[发明专利]软件定义网络中集群主控制器的推选方法

说明书

本发明提供的软件定义网络中集群主控制器的推选方法，提出了控制器集群的机制架构和功能运行设计方法，软件定义网络体系结构采用控制器集群的架构方式，对控制器集群的通信机制、数据缓存机制、数据一致性和事件通知进行了设计和实现，解决单一控制器在安全性、扩展性和性能方面的不足；提出了一种控制器性能值的计算方法，该方法融合直接影响控制器性能的几个关键的指标，得出综合指标的一个评定函数，评定函数的值即为每个控制器的性能值大小；本发明拥有执行频率低、推选过程中产生的消息类型少、充分考虑容错处置，实现比较简单、具有较低的时间复杂度和较高的通信复杂度等优点。

技术领域

本发明涉及一种网络集群主控制器推选方法，特别涉及一种软件定义网络中集群主控制器的推选方法，属于主控制器推选技术领域。

背景技术

随着网络技术的不断发展，传统网络出现了诸多问题，如网络配置复杂度高、路由表条数过多导致路由器变得臃肿不堪等问题，这些问题说明传统网络体系架构面临着革新，可编程网络为后期软件定义网络的产生提供了可以参考的依据。主动网络中，允许将用户程序放置到数据包中，并能让网络设备路由器自动执行转发过程，用户可以通过编程的方式动态的配置自己需要的网络形态，达到方便管控网络的目的。但由于主动网络有诸多缺点，如网络协议兼容性差，致使其并未在实际中得到部署，4D架构的出现将决策平面从数据平面中分离，使控制平面自动化和中心化，其设计思想便是软件定义网络出现的基础。

通过参考计算机系统的抽象结构，网络体系结构也可以抽象为转发抽象、状态抽象和配置抽象三部分。在转发抽象中，将传统路由器中的逻辑控制抽离出来，交由控制层管控，在控制平面与转发平面加以标准协议，确保数据包能在此网络结构中正确转发。控制层得到全网的拓扑图，便于通过全网拓扑对网络进行统一配置。配置抽象又能更近一层的简化网络模型，用户只需通过控制平面提供给应用层的接口便能对网络进行简单配置，完成对交换机的统一部署，因此网络结构抽象是软件定义网络产生的决定性因素。目前，在分布式环境中进行主结点的推选已经成为各个领域研究中必不可少的一部分，主结点作为分布式结构下的leader结点，掌控着整个网络中的状态信息，其功能主要有负载均衡的协调、网络决策仲裁、消息接收与下发和路由的查询等。主结点应该选择性能最优的结点，并且在其失效时能够推选出新的主结点继续服务，从而保证网络的可靠性。

软件定义网络体系架构的核心是将网络的控制平面与转发平面分离，通过对控制平面的软件编程管控整个网络，转发平面依旧运行于网络设备上，而分离出的控制平面交由控制器管控，控制器负责对软件定义网络进行逻辑控制。当软件定义网络的部署跨越多个区域时，采用分布式控制器集群结构，避免单一控制器结点在扩展性和性能等方面的不足。为确保控制器集群达到管控整个软件定义网络的目的，所考虑的第一个问题即是集群中主控制器推选，主控制器维护整个集群中其它控制器和交换机的状态信息，若主控制器出现失效，则需要从集群剩余的控制器中选出新的主控制器，因此需要进行主控制器推选算法，来解决这一问题。现有技术缺少应用到软件定义网络中主控制推选的算法。

现有技术的软件定义网络的仍然有许多问题亟待解决：

第一，控制平面所面临的问题主要有流安装的可靠性和控制器的扩展性，控制器在和交换机通信进行流安装过程时，可能存在着数据包的丢失，网络联接的中断等情况，软件定义网络是一个集中化控制结构，这对软件定义网络的扩展带来了极大阻碍，影响网络规模的扩大，而且单一的集中化控制方式也在安全性和性能上有一定的风险，如果单一的控制器出现失效或者是临时断开，将会导致整个软件定义网络的瘫痪，。即使使用多控制器的结构来解决这一瓶颈，但多控制器中也面临着消息的一致性和扩展性的问题，而本发明的重点是控制平面中控制器的扩展性问题；