[发明专利]一种基于软件定义网络的数据包传输轨迹检测方法

说明书

本发明提供了一种基于软件定义网络的数据包传输轨迹检测方法，属于计算机应用技术领域。本方法在现有的基于数据包标记的路径追踪方法的基础上，通过改进数据包标记的方法，引入概率包标记技术，实现了在大规模的数据中心网络中的流路径追踪。本方法在路径追踪的范围和对网络资源的占用方面取得了良好的平衡，可以满足网络管理者在实际网络中的需求，提升网络监控的可靠性。现有“带内”路径追踪技术追踪路径普遍较短，在10跳以内，本方法理论上至多可以追踪64跳长度的路径。本方法在OpenFlow交换机中安装的流表数固定，与网络规模、拓扑结构等均无关，具有良好的可扩展性和可维护性。

技术领域

本发明涉及一种基于软件定义网络的数据包传输轨迹检测方法，属于计算 机应用技术领域。

背景技术

随着软件定义网络(SDN)技术在网络中广泛的应用，我们可以从更细的 粒度上更加容易的管理网络。数据平面与控制平面的分离可以使得管理员使用 高层抽象语言来描述底层的功能。但是，控制平面与数据平面的分离也给网络 故障检测带来了一些新的挑战，除了网络配置错误、网络设备故障之外，我们 还需要检查SDN网络的数据平面是否按照控制层面制定的策略在工作。传统的 网络监控工具无法满足SDN网络中故障检测的要求，近年来研究者们提出了许 多新的故障检测工具。

在SDN网络中一个非常实用的技术是数据包传输轨迹检测，通过追踪网络 中业务流量的路径，我们可以测量网络流量矩阵，检测由拥塞引起的流量异常， 定位网络故障，或者只是确保数据平面和控制平面的策略一致性。我们将实现 这种技术的工具分为两类，一类是“带外”工具，他们相当于在网络中引入额 外的“监视层”，包含了收集信息的“监视器”和传递信息的所需要的网络资源。 此类工具通过网络设备或者主机中的“监视器”来记录网络信息，再将“监视 器”获得的信息通过网络传递给管理者，供管理者进行事后查询。这类工具虽 然能够提供较为详尽的网络状态，但是引入“监视层”的做法会让本身就复杂 的网络变得更加复杂，提高了网络中的吞吐量压力。另一类是“带内”工具， 通过数据包包头来携带网络监控信息，不增加网络的复杂度，并且减少了收集 网络信息的开销。但是目前的“带内”技术受限于有限的数据包包头的空间， 只能提供有限的信息，导致对数据包传输轨迹追踪存在着诸多限制。

综上所述，在网络管理中场景中，现有的数据包传输轨迹检测方法存在缺 陷，不能满足实际网络监控中的需求。

发明内容

为了应对上述挑战，本发明提出了一种基于软件定义网络的数据包传输轨 迹检测方法。本方法利用了SDN技术的高可编程性，通过向OpenFlow交换机 中添加流表的方式来实现对经过交换机的数据包进行操作。该方法利用数据包 标记技术将数据包轨迹信息标记在数据包包头中，属于一种“带内”方法。传 统“带内”方法的操作粒度是数据包级别，力求在一个数据包的包头空间中记 录完整的信息。与传统方法不同，我们提出的一种基于软件定义网络的数据包 传输轨迹检测方法将操作粒度上升到数据流级别，数据包只携带完整路径中的 一部分信息，当终端收到一定数量的数据包后，就可以复原出完整的路径信息。

本发明的技术方案：

一种基于软件定义网络的数据包传输轨迹检测方法，在逻辑上分为两个部 分：交换机端的数据包标记模块和目的设备端的轨迹重建模块；

(1)首先提出如下概念

路径：一个数据包从源设备到目的设备的传输轨迹，例如，<源设备-交换 机1-交换机2-…-交换机n-目的设备>；

子路径：一条路径中相邻两个设备确定的一段轨迹，例如，<交换机1-交换 机2>；