[发明专利]SDN控制器实现方法及SDN控制器

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，尤其涉及一种SDN控制器实现方法及SDN控制器。

背景技术

随着终端计算处理能力的提高、网络传输能力的扩大，网络所承载的信息急剧膨胀，互联网不再是单纯以通信为目的的网络，而是更多地朝着满足人们获取信息需求的方向发展，成为一个信息承载和分发的平台。由于人们对信息获取方式(有线、移动)、信息类型(数据、话音、视频)、信息质量、信息安全等呈现多元化的需求，所以互联网为了适应和满足各类需求不断地引入大量的控制协议，形成了一个庞大的控制平面。这些控制协议从设计上依附于特定的转发协议，而且从实现技术上看，控制平面与转发平面都运行在网络设备中，给网络功能的扩展和网络的管理带来了巨大的挑战，传统网络架构越来越不能满足当今企业、运营商以及用户的需求。

软件定义网络(Software Defined Network,SDN)是一种新型网络创新架构，其核心技术通过将网络设备控制面与数据面分离开来，通过软件程序灵活地配置网络功能，使得网络的自动化管理和控制能力得到空前的提升，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台，能有效解决当前网络系统所面临的资源规模扩展受限、组网灵活性差、难以快速满足业务需求等问题，便于网络升级和适应各种新型业务的需求。

SDN架构中的应用层包括各种不同的业务和应用，不同的应用控制程序运行在控制器之上，通过控制器提供的全局网络视图，控制应用程序可以把整个网络定义成为一个逻辑的交换机，同时利用控制层提供的应用编程接口，网络人员能够灵活地编写多种网络应用，如路由、多播、安全、接入控制、带宽管理、流量工程、服务质量等，从而控制设备的报文转发功能。控制层是逻辑上集中的、基于软件的SDN控制器，主要负责维护全局网络视图，向上层应用提供用于实现网络服务的可编程接口(通常也称为“北向接口”)，并且负责处理数据平面资源的编排，维护网络拓扑、状态信息等。基础设施层，也称为数据转发层，由转发设备组成，负责基于流表的数据处理、转发和状态收集，可用Open Flow协议通信。

图1a为现有技术中网络设备形态示意图，如图1a所示，在现有技术中，在一个域内，多个业务特性通过操作系统进行分配到专用硬件上，多个域内互相组网。图1b为现有技术中SDN设备形态示意图，如图1b所示，在SDN设备形态中，多个业务特性下发到网络操作系统上，由网络操作系统将业务特性下发到各个标准/通用硬件，各个标准/通用硬件之间互相组网。由图1a和图1b，可知，SDN控制器通过集中化方式监测整个网络的运行，通过标准化的南向接口和北向接口进行网络控制，负责对底层转发设备的统一调度和控制，以及向上层业务应用提供网络能力调用。通过北向接口为上层业务应用和资源管理系统提供灵活的网络资源抽象，网络资源管理系统以软件编程方式调用底层各种网络资源能力，获得网络资源的工作状态，并对网络资源进行调度，实现资源统一交付，更好支撑云计算等新业务对网络资源的需求。当前SDN的研究进展，在南向接口方面已经取得了较为成熟的解决方案，包括链路发现、拓扑管理、策略制定、表项下发等，其中链路发现和拓扑管理主要是控制其利用南向接口的上行通道对底层交换设备上报信息进行统一监控和统计；而策略制定和表项下发则是控制器利用南向接口的下行通道对网络设备进行统一控制。

然而，当前SDN架构中南向的通用标准OpenFlow交换机中采用基于流表项匹配进行转发的机制，并不能直接处理常规的链路层发现协议操作，因此相关的工作必须由控制器完成。因此，SDN的控制器对于把握全网配置资源视图、改善网络资源交付都具有非常重要的作用。当前，支持OpenFlow协议的多种控制软件已经得到了开发和推广。NOX已经发布了多个版本，如NOX Destiny、NOX Zach、POX等，它们对NOX进行了性能上的优化，并逐渐支持更多的功能,如控制台操作、简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol，SNMP)控制等。其余的控制软件也得到了广泛应用，如Maestro，Beacon，Floodlight，SNAC，Trema，RouteFlow和Onix等。总结当前这些控制器设计的主要共性特点，它们一般是采用模块化功能实现基于事件和多线程操作的处理，架构上采用集中管理的方式，集成可扩展的策略定义语言，通过策略管理器调度网络，同时提供了丰富的API，让开发者轻松构建自己的控制器平台，测试和调试自定义的功能模块。

传统控制器的设计方案存在以下问题：