[发明专利]数据流重路由方法和控制器

说明书

技术领域

本发明涉及数据网络，具体地，涉及一种数据流重路由方法和控制器。

背景技术

在传统的交换机或者路由器中，快速的数据包转发(数据路径)和高层的路由决策(控制路径)是由同一个设备完成的。因为交换机或者路由器需要具备足够的功能来独立完成各项操作，因此网络设备的实现非常复杂。另外，网络厂商一般不会开放交换机或者路由器的源码。当第三方开发或者增加新的功能时，系统的封闭性给创新性的想法和新技术的进入造成了很高的门槛。

为了解决这个问题，提出了一种新的网络架构(称为OpenFlow)。在OpenFlow网络中，交换机的数据路径和控制路径分开。数据路径部分仍然在交换机上，而高层次的路由决策则由一个单独的控制器完成。OpenFlow交换机和控制器之间通过OpenFlow协议通信。OpenFlow为研究人员提供了一种通用的方式来运行实验，验证他们的新想法，而无需厂商公开网络设备的内部工作机制。

OpenFlow网络架构包含OpenFlow交换机和控制器，两者之间通过OpenFlow协议通信。OpenFlow交换机包含一个网络数据流表(flow table)和一个安全通道(secure channel)。OpenFlow交换机通过查找网络数据流表中的内容来进行数据包的转发和处理，通过安全通道与控制器通信。流表包含了一系列的流表项(flow entry)，流表项一般而言包括三部分内容：1)数据包头域，用于匹配数据包，包括入端口、源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址等项；2)计数器；以及3)操作项(action)，用于指示数据包匹配上之后的操作。

图1示出了一个网络拓扑100的示例，网络拓扑100中包含交换机S1～S4和主机H1和H2，控制器120和交换机S1～S4通信。在此网络拓扑中，主机H1和H2通信。

图2示出了在图1所示的网络拓扑100中主机H1和H2通信时的数据包转发过程。系统启动时，交换机S1～S4的流表都为空，交换机S1先收到主机H1发送来的数据包(步骤S201)，查找自己的流表进行匹配，此时流表为空，没有匹配上(步骤S202)，交换机S1将此数据包发送给控制器120(步骤S203)。控制器120为此数据包计算路由，选择了H1→S1→S2→S3→H2这条路径(步骤S204)，然后发送命令给交换机S1、S2和S3，让它们更新流表(步骤S205)。收到指令后，交换机S1、S2和S3都相应的添加流表项(步骤S206)，新增加的流表项用于对主机H1和H2通信时的数据流进行处理。在步骤S207中，控制器120将此数据包返回给交换机S1，并且指示其从端口p1转发。交换机S1依指示将此数据包发送给S2(步骤S208)。交换机S2收到数据包之后，查找自己的流表进行匹配，匹配上了新添加的流表项(步骤S209)，将数据包转发给交换机S3(步骤S210)。交换机S3查找自己的流表，也匹配上了新添加的流表项(步骤S211)，将数据包转发给主机H2(步骤S212)。这是第一个数据包的处理过程，对于此数据流后续的数据包，交换机S1、S2和S3都会匹配上相应的流表项。

网络中数据流重路由是个很常见的需求。比如，在图1所示的网络拓扑示例100中，主机H1和H2通信，控制器120替它们选择的通信路径是H1→S1→S2→S3→H2。如果这条路径上的某个链路发生故障，为了保证主机H1和H2的正常通信，就必须将它们之间的数据流重路由到一条新的可达的路径上。

图3A和图3B示出了数据流重路由的示例。例如，如图3A所示，在图1所示的网络拓扑100中，主机H1和H2通信的现有路径是H1→S1→S2→S3→H2(重路由前)。假如交换机S1与S2之间的链路出现故障，如图3B所示，系统会将此流重路由到路径H1→S1→S4→S3→H2上(重路由后)，图4示出了这一数据流重路由过程的时序图。图3A和图3B中还示出了重路由前后，交换机S1～S4的流表中的内容改变。