控制。
[0004] 化enFlow協(xié)議由斯坦福大學(xué)于2008年提出?；痚nFlow的基本思想是將傳統(tǒng)網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備中的快速報文轉(zhuǎn)發(fā)部分（數(shù)據(jù)平面）和邏輯路由決策部分（控制平面）進(jìn)行分離， 數(shù)據(jù)平面駐留在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部，而控制平面則從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移出集中至控制服務(wù)器，雙方通 過標(biāo)準(zhǔn)化的消息接口來進(jìn)行通信。同時，在數(shù)據(jù)平面設(shè)計了新的硬件形式----流表（Flow T油le)，作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)平面的抽象模型，提供給外界進(jìn)行使用，則外界可管控的數(shù)據(jù)平 面統(tǒng)一為FlowT油le形式；在控制平面，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制邏輯采用集中式分析、計算和運 行，通過標(biāo)準(zhǔn)化的消息方式將控制指令發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，W完 成傳統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)運行模式下的基本功能，如報文接收、報文轉(zhuǎn)發(fā)、修改轉(zhuǎn)發(fā)表、獲取設(shè)備 狀態(tài)等。
[0005] 化enFlow協(xié)議數(shù)據(jù)平面"匹配+動作"的轉(zhuǎn)發(fā)處理范式雖然能夠滿足一些協(xié)議的 需求，但仍然具有較大的局限性?；痚nFlow交換機只能提供對報文的匹配處理功能，不能支 持對狀態(tài)信息的處理。在現(xiàn)有的化enFlow架構(gòu)中，狀態(tài)信息只能在控制器上處理。由于交 換機和控制器通信帶寬和控制器處理能力的瓶頸，把所有的狀態(tài)信息都在控制器上處理會 帶來性能和可擴展性的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題之一是在SDN數(shù)據(jù)平面實現(xiàn)對數(shù)據(jù)報文、數(shù)據(jù)流、連接 和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的處理，解決在交換機和控制器通信帶寬和控制器處理能力存在瓶頸的條 件下，網(wǎng)絡(luò)性能受限的缺陷。
[0007] 本發(fā)明的實施例提供了一種SDN數(shù)據(jù)平面帶狀態(tài)交換設(shè)備，包括：
[000引SDN數(shù)據(jù)平面帶狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)處理器，其包括為多種應(yīng)用協(xié)議設(shè)置的狀態(tài)處理模塊和 策略模塊，所述狀態(tài)處理模塊用于維護(hù)數(shù)據(jù)平面數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)流、連接或者網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，并 根據(jù)策略模塊提供的處理策略確定控制指令和報文處理指令；
[0009] 轉(zhuǎn)發(fā)引擎，其對接收的數(shù)據(jù)報文頭部進(jìn)行解析，根據(jù)數(shù)據(jù)報文頭部的信息匹配轉(zhuǎn) 發(fā)表，把報文發(fā)送至對應(yīng)的狀態(tài)處理模塊，并根據(jù)狀態(tài)處理模塊返回的控制指令查詢轉(zhuǎn)發(fā) 表對數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
[0010] 在一個實施例中，所述轉(zhuǎn)發(fā)引擎通過一個或多個轉(zhuǎn)發(fā)表來將報文發(fā)送至相應(yīng)的狀 態(tài)處理模塊，所述轉(zhuǎn)發(fā)表中設(shè)置匹配域和指令域，所述匹配域的內(nèi)容表示報文匹配區(qū)域，所 述轉(zhuǎn)發(fā)表的指令域中包括將接收的報文轉(zhuǎn)發(fā)至狀態(tài)處理模塊中狀態(tài)表的控制指令。
[0011] 在一個實施例中，所述狀態(tài)處理模塊中包括為多種應(yīng)用協(xié)議設(shè)置的狀態(tài)表，所述 策略模塊中設(shè)置與狀態(tài)表對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移策略表.
[0012] 所述狀態(tài)處理模炔基于數(shù)據(jù)平面發(fā)生的事件和當(dāng)前狀態(tài)查詢狀態(tài)轉(zhuǎn)移策略表，根 據(jù)所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移策略表確定狀態(tài)表操作指令，更新所述狀態(tài)表中數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)流、連接或者 網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息，并確定相應(yīng)的控制指令和報文處理指令。
[0013] 在一個實施例中，所述轉(zhuǎn)發(fā)引擎將報文并行發(fā)送至狀態(tài)處理模塊中的多個狀態(tài) 表，對多個狀態(tài)表返回的有沖突的指令進(jìn)行仲裁后執(zhí)行。
[0014] 在一個實施例中，所述轉(zhuǎn)發(fā)引擎可W支持將報文串行發(fā)送至狀態(tài)處理模塊中的各 個狀態(tài)表，依次進(jìn)行狀態(tài)更新和指令執(zhí)行。
[0015] 本發(fā)明的實施例還提供一種SDN交換系統(tǒng)，包括SDN控制器和如上文所述的SDN數(shù)據(jù)平面帶狀態(tài)交換設(shè)備，所述SDN控制器中設(shè)置協(xié)議過濾表；
[0016] 其中，在轉(zhuǎn)發(fā)引擎根據(jù)數(shù)據(jù)報文頭部的信息匹配轉(zhuǎn)發(fā)表未成功的情況下，SDN交換 設(shè)備將該報文發(fā)送至其SDN控制器，SDN控制器匹配所述協(xié)議過濾表來識別該數(shù)據(jù)流屬于 哪一種應(yīng)用協(xié)議，并向轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表項。
[0017] 在一個實施例中，所述協(xié)議過濾表中設(shè)置匹配域和協(xié)議域，所述協(xié)議過濾表中匹 配域的內(nèi)容表示針對應(yīng)用協(xié)議的報文匹配區(qū)域，所述協(xié)議域的內(nèi)容表示報文的協(xié)議。
[0018] 本發(fā)明的實施例還提供一種SDN數(shù)據(jù)平面帶狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)處理方法，包括W下步驟：
[0019] 轉(zhuǎn)發(fā)引擎對接收的報文進(jìn)行解析并發(fā)送至SDN數(shù)據(jù)平面帶狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)處理器中相 應(yīng)的狀態(tài)處理模塊；
[0020] 狀態(tài)處理模炔基于接收的報文匹配狀態(tài)表，查詢策略模塊中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移策略表， 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移策略表確定數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)流、連接或者網(wǎng)絡(luò)的下一狀態(tài)、相應(yīng)的控制指令和報 文處理指令；
[0021] 狀態(tài)處理模塊更新所述狀態(tài)表中數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)流、連接或者網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息，根據(jù) 所述報文處理指令對數(shù)據(jù)流或者數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理；
[0022] 轉(zhuǎn)發(fā)引擎查詢轉(zhuǎn)發(fā)表對數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
[0023] 在一個實施例中，所述轉(zhuǎn)發(fā)引擎對接收的報文進(jìn)行解析并發(fā)送的步驟包括：
[0024] 轉(zhuǎn)發(fā)引擎根據(jù)數(shù)據(jù)報文頭部的信息匹配轉(zhuǎn)發(fā)表；
[0025] 在匹配成功的情況下，轉(zhuǎn)發(fā)引擎根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表項的控制指令將報文轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的狀 態(tài)處理模塊；
[0026] 在匹配未成功的情況下，轉(zhuǎn)發(fā)引擎將到達(dá)數(shù)據(jù)流的首包上傳至SDN控制器，由SDN控制器向轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)新的轉(zhuǎn)發(fā)表項。
[0027] 在一個實施例中，還包括初始化步驟；
[002引 SDN控制器下發(fā)初始化命令預(yù)先配置所述狀態(tài)表中的匹配域；
[0029] SDN控制器下發(fā)初始化命令預(yù)先配置所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移策略表中的當(dāng)前狀態(tài)域、事件 域、下一狀態(tài)域和策略表指令域的值，構(gòu)建與應(yīng)用協(xié)議相應(yīng)的有限狀態(tài)機。
[0030] 本發(fā)明能夠在SDN數(shù)據(jù)平面處理數(shù)據(jù)報文、數(shù)據(jù)流、連接和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息。其中， 轉(zhuǎn)發(fā)處理器FP能夠通過狀態(tài)表ST查詢和存儲數(shù)據(jù)流或者報文的狀態(tài)信息，對到達(dá)的事件 (包括到達(dá)的報文或SDN控制器下發(fā)的配置信息）作出相應(yīng)的處理。SDN控制器對轉(zhuǎn)發(fā)處 理器FP擁有完全控制權(quán)。
[0031] 轉(zhuǎn)發(fā)處理器FP提供可編程接口，可W靈活擴展報文處理動作，實現(xiàn)對報文頭部或 負(fù)載的處理，支持對報文4至7層信息的處理，進(jìn)一步增強數(shù)據(jù)平面的可編程性。
[0032] 本發(fā)明的實施例能夠根據(jù)應(yīng)用靈活設(shè)定匹配域、靈活擴展報文處理方式。在SDN 控制器中設(shè)置協(xié)議過濾表，識別報文屬于哪一種協(xié)議。根據(jù)不用的應(yīng)用協(xié)議分別設(shè)定狀態(tài) 表的匹配域。SDN控制器根據(jù)不同的應(yīng)用協(xié)議通過初始化指令配置狀態(tài)轉(zhuǎn)移策略表，預(yù)先設(shè) 定數(shù)據(jù)平面狀態(tài)轉(zhuǎn)移的有限狀態(tài)機和相關(guān)指令。
[0033] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利 要求書W及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】