[发明专利]用于软件定义网络中的灵活和可扩展流处理的控制器

说明书

技术领域

本发明涉及联网领域；以及更具体来说，涉及用于软件定义网络的灵活和可扩展流（flow）处理架构。

背景技术

数十年来，传统的基于电路的通信网络的使用已经下降而支持基于分组的网络，其会是更灵活、有效和安全的。因此，基于分组的网络的增加普及引起对基于分组的网络装置的需求的增长。通过制造商创建越来越大的单片路由器以操控网络业务的增加容量和复杂度，在很大程度上满足这种需求。但是，这种模型正接近其技术和经济极限。越来越难以采用传统路由器设计来满足不断增加的性能要求，以及随着低成本数据中心硬件的出现，路由器厂商难以对相同的性能证明较高的硬件成本是合理的。同时，对接入和聚合网络中的路由选择和交换控制平面的需求变得更为复杂。运营商需要如下能力：定制路由选择以操控边缘附近的特定种类的业务流的能力；配置跨越聚合网络的定制服务；以及实现多层综合，而无需作为当今网络的特征的详细低级配置。

这些趋势导致路由选择架构(其中数据和控制平面是分离的)的不同方式。通过这种分隔，控制平面可在逻辑上集中化，并且采用具有各种架构的多种硬件组件来实现。此外，数据平面可由简化交换机/路由器元件(其由逻辑上集中的控制器所配置)组成。这种新的路由选择分离架构模型集中于控制与转发和数据处理元件的分离，并且处于软件定义网络(SDN)的核心。用于软件定义网络中的流处理的一个标准是OpenFlow，其定义用来在控制平面与转发之间传输消息的协议，并且描述用于分组处理的模型。

软件定义网络的分离架构实现能够在逻辑上或物理上集中在一起的功能性之间的分隔。例如，在公共控制实体与网络应用(例如通用多协议标记交换(GMPLS)、边界网关协议(BGP)、因特网协议安全性(IPSec)等)之间能够存在分离或分隔。类似地，在控制与转发/处理之间能够存在分离或分隔(即，中央控制与执行分组处理的网络装置的分隔)。还能够存在数据转发功能性、数据处理功能性和数据生成功能性(例如深层分组检查(DPI)；加密；操作、管理和管理(OAM)；等等)的分离或分隔。

软件定义网络提供优于传统单片架构网络的许多优点。例如，实现重要网络路由选择和交换功能性的控制平面应用与转发平面完全分隔。因此，保持集中控制平面实现高度定制和优化网络服务，其能够适应特定用户需要。集中控制平面提供高度可缩放、可靠和灵活网络基础设施，其能够迎合不同的用户需要。转发平面(或数据平面)装置能够是廉价和可互换的商品网络装置，其降低用户的总体配置和维护负担。另外，整个网络的单个管理和配置实体增强用户的易于使用体验。

但是，当前SDN配置还遭受缺点。虽然系统、例如OpenFlow提供指定用于分组处理的模型的有效方式，但是存在的问题在于，很难按照特定路由选择需要来扩展或定制这种模型。例如，增加对新协议的支持要求提出对OpenFlow规范的变更，期待采用，并且等待实现。这类变更涉及修改分组处理模型的解析、分类(因为必须改变将要解析的字段的数量)和动作(例如，用于修改新协议的报头)。

当前SDN分组处理模型的另一个缺点在于，处理规范要求基于协议报头字段的静态集合来将分组分类为属于某个流。例如，分类可以仅使用采取元组形式的所提取报头字段的有限集合(例如15个元组被提取并且用于分类)进行。但是，当部署新协议时，这种模型不能够易于更新。另外，在一些环境中，应用可获益于仅使用元组的小集合对分组的仅部分分类。例如，对于MPLS分组，分组转发判定可以只对MPLS报头中的短路径标签的内容进行，而无需进一步检查分组本身。在OpenFlow中，不可能使用少于15个元组来分类这些分组，这在解析工作量和流表存储器要求方面是低效的。

最后，当前SDN模型在处理多级隧穿(即，封装和拆封)中也较弱。例如，考虑在开放系统互连(OSI)模型数据链路层报头(即，OSI第二层或L2)或网络层报头(即，OSI第三层或L3)之上封装以太网分组的情况，这常常在实现第2层虚拟专用网络(L2VPN)或伪线(PW)时进行。在这种情况下，不可能使用第一级的L2或L3之外的报头中存在的信息来执行更细粒度分组处理。

发明内容