[发明专利]一种二层分布式多控制器架构系统及构建方法

说明书

本发明公开了二层分布式多控制器架构及构建方法，在该架构中，控制器分为直接控制器和间接控制器，其中直接控制器与网络设备直接通信，承担链路发现、拓扑管理、策略制定、表项下发等控制功能；间接控制器根据网络应用构建虚拟网，通过直接控制器对网络设备进行虚拟网络映射和部署；每个网络设备只受单个直接控制器控制，每个直接控制器受多个间接控制器控制，因此每个网络设备受多个间接控制器的间接控制。基于该架构本发明提出了一种构建方法，在已知直接控制器的节点拓扑信息及可加入的间接控制器个数的前提下，根据结构约束和目标得出各间接控制器的摆放位置。本发明提高了SDN控制器控制效率并考虑了控制器容量，使其更具有现实可操作性。

技术领域

本发明涉及SDN（Software Defined Network，软件定义网络）控制器领域，具体涉及一种二层分布式多控制器架构系统及构建方法。

背景技术

用于SDN的分布式控制器已经被提出用于解决控制器中的可扩展性和可靠性问题。这些分布式控制器将控制逻辑相关的数据包处理架构移动到外部控制器。然而，他们的性能特点在很大程度上未得到研究。控制器（Controller）是整个SDN的核心，它负责对底层转发设备进行监测与控制的同时，向上层应用提供接口，因此它是连接底层网络设备与上层应用的桥梁。

Ethane和 OpenFlow为互联网的创新提供了一个完全成熟的可编程平台。在SDN中，逻辑上集中的控制器简化了网络控制逻辑的修改，并使得数据平台和控制平台可以独立发展，与此同时，也带来了可扩展性和可靠性方面的问题。SDN多控制器能较好地解决SDN集中化的网络控制平台中网络可扩展性和可靠性方面的问题。本发明研究集中在二层结构控制器上，当前对于控制器的研究分为以下几类。

（1）根据多控制器研究中控制器是否具有全网视图，可以将控制器研究分为全网视图控制器及局部网络视图控制器研究。全网视图控制器是指一个网络中的每个控制器都具有整个网络的全局视图，如HyperFlow和D⁃ZENIC。HyperFlow中每个控制器中的应用程序实例通过一个全局的发布或订阅系统，有选择地发布改变系统状态事件，其他控制器复制已发布的事件来更新自身状态，这样HyperFlow中每个控制器都具有了全局网络视图。局部网络视图控制器研究是指网络中控制器都不具有整个数据中心网络的完整信息，如Devolved。

（2）根据控制器之间管理的网络设备之间是否有交叉，可以将多控制器的研究分为有交叉管理和无交叉管理。有交叉管理是指多控制器研究中，单个网络设备可以受到多于一个的控制器管理，如Devolved、ElastiCon。无交叉管理是指每个控制器节点管理网络的一部分，且单个网络设备仅受一个控制器管理，如HyperFlow。有交叉管理的多控制器之间可以进行载荷均衡，且对于网络设备而言，具有更好的控制可靠性，但是会带来更多的通信量。

（3）根据网络中控制器层级数可以将多控制器研究分为一级控制器和两级控制器研究。两级控制器是指网络中有一个控制器作为控制器协调者来控制管理其他控制器的操作，如Kandoo、D⁃ZENIC。Kandoo构建了两层的控制器：直接控制器和间接控制器。直接控制器是一群既不互联又无全局网络状态的控制器，直接控制器尽可能地接近网络设备处理本地应用。间接控制器是管理全局网络状态的逻辑上集中的控制器。间接控制器在负责全网状态的应用的同时，负责直接控制器之间的协调工作。一级控制器是指，在网络中不存在控制器的单一协调者，网络中所有控制器协同合作完成整个网络的控制，如Devolved、HyperFlow。

（4）多控制器研究中还可以分为静态管理和动态管理等两类。静态管理是指在整个网络运行中，网络设备与控制器之间的管理关系不再改变，如Onix、HyperFlow。动态管理是指，在整个网络运行中，网络设备可以变更它的控制器，如ElastiCon。ElastiCon中网络设备可以根据控制器负载量的变化，从一个负载量较多的控制器转移到一个负载量较少的控制器。

发明内容