[发明专利]用于软件定义的网络中灵活及可扩展流处理的转发元件

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及连网领域；并且更具体地说，涉及用于软件定义的网络的灵活及可扩展的流处理架构。

背景技术

数十年来，传送基于电路的通信网络的使用已衰退，取而代之的是能够更灵活、有效和安全的基于分组的网络。因此，基于分组的连网普遍性增大已导致对基于分组的网络装置的需求增长。此需求大部分通过生成越来越大的单片路由器以处理量和复杂性增大的网络业务的制造商得到满足。然而，此模型正接近其技术和经济极限。通过传统路由器设计来满足增大的性能要求变得日益困难，并且随着低成本数据中心硬件的出现，路由器供应商难以证明用于实现相同性能的硬件的更高成本是合理的。同时，在接入和聚合网络中对路由选择和交换控制平面的需求正变得更复杂。运营商想要能够定制路由选择以处理在边缘附近的特定种类的业务流，配置跨聚合网络的定制服务，以及实现多层集成，但不存在今天网络典型的详细低级别配置。

这些趋势产生了其中数据和控制平面分开的路由选择架构的不同方案。通过此分离，控制平面可在逻辑上居中，并且通过带有变化架构的多种硬件组件实现。此外，数据平面可由逻辑上居中的控制器配置的简化交换器/路由器元件组成。此新的路由选择拆分式架构模型致力于拆分控制与转发和数据处理元件，并且是在软件定义的连网(SDN)的核心。用于软件定义的网络中流处理的一个标准是OpenFlow，它定义用于在控制平面与转发平面之间传输消息的协议，并且描述用于分组处理的模型。

软件定义的网络的此拆分式架构使得能够分离能够在逻辑上或物理上编组在一起的功能性。例如，在共同控制实体与网络应用（例如，通用多协议标签交换(GMPLS)、边界网关协议(BGP)、因特网协议安全性(IPSec)等）之间能够有拆分或分离。类似地，在控制与转发/处理之间能够有拆分或分离（即，中心控制与执行分组处理的网络装置的分离）。也能够有数据转发功能性、数据处理功能性和数据生成功能性（例如，深度分组检查(DPI)；加密；操作、行政和管理(OAM)；等）的拆分或分离。

软件定义的网络与传统单片架构网络相比，具有许多优点。例如，实现重要网络路由选择和交换功能性的控制平面应用与转发平面是完全分离的。因此，保持集中式控制平面使得能够调整以满足特定用户需要的高度定制和优化的连网服务。集中式控制平面提供能够满足各种用户需要的高度可缩放、可靠和灵活的连网基础设施。转发平面（或数据平面）装置能够是不贵和可交换商品连网装置，这降低了用户的总体配置和维护负担。另外，用于整个网络的单个管理和配置实体增强了用户的使用方便体验。

然而，当前SDN配置也具有缺点。虽然诸如OpenFlow等系统确实显示了指定用于分组处理的模型的有效方式，但存在的问题极难根据特定路由选择需要扩展或定制此模型。例如，添加对新协议的支持要求提议对OpenFlow规范的更改，希望得以采纳以及等待实现。此类更改涉及修改用于分组处理模型的解析、分类（由于要解析的字段的数量必须已更改）和动作（例如，用于修改新协议的报头）。

当前SDN分组处理模型的另一缺陷是处理规范要求基于协议报头字段的静态集合，将分组分类为属于某个流。例如，分类只可使用元组形式的提取报头字段的有限集合进行（例如，15个元组被提取并用于分类）。然而，在开发新协议时，不能轻松更新此模型。另外，在一些环境中，应用可只从使用元组的小集合的分组的部分分类中受益。例如，关于MPLS分组，可只基于MPLS报头内短路径标签的内容做出分组转发判定，而无需进一步检查分组本身。在OpenFlow中，不可能使用少于15个元组将这些分组分类，这在解析工作和流表存储器要求方面效率低。

最后，当前SDN模型在处理多个级别的隧道化（即，封装和解封装）方面也是弱的。例如，考虑在开放系统互连(OSI)模型数据链路层报头（即，OSI第二层或L2）或网络层报头（即，OSI第三层或L3）的顶部封装以太网分组的情况，这经常在实现第2层虚拟专用网(L2VPN)或伪线(PW)时进行。在此情况下，不可能使用在L2或L3的第一级别外在报头中存在的信息来执行更精细粒度的分组处理。

发明内容