CN104301247A - 一种pppoe接入设备负载均衡的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种PPPOE接入设备负载均衡的方法及装置，包括：SDN控制器获取网络中各PPPOE服务端的位置信息；SDN控制器根据各PPPOE服务端的位置信息，为请求建立PPPOE连接的客户端分配指定的PPPOE服务端，并在该PPPOE客户端和指定的PPPOE服务端之间进行PPPOE发现阶段的报文转发。本发明通过将PPPOE接入网络SDN化，进而通过SDN控制器主动选择PPPOE服务端，以解决当网络中存在多个作为PPPOE服务端的接入设备时，各接入设备之间的负载均衡问题。

Description

一种PPPOE接入设备负载均衡的方法和装置

技术领域

本发明涉及软件定义网络(Software Defined Network，SDN)技术领域，特别涉及一种通过SDN控制器实现PPPOE接入设备负载均衡的方法和装置。

背景技术

PPPOE的全称为Point-to-Point Protocol over Ethernet，是一种以太网上的点对点协议。其本质是将点对点协议(PPP)封装在以太网报文中的一种二层网络隧道协议，从而实现在以太广播域中的两个以太网接口间创建点对点隧道。由于在以太网协议中集成了PPP协议，所以解决了以太网链路中身份验证、计费、加密以及压缩等功能。

PPPOE的典型组网如图1所示，PPPOE的点对点连接分为两个阶段：PPPOE发现阶段和PPP会话阶段。其中，PPPOE发现阶段通过以下五种报文来建立和终止会话：PADI、PADO、PADR、PADS、PADT。发现阶段流程如下：

S11、PPPOE客户端广播发送PADI报文，报文的目的MAC为广播地址(全部为F)，源MAC为客户端自身的MAC地址，并将报文中的会话ID填为0。

S12、PPPOE服务端(通常为PPPOE接入设备BAS)接收到PADI报文，发送PADO报文响应客户端的PADI，该报文直接单播给PPPOE客户端，报文中的会话ID依旧为0。由于PADI报文是广播发送，所以该广播域中所有的PPPOE服务端都能收到，所以PPPOE客户端可能会收到多份PADO报文。

S13、PPPOE客户端在接收到的多个PADO报文中，根据预定的原则选择其中的一个PPPOE服务端，发送PADR报文，该报文直接单播到选中的PPPOE服务端，报文中的会话ID依旧为0。

S14、PPPOE服务端接收到PADR后发送PADS报文进行响应，该报文直接单播到客户端，并为该PPPOE连接分配一个唯一的会话ID。当客户端收到PADS报文后，双方就进入PPP会话阶段。

S15、PPPOE服务端或者客户端发现需要断开PPPOE连接时，发送PADT报文通知对端将此前已连接的会话清除，该报文以单播的形式发送，并将报文中的会话ID填为前面建立过程中分配的会话ID值。

然而，在该PPPOE的连接建立过程，申请人发现存在以下问题：

当网络中存在多个PPPOE服务端时，将由客户端主动选择接入的PPPOE服务端，由于各客户端采用的选择算法可能都是一样的，所以选择的结果可能会导致所有的客户端都接入了一个PPPOE服务端，这会造成网络负载不均衡。

另外，当网络接入规模扩大，需要扩大PPPOE服务端的接入能力时，虽然可以选择更换一个容量更大的接入设备BAS作为PPPOE服务端，但是接入设备BAS的容量越大则意味着成本就越高，因而从经济上考虑不是最优的选择；在实践中，最节约成本的做法通常是向网络中添加新的接入设备(BAS)，但由于客户端选择算法的限制，仍有可能会出现极端的负载不均衡，甚至会出现部分BAS接入设备空闲，而客户端却无法接入的情况。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种PPPOE接入设备负载均衡的方法和装置。通过本发明，可以在向网络中添加新的PPPOE接入设备时，能够有效地实现多PPPOE接入设备间的负载均衡。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种PPPOE接入设备负载均衡的方法，包括：

SDN控制器获取网络中各PPPOE服务端的位置信息；

SDN控制器根据各PPPOE服务端的位置信息，为请求建立PPPOE连接的客户端分配指定的PPPOE服务端，并在该PPPOE客户端和指定的PPPOE服务端之间进行PPPOE发现阶段的报文转发。

进一步地，所述方法还包括：

SDN控制器维护和统计各PPPOE服务端的会话数量，并根据各PPPOE服务端的会话数量来标识各PPPOE服务端的负载情况。

其中，所述SDN控制器统计各PPPOE服务端的会话数量具体为：

当SDN控制器接收到PADS报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID加入到指定的服务端对应的计数中，表示该PPPOE会话接入到指定的服务端。

当SDN控制器接收到PADT报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID取出，并将该会话ID从指定服务端的计数中删除。

进一步地，所述方法还包括：

所述SDN控制器定期在SDN网络内发送PADI报文，以便发现新加入的PPPOE服务端。

其中，所述SDN控制器获取网络中各PPPOE服务端的位置信息具体为：

SDN控制器主动向网络中SDN交换机下发策略表项，要求SDN交换机将ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器；

接收来自PPPOE服务端的报文，获取报文中携带PPPOE服务端的位置信息。

本发明同时提供一种PPPOE接入设备负载均衡的装置，运行在SDN控制器上，包括：

获取单元，用于获取SDN网络中各PPPOE服务端的位置信息；

处理单元，用于根据各PPPOE服务端的位置信息，为请求建立PPPOE连接的客户端分配指定的PPPOE服务端，并在该PPPOE客户端和指定的PPPOE服务端之间进行PPPOE阶段的报文转发。

进一步地，所述装置还包括：

统计单元，用于维护和统计各PPPOE服务端的会话数量，并根据各PPPOE服务端的会话数量来标识各PPPOE服务端的负载情况。

其中，所述统计单元统计各PPPOE服务端的会话数量具体为：

当SDN控制器接收到PADS报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID加入到指定的服务端对应的计数中，表示该PPPOE会话接入到指定的服务端。

当SDN控制器接收到PADT报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID取出，并将该会话ID从指定服务端的计数中删除。

进一步地，所述获取单元还将定期在SDN网络内发送PADI报文，以便发现新加入的PPPOE服务端。

其中，所述获取单元获取网络中各PPPOE服务端的位置信息具体为：

通过处理单元主动向网络中SDN交换机下发策略表项，要求SDN交换机将ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器；

接收来自PPPOE服务端的报文，获取报文中携带PPPOE服务端的位置信息。

通过本发明，可以在网络中添加新的PPPOE接入设备时，能够有效地实现多PPPOE接入设备间的负载均衡，进而可以多台PPPOE接入设备为整个网络提供大容量的PPPOE接入服务。

附图说明

图1是现有技术中典型的PPPOE典型组网的示意图；

图2是本发明引入SDN控制的PPPOE组网示意图；

图3是本发明提供的PPPOE接入设备负载均衡的方法的流程示意图；

图4是本发明提供的PPPOE接入设备负载均衡装置的硬件架构示意图；

图5是本发明PPPOE接入设备负载均衡装置的功能模块示意图。

具体实施方式

SDN网络作为新一代的网络组织结构，极大颠覆了原有网络的组织方式，为网络管理者管理网络提供了极大的方便性及灵活性，网络管理者可以按照自己的需要来定义网络。在SDN网络中，将传统网络设备的控制平面与数据平面分离，从而实现网络流量的灵活控制。相应地，SDN架构中包括SDN控制器和SDN交换机，其中：SDN控制器和SDN交换机之间通过SDN管理通道进行通信，SDN控制器根据用户的配置或者动态运行的协议生成流表下发到SDN交换机，SDN交换机依据SDN控制器下发的流表进行报文处理。

为了解决在PPPOE接入过程中，PPPOE客户端可能都接入同一个PPPOE服务端，进而造成网络接入负载不均衡的问题。本发明通过将PPPOE接入网络SDN化，进而通过SDN控制器主动选择PPPOE服务端，以解决当网络中存在多个作为PPPOE服务端的接入设备时，各接入设备之间的负载均衡问题。

如图2所示，在本发明中，所述PPPOE接入网络为SDN网络，包括有SDN控制器和SDN交换机，其中PPPOE客户端和PPPOE服务端通过SDN交换机彼此相连。SDN交换机依据SDN控制器下发的流表进行报文转发处理。在图2所示的组网下，为实现本发明目的，本发明提供的PPPOE接入设备负载均衡的方法如图3所示，包括：

S31、SDN控制器获取网络中各PPPOE服务端的位置信息。

在本步骤中，由SDN控制器主动向网络中SDN交换机下发策略表项，要求SDN交换机将ETHTYPE等于0x8863(PPPOE发现阶段报文协议号)的报文上送控制器；随后，SDN控制器在所述SDN网络内广播发送PADI报文，并将所述PADI报文中源MAC填为自身的MAC地址。由于PADI报文是广播发送的，因此，所有作为PPPOE服务端的接入设备都能收到此报文，回应PADO报文，当所述PADO报文发送到与PPPOE服务端直连的SDN交换机上后，SDN交换机根据本地保存的策略表项(ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器)，会直接将该PADO报文上送给SDN控制器，这样，所述SDN控制器就可以根据该PADO报文中携带的内容获取到各PPPOE服务端的位置信息。

S32，SDN控制器根据各PPPOE服务端的位置信息，为请求建立PPPOE连接的客户端分配指定的PPPOE服务端，并在该PPPOE客户端和指定的PPPOE服务端之间进行PPPOE发现阶段的报文转发。

在本步骤中，当PPPOE客户端发送PADI报文到与之连接的SDN交换机时，SDN交换机首先会在本地查询其保存的流表，由于PADI报文ETHTYPE等于0x8863，SDN交换机根据本地保存的策略表项(ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器)，直接将该PADI报文上送给SDN控制器，SDN控制器会在本地查找是否保存有为该客户端指定的PPPOE服务端，如果没有匹配到，则根据之前学习到的各PPPOE服务端及负载情况，按照预定的策略为所述PPPOE客户端选择一个当前比较空闲的PPPOE服务端，然后将该PADI报文从指定PPPOE服务端所连接的SDN交换机的出端口发送出去，进而实现将该客户端发送的PADI报文转发给该指定的PPPOE服务端。

当指定的PPPOE服务端接收到PADI报文后，发送PADO报文响应客户端的PADI，该报文首先会发送到与之连接的SDN交换机，同理，SDN交换机会根据本地保存的策略表项(ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器)，直接将该PADO报文上送给SDN控制器，SDN控制器查找自身保存的表项，由于之前已学习到PPPOE客户端的地址信息，因此直接将该PADO报文通过PPPOE客户端所连接的SDN交换机的出端口发送给PPPOE客户端。随后，PPPOE客户端发送的PADR报文或者PPPOE服务端响应的PADS报文，SDN交换机根据本地保存的策略表项(ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器)，将该PADR报文或者PADS报文上送给SDN控制器，由SDN控制器直接将此类报文在该PPPOE客户端与指定的PPPOE服务端间进行转发。

S33，SDN控制器维护和统计各PPPOE服务端的会话数量，并根据各PPPOE服务端的会话数量来标识各PPPOE服务端的负载情况。

为了在本发明中及时发现新加入的PPPOE服务端，所述SDN控制器还需要定期在SDN网络内发送PADI报文，以便及时获取新加入的PPPOE服务端的位置信息。另外，为了保证本发明中PPPOE客户端能够分配到合适的PPPOE服务端，SDN控制器还需要维护和统计各PPPOE服务端的会话数量，并根据各PPPOE服务端的会话数量来标识各PPPOE服务端的负载情况。具体地，

SDN交换机在接收到PADS报文或者PADT报文时，根据其本地保存的策略表项(ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器)，将该PADS报文或者PADT报文上送给SDN控制器，

当SDN控制器接收到PADS报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID加入到指定的服务端对应的计数中，表示该PPPOE会话接入到指定的服务端。

当SDN控制器接收到PADT报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID取出，并将该会话ID从指定服务端的计数中删除。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体的应用实例对本发明作进一步的详细描述。仍以图2所示为例，假设在该应用场景下，共包括有两个PPPOE客户端(C1、C2)，三个SDN交换机(SW1、SW2、SW3)以及若干个PPPOE服务端S(S1、S2、S3、……)，其中PPPOE客户端(C1、C2)与SDN交换机(SW1、SW2)相连，若干个PPPOE服务端S(S1、S2、S3、……)与SDN交换机SW3相连。进一步地，SDN交换机(SW1、SW2、SW3)还通过SDN管理通道与SDN控制器相连。依据本发明提供的PPPOE接入设备负载均衡的方法，包括：

首先，SDN控制器向SDN交换机(SW1、SW2、SW3)下发策略表项，要求SDN交换机(SW1、SW2、SW3)将ETHTYPE等于0x8863(PPPOE发现阶段报文协议号)的报文上送该控制器。随后，SDN控制器在SDN网络内广播发送PADI报文，并将PADI报文中源MAC填为控制器自身的MAC。由于PADI报文是广播发送的，因此，所有作为PPPOE服务端的接入设备S都能收到此报文，并回应PADO报文。当所述PADO报文发送到与PPPOE服务端直连的SDN交换机SW3上后，SDN交换机SW3根据本地保存的策略表项(ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器)，直接将该PADO报文上送给SDN控制器，这样，所述SDN控制器就可以根据该PADO报文中携带的内容获取到各PPPOE服务端S所在的位置信息。

接着，假设PPPOE客户端C1发出请求建立PPPOE连接的PADI报文，SW1根据本地保存的策略表项(ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器)，直接将该PADI报文上送给SDN控制器，SDN控制器学习客户端C1的MAC地址并予以记录，然后SDN控制器在本地查找是否有保存的指定PPPOE服务端的MAC地址，如果没有匹配到，则按照预定策略为该客户端C1指定PPPOE服务端，其中所述预定策略可以是轮询，也可以是根据当前各PPPOE服务端的会话数量。假设根据预定策略指定的PPPOE服务端为S1。然后将该PADI报文从指定PPPOE服务端所连接的SDN交换机SW3的出端口发送出去，进而实现将该客户端发送的PADI报文转发给该指定的PPPOE服务端S1。

当PPPOE服务端S1接收到该客户端发送的PADI报文后，会发出PADO响应报文至SDN交换机SW3，SW3根据本地保存的策略表项(ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器)，将该PADO报文上送给SDN控制器。SDN控制器查找自身保存的表项，由于之前已学习到客户端C1的地址信息，因此直接将该PADO报文通过SDN交换机SW1的出端口发送给PPPOE客户端C1。随后，PPPOE客户端C1发送的PADR报文或者PPPOE服务端S1响应的PADS报文，SDN交换机(SW1或SW3)同样会根据本地保存的策略表项(ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器)，将该PADR报文或者PADS报文上送给SDN控制器，由SDN控制器直接将此类报文在该PPPOE客户端与指定的PPPOE服务端间进行转发。

为了在本发明中及时发现新加入的PPPOE服务端S，所述SDN控制器还将定期在SDN网络内发送PADI报文。另外，为了保证本发明中其他客户端(例如C2)在建立PPPOE连接时能够分配到合适的PPPOE服务端S，SDN控制器还需要维护和统计各PPPOE服务端的会话数量，并根据各PPPOE服务端的会话数量来标识各PPPOE服务端的负载情况。具体地，

所述SDN交换机(SW1、SW2、SW3)在接收到PADS报文或者PADT报文时，根据其本地保存的策略表项((ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器)，将该PADS报文或者PADT报文上送给SDN控制器，

当SDN控制器接收到PADS报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID加入到指定的服务端S对应的计数中，表示该PPPOE会话接入到指定的服务端S。

当SDN控制器接收到PADT报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID取出，并将该会话ID从指定服务端的计数中删除。

对应于上述方法，本发明同时提供一种PPPOE接入设备负载均衡的装置，所述装置运行在SDN控制器上，如图4所示，该控制器在硬件架构上包括有CPU41、存储器42、接口43以及用于进行内部连接的内部总线44。所述装置通常以软件的形式存储在存储器42上，从功能上划分，如图5所示，该装置包括：

获取单元51，用于获取SDN网络中各PPPOE服务端的位置信息；

处理单元52，用于根据各PPPOE服务端的位置信息，为请求建立PPPOE连接的客户端分配指定的PPPOE服务端，并在该PPPOE客户端和指定的PPPOE服务端之间进行PPPOE阶段的报文转发。

进一步地，所述装置还包括：

统计单元53，用于维护和统计各PPPOE服务端的会话数量，并根据各PPPOE服务端的会话数量来标识各PPPOE服务端的负载情况。

其中，所述统计单元53统计各PPPOE服务端的会话数量具体为：

当SDN控制器接收到PADS报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID加入到指定的服务端对应的计数中，表示该PPPOE会话接入到指定的服务端。

当SDN控制器接收到PADT报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID取出，并将该会话ID从指定服务端的计数中删除。

进一步地，所述获取单元51还将定期在SDN网络内发送PADI报文，以便及时发现新加入的PPPOE服务端。

其中，所述获取单元51获取网络中各PPPOE服务端的位置信息具体为：

通过处理单元52主动向网络中SDN交换机下发策略表项，要求SDN交换机将ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器，接收来自PPPOE服务端的报文，获取报文中携带PPPOE服务端的位置信息。

通过本发明，可以在网络中添加新的PPPOE接入设备时，能够有效地实现多PPPOE接入设备间的负载均衡，进而可以多台PPPOE接入设备为整个网络提供大容量的PPPOE接入服务。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种PPPOE接入设备负载均衡的方法，包括：

SDN控制器获取网络中各PPPOE服务端的位置信息；

SDN控制器根据各PPPOE服务端的位置信息，为请求建立PPPOE连接的客户端分配指定的PPPOE服务端，并在该PPPOE客户端和指定的PPPOE服务端之间进行PPPOE发现阶段的报文转发。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

SDN控制器维护和统计各PPPOE服务端的会话数量，并根据各PPPOE服务端的会话数量来标识各PPPOE服务端的负载情况。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述SDN控制器统计各PPPOE服务端的会话数量具体为：

当SDN控制器接收到PADS报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID加入到指定的服务端对应的计数中，表示该PPPOE会话接入到指定的服务端。

当SDN控制器接收到PADT报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID取出，并将该会话ID从指定服务端的计数中删除。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述SDN控制器定期在SDN网络内发送PADI报文，以便发现新加入的PPPOE服务端。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SDN控制器获取网络中各PPPOE服务端的位置信息具体为：

SDN控制器主动向网络中SDN交换机下发策略表项，要求SDN交换机将ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器，

接收来自PPPOE服务端的报文，获取报文中携带PPPOE服务端的位置信息。

6.一种PPPOE接入设备负载均衡的装置，运行在SDN控制器上，包括：

获取单元，用于获取SDN网络中各PPPOE服务端的位置信息；

处理单元，用于根据各PPPOE服务端的位置信息，为请求建立PPPOE连接的客户端分配指定的PPPOE服务端，并在该PPPOE客户端和指定的PPPOE服务端之间进行PPPOE阶段的报文转发。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

统计单元，用于维护和统计各PPPOE服务端的会话数量，并根据各PPPOE服务端的会话数量来标识各PPPOE服务端的负载情况。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述统计单元统计各PPPOE服务端的会话数量具体为：

当SDN控制器接收到PADS报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID加入到指定的服务端对应的计数中，表示该PPPOE会话接入到指定的服务端。

当SDN控制器接收到PADT报文时，将报文中携带的PPPOE会话ID取出，并将该会话ID从指定服务端的计数中删除。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元定期在SDN网络内发送PADI报文，以便发现新加入的PPPOE服务端。

10.根据权利要求6或者9所述的装置，其特征在于，所述获取单元获取网络中各PPPOE服务端的位置信息具体为：

通过处理单元主动向网络中SDN交换机下发策略表项，要求SDN交换机将ETHTYPE等于0x8863的报文上送控制器；

接收来自PPPOE服务端的报文，获取报文中携带PPPOE服务端的位置信息。