[发明专利]一种针对多业务的标准化数据面动态重构方法

说明书

技术领域

本发明涉软件定义网络技术领域，尤其涉及一种针对多业务的标准化数据面动态重构方法。

背景技术

在真实的互联网中，网络运营商经常因为各种缘由而需要调整网络的拓扑结构，包括节点数量、链路连接关系、以带宽或延迟为衡量指标的链路权值等参量。拓扑变化后，部署在网络中的交换机需要更新其转发表以适应这些变化，否则报文将不能被正确转发。网络拓扑改变引发众多交换机更新转发表，称为网络的数据面重构。

传统网络的域内拓扑结构发生变化时，其数据面重构会根据诸如OSPF之类的链路状态协议进行。其过程主要包括：所有路由器使用洪泛（Flooding）的方法交换链路状态数据，直到该算法收敛；然后所有路由器根据各自的链路状态数据库计算各自的路由表，并依据新的路由表转发报文。

传统网络的域间拓扑结构发生变化时，其数据面重构会根据诸如BGP之类的外部网关路由协议进行。BGP规定，域的边界结点使用TCP协议与邻接域的边界结点建立连接，以构建邻居关系；边界结点通过发送Keepalive信息来验证TCP连接是否正常、发现邻接拓扑改变；邻居间相互发送NLRI 更新信息，以交换路由表。通过这些方式，边界结点得以及时得知最新的域间路由拓扑，并依此建立各自的转发表。

传统网络的拓扑结构发生变化时，其重构存在以下问题：

1、重构依赖于具体的协议（如OSPF重构、BGP重构），可管理性与灵活性较差。

2、传统网络的转发表由协议规定的路由算法计算，无法由网络业务进行配置，即业务不能定制转发策略，这局限了网络的功能。

3、传统网络的重构过程存在安全漏洞（例如，拓扑改变后，防火墙未及时更新，依旧按照原有拓扑进行安全防护，从而存在隐患）。

针对这一现状，本发明提出了一种软件定义网络（Software-defined Network，SDN）中针对多业务的标准化数据面动态重构方法，在现有SDN管理面中加入标准化数据面资源重构接口、控制器更新协同层，在现有SDN控制面中加入控制器更新接口、业务状态聚合层，有效地解决了这三个问题。本发明既可用于域内重构，也可用于域间重构，还可用于域内、域间同时发生的重构。

本发明涉及使用以下SDN中已有的概念、技术或工具：

数据面是路由体系结构的一部分，包含有众多OpenFlow交换机，其功能是根据流表（Flow Table）处理报文；流表是交换机进行转发策略控制的核心数据结构，交换机通过查找流表表项来决定对报文的处理方式，包括转发、缓存、提交控制器或丢弃等。

控制器是基于OpenFlow协议的路由控制软件，用于管理数据流、配置网络设备、制定流表、承担网络业务与网络设备间的通讯；一个域中可以有多个控制器，但一般只有一个控制器处在控制、管理状态；OpenFlow协议下的安全通道用来连接交换机和控制器，以供二者建立连接、进行通信。

网络信息库（Network Information Base，NIB）是数据面的状态集合，它保存在控制器中，记录有流表以及物理链路状态；物理链路状态即本域内的拓扑信息以及本域与其他域互联的域间拓扑信息，包括节点数量、链路连接关系、以带宽或延迟为衡量指标的链路权值等参量。

网络业务是控制器的一部分，用于提供网络服务。控制器通过加载、卸载、配置网络业务以增删或变更各种网络服务。网络业务计算流表并写入NIB，以改变网络的转发策略。网络业务具有优先级，例如，防火墙作为一种网络业务，通常具有最高优先级。

运营支撑系统（Operation Support System，OSS）是为网络运营商提供业务支持的一套软件工具，包括计费及结算系统、营业与账务系统、客户服务系统和决策支持系统等；在SDN中OSS管理着全网所有的控制器，它可以调用控制器提供的接口以配置底层网络。

发明内容

本发明在具有多个控制器的SDN背景下，提出一种数据面重构方法，以灵活安全地改变网络拓扑结构、动态调整网络资源。本发明既可用于域内重构，也可用于域间重构，还可用于域内、域间同时发生的重构。本发明包括以下步骤（参见图2重构方法的序列图）：

1、OSS部署重构：

1.1、运营商将现有的SDN业务网拓扑修改为所欲的新拓扑，过程如下：

1.1.1、运营商通过OSS提供的用户交互界面（参见图1中OSS的上层），观察到现有SDN业务网拓扑结构；

1.1.2、运营商使用点选、拖拽等鼠标操作方式或者键盘输入数据等键盘操作方式，修改SDN业务网的拓扑结构；