[发明专利]一种云环境下基于SDN技术实现移动组播的系统及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种云环境下基于SDN技术实现移动组播的系统及其运行方法，属于云环境下网络优化领域。

背景技术

云计算(Cloud Computing)是基于互联网的相关服务增加、使用和交付模式，它是并行处理、分布式计算、网格计算等技术基础上逐步融合发展起来的网络计算技术。最初，于2008年由谷歌正式提出。对云计算的定义说法多样，美国国家标准与技术研究院(NIST)定义：云计算是一种为随时随地、方便、请求即相应(on-demand)地访问可配置计算的共享资源池(比如：网络、服务、存储、应用)的一种计算模式，这种模式可以减少用户在快速获得和释放资源时与服务提供者的交互和管理开销。在云计算模式下，用户终端设备将会变得非常简单，因为用户只需要发送请求便可以由云服务提供商提供“按需收费”的计算资源、存储空间和其他的应用软件等。云计算已经广泛应用到各个领域，主要包含：云物联、云安全、云存储、移动通信等。但是传统的云计算网路中仍然存在很多问题，例如，在云环境下，用户需要配置不同的网络层结构，如交换机、子网、访问控制列表等，以供云应用使用。这样就需要一种具有高度自动化连接性能的服务级网络作为云计算的一部分。

软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是一种新型的软件可编程网络架构，其核心思想是基于控制和转发相分离的思想。通过将控制层与数据层分离，在控制层向用户提供编程接口，使得用户能够根据自身需要，通过编程来实现对网络的动态监测和管理。SDN首先由美国斯坦福大学Clean Slate研究组提出，其目的是提供一个开放的、用户可自行进行控制、管理和转发数据的平台。一方面，SDN将数据层从控制层中分离出来，这样，控制层可以通过路由或者交换机将请求下发给数据层。一般，数据层中的交换机可以获知所需推送的数据信息，并根据控制器发出的命令对数据进行推送。另一方面，SDN提供了一个可编程接口，该接口使得云平台根据云应用配置底层网络，使云应用与底层网络进行紧密衔接成为可能。在实际应用中，SDN存在着很多协议标准，例如OpenFlow。OpenFlow使得SDN的概念在软硬件上得以实现。OpenFlow中最主要的部分是控制器和OpenFlow交换机，而这两者联合起来共同可以共同完成报文的转发。SDN将传统网络上的控制层和数据层分离开，网络路由和交换机只需要根据控制层制定的规则转发数据，这样的灵活调配网络资源，使得SDN符合当前云数据中心的需求。

软件定义网络SDN的整体架构图如图1所示，主要包含三个主要层次：

1)应用层，位于最上层，包含了各种不同的业务和网络应用。应用层根据网络不同的应用需求，调用与控制层相接的应用编程接口，实现不同功能的应用程序。最常见的网络服务包括路由、组播、安全、服务质量等。

2)控制层，通过控制软件实现，摆脱了硬件设备对网络控制功能的束缚，主要负责集中维护网络拓扑及网络状态信息，实现不同业务特性的适配。

3)基础设施层，由网络的底层转发设备构成，包含了特定的转发平面抽象，在SDN中，网络设备只负责单纯的数据转发，降低了对网络设备硬件的要求。

随着移动互联网和带宽网络技术的发展，为了能够随时随地地实现对网络的访问，出现了组播技术。组播技术是一种一对多或者多对多的通信方式，是一种允许一个或多个发送者发送同一个数据包到多个接受者的网络技术，无论有多少个报文接收者，网络中任何一条链路只传送单一的报文。这样，在有多个接受者的应用中，组播技术一方面大大提高了数据传送效率，有效地利用了带宽，减少了主干网出现拥塞的可能性。另一方面，也避免了单播和广播中可能出现的广播风暴问题。

基于SDN技术实现云环境下的移动组播技术整体架构图是在已有的云计算网络基础平台上进行设计与实现的，其总体架构如图2所示。总共分四层，最底层是云环境中的物理网络平台，上面是SDN基础设施控制层(属于SDN的控制层)，第三层是业务控制层，也是组播组件所在的层次，主要负责提供业务的接入和监听，然后使用组播技术进行业务处理等。最上面则是业务应用层，用于展现给客户端的。该总体架构主要实现了一些基本的功能性需求：组成员管理功能、组播选路功能、业务功能及相关信息存储功能。

1)组成员管理功能：为了实现组播功能，需要实现对当前系统中存在的组播信息及各自的组成员信息进行记录，同时需要实时的对组播成员信息进行添加和删除等操作。这部分通常通过实现组成员管理协议而实现。