[发明专利]一种基于可编程网络硬件设备实现面向可靠组播的数据包过滤方法

说明书

本发明涉及软件定义网络中可编程网络硬件设备的数据包处理领域，具体来说是一种基于可编程网络硬件设备的数据包处理能力，实现面向可靠组播的数据包过滤方法。接收端可以向SDN控制器发送过滤信息；SDN控制器控制可编程网络硬件设备的数据处理及转发行为，实现具有特定标签的数据包发送至特定接收端。为了支持上层的可靠组播协议，通过可编程网络硬件设备的打序列号功能，在可编程网络硬件设备实施过滤前后向数据包写入两个序列号，使接收端可以判断数据包缺失是由于过滤还是丢失，其优点在于：在网络传输过程中，实现了数据包的过滤操作，使每个接收端只收到过滤后的数据包，减少接收端的带宽占用。

技术领域

本发明涉及可编程网络硬件设备(如软件定义网络中可编程网络硬件设备)的数据包处理领域，具体来说是一种基于可编程网络硬件设备的数据包处理能力，实现面向可靠组播的数据包过滤方法。

背景技术

目前一种实际通用的可靠组播协议是PGM(Reliable Multicast Programming)协议。其基本思想是接收端收到数据包时，根据数据包上的序列号判断是否有缺失：当发现没有缺失时，将数据包上传到上层应用；当发现有缺失时，向发送端发送NAK(NegativeAcknowledgement)数据包，指明所缺失数据包的序列号。发送端根据收到的NAK数据包中的缺失数据包的序列号，进行数据包的重传操作。该做法的好处是，在存在多个接收端的组播场景下，不会出现大量的Acknowledgement(ACK)数据包(即对每一个收到的数据包，接收端对发送端发送反馈，确认数据包的收到)在网络中的传输，避免ACK风暴。

数据包过滤是通过数据包上的标签，对数据包进行过滤操作，其目的是使上层应用只收到并处理具有特定标签的数据包。在可靠组播场景中，由于发送端不存在对每一个接收端的连接，除非所有接收端指定的过滤标签都一致，否则无法在发送端进行过滤。目前普遍做法是接收端在收到所有数据包后，对数据包进行过滤。接收端通过底层可靠组播PGM协议保证收到所有数据包后，再根据上层应用设置的过滤策略，根据数据包的标签，对数据包进行过滤操作(即过滤操作实现在可靠组播协议之上)。然而，该方法的弊端是即使接收端的应用程序设置了过滤策略，全部的数据包也会传入该接收端，影响接收端系统性能：大量数据包占用带宽资源；数据包过滤操作占用计算资源(从而增加延时)。因此，出于对系统性能优化的考虑，需要把过滤操作实现在数据包在网络传输过程中，减少对接收端系统性能的影响。

网络硬件设备(如交换机)的可编程性概念来源于软件定义网络(Software-Defined Networking，SDN)。SDN的思想是通过将控制逻辑从网络交换机(包括三层交换机)中分离，并集中于SDN控制器，使交换机专注于转发功能。SDN控制器可以基于全网状态及上层应用需求，通过其南向接口对底层交换机下发转发策略；交换机则基于转发策略对接收到的数据包进行转发、修改等操作。对比于传统网络中具有固定控制逻辑的三层交换机(如实现OSPF协议等)，通过将控制逻辑从中分离，可以较大程度上提高其可编程能力，进而增加对网络中数据包处理的灵活性。可编程网络硬件设备对数据包处理的能力基于底层芯片的实现；由于芯片的差异性，可编程网络硬件设备处理数据包的能力并没有统一标准。本发明中考虑的可编程网络硬件设备具有的数据包处理能力包括：基于标签对数据包进行转发及对数据包打序列号。

基于SDN可编程网络硬件设备可以灵活地实现在网络中对数据包的过滤操作。当接收端对数据包具有过滤需求时，接收端可以发送相应过滤请求信息至SDN控制器。SDN控制器收到请求后，向底层可编程网络硬件设备下发数据包处理策略，进而实现网络中对数据包的过滤操作。