CN104283738B - 一种链路检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种链路检测方法，Openflow交换设备根据携带在检测报文中的源Openflow交换设备的地址信息判断检测报文的入端口是否为正确端口，并在判断结果为是时将检测报文上送到控制器，以使控制器根据检测报文确认Openflow交换设备与源Openflow交换设备之间的链路正常。在使Openflow交换机之间的可达性不再依赖传统的链路检测协议的基础上，实现了SDN网络内的高效路径检测。

Description

一种链路检测方法及设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种链路检测方法。本发明同时还涉及一种Openflow交换设备。

背景技术

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)是一种新型网络创新架构，其核心思想是将网络设备的控制层面与转发层面分离，以实现对网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供良好的平台。SDN网络内使用LLDP(Link Layer DiscoveryProtocol，链路层发现协议)协议进行拓扑发现，控制器定时(一般10s一次)向Openflow交换机的每个Openflow端口发送携带了源设备和源端口信息的LLDP报文，报文经过源Openflow交换机从源端口发送出去，到达相连设备时命中Table Miss流表上送到控制器，控制器解析LLDP报文中源设备、源端口与接收报文的设备和端口判定两设备的端口之间的链路正常，倘若控制器在规定的时候之内没有从某个设备的某个端口收到LLDP报文，则认为该设备的端口的链路故障，删除该端口上的链路并清除所有包含此链路的拓扑路径。

目前，SDN网络的链路检测依靠以上控制器发送LLDP协议的方法来实现，控制器必须在Openflow交换机的每个端口上发送LLDP报文，并且从每个Openflow端口接收报文，在网络内的交换机数量较多的时候控制器进行快速链路检测的压力就会特别大，检测周期太短的话LLDP协议的数量就会过于庞大。SDN网络内两个交换机若不相邻，这种方式就无法明确检测两点之间的链路是否正常，若使用传统的链路检测机制，则必须由控制器下发指定路径的流表，并且由交换机使用链路层检测协议，交换机检测到链路故障后必须使用其他的方法告知控制器异常，而报文在转发过程中出现异常的具体设备以及端口依然无法感知到。

由此可见，如何快速、准确地对SDN网络中的链路状态进行检测，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种链路检测方法，用于快速准确地对SDN网络中各Openflow交换设备之间的链路进行检测，该方法包括：

当所述Openflow交换设备接收到来自于所述SDN网络中其他Openflow交换设备的检测报文时，所述Openflow交换设备根据携带在所述检测报文中的源Openflow交换设备的地址信息，判断所述检测报文的入端口是否为正确端口，所述正确端口为所述SDN网络中从所述Openflow交换设备到所述源Openflow交换设备的唯一最优路由路径的出端口；

若是，所述Openflow交换设备通过自身除所述入端口以外的其他端口转发所述检测报文，并将所述检测报文上送到控制器，以使所述控制器根据所述检测报文确认所述Openflow交换设备与所述源Openflow交换设备之间的链路正常；

若否，所述Openflow交换设备丢弃所述检测报文。

相应地，本发明还提出了一种链路检测设备，该设备作为Openflow交换设备应用于SDN网络中，该设备包括：

判断模块，用于当所述设备收到来自于所述SDN网络中其他Openflow交换设备的检测报文时，根据携带在所述检测报文中的源Openflow交换设备的地址信息，判断所述检测报文的入端口是否为正确端口，所述正确端口为所述SDN网络中从所述Openflow交换设备到所述源Openflow交换设备的唯一最优路由路径的出端口；

处理模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，通过自身除所述入端口以外的其他端口转发所述检测报文，并将所述检测报文上送到控制器，以使所述控制器根据所述检测报文确认所述设备与所述源Openflow交换设备之间的链路正常；

丢弃模块，用于当所述判断模块的判断结果为否时，丢弃所述检测报文。

由此可见，通过应用本发明的技术方案，Openflow交换设备根据携带在检测报文中的源Openflow交换设备的地址信息判断检测报文的入端口是否为正确端口，并在判断结果为是时将检测报文上送到控制器，以使控制器根据检测报文确认Openflow交换设备与源Openflow交换设备之间的链路正常。在使Openflow交换机之间的可达性不再依赖传统的链路检测协议的基础上，实现了SDN网络内的高效路径检测。

附图说明

图1为本发明提出的一种链路检测方法的流程示意图；

图2为本发明具体实施例中由控制器发起链路检测的示意图；

图3为本发明提出的一种链路检测设备的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，SDN网络的拓扑使用LLDP协议来发现拓扑并计算拓扑路径，但是不能依赖于该机制发现网络中的链路故障，尤其是两个非直连设备之间的路径连通性故障检测，控制器作为SDN网络的核心控制设备，必须及时掌握两个设备之间的连通性，防止检测时间太长而导致长时间的业务中断，控制器必须能够在现有拓扑的基础上进行主动探测。因此，本发明提出了如图1所示的链路检测方法，该方法应用于SDN网络中的Openflow交换设备中，包括如下步骤：

S101，当所述Openflow交换设备接收到来自于所述SDN网络中其他Openflow交换设备的检测报文时，所述Openflow交换设备根据携带在所述检测报文中的源Openflow交换设备的地址信息，判断所述检测报文的入端口是否为正确端口，所述正确端口为所述SDN网络中从所述Openflow交换设备到所述源Openflow交换设备的唯一最优路由路径的出端口。

在网络拓扑稳定后，任意两个设备之间都存在一个唯一的最优路径，当存在多个最优路径时控制器也会选取其中之一作为唯一路径。为了能够将从正确端口进入的检测报文上送给控制器，本发明使控制器在每个Openflow交换机上都下发两种基于MAC的流表，一种类型的流表是基于源MAC的源过滤流表，该源MAC唯一的标识了一个Openflow交换机，由Openflow交换机在Openflow连接建立后通过Switch Description消息带到控制器，用于过滤从不正确的端口进入的报文，交换机收到报文的时候查询源MAC流表，流表中端口必须和报文的实际入端口一致，若不一致则丢弃该报文，源过滤的流表与交换机数量相关，每个交换机都下发其他交换机MAC地址的源过滤流表；另一种类型的流表用于匹配控制器的检测报文，该检测报文由控制器决定，仅仅在本SDN域内有效，不会转发到其他的传统域或者SDN域内，检测报文的源MAC必须是源Openflow交换机的源MAC，目的MAC可以使用一个保留的组播MAC，流表的动作是转发到控制器并且在SDN域内广播，目前Openflow协议中没有此类端口，可通过扩展该端口类型的方式来标识此类动作。

在具体的实施过程中，本步骤的地址信息可以采用源Openflow交换设备的源MAC，相应地，Openflow交换设备中存储有与各所述其他Openflow交换设备的MAC对应的源过滤流表。而在收到携带了源MAC的检测报文后，Openflow交换设备将查询与源MAC对应的源过滤流表，判断所述源过滤流表中的端口是否与所述检测报文的入端口一致，如果一致，那么确认所述入端口为所述正确端口；如果不一致，则确认所述入端口非正确端口。

同时，在每个Openflow交换设备中还存储有检测报文匹配流表，所述检测报文匹配流表用于指示所述Openflow交换设备将来自于所述正确端口的检测报文转发至所述控制器并且在所述SDN网络中进行广播。在此需要指出的是，所述源过滤流表以及所述检测报文匹配流表由所述控制器在网络拓扑稳定并确定所述网络中各所述Openflow交换设备之间的唯一最优路由路径后下发至各所述Openflow交换设备之中。其中，所述源Openflow交换设备的源MAC由所述Openflow交换设备在Openflow连接建立后通告所述控制器；所述检测报文匹配流表的匹配项为控制器设置的组播地址，动作为在本地进行广播并上送控制器。

S102，若是，所述Openflow交换设备通过自身除所述入端口以外的其他端口转发所述检测报文，并将所述检测报文上送到控制器，以使所述控制器根据所述检测报文确认所述Openflow交换设备与所述源Openflow交换设备之间的链路正常。

基于上述设置，为了及时探测网络中任意两个设备之间的链路可达性，可以选取一个设备作为源设备发出检测报文，检测报文在网络泛洪，正常情况下每个Openflow交换机都会接收到这个检测报文，沿途的交换机一方面将从正确端口上送的报文送到控制器，一方面广播该报文，除了入端口外的报文都会转发，同时将从不正确端口上送的报文丢弃，防止广播环路。控制器收到报文后记录每个上送该检测报文的设备，记录源设备到达这些设备的路径正常。由于控制器维护整个网络的拓扑，源设备到其他设备的依次路径检测可以计算出其他设备之间的链路连通性。

具体地，如果当某个Openflow交换设备被所述控制器指定为源Openflow交换设备并接收到来自于所述控制器的检测报文时，所述Openflow交换设备将所述检测报文在所述SDN网络中进行广播。这样其他的Openflow交换设备即可进行后续的流程。

S103，若否，所述Openflow交换设备丢弃所述检测报文。

由于网络的控制管理一般都通过控制器来实现，因此对于控制器来说，如果控制器在预设的时间阈值内未收到所述Openflow交换设备上送的检测报文时，所述控制器确认所述Openflow交换设备与所述源Openflow交换设备之间的链路存在故障；此时控制器将故障链路的流量切换至与所述故障链路对应的备份路径，和/或从所述网络当前的Openflow交换设备中指定新的源Openflow交换设备。

基于以上流程可以看出，本发明所提出的链路检测方法在SDN网络内实现了由控制器直接控制的拓扑路径检测，从而可以更有效的支持网络内的路径切换，Openflow交换机不再依赖于传统的链路检测协议，达到了控制器对网络拓扑的完全控制。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合如图2所示的具体应用场景，对本发明的技术方案进行说明。在如图2所示的SDN网络中，控制器可以定时触发检测也可以由用户操作触发一次检测，选择网络中的一个Openflow交换机作为源设备进行路径检测，检测报文内部携带源设备信息，该报文以Packetout类型发送到源Openflow交换机，Openflow交换机将会在本地进行广播，所有Openflow端口都会发送一份报文出去，沿途设备SW2、SW3、SW4、SW5在链路正常的情况下都会收到检测报文。

网络中的以SW1为源MAC过滤规则如下：

SW2到SW1的路径为SW2—SW1，SW2设备上的转发端口为端口1，源MAC过滤流表中允许通过端口为端口1；

SW3到SW1的路径为SW3—SW1，SW3设备上的转发端口为端口1，源MAC过滤流表中允许通过端口为端口1；

SW4到SW1的路径为SW4—SW2—SW1，SW4设备上的转发端口为端口2，源MAC过滤流表中允许通过端口为端口2；

SW5到SW1的路径为SW5—SW4—SW2—SW1，SW5设备上的转发端口为端口4，源MAC过滤流表中允许通过端口为端口4。

检测报文的转发和上送过程如下：

SW1将Packetout报文从端口2和端口3发出去；

SW2将从端口1收到的报文上送到控制器并从端口3、端口4转发出去，将从端口3收到的检测报文丢弃；

SW3将从端口1收到的报文送到控制器并从端口2、端口4转发出去，将从端口2收到的检测报文丢弃；

SW4将从端口2收到的报文上送到控制器，并将报文从端口3和端口5发送出去，将从端口3接收的报文丢弃；

SW5将从端口4收到的报文送到控制器。

控制器从SW2收到报文后，判定SW1和SW2之间链路正常；从SW3收到报文，判定SW1和SW3之间的链路正常；从SW4收到报文，判定SW1和SW4之间链路正常，SW2和SW4之间链路正常；从SW5收到报文，判定SW1到SW5之间链路正常，SW2和SW5之间链路正常，SW4和SW5之间链路正常。值得注意的是，由于网络中的拓扑是控制器完全控制，转发路径由控制器下发到交换机，交换机不能自动转发报文，控制器才可以根据检测报文的结果判定拓扑路径的连通性。

倘若控制器从源SW1发出的检测报文在SW2上没有接收到，那么SW4和SW5也不会收到(SW4只会上送来自于SW2的检测报文)，控制器可以确定SW1—SW2之间的链路路径异常；再次以SW2为源设备发送检测报文，检测报文中携带的是SW2的源设备信息，报文源MAC为SW2地址，之后报文会重新在网络内泛洪并上送控制器，若SW4/SW5有报文上送，则可以确定整网中只有SW1—SW2之间链路故障；若网络还有其他设备没有收到报文，则进一步的选取没有收到报文设备为源设备进行探测，直到最后所有设备都接收到检测报文或者所有设备都没有收到检测报文为止。

若网络中SW1和SW5之间存在主备路径，主路径为SW1—SW2—SW4—SW5，备份路径SW1—SW3—SW4—SW5，使用该方法只需要一次检测就能够及时检测出主路径上是否存在链路故障，当存在故障时可以迅速将流量切换到备份路径上。通过这种方法，控制器能够及时的掌握网络中的链路状态，避免了使用LLDP协议带来的过长的检测时间，同时也使得Openflow交换机不需要再依赖于传统的链路检测方法就可以实现比较快速的路径检测和切换。

为达到以上技术目的，本发明还提出了一种链路检测设备，如图3所示，所述设备作为Openflow交换设备应用于SDN网络中，还包括：

判断模块310，用于当所述设备收到来自于所述SDN网络中其他Openflow交换设备的检测报文时，根据携带在所述检测报文中的源Openflow交换设备的地址信息，判断所述检测报文的入端口是否为正确端口，所述正确端口为所述SDN网络中从所述Openflow交换设备到所述源Openflow交换设备的唯一最优路由路径的出端口；

处理模块320，用于当所述判断模块的判断结果为是时，通过自身除所述入端口以外的其他端口转发所述检测报文，并将所述检测报文上送到控制器，以使所述控制器根据所述检测报文确认所述设备与所述源Openflow交换设备之间的链路正常；

丢弃模块330，用于当所述判断模块的判断结果为否时，丢弃所述检测报文。

在具体的应用场景中，所述地址信息具体为所述源Openflow交换设备的源MAC，所述设备中存储有与各所述其他Openflow交换设备的MAC对应的源过滤流表，所述判断模块具体用于：

查询与所述源MAC对应的源过滤流表，判断所述源过滤流表中的端口是否与所述检测报文的入端口一致，

若一致，所述判断模块确认所述入端口为所述正确端口；

若不一致，所述判断模块确认所述入端口非正确端口。

在具体的应用场景中，所述设备中还存储有检测报文匹配流表，所述检测报文匹配流表用于指示所述Openflow交换设备将来自于所述正确端口的检测报文转发至所述控制器并且在所述SDN网络中进行广播。

在具体的应用场景中，所述源过滤流表以及所述检测报文匹配流表由所述控制器在网络拓扑稳定并确定所述网络中各所述Openflow交换设备之间的唯一最优路由路径后下发至各所述Openflow交换设备之中，还包括：

所述源Openflow交换设备的源MAC由所述Openflow交换设备在Openflow连接建立后通告所述控制器；

所述检测报文匹配流表的匹配项为控制器设置的组播地址，动作为在本地进行广播并上送控制器。

在具体的应用场景中，还包括：

广播模块，用于当所述设备被所述控制器指定为源Openflow交换设备并接收到来自于所述控制器的检测报文时，将所述检测报文在所述SDN网络中进行广播。

通过应用本发明的技术方案，Openflow交换设备根据携带在检测报文中的源Openflow交换设备的地址信息判断检测报文的入端口是否为正确端口，并在判断结果为是时将检测报文上送到控制器，以使控制器根据检测报文确认Openflow交换设备与源Openflow交换设备之间的链路正常。在使Openflow交换机之间的可达性不再依赖传统的链路检测协议的基础上，实现了SDN网络内的高效路径检测。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施场景所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种链路检测方法，其特征在于，所述方法应用于软件定义网络SDN中的Openflow交换设备中，该方法包括：

当所述Openflow交换设备接收到来自于所述SDN网络中其他Openflow交换设备的检测报文时，所述Openflow交换设备根据携带在所述检测报文中的源Openflow交换设备的地址信息，判断所述检测报文的入端口是否为正确端口，所述正确端口为所述SDN网络中从所述Openflow交换设备到所述源Openflow交换设备的唯一最优路由路径的出端口；

若是，所述Openflow交换设备通过自身除所述入端口以外的其他端口转发所述检测报文，并将所述检测报文上送到控制器，以使所述控制器根据所述检测报文确认所述Openflow交换设备与所述源Openflow交换设备之间的链路正常；

若否，所述Openflow交换设备丢弃所述检测报文；

其中，所述地址信息具体为所述源Openflow交换设备的源介质访问控制MAC，所述Openflow交换设备根据携带在所述检测报文中的源Openflow交换设备的地址信息，判断所述检测报文的入端口是否为正确端口，具体为：

所述Openflow交换设备查询与所述源MAC对应的源过滤流表，判断所述源过滤流表中的端口是否与所述检测报文的入端口一致，

若一致，则确认所述入端口为所述正确端口；

若不一致，则确认所述入端口非正确端口。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Openflow交换设备中存储有与各所述其他Openflow交换设备的MAC对应的源过滤流表。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述Openflow交换设备中还存储有检测报文匹配流表，所述检测报文匹配流表用于指示所述Openflow交换设备将来自于所述正确端口的检测报文转发至所述控制器并且在所述SDN网络中进行广播。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述源过滤流表以及所述检测报文匹配流表由所述控制器在网络拓扑稳定并确定所述网络中各所述Openflow交换设备之间的唯一最优路由路径后下发至各所述Openflow交换设备之中，还包括：

所述源Openflow交换设备的源MAC由所述Openflow交换设备在Openflow连接建立后通告所述控制器；

所述检测报文匹配流表的匹配项为控制器设置的组播地址，动作为在本地进行广播并上送控制器。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述Openflow交换设备被所述控制器指定为源Openflow交换设备并接收到来自于所述控制器的检测报文时，所述Openflow交换设备将所述检测报文在所述SDN网络中进行广播。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述控制器在预设的时间阈值内未收到所述Openflow交换设备上送的检测报文时，所述控制器确认所述Openflow交换设备与所述源Openflow交换设备之间的链路存在故障；

所述控制器将故障链路的流量切换至与所述故障链路对应的备份路径，和/或从所述网络当前的Openflow交换设备中指定新的源Openflow交换设备。

7.一种链路检测设备，其特征在于，所述设备作为Openflow交换设备应用于SDN网络中，该设备包括：

判断模块，用于当所述设备收到来自于所述SDN网络中其他Openflow交换设备的检测报文时，根据携带在所述检测报文中的源Openflow交换设备的地址信息，判断所述检测报文的入端口是否为正确端口，所述正确端口为所述SDN网络中从所述Openflow交换设备到所述源Openflow交换设备的唯一最优路由路径的出端口；

处理模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，通过自身除所述入端口以外的其他端口转发所述检测报文，并将所述检测报文上送到控制器，以使所述控制器根据所述检测报文确认所述设备与所述源Openflow交换设备之间的链路正常；

丢弃模块，用于当所述判断模块的判断结果为否时，丢弃所述检测报文；

其中，所述地址信息具体为所述源Openflow交换设备的源MAC，

所述判断模块具体用于：

查询与所述源MAC对应的源过滤流表，判断所述源过滤流表中的端口是否与所述检测报文的入端口一致，

若一致，所述判断模块确认所述入端口为所述正确端口；

若不一致，所述判断模块确认所述入端口非正确端口。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备中存储有与各所述其他Openflow交换设备的MAC对应的源过滤流表。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，

所述设备中还存储有检测报文匹配流表，所述检测报文匹配流表用于指示所述Openflow交换设备将来自于所述正确端口的检测报文转发至所述控制器并且在所述SDN网络中进行广播。

10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述源过滤流表以及所述检测报文匹配流表由所述控制器在网络拓扑稳定并确定所述网络中各所述Openflow交换设备之间的唯一最优路由路径后下发至各所述Openflow交换设备之中，还包括：

所述源Openflow交换设备的源MAC由所述Openflow交换设备在Openflow连接建立后通告所述控制器；

所述检测报文匹配流表的匹配项为控制器设置的组播地址，动作为在本地进行广播并上送控制器。

11.如权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括：

广播模块，用于当所述设备被所述控制器指定为源Openflow交换设备并接收到来自于所述控制器的检测报文时，将所述检测报文在所述SDN网络中进行广播。