[发明专利]一种基于P4的SDN数据平面快速自主故障检测与恢复方法

说明书

本发明公开了一种基于P4的SDN数据平面快速自主故障检测与恢复方法。该方法面向软件定义网络以及基于软件定义网络的云数据中心、工业互联网、5G、边缘计算等应用场景，针对网络数据平面故障即链路故障和交换机故障，通过利用P4技术所带来的可编程的、带状态的数据平面，分别实现了在不依赖于控制平面的情况下快速、自主的故障检测与恢复，克服了传统基于软件定义网络OpenFlow技术的同类故障检测与恢复方法存在的诸多问题。

技术领域

本发明涉及软件定义网络以及基于软件定义网络的云数据中心、工业互联网、5G、边缘计算等技术领域，尤其涉及一种基于P4的SDN数据平面快速自主故障检测与恢复方法。

背景技术

软件定义网络(Software-Defined Network,SDN)作为一种新型网络架构，颠覆性地将传统网络中紧耦合的控制平面与数据平面分离开来，并将传统网络中由路由器等设备实现的分布式控制转化为控制平面集中化控制。由集中化控制带来的网络可编程性大大提高了网络的灵活性与可拓展性。网络运营商通过SDN可以进行灵活的资源配置和策略部署，大大降低了网络运维成本。因此，近年来SDN被广泛应用于数据中心与云计算等领域。

OpenFlow协议是SDN控制平面与数据平面之间的一种通信协议，是SDN的开创性技术。但是，由于OpenFlow协议栈与数据包处理逻辑需要固化到数据平面硬件中，造成协议可拓展性、OpenFlow交换机可编程性不足等问题。近几年提出的SDN P4数据平面可编程语言技术极大地克服了OpenFlow存在的上述问题，带来了数据平面的可编程性，以及带状态的数据平面，允许网络拥有者、工程师、管理员自上而下定义数据包的整个处理流程，并可追溯每一个数据包的转发过程。与OpenFlow交换机相比，支持P4标准的P4交换机具有良好的可拓展性与可编程性。P4交换机的可编程性使其摆脱了网络协议对其的约束，具有了协议无关性。在P4交换机构建的数据平面网络中，开发人员可以自定义网络协议及相关处理逻辑。同时，由于P4交换机能够提供寄存器，能够灵活的定义协议，并能支持一定程度的运算，使得P4能够实现OpenFlow所难以实现的带状态的数据平面，这使得开发人员能够在数据平面上实现更快、更有效、更具智能的网络功能。

网络数据平面故障难以避免，轻则影响上层应用性能，重则导致网络系统崩溃，带来不可估量的经济损失。目前，基于OpenFlow的数据平面故障检测与恢复技术由于OpenFlow所能提供的数据平面可编程性十分有限，故难以支撑实现更为快速、有效的数据平面故障检测与恢复技术。随着P4技术近年来的快速发展，为实现更为有效乃至智能化的数据平面故障检测与恢复技术准备了技术条件。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于P4的SDN数据平面快速自主故障检测与恢复方法，即一种基于P4技术的SDN网络(同样包括基于SDN的云数据中心、工业互联网、5G、边缘计算等应用场景)中实现数据平面故障即链路故障(包括链路阻塞和链路断开)和交换机故障的检测，并且在故障发生后能够在不依赖于控制平面的情况下实现数据平面对故障的快速自主恢复。

一种基于P4的SDN数据平面快速自主故障检测与恢复方法，该方法是基于对网络数据平面的故障的自主检测与恢复，即链路故障的自主检测与恢复、交换机故障的自主检测与恢复，具体为：

所述链路故障包括链路断开和链路阻塞两个部分；