[发明专利]可编程控制的SDN网络测量系统和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于软件定义网络SDN(Software Defined Network)的可编程控制的网络测量系统和测量方法，确切地说，本发明的SDN网络测量系统充分适应并利用了可软件定义的特性，以及控制与转发相分离、网络控制器集中控制的特点，再对网络控制器和交换机的功能进行扩展，能够实现对网络上的任一路径执行多项性能指标的测量和分析，从而为现有的SDN网络提供了一种可编程控制的网络测量系统和测量方法，属于网络测量的技术领域。

背景技术

随着网络信息技术的快速发展，互联网已经成为世界上不可或缺的重要基础设施，它给人们的学习、生产、工作、生活、乃至娱乐、休闲等都带来了巨大的便利和丰富的内涵。但是，在互联网日益复杂、体积日趋庞大的背景下，人们对网络的性能要求也随之日益提高。如何对网络的各个方面作出客观的评价，提高网络性能，进而为用户提供高质量的服务，满足不同的网络应用以及网络使用者的需求，不仅意义重大，而且，非常必要。

网络测量是采用设定的方法和技术，通过软件或硬件工具来测试网络的运行状态、表征网络特性的一系列测试活动的总和。网络测量对于掌握网络的整体运行状况，改善网络性能具有非常重要的作用。通过网络测量，网络管理人员能够获得各种各样的网络性能参数，例如：传输时延、丢包率、带宽等，不同的性能参数反映了网络不同方面的性能。这些性能参数对指导网络管理人员的日常工作非常有帮助，可以帮助他们了解网络行为，发现网络可能存在的拥塞，提高网络资源利用率。

软件定义网络SDN(Software Defined Network)是美国斯坦福大学提出的一种新型网络架构，SDN的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，并且实现可编程化的控制。

基于OpenFlow协议的OpenFlow网络是SDN的一种实现方式。参见图1所示：OpenFlow网络的组成结构主要包括网络控制器和底层交换机。其中，网络控制器可视为网络操作系统，具有全局视野，对底层交换机执行集中管理和控制。网络用户可以使用网络控制器向上层业务提供的标准SDN API进行编程，也就是使用软件定义的方式开发网络应用。底层交换机不具备任何网络智能，它只负责根据网络控制器下发的流表对数据包执行解析、匹配和转发等操作。

目前，关于SDN的网络测量主要有以下几种现有技术：

(1)采用传统的网络测量方法进行测量：可以采用主动测量或者被动测量的方式对网络性能指标进行测量，例如：通过主动发送Internet控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)探测分组来获得网络时延、分组丢包率与连通性等参数，或者在网络关键节点上部署测量装置捕获数据分组，并进行统计分析，从而获得网络状态和性能指标。传统的网络测量方法虽然很多，但是，这些方法都不能利用SDN网络集中控制的特点。

(2)基于OpenFlow交换机保存的关于流表、流表项和端口等原始统计信息的测量：根据OpenFlow说明书，控制器可以通过查询各个交换机中的统计信息，了解网络的性能状况，这是一种被动测量的方式。如果采用这种方式，当需要获得大量网络信息时、或者需要实时获取网络信息时，就会引入巨大的额外负载，导致控制器的处理能力以及控制器和交换机之间的通信能力成为网络的瓶颈，严重影响OpenFlow网络本身的各项性能；此外，这种测量方式对网络的整体理解和网络端到端行为的理解将会很困难。

(3)Ofpeck——另一种用于测量OpenFlow网络性能的方案：它采用主动测量的方式，并且可以单独运行在任意一个与OpenFlow交换机相连接的机器上，Ofpeck使用一些简单的工具(例如ping和wget)收集一些关于网络性能的参数。主要参数有以下几个：

Flow Setup Time(流表建立时间)：在OpenFlow交换机中，当一个数据包到达后，就开始提取匹配项进行流表匹配。匹配失败时，交换机会上报控制器并等待控制器下发新的流表项，为其所表示的数据流建立新的传输路径。这个过程的持续时间就是Flow Setup Time。在OpenFlow网络中，Flow Setup Time是一个非常重要的网络性能指标，既用于衡量交换机对数据包的处理能力，又能够体现交换机和控制器之间的信息交互过程。Ofpeck方案中，通常是每间隔10秒执行一次ping操作来测量该指标。

RTT(往返时延)和Loss Rate(丢包率)：Ofpeck方案中，通过每间隔1秒执行一次ping操作，用于测量到指定主机的往返时延和丢包率。