CN104243196A - 一种sdn架构下的虚拟网络映射保护方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种SDN架构下的虚拟网络映射保护方法及***，该方法包括：应用层根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型；网络虚拟层构建各用户定义的子网络模型，并将所述子网络模型整合成全局网络视图，将所述全局网络视图发送给控制器层；所述控制器层将全局网络视图中包含的各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络，当所述工作设备网络出现故障满足指定条件且所述保护设备网络无故障，则将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络。通过本发明可以以实现快速响应设备网络故障的随机性。

Description

一种SDN架构下的虚拟网络映射保护方法及***

技术领域

本发明涉及网络领域，特点是涉及一种SDN(Software Defined Network，软件定义网络)架构下的对虚拟网络映射保护方法及***。

背景技术

随着云网络时代的到来，业界对互联网的发展提出了更高的要求，如何满足用户数量、业务种类、带宽需求等的不断增长、如何满足用户对业务流量的实时动态支取，是下一代网络技术亟待解决的主要问题。目前的网络效率低，难以扩展，耗费大量时间和资源并且不能支持灵活的运营。在多数情况下，所有网络资源遍布在采用标准化协议的物理交换机和路由器上。网络设备的配置主要是对每个交换机进行独立的配置，结果造成网络架构极其复杂。特别是对于大型网络和数据中心来说，为了实施某个变化，网络操作员必须对每个交换机或路由器重新配置路由协议，需要耗费大量时间，非常繁琐。

SDN能够高效地把网络数据流处理从控制数据流的逻辑和规则中分离出来，并且让运营商和企业能够控制管理自己的数据，从而实现能够实施不同规则和路由的能力，包括决定哪些类型的数据在本地而哪些类型的数据在远程处理。本质上，SDN让组织机构能够精细地看到并控制对网络和资源的访问，让用户得以解决影响网络的具体问题。用户可通过一个门户就可以更加迅速、更加灵活、更加轻松地管理用户的工作。

如图1所示，该图展示了目前业界普遍认同的SDN架构，该架构主要包括：应用层(Application Layer)、网络虚拟层(Network Virtualization Layer)、控制器层(Controller Layer)、设备层(Device Layer)共四个层面。其中，

1、应用层，让用户根据自身需要通过编写控制程序，实现定义网络模型的目的；用户可在自身定义的网络模型上，发起对业务连接的操作(包括建立、删除、修改、查询等)请求；

2、虚拟层，是将用户定义的所有抽象网络模型进行整理分析，并最终形成全局网络视图；

3、控制器层，建立全局网络视图与物理设备网络的映射关系，根据用户下发的业务请求，在全局网络视图中实现对业务连接的智能控制，并将最终形成的业务连接配置通过OpenFlow(开放的流)协议或PCEP(PathComputation Element Protocol，路径计算单元协议)扩展协议下发到对应设备节点上的OpenFlow表项中；

4、设备层，各设备节点根据自身的OpenFlow表项记录，执行本节点的业务调度功能。

在SDN架构体系中，通过开放北向接口，由用户根据需要编写程序，定义所需网络模型。用户所定义的网络模型本身可看成是SDN技术为用户提供的一种服务，可以根据用户需要配置、迁移，不受物理位置的限制；并可由用户告知网络如何运行才能更好地满足应用的需求，比如业务的带宽、时延需求，计费对路由的影响等等。

在SDN架构体系中，控制器层通过“全局网络视图与物理设备网络的映射”功能，最终完成用户定义网络“驱动”物理设备网络的正常运行。

正常情况下，由用户定义网络整合而成的全局网络视图与物理层网络的映射关系是唯一对应的。在遇到自然灾害以及社会生活中发生的一些不确定因素情况下，会出现物理网络设备节点、链路等故障，从而造成这一映射关系的中断，影响用户定义网络的正常运营。通常的做法是依靠物理设备网络内部的保护机制实现网络的恢复，这种保护机制的弊端在于：

无法应对网络内部故障的随机性，在复杂物理设备网络(包括星形、MESH(网格网络)、环网等)中，处于运营成本等考虑，运营商通常只对网络中的部分节点、链路通过环网、双归属等机制实施保护。无法对网络中的每个节点、每条链路都进行保护，客观上也就无法应对网络内部故障的随机性。

依靠对网络内部局部节点和链路进行保护而在故障发生后恢复的设备网络，虽然可以恢复全局网络视图与设备网络的映射关系，但无法满足原映射关系的优化求解目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种SDN架构下的虚拟网络映射保护方法及***，以实现快速响应设备网络故障的随机性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种软件自定义网络(SDN)架构下的虚拟网络映射保护方法，包括：

应用层根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型；

网络虚拟层构建各用户定义的子网络模型，并将所述子网络模型整合成全局网络视图，将所述全局网络视图发送给控制器层；

所述控制器层将全局网络视图中包含的各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络，当所述工作设备网络出现故障满足指定条件且所述保护设备网络无故障，则将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络。

进一步地，上述方法还具有下面特点：

所述应用层根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型后，还包括：

所述应用层对所定义的子网络模型设置保护策略和映射优化求解目标，

所述网络虚拟层分别记录所述全局网络视图所包含的各子网络模型的保护策略和映射求解目标，将所述各子网络模型的保护策略和映射求解目标与所述全局网络视图一起发送给所述控制器层；

所述控制器层是根据所述各子网络模型的保护策略和映射优化求解目标将各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络的。

进一步地，上述方法还具有下面特点：所述各子网络模型的保护策略包括以下的任一种，

工作设备网络和保护设备网络的物理设备节点和链路均不允许共享；

工作设备网络和保护设备网络只允许物理设备节点共享；

工作设备网络和保护设备网络允许链路共享。

进一步地，上述方法还具有下面特点：所述映射优化求解目标包括以下的一种或多种：

资源代价最小、映射数量最多、负载均衡和收益最大。

进一步地，上述方法还具有下面特点：所述控制器层将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络后，还包括：

所述控制器层如接收到工作设备网络故障全部恢复的消息后，将所述对应子网络的工作映射关系恢复为所述工作设备网络。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种虚拟网络映射保护***，其中，包括：

应用层模块，用于根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型；

网络虚拟层模块，用于构建各用户定义的子网络模型，并将所述子网络模型整合成全局网络视图，将所述全局网络视图发送给控制器层模块；

所述控制器层模块，用于将全局网络视图中包含的各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络，当所述工作设备网络出现故障满足指定条件且所述保护设备网络无故障，则将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络。

进一步地，上述***还具有下面特点：

所述应用层模块，根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型后还用于：对所定义的子网络模型设置保护策略和映射优化求解目标，

所述网络虚拟层模块，还用于分别记录所述全局网络视图所包含的各子网络模型的保护策略和映射求解目标，将所述各子网络模型的保护策略和映射求解目标与所述全局网络视图一起发送给所述控制器层模块；

所述控制器层模块，是根据所述各子网络模型的保护策略和映射优化求解目标将各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络的。

进一步地，上述***还具有下面特点：所述应用层模块设置的各子网络模型的保护策略包括以下的任一种，

工作设备网络和保护设备网络的物理设备节点和链路均不允许共享；

工作设备网络和保护设备网络只允许物理设备节点共享；

工作设备网络和保护设备网络允许链路共享。

进一步地，上述***还具有下面特点：所述应用层模块设置的各子网络模型的映射优化求解目标包括以下的一种或多种：

资源代价最小、映射数量最多、负载均衡和收益最大。

进一步地，上述***还具有下面特点：

所述控制器层模块，将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络后还用于：如接收到工作设备网络故障全部恢复的消息后，将所述对应子网络的工作映射关系恢复为所述工作设备网络。

本发明提供一种SDN架构下的虚拟网络映射保护方法及***，可以以实现快速响应设备网络故障的随机性。

附图说明

图1为目前业界公认的SDN网络架构示意图；

图2为本发明实施例的SDN架构下的虚拟网络映射保护方法的流程图；

图3为本发明实施例的子网模型与物理层设备网络映射关系的示意图；

图4为本发明实施例的工作设备网络与保护设备网络只允许节点共享的示意图；

图5为本发明实施例的工作设备网络与保护设备网络允许链路共享的示意图；

图6为本发明实施例的子网模型与设备网络映射关系的倒换流程图；

图7为本发明实施例的工作网络故障恢复后虚拟网络映射的恢复流程图；

图8为本发明实施例的虚拟网络映射保护***的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在SDN网络中，全局网络视图与设备网络映射关系的健康运行至关重要，需要SDN技术针对这种映射提供保护方法。为此，本发明实施例提出了一种基于SDN架构下的虚拟网络映射保护方法，旨在通过该保护方法能够实现对全局网络视图与物理层网络映射关系的保护，以实现快速响应设备网络故障的随机性；实现对全局网络视图与物理层网络映射关系的映射优化求解目标的保护。

图2为本发明实施例的SDN架构下的虚拟网络映射保护方法的流程图，如图2所示，本实施例的方法包括：

步骤101、SDN应用层根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型；

应用层接受各用户分别发送的网络编辑请求，根据各用户需要，编辑、定义子网模型，并可以对所定义的子网络模型设置保护策略、映射优化求解目标；

步骤102、SDN网络虚拟层负责构建各用户定义的子网络模型，并整合成全局网络视图；

在网络虚拟层需要分别记录全局网络视图所包含的各子网络模型的保护策略、映射求解目标；网络虚拟层记录各子网络模型的保护策略、映射求解目标作起到备份的作用，并由网络虚拟层将全局网络视图(含各子网络模型的保护策略，映射求解目标)信息传递给控制器层。

步骤103、控制器层将全局网络视图中包含的各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络，当所述工作设备网络出现故障满足指定条件且所述保护设备网络无故障，则将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络。

控制器层负责完成全局网络视图与物理层网络设备的映射，在映射过程中，可以针对全局网络视图所包含的各子网络模型、各子网模型的保护策略(如用户级别)、映射优化求解目标分别构建对应的各子网映射保护机制。具体做法如下：

A、根据保护策略、映射优化求解目标将用户定义的同一子网模型分别映射成工作设备网络映射关系和保护设备网络映射关系，这两个映射关系的功能完全相同；

B、正常情况下，子网与工作设备网络的映射关系处于工作状态，子网与保护设备网络的映射关系处于非工作状态；

C、当工作设备网络出现故障(如果内部出现设备节点或链路故障)且此时保护设备网络处于无故障的正常状态时，由控制器层负责将子网与保护设备网络的映射关系倒换为工作状态，此时子网与工作设备网络的映射关系变为非工作状态。

用户定义的子网模型与物理设备网络映射关系的保护策略可以分为如下几种：

VIP贵宾级服务级别：有保护且满足工作设备网络与保护设备网络绝对无关，即工作设备网络与保护设备网络的物理设备节点和链路均不允许共享，保护网络与工作网络不重合，不受工作网络的影响，如图3所示，

普通贵宾级服务级别：有保护，工作设备网络与保护设备网络只允许节点共享，如图4所示，可以允许2个及以上的节点共享。

会员级服务级别：有保护，工作设备网络与保护设备网络允许链路共享(共享的节点和链路信息由控制器层确立)，可以节省网络资源，如图5所示；

普通用户级服务级别：无保护，仅依靠设备网络内部的设备保护倒换机制实现与子网模型映射关系的恢复。

其中，映射优化求解目标可以包括以下的一种或多种：

资源代价最小、映射数量最多、负载均衡及收益最大等。

图6为本发明实施例的子网模型与设备网络映射关系的倒换流程图，如图6所示，本实施例的子网模型与设备网络映射关系的倒换可以包括以下步骤：

步骤201、工作设备网络故障，上报控制器层；

工作设备网络故障可以包括：工作设备网络内部的节点故障或链路故障。

步骤202、判断工作设备网络故障在控制器层上设置的时间阈值内是否恢复，如未恢复，则转步骤203，如恢复，则结束该流程。

步骤203、判断保护设备网络是否存在故障，如无故障，则转步骤204，否则结束该流程。

步骤204、控制器层将映射关系倒换到保护设备网络上；

该步骤中，如果工作设备网络上运行着用户业务，也将一并倒换到保护设备网络上。

图7为本发明实施例的工作网络故障恢复后虚拟网络映射的恢复流程图，如图7所示，本恢复流程可以包括以下步骤：

步骤301、工作设备网络故障全部恢复，此时工作网络状态正常并上报至控制器层；

步骤302、控制器层将映射关系倒换从保护设备网络恢复到工作设备网络上，此时如果保护设备网络上运行着用户业务，也将一并倒换回到工作设备网络上。

图8为本发明实施例的虚拟网络映射保护***的示意图，如图8所示，本实施例的***包括：

应用层模块，用于根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型；

网络虚拟层模块，用于构建各用户定义的子网络模型，并将所述子网络模型整合成全局网络视图，将所述全局网络视图发送给控制器层模块；

所述控制器层模块，用于将全局网络视图中包含的各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络，当所述工作设备网络出现故障满足指定条件且所述保护设备网络无故障，则将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络。

在一优选实施例中，所述应用层模块，根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型后还用于：对所定义的子网络模型设置保护策略和映射优化求解目标，

所述网络虚拟层模块，还用于分别记录所述全局网络视图所包含的各子网络模型的保护策略和映射求解目标，将所述各子网络模型的保护策略和映射求解目标与所述全局网络视图一起发送给所述控制器层模块；

所述控制器层模块，是根据所述各子网络模型的保护策略和映射优化求解目标将各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络的。

其中，所述应用层模块设置的各子网络模型的保护策略可以包括以下的任一种，

工作设备网络和保护设备网络的物理设备节点和链路均不允许共享；

工作设备网络和保护设备网络只允许物理设备节点共享；

工作设备网络和保护设备网络允许链路共享。

其中，所述应用层模块设置的各子网络模型的映射优化求解目标包括以下的一种或多种：

资源代价最小、映射数量最多、负载均衡和收益最大。

在一优选实施例中，所述控制器层模块，将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络后还可以用于：如接收到工作设备网络故障全部恢复的消息后，将所述对应子网络的工作映射关系恢复为所述工作设备网络。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上仅为本发明的优选实施例，当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种软件自定义网络(SDN)架构下的虚拟网络映射保护方法，包括：

应用层根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型；

网络虚拟层构建各用户定义的子网络模型，并将所述子网络模型整合成全局网络视图，将所述全局网络视图发送给控制器层；

所述控制器层将全局网络视图中包含的各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络，当所述工作设备网络出现故障满足指定条件且所述保护设备网络无故障，则将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述应用层根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型后，还包括：

所述应用层对所定义的子网络模型设置保护策略和映射优化求解目标，

所述网络虚拟层分别记录所述全局网络视图所包含的各子网络模型的保护策略和映射求解目标，将所述各子网络模型的保护策略和映射求解目标与所述全局网络视图一起发送给所述控制器层；

所述控制器层是根据所述各子网络模型的保护策略和映射优化求解目标将各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络的。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述各子网络模型的保护策略包括以下的任一种，

工作设备网络和保护设备网络的物理设备节点和链路均不允许共享；

工作设备网络和保护设备网络只允许物理设备节点共享；

工作设备网络和保护设备网络允许链路共享。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述映射优化求解目标包括以下的一种或多种：

资源代价最小、映射数量最多、负载均衡和收益最大。

5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：所述控制器层将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络后，还包括：

所述控制器层如接收到工作设备网络故障全部恢复的消息后，将所述对应子网络的工作映射关系恢复为所述工作设备网络。

6.一种虚拟网络映射保护***，其特征在于，包括：

应用层模块，用于根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型；

网络虚拟层模块，用于构建各用户定义的子网络模型，并将所述子网络模型整合成全局网络视图，将所述全局网络视图发送给控制器层模块；

所述控制器层模块，用于将全局网络视图中包含的各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络，当所述工作设备网络出现故障满足指定条件且所述保护设备网络无故障，则将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络。

7.如权利要求6所述的***，其特征在于：

所述应用层模块，根据各用户的网络编辑请求，编辑、定义子网络模型后还用于：对所定义的子网络模型设置保护策略和映射优化求解目标，

所述网络虚拟层模块，还用于分别记录所述全局网络视图所包含的各子网络模型的保护策略和映射求解目标，将所述各子网络模型的保护策略和映射求解目标与所述全局网络视图一起发送给所述控制器层模块；

所述控制器层模块，是根据所述各子网络模型的保护策略和映射优化求解目标将各子网络模型分别映射成工作设备网络和保护设备网络的。

8.如权利要求7所述的***，其特征在于：所述应用层模块设置的各子网络模型的保护策略包括以下的任一种，

工作设备网络和保护设备网络的物理设备节点和链路均不允许共享；

工作设备网络和保护设备网络只允许物理设备节点共享；

工作设备网络和保护设备网络允许链路共享。

9.如权利要求7所述的***，其特征在于：所述应用层模块设置的各子网络模型的映射优化求解目标包括以下的一种或多种：

资源代价最小、映射数量最多、负载均衡和收益最大。

10.如权利要求6-9任一项所述的***，其特征在于：

所述控制器层模块，将对应子网络的工作映射关系从工作设备网络切换为保护设备网络后还用于：如接收到工作设备网络故障全部恢复的消息后，将所述对应子网络的工作映射关系恢复为所述工作设备网络。