[发明专利]一种基于ARP事件触发代理的SDN广播处理方法

说明书

技术领域

随着互联网技术的飞速发展，互联网应用与用户数量急剧增长，现有基于TCP/IP的互联网逐渐暴露出许多的问题与弊端。不少国家都纷纷提出了下一代互联网计划，软件定义网络应运而生，近几年来引起学术界以及业界广泛关注，其典型的实例OpenFlow已部署在美国GENI、日本JGN2plus以及欧盟OFELIA的大规模试验测试床中。2011年底，由德电、Google、微软、脸谱、Verizon以及雅虎联合成立开放网络基金（Open Networking Foundation），旨在以标准化的方式推动软件定义网络的发展，目前已有超过80家公司参与其中。最近，Google亦公布其全球数据中心网络全部采用OpenFlow技术。但是，传统OpenFlow网络对广播包处理采用与传统以太网一致的泛洪方式，虽然泛洪是一种简单有效的资源发现方式，但其开销亦是相当的昂贵，且极易造成广播风暴。 

背景技术

以太网是基于MAC地址进行通信的，网络中使用ARP地址解析协议来解决主机IP地址和MAC地址的映射问题。该协议的基本原理是若终端主机的MAC地址未知，则源主机首先通过广播的方式将ARP请求转发至网络中所有主机，适配对应IP地址的终端主机收到该请求后，采用ARP应答的方式将其MAC地址告知源主机。该协议的特点是真正适配的终端具有物理位置上的不确定性，即任意网络中的主机都可能是被请求对象。传统SDN对ARP广播包的处理流程如图1所示。 

(1)主机A向相邻交换机S1发出ARP请求； 

(2)交换机S1将ARP请求封装成packet-in消息提交给控制器； 

(3)控制器收到此消息，以packet-out消息方式通知交换机S1，将ARP请求泛洪； 

(4)交换机S1将ARP请求转发给交换机S2； 

(5)交换机S2再将ARP请求封装成packet-in消息提交给控制器,同(2)； 

(6)控制器收到此消息，以packet-out消息方式通知交换机S2，将ARP请求泛洪,同(3)； 

(7)交换机S2再将ARP请求转发给交换机S3，同(4)； 

(8)…… 

现有基于SDN处理ARP广播包的方法存在几个弊端： 

(1)控制器负载过重，任一个广播数据包将泛洪到网络中所有交换机中，并在每个交换机上触发一个packet-in事件，随着网络规模的扩大，和广播包数量的增加，将对控制器产生巨大的控制负担； 

(2)数据平面带宽浪费，任一个广播数据包在整网进行泛洪，不仅增加了交换机处理负担，更重要的是浪费了大量宝贵的带宽资源； 

(3)链路不能出现环路，以太网对环路十分敏感，极易引起广播风暴，现有的解决方案大多采用生成树协议将网络逻辑上变成一个树状拓扑从而避免出现环路，然而生成树协议造成了网络带宽的浪费，限制了网络吞吐量，降低了网络鲁棒性，一旦网络链路出现故障将无备份，更重要的是交换机出现故障时，生成树重算的过程通常持续30-50秒，这之间可能会影响正常网络通信，甚至出现网络瘫痪； 

(4)增加主机端负载，主机网卡接收网络中所有的广播包，交由CPU判断是否为发给本机的数据包，进而做出丢弃或应答处理，浪费本机的计算存储资源。 

发明内容

(1)主机信息存储数据结构设计； 

(2)主机信息初始化机制，确保主机一旦成功接入网络即被感知，确保主机信息的完整性； 

(3)主机信息实时更新策略，在主机任意行为引起的状态信息变化时，均能及时更新主机状态信息，确保主机信息的实时性。 

附图说明

图1传统SDN对广播包处理机制 

图2控制器代理ARP处理流程 

图3DHCP模块处理流程 

实施方式 

控制器维护一张完整的全局主机信息表，按照图2的方式处理ARP请求。全局主机信息表用来保存主机的IP地址，MAC地址以及位置信息等。当主机接入网络时，首先被控制器感知且生成主机信息表，立即记录该主机的信息；当主机在网络中出现的各种动态行为引起自身信息（主要是IP,MAC,以及位置信息等）变化时，被控制器实时感知并及时更新主机信息表。 

一、主机信息初始化 

当主机接入网络时，首先被控制器感知且生成主机信息表记录该主机的信息。通常主机接入网络分为自动获取、静态配置两种情况。 

1、若主机采用动态主机配置协议自动获取（具体DHCP模块处理流程见图3）：