[发明专利]一种多域SDN控制节点故障的双层检测方法

说明书

本发明公开了一种多域SDN控制节点故障的双层检测方法，具体过程为，对控制平面进行心跳检测；其结果为：同一个控制节点C的心跳请求和心跳响应均故障；然后进行数据平面的检测；控制平面监听数据平面的状态，当控制节点D接收到数据平面发送的LLDP，控制节点C为子域P的主控制节点，且控制节点D为子域P的从控制节点，且LLDP为子域P发送的；则控制节点C发生故障，同时启动故障恢复。该方法优化并降低了故障检测时间、实现故障的快速检测与定位，并且降低网络中故障的间隔时间，提高全局网络的可靠性。

技术领域

本发明属于软件自定义网络技术领域；涉及一种多域SDN控制节点故障的双层检测方法。

背景技术

当前，网络已经渗入到社会的各个角落，成为人们生活中必不可少的基础设施之一。随着网络应用的快速发展，传统的网络交换设备承载着越来越多的控制逻辑，已难以适应网络虚拟化、云计算及相关业务发展对数据高速传输、资源灵活配置、协议快速部署的需求。相比于互联网上层应用和底层通信技术的快速发展，互联网的网络层和传输层基本架构并未发生太大的变化，这种完全基于TCP/IP的传输层和网络层架构既促进了互联网发展，也在某些方面逐渐成为瓶颈。为了解决这个问题，SDN创始人Nick Mckeown教授对计算机产业的创新模式和网络产业的创新模式进行了研究和对比后提出了推进网络产业创新的新型架构——软件定义网络(Software Defined Networking，SDN)。

SDN的诞生使整个网络更加开放，更加适应不同的业务和应用需求。SDN系统架构分为一个控制平面和数据平面，控制器位于上层应用与物理设备之间，控制器首先负责把网络中的各种功能进行抽象，建立具体的操作模型，并向上层提供编程接口，上层应用着重根据业务需求通过控制器与物理设备进行交互，网络中的设备通过控制器向应用平面传递信息。其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，而实现网络流量的灵活控制，为核心网络及其应用的创新提供开发平台。SDN极大的降低网络的控制与管理成本,使网络的管理变得更加便捷和灵活，实现业务的自动化部署，提高资源的利用率，降低网络的建设和维护成本；创造性地实现了逻辑集中控制，支持网络资源的全局信息获取并能随时根据用户业务的需要进行资源的全局调配和优化，使得基于整个网络层面的流量工程、负载均衡等策略成为可能。

然而，SDN逐渐成为网络世界新的范式时，控制平面则承担了全部的逻辑与运算任务。做为控制平面的核心组件，SDN控制器的性能关乎整个SDN网络的性能表现。随着SDN商业部署的速度加快，SDN控制器性能越来越多的成为网络用户关心的焦点。

在最初的OpenFlow v1.0标准文档中，网络采用单控制器体系结构，即只有一个控制器实现全网的集中控制。这种结构虽然实现简单，但是没有提供处于核心层的控制面的容错能力，比如控制面遭受恶意攻击后整个网络被控制。同时随着网络规模的迅速扩大，由于单控制器处理性能的限制将成为整个网络的性能瓶颈，进而使全局网络性能下降，甚至造成全网瘫痪。

为解决控制器故障给网络带来的性能问题，分布式控制器等多控制器方案早就已经被提出。相比单控制器而言，多控制器可以保证高可靠性，从而使得在某个控制器发生故障时，不影响整体网络的运行。另外，为保障业务不中断、不冲突，多控制器之间信息还要保持一致性，才能实现容错。当故障发生时，多控制器之间的信息一致性能为接管的控制器提供正确管理交换机的基础。然而，当前的一致性研究内容还仅仅关于控制器状态信息方面，而没有考虑交换机的状态信息，这将导致交换机重复执行命令等问题，而且由于没有关于交换机的状态的记录，交换机也无法回退到一个安全的状态起点。

随着网络规模的不断扩大，调试网络上的故障变成了一项困难的事情，为避免控制节点故障的发生并尽早检测到控制节点的故障问题是保证SDN网络高可用和可靠性的基础，并能为后续的故障恢复做好充分的准备，极大的减少恢复的时间。因此研究控制平面中控制节点故障的检测是保障网络正常运行的重要一环。

发明内容