[发明专利]一种软件定义网络中数据包路径重构方法

说明书

本发明公开了一种软件定义网络中数据包路径重构方法。在网络初始化阶段，控制器根据网络规模为每一个交换机/路由器分配ID。在发送端生成数据包时，将相关的数据流信息发送给控制器，由控制器决定具体使用的路径重构方法以及新增数据包头的字段分配，并将信息反馈给发送端。交换机/路由器转发数据包时，根据新增包头执行相应的操作，在包内记录路径相关信息。最后由网络中的管理服务器根据接收到数据包内的路径相关信息，重构出数据包的传输路径。本发明对软件定义网络拓扑的种类没有特殊的要求，具有交换机/路由器的计算开销低的特点，在网络故障和拥塞的状况下仍能精确重构出数据包的传输路径，极大地方便了软件定义网络的管理和故障检查。

技术领域

本发明涉及一种软件定义网络中数据包路径重构方法，特别是在数据包中添加路径特征值，并在数据包传输过程中更新路径特征值来记录数据包的传输路径和在软件定义网络的服务器一端通过解码接收到的数据包的路径特征值来重构接收到的数据包的传输路径的方法。

背景技术

软件定义网络(SDN，Software Defined Network)是一种新型网络创新架构，在软件定义网络中，通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。软件定义网络的设计初衷是为了解决无法利用现有网络中的大规模真实流量和丰富应用进行实验，以便研究如何提高网络的速度、可靠性、能耗和安全性等问题。其基本思想是把当前IP网络互连节点中决定数据包转发的复杂逻辑从交换机、路由器等设备中分离出来，以便通过软件编程实现硬件对数据包转发的控制，最终达到对流量进行自由操控的目的。其核心技术是OpenFlow，它使能了交换机/路由器的控制面与数据面功能的解耦，使得控制器与交换设备可独立发展。针对传统网络面临的问题，如网络研究的僵化、网络设备无法适应新应用如IT定制化、云计算、大数据、虚拟化服务器，软件定义网络的框架提供了一种全新的解决方案。

随着软件定义网络的快速发展以及在数据中心网络、企业定制网络等场景中的真实应用，软件定义网络的管理和网络中的故障检查、修复的问题显得尤为重要，引起了业界越来越多的关注。通过重构网络中数据包的传输路径，可以有效地完成或协助一系列的网络管理或者故障检查的任务，比如异常丢包诊断、网络负载不平衡诊断、网络流量监测等。在软件定义网络领域，已经有一些数据包路径重构的方法，如NetSight、PathDump等。其中NetSight技术使得网络中的交换机/路由器在转发数据包的同时，将每个数据包每一跳的信息全部传输给中央服务器，由中央服务器进行分析，从而重构出数据包的传输路径。这种方法存在网络带宽开销过大的缺陷，特别是当网络处于高负载的状态时，性能会受到很大程度的影响。与NetSight不同的是，PathDump技术利用了一些软件定义网络拓扑的结构特点，如fat-tree、VL2的树状结构性质，在数据包传输过程中选择性地在数据包内记录下关键跳的节点ID信息，当数据包到达接收端时对包内信息进行解析并重构出传输路径。这种方法的缺点是它要求网络拓扑必须有明显的结构特征，因此无法适用于所有的软件定义网络的拓扑。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种软件定义网络中数据包路径重构的方法。

为实现以上目的，本发明所采取的技术方案是：软件定义网络中数据包路径重构方法，包括：

步骤1.将软件定义网络初始化，具体是：

步骤11：软件定义网络中的控制器根据真实网络拓扑的大小给网络中的每一个交换机/路由器分配一个ID，用合适比特数大小的二进制数表示；

步骤12：控制器为网络中的交换机/控制器配置相应的流表，流表中的每一行对应一条交换机/路由器的对数据包的操作规则，包括数据包修改和转发，从而实现本发明中的压缩哈希匹配算法、连续比特填充算法以及bPAT算法。

步骤2.运行软件定义网络，具体有：

步骤21.发送端生成并发送数据包；具体包括：