[发明专利]一种软件定义抗毁网络构建方法

摘要

本发明公开了一种软件定义抗毁网络构建方法，主要解决现有技术抗毁性差、抗毁恢复时间慢的问题。该方法通过软件定义网络逻辑与转发分离和集中管控的思路，首先通过抗毁控制器采集网络拓扑，合理规划网络路由；其次，当网络毁伤时，抗毁控制器实时根据毁伤节点、链路以及区域重新规划网络路由，实现网络抗毁的能力。本发明提出了两种抗毁恢复算法：最短路径恢复和最快速度恢复，前者能保证网络端到端为最短路径，后者能保证恢复时间较短。采用本发明利用建立的抗毁网络，不仅能够实现快速抗毁恢复，还能够保证与传统网络的兼容性，可满足自然灾害、军事应用等恶劣环境下网络连通性要求高的应用需求。

主权项

1.一种软件定义抗毁网络构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，构建抗毁网络，所述抗毁网络包括SDN交换机组成的网络，以及网络抗毁控制器与所有SDN交换机之间的通信网络，所述网络抗毁控制器用于进行网络传输路径规划，所述SDN交换机根据网络流表转发数据实现网络端到端数据传递；步骤2，根据抗毁评估算法，通过增加或删除网络节点和链路，使网络设计满足抗毁冗余要求；步骤3，部署抗毁网络；步骤4，网络毁伤检测及恢复：网络抗毁控制器实时获取SDN交换机工作状态，当SDN交换机有链路毁伤时，进行网络毁伤恢复；步骤1中，所述网络抗毁控制器与所有SDN交换机之间采用传统IP网络构建；步骤1中，网络抗毁控制器与SDN交换机之间通过Openflow协议通信，网络抗毁控制器实时获取SDN交换机之间的连接情况，包括SDN交换机的加入、退出和链路的断开情况；步骤2包括以下步骤：步骤2‑1，用网络拓扑图G表示网络拓扑，建立网络拓扑图G的邻接矩阵A(G)，矩阵元素用ai,j∈[0,1]表示，i和j表示SDN交换机节点，当ai,j＝1时，表示节点i,j之间存在链路，当ai,j＝0时，表示节点i,j之间不存在链路；步骤2‑2，建立网络拓扑图G的拉氏矩阵L(G)，L(G)＝D(G)‑A(G)，其中D(G)是节点度对角线矩阵，如下式所示：其中deg(i)表示节点i的节点度，建立网络拓扑图G的正则拉氏矩阵Γ(G)：其中deg(j)表示节点j的节点度；步骤2‑3，求解Γ(G)的特征值集合{λ1,λ2,…,λn}及特征值的概率密度PMF和概率分布CDF，n表示特征值的总数，求解Γ(G)谱半径ρ＝|λmax|，概率密度p(λ＝0)表示网络中连通分支的数量，特征值在0附近富集表示网络拓扑图G拥有两个以上的连通分支，概率密度p(λ＝1)表示网络中心的数量，特征值在1附近富集表示网络拓扑图G拥有两个以上的网络中心，谱半径ρ＝|λmax|越小代表抗毁性越差，谱半径ρ＝|λmax|越大代表抗毁性越好；步骤3包括：步骤3‑1，网络抗毁控制器为SDN交换机配置IP地址；步骤3‑2，网络抗毁控制器为SDN交换机之间连接的每条链路分配逻辑网络地址，相邻SDN交换机所分配网络地址为同一网段，分别是该网段的第1个地址和第2个地址；步骤3‑3，网络抗毁控制器根据IP地址及拓扑关系通过最短路径算法计算网络路由并获得路由表，然后将路由表转换成网络流表下发至各SDN交换机；步骤3‑3中，网络抗毁控制器通过感知SDN交换机组成的网络拓扑，并根据所有分配的IP地址进行网络最短路径路由规划；步骤3‑3中，所述路由表包括目的网络地址、下一跳交换机的IP地址、路由表项ID，路由表存储于本地，所述网络流表包括匹配网络地址、出口端口号；步骤4中，网络毁伤恢复采取最短路径恢复策略，包括如下步骤：步骤4‑1，根据最短路径算法计算抗毁网络最短路径矩阵spa1，将毁伤节点或链路从网络拓扑图G中删除，重新计算全网端到端最短路径矩阵spa2；步骤4‑2，遍历网络拓扑图G中的每个SDN交换机针对每个需要路由的IP网络地址，分别从矩阵spa1和矩阵spa2中，获取当前SDN交换机节点到该IP网络地址的下一跳节点编号，记为nexthopid1和nexthopid2，判断编号nexthopid1和编号nexthopid2是否相等，如果不相等，将该SDN交换机的网络流表进行更新，否则不更新；步骤4‑3，删除SDN交换机中需要更新的旧网络流表，重新下发新的网络流表；步骤4中，网络毁伤恢复采取最快速度恢复策略，包括如下步骤：步骤5‑1，获取断开的链路两端的SDN交换机编号，分别记为dpid1、dpid2；步骤5‑2，获取断开的链路两端的SDN交换机相邻IP地址，分别记为ip1、ip2；步骤5‑3，查询编号为dpid1的SDN交换机节点的路由表，记下一跳地址为ip1路由为route1；查询编号为dpid2的SDN交换机节点的路由表，记下一跳地址为ip2的路由为route2；步骤5‑4，从网络拓扑图G中删除毁伤的节点或链路；步骤5‑5，计算编号dpid1到dpid2所对应SDN交换机之间的新的最短路径p1；计算编号dpid2到dpid1所对应SDN交换机之间的新的最短路径p2；步骤5‑6，从编号dpid1起沿路径p1遍历，每次取顺序两个节点a1和b1，检查节点b1路由表中目的路由route1的最短下跳地址是否等于节点a1的IP地址，如果相等则继续遍历；如果不相等，则针对节点a1设置route1的路由下一跳为节点b1的IP地址，退出遍历；步骤5‑7，从编号dpid2起沿路径p2遍历，每次取顺序两个节点a2和b2，检查节点b2路由表中目的路由route2的最短下跳地址是否等于节点a2的IP地址，如果相等则继续遍历；如果不相等，则针对节点a2设置route2的路由下一跳为节点b2的IP地址，退出遍历。