[发明专利]一种基于软件定义网络的保持流表更新一致性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及互联网领域，特别涉及一种基于软件定义网络的保持流表更新一致性的方法。

背景技术

基于OpenFlow协议的软件定义网络（SDN）技术，其核心特点是实现数据平面和控制平面的解耦：数据平面由OpenFlow交换机、主机终端等组成；控制平面则是由控制器对全网进行集中式控制。具体地，各个交换机根据本地的流表来进行数据包的转发，而具体的流表则由控制器控制；另外，如果交换机遇到新的数据包，需要将其通过控制平面上传给控制器，由控制器决定如何处理。这样，控制器通过对OpenFlow网络中各个交换机中流表的控制，实现对整个数据平面的数据转发。

在SDN网络中，各种网络配置和网络事件都有可能引起交换机中的流表更新，现有的技术方案是从控制器向多个交换机分别写入对应流表；那么，这些交换机中的流表将在不同时间点上进行更新，使得网络中某一时间段内同时存在新旧两套流表规则，从而可能导致数据包的丢失或者错误转发。

然而，对于如何保持流表更新的一致性，目前尚未有成熟且大规模部署的技术方案。所谓的流表更新一致性是指：SDN网络中的流表从一套旧流表更新为一套新流表，每一个数据包在传输过程中，或者一直接受旧流表的控制，或者一直接受新流表的控制，不能依次接受旧流表、新流表的控制。目前，研究者针对该问题主要提出两种技术方案：

a）基于虚拟局域网（VLAN）技术的流表更新一致性方法：核心思想是利用VLAN技术来区分新旧两套流表。在SDN网络中，首先将旧流表控制的数据包打上一个VLAN标签，例如VLAN=0；其次，在各个交换机中写入新流表时，规定新流表只能处理具有另一个VLAN标签的数据包，例如将新VLAN标签设置为VLAN=1；再次，当所有交换机都成功写入带有VLAN=1的新流表后，将网络中数据包的VLAN标签从0更新到1，从而使得新的流表生效，旧流表失效。旧流表失效后，再通过控制器进行逐一删除。总之，该方法将新旧两套流表与2个VLAN标签分别对应，通过改变网络中数据包的VLAN标签来实现流表更新过程，并保证更新一致性。该方法有一个重要假设，通过控制器的一次指令即可实现相应数据包的VLAN标签更改。例如，所有数据包都是从第1个交换机进入，再向其他交换机传输。那么，只需在第1个交换机上进行数据包VLAN标签更改即可。

b）基于中间流表的流表更新一致性方法：核心思想是引入中间流表。首先，基于新旧两套流表，构造一套中间流表，将所有通过网络的数据包都上传给控制器缓存或者处理；然后，在各个交换机中写入中间流表，并等待一个全网最长端到端网络延时；接着，在各个交换机中写入新流表，并将上传至控制器缓存或者尚未处理的数据包发回网络中，这样在一个全网最长端到端网络延时后，流表更新过程完成。由于引入中间流表，新旧两套流表不会同时出现在各个交换机上，这就保证了流表更新过程的一致性。

在上述两种技术方案，方案1更新时间短，但是由于同时存在新旧两套流表而占用更多流表资源；另外，由于引入VLAN，方案1增加了网络管理的复杂度和工作量；方案2由于网络中任何时刻各个交换机中都只存在一套流表，因此流表资源消耗较少，但是需要较长的更新时间，另外，由于将网络流量上传给控制器处理或者缓存，对控制平面的带宽资源、控制器的负载有额外消耗。

因此，随着SDN网络规模的扩大，现有技术仍有待于提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于软件定义网络的保持流表更新一致性的方法，以达到在SDN网络中流表更新时不必利用VLAN技术，且可以缩短更新时间、减少控制平面负载的目的。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于软件定义网络的保持流表更新一致性的方法，包括以下步骤：

A：控制器分析流表中的新流表规则及旧流表规则，确定需要更新流表的交换机的集合；将所述需要更新流表的交换机分为初始交换机及后继交换机；并将需要进行更新的流表分为共同流表、待新增流表、待修改流表和待删除流表；

B：在所述初始交换机中，各个交换机将其受更新流表过程影响的数据包，通过控制平面上传到控制器；

C、控制器在所述后继交换机中写入待新增流表；

D、控制器在等待一个全网端到端的延时后，在所述后继交换机中写入待修改流表，并删除待删除流表；

E、控制器对所述初始交换机中的流表进行更新。