[发明专利]一种SDN集群控制器高可用架构设计方法

说明书

技术领域

本发明属于软件定义网络(SDN)领域，尤其涉及一种SDN集群控制器高可用架构设计方法。

背景技术

SDN架构模型不仅实现了网络的高稳定与高性能，而且使网络更加智能和灵活。SDN将现有的紧耦合网络演变成一个解耦的、灵活的、可控的服务交付平台。用户可以通过该平台自由定义一些想实现的网络路由和传输规则策略。而对于商用网用户来说，SDN的灵活集中控制特性，可以方便的实现用户的业务需求，相比传统网络而言，极大的节省了网络资源的利用。SDN架构支持网络虚拟化，是网络虚拟化的一种实现方式，它可以满足数据中心对扩展性和可靠性的要求，同时还能提高服务器的稳定性，带宽优化以及降低能耗。同样，对于运营商和网络服务提供商来说SDN的引入，可以有效实现按需服务，确保网络资源合理利用，不浪费不冗余，同时还能降低运营成本并提高服务质量。

在SDN网络架构下，控制平面主要负责掌控全局的网络资源，它主要负责对数据平面的转发功能，其扮演的角色是非常重要的，所以控制平面的性能将会影响到整个网络。控制能力的集中化，也就意味着控制器的性能将成为整个网络的瓶颈，一旦控制器在性能上出现问题，随之而来的是整个网络的服务能力退化，甚至瘫痪。与此同时，单一的控制器也无法应对跨多个区域的SDN网络问题，所以更加需要多个SDN控制器组成的分布式集群模式。因此如何设计一种高可用的控制器扩展方案成为我们研究中不可忽视的一点。基于此本发明在分析以几种控制器可扩展方案的基础上，提出了一种SDN集群控制器高可用架构设计方法。

发明内容

目前，关于解决SDN网络中控制平面的高可用性问题方案，除了减少控制器上的负载以降低控制器压力的可扩展性方案之外，更常见的解决方案是通过部署多控制器系统，实现网络共同管理。根据控制器系统中控制器的种类异同可以将设计方案分为两种，一种是分布式控制器解决方案，另一种是东西向接口协议解决方案。

对于分布式控制器，人们已经进行了很多的研究。分布式模型最大的特点就是控制器只负责管理本地的交换机，而控制器之间并不存在心跳检测，假设控制器发生故障了，就重启该控制器进程。而SDN东西向接口协议则是定义控制器之间通信的接口。由于单控制器的能力有限，为满足大规模和可扩展性要求，东西接口的研究成为下一个SDN研究领域。本发明通过对几种多控制器的架构进行研究，并综合考虑几种布式结构的控制器、集群控制器、垂直架构控制器的特点，发明了一种SDN集群控制器高可用架构设计方法。

本发明解决技术问题的技术方案如下：一种SDN集群控制器高可用架构设计方法，包含如下步骤：

1)设计SDN集群控制层面的三层框架结构：第一层为根控制器集群管理系统，该系统基于ZooKeeper技术来实现，控制器之间通过分布式数据库HBase进行信息共享，在该系统中安装ZooKeeper服务器；第二层为根控制器层，根控制器中安装ZooKeeper客户端；第三层为本地控制器层。

2)根控制器集群管理系统将根控制器分为两种角色，主根控制器和备用根控制器。每个本地控制器对应一个主根控制器和多个备用根控制器，本地控制器默认连接到主根控制器。

3)系统启动时，每台根控制器需要向根控制器集群管理系统注册，发送自己的基本信息；根控制器集群管理系统根据根控制器提供的信息，给根控制器分配角色；主根控制器开始对本地控制器进行控制工作，备用根控制器处于等待状态。

4)根控制器集群管理系统和根控制器之间、根控制器和本地控制器之间保持心跳关系；一旦发现有主根控制器失效，根控制器集群管理系统将会从其他备用根控制器中选出一个根控制器来担任主根控制器的角色；同时本地控制器也进行切换工作，这样可以增加系统的可靠性和稳定性。

5)主根控制器与备用根控制器的数据信息一同存储在数据库中。当主根控制器失效，重新通过选举产生主根控制器，该主根控制器根据数据库中最新储存的信息，获取该网络的最新同步数据，以便可以快速恢复工作。

进一步地，所设计架构第一层，也就是根控制器集群管理系统，它负责管理所有的根控制器的数据同步问题，同时也对所有的根控制器进行角色分配。处在总架构中的第二层是根控制器层，它的主要作用是维持全局状态的一致性，保存网络视图的一致性，并能够及时处理需要全局状态的任务。总架构中的第三层是本地控制器层，它主要负责处理一些业务比较繁忙的本地业务。