[发明专利]一种网络控制方法、数据转发方法及软件定义网络

说明书

一种网络控制方法、数据转发方法及软件定义网络，其中网络控制方法包括：获取软件定义网络中的数据层面的拓扑信息，根据拓扑信息为数据层面上的任意一数据流配置一条理想传输路径，根据预设的动态采样机制在理想传输路径中分配出一条或多条期望路径，获取采样后的每个数据包经过数据层面的实际路径，利用期望路径对实际路径进行路径一致性验证，在未通过路径一致性验证时从实际路径中定位出出错的交换机。由于控制层面在数据包的实际路径未通过路径一致性验证时从实际路径中定位出出错的交换机，使得数据流的动态采样和数据转发过程可以避免单点交换机的故障情形发生，利于提高路径一致性验证方案的健壮性。

技术领域

本发明涉及网络管理技术领域，具体涉及一种网络控制方法、数据转发方法及软件定义网络。

背景技术

软件定义网络(Software Defined Networking，SDN)是一种新型的网络创新架构，也是网络虚拟化的一种实现方式。SDN是通过将网络设备的控制平面与数据平面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。SDN的整体架构由下到上分为数据平面、控制平面和应用平面，其中数据平面由交换机等网络通用硬件组成，各个网络设备之间通过不同规则形成的SDN数据通路连接；控制平面包含了逻辑上为中心的SDN控制器，它掌握着全局网络信息，负责各种转发规则的控制；应用平面包含着各种基于SDN的网络应用，用户无需关心底层细节就可以编程、部署新应用。SDN能够将整个网络的垂直方向变得开放、标准化、可编程，能够有效降低设备负载，协助网络运营商更好地控制基础设施，降低整体运营成本，成为了最具前途的网络技术之一。

软件定义网络通过将控制平面和数据平面分离来简化网络管理，提高网络的可编程性。在理想情况下，数据平面的数据包转发行为应该符合控制平面的网络策略，但是在实际情况下，由于数据平面的流表所设置的规则与控制平面的网络策略之间存在的不一致情形，会造成数据包转发所经过的实际路径可能会与控制平面所期望的路径不相同。一旦数据包的转发行为不受控制，网络策略(如流量工程、访问控制等)将无法正常工作。此外，这种不确定的网络行为会进一步造成网络性能的下降甚至网络出错的情形发生(如循环转发、数据包丢失等)。因此，保证SDN中数据包转发所经过的实际路径与控制器所期望的路径一致具有重要的应用意义。

当前，路径一致性验证主要采用基于探针包的路径检测方案和基于标签的路径检测方案。对于基于探针包的路径检测方案，针对数据平面的每一条流表规则，人为构造探针包并将其注入数据平面，通过观察探针包的转发行为来判断数据平面的流表规则是否被正确安装，进而判断用户产生的真实数据流量所经过的实际路径是否会与期望路径相同；此方案设计中，需要保证探针包只会触发特定的规则而不会被其它规则所影响，这就导致探针包的构造复杂度很高；这是因为商用OpenFlow交换机中的规则数目能达到上千条甚至上万条，而软件交换机流表中的规则数目则更多；此外，流表中可能会存在多条匹配域部分重叠甚至完全相同的规则。因此，想要设计只触发特定规则的探针包是一项非常复杂并且耗时很多的工作，这就导致基于探针包的路径检测方案无法应用于频繁更新的网络中。对于基于标签的路径检测方案，在用户产生的真实数据包的包头位置插入标签，利用标签记录并压缩数据包经过的实际路径信息，同时在控制平面记录期望路径信息；通过比较标签中携带的实际路径信息和控制平面的期望路径信息，控制器可以判断数据包是否按照期望路径转发。在基于标签的路径检测方案设计中，标签的组成以及更新、控制平面期望路径信息的存储和表示是该类型路径检测方案需要重点关注的问题。

随着未来网络的发展，各种网络协议和体系架构被不断的提出，在SDN异构融合网络中，数据平面可能是由多种类型的交换机构成，不同类型的交换机可能支持不同的协议(例如支持IP协议的交换机、支持ICN协议的交换机、支持Hybrid-ICN协议的交换机)；那么在SDN异构融合场景下，数据包转发的实际路径和期望路径之间的路径一致性验证问题将变得非常复杂和难解。然而，现有的路径一致性检测方案均没有针对SDN异构融合网络的应用情形，那么有必要针对多协议SDN场景下的路径一致性问题提出解决方案。

发明内容