[发明专利]一种支持包头压缩的工业SDN网络数据传输方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及网络技术领域，更具体的说是涉及一种支持包头压缩的工业SDN网络数据传输方法与系统。

背景技术

随着互联网技术的发展，工业信息互联和设备IP化逐渐成为未来工业网络的发展方向。IP协议的头部有大量的冗余信息，降低了信道利用率。对于信道带宽有限的网络和多种复杂头部的新协议的广泛使用，问题就变得更加突出。例如,一个基于TCP/IPv4协议的应用，其基本包头长度为40字节，当使用IPv6后，包头长度增加到60字节。而在工业网络中，传输的数据往往是温度、压力等传感数据，有效的数据负载只有几个字节，相对于几十字节的包头而言，有效负载的传输效率非常低。因此，对于此类数据的传输，希望能利用有限的带宽资源，提高有效传输效率。目前一种广泛采用的方式是采用头部压缩技术来减小IP协议封装引入的额外开销。

软件定义网络(SDN)是目前一种新型网络创新架构，将网络管理与物理网络拓扑分离，摆脱硬件对网络架构的限制，这样用户便可以像升级、安装软件一样对网络进行修改，而底层的数据层设备，如交换机、路由器等硬件则无需替换，节省大量的成本的同时，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。SDN网络固有的网络架构和“软件”属性可以方便的实现对交换机的控制和功能添加。但现有的SDN网络协议(openflow)并没有对数据包头压缩功能的支持，无法在SDN网络中进行数据压缩。而且SDN网络的流表查找是基于包头多元组的匹配，耗时长，降低了转发速度。因此亟需改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种支持包头压缩的工业SDN网络数据传输方法与 系统，通过对数据包包头进行压缩和标识，能够节省带宽开销和数据转发速度，提高数据传输效率，从而提高工业网络的整体传输性能。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于包头压缩的工业SDN网络数据传输方法，包括以下步骤：

传输准备阶段：边缘交换机接收数据，并将所述数据转发给控制器；控制器根据所述数据包头信息分配传输路径，为非实时数据分配标识ID，并将分配结果以流表的形式发送给所述传输路径上的交换机；所述传输路径上的交互机接收控制器发送的流表并存储在本地的流表存储单元；

数据传输阶段，边缘交换机区分接收到的数据的协议类型，对于实时数据，直接进行转发操作；对于非实时数据，进行包头压缩/解压缩，并在包头加入/去除标识ID后进行转发；核心交换机区分接收到的数据的协议类型，实时数据匹配L2层包头信息，非实时数据匹配标识ID，按照匹配流表进行转发。

所述传输准备阶段，包括以下步骤：

Ingress边缘交换机接收数据，并将所述数据转发给控制器。

控制器接收Ingress边缘交换机发送来的数据，对所述数据的包头进行解析，提取数据包的L2层源/目的地址、协议类型；

根据所述数据包的协议类型判断数据是否为非实时数据，如果是实时数据，则根据L2层源/目的地址为其分配传输路径；如果为非实时数据，则继续提取L2层以上各层包头信息，根据L2层源/目的地址和其他层次包头信息分配所述数据包的传输路径，并分配标识ID；

将所述传输路径和标识ID的分配的结果转换成流表形式，并分别为所述传输路径上的交换机生成流表项；

将所述流表项分发到所述传输路径上的各交换机；

所述各交换机接收控制器发送来的流表项并存储在本地流表存储单元内，以供数据传输阶段使用。

所述非实时数据的流表项包括：

包头域，包括：数据入端口、MAC源地址、MAC目的地址、协议类型、标识ID、预留元组；

计数器域，与原Openflow协议相同；

行动域，在原Openflow协议基础上添加操作：压缩、解压缩、添加标识ID、去除标识ID。

所述行动域添加的操作的组成结构为：

Compress压缩操作：压缩操作类型号+压缩方式；

UnCompress解压缩操作：解压缩操作类型号+解压缩方式+原包头内容；

Add_ID添加标识ID：添加标识ID操作类型号+标识ID；

Remove_ID去除标识ID：去除标识ID操作类型号。

所述数据传输阶段，包括Ingress边缘交换机处理方法、核心交换机处理方法和Egress边缘交换机处理方法；

所述Ingress边缘交换机处理方法包括：

Ingress边缘交换机接收数据，对所述数据进行包头解析，提取L2层包头的源/目的地址、数据协议类型；