CN106101297B - 一种报文应答方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种报文应答方法及装置，应用于交换设备上，该方法包括：接收用户终端发送的报文；当检测与控制器的连接断开时，确定接收的报文是否为地址请求报文；当确定接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；判断是否存在包含所述第一地址的转发流表项，所述转发流表项中记录有第一地址和第二地址的对应关系；当存在包含所述第一地址的转发流表项时，获取该转发流表项中的第二地址；向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址。本发明可避免交换设备与控制器断开连接后的流量中断问题，提高SDN网络的稳定性。

Description

一种报文应答方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种报文应答方法及装置。

背景技术

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)是一种新型的网络创新架构，通过将控制平面和数据平面分离，实现网络流量的灵活控制。

SDN网络由控制器和交换设备组成。用户终端发送的ARP(Address ResolutionProtocol，地址解析协议)报文或DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议)报文由交换设备转发给控制器集中应答。当控制器故障或者交换设备与控制器之间的通信链路故障时，用户终端无法接收到应答报文，造成用户终端的IP(InternetProtocol，网际协议)地址丢掉(例如，用户终端重启时)或ARP表项丢失(例如，ARP表项得不到及时更新而被删除)，从而导致流量中断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种报文应答方法及装置，用以根据交换设备上已有转发流表项中的地址对应关系，对用户终端的地址请求进行应答。

为实现上述发明目的，本发明提供了技术方案：

本发明提供一种报文应答方法，应用于交换设备上，该方法包括：

接收用户终端发送的报文；

当检测与控制器的连接断开时，确定接收的报文是否为地址请求报文；

当确定接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；

判断是否存在包含所述第一地址的转发流表项，所述转发流表项中记录有第一地址和第二地址的对应关系；

当存在包含所述第一地址的转发流表项时，获取该转发流表项中的第二地址；

向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址。

本发明还提供一种报文应答装置，应用于交换设备上，该装置包括：

报文接收单元，用于接收用户终端发送的报文；

报文确定单元，用于当检测与控制器的连接断开时，确定接收的报文是否为地址请求报文；

第一获取单元，用于当确定接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；

表项判断单元，用于判断是否存在包含所述第一地址的转发流表项，所述转发流表项中记录有第一地址和第二地址的对应关系；

第二获取单元，用于当存在包含所述第一地址的转发流表项时，获取该转发流表项中的第二地址；

报文回应单元，用于向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址。

由以上描述可以看出，本发明交换设备通过对已有转发流表项的分析，对已有流量涉及的用户终端的地址请求进行应答，从而避免交换设备与控制器断开连接后的流量中断问题，提高SDN网络的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例示出的SDN网络的示意图；

图2是本发明实施例示出的报文应答方法流程图；

图3是本发明实施例示出的交换设备的结构示意图；

图4是本发明实施例示出的报文应答装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

本发明实施例提出一种报文应答方法，该方法通过对交换设备中已有转发流表项的分析，对已有流量涉及的用户终端的地址请求进行应答，以保证流量不中断。

参见图1，为本发明实施例示出的SDN网络示意图。该SDN网络包括控制器Controller、网关GW、虚拟交换设备OVS1和OVS2以及虚拟机VM1～VM6。当然，本发明并不具体限制SDN网络中的设备是实体设备还是虚拟设备，可根据实际需求自行组合。

参见图2，为本发明报文应答方法的一个实施例流程图，该实施例对报文应答过程进行描述。

步骤201，接收用户终端发送的报文。

用户终端发出的报文首先到达与其直连的交换设备上，例如，VM1发送的报文首先到达OVS1，由直连的交换设备执行后续处理。

步骤202，当检测与控制器的连接断开时，确定接收的报文是否为地址请求报文。

当交换设备检测到与控制器之间的连接断开(例如，控制器故障或交换设备与控制器之间的链路故障导致的连接断开)时，则表明控制器无法再对用户终端发送的地址请求进行应答，此时，由交换设备代为应答。

交换设备在进行应答之前，首先需要确定接收的报文的报文类型，在确认接收的报文为地址请求报文时，针对地址请求报文进行应答。在一种较优的实施方式中，交换设备可获取预先设置的地址请求报文的报文特征(例如，协议类型、源/目的端口号等)，参见表1

表1

当接收的报文的报文特征与预设的地址请求报文的报文特征相同时，确定接收的报文为地址请求报文。例如，假设接收的报文的以太网协议类型eth_type为arp，则可确认当前接收的报文为ARP请求报文。

步骤203，当确定接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址。

当通过步骤202确定接收的报文为DHCP请求报文(例如，DHCP Discover报文)时，获取DHCP请求报文携带的第一地址，该第一地址为当前发起地址请求的用户终端的MAC地址；当接收的报文为ARP请求报文时，获取ARP请求报文携带的第一地址，此时，该第一地址为当前发起地址请求的用户终端已知的目的用户终端的IP地址。

步骤204，判断是否存在包含所述第一地址的转发流表项，所述转发流表项中记录有第一地址和第二地址的对应关系。

步骤205，当存在包含所述第一地址的转发流表项时，获取该转发流表项中的第二地址。

在SDN网络中，交换设备根据控制器下发的转发流表项指导正常数据报文转发，该转发流表项通常包括源/目的IP地址、源/目的MAC地址、协议类型以及出端口等信息。通过对转发流表项的解析可知，转发流表项中存在源IP地址与源MAC地址的对应关系，以及目的IP地址与目的MAC地址的对应关系。

当交换设备获取到地址请求报文中携带的第一地址后，可查询本地记录的转发流表项，确认本地是否存在包含第一地址的转发流表项。例如，当地址请求报文为DHCP请求报文时，第一地址为用户终端的MAC地址，确认是否存在包含用户终端MAC地址的转发流表项；当地址请求报文为ARP请求报文时，第一地址为目的用户终端的IP地址，确认是否存在包含该目的用户终端IP地址的转发流表项。

如前所述，转发流表项中存在IP地址与MAC地址的对应关系，因此，在找到包含第一地址的转发流表项后，可获取转发流表项中与第一地址对应的第二地址。对于DHCP请求来说，第二地址为发起请求的用户终端的IP地址；对于ARP请求来说，第二地址为目的用户终端的MAC地址。

步骤206，向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址。

对于DHCP请求来说，地址响应报文为DHCP响应报文(例如，DHCP Offer报文)，DHCP响应报文中携带用户终端的IP地址；对于ARP请求来说，地址响应报文为ARP响应报文，ARP响应报文中携带目的用户终端的MAC地址。

由以上描述可以看出，对于已有流量，由于其在交换设备上已存在转发流表项，因此，在控制器故障或者交换设备与控制器之间链路故障时，交换设备通过查询本地保存的转发流表项，对用户终端的地址请求进行回应，从而避免了用户终端的地址请求长时间得不到回应造成已有流量中断。

此外，当交换设备查询不到ARP请求报文对应的转发流表项(例如，新产生的流量)时，即不存在包含目的用户终端IP地址的转发流表项时，可获取网关设备的MAC地址，将网关设备的MAC地址添加到ARP响应报文中发送给用户终端，以使用户终端根据网关设备的MAC地址将流量发送给网关设备，由网关设备进行流量转发，从而解决了新流量的转发问题。

需要补充的是，交换设备在检测到与控制器的连接断开时，可禁用流量上送控制器的流表项(现有技术中将不能匹配转发流表项的流量上送控制器处理)，简称第一上送流表项，激活流量上送网关设备的流表项，简称第二上送流表项，参见表2。

匹配项	动作项	是否激活
			eth_type：ipv4	上送网关设备	是

表2

表2为第二上送流表项的示例。该第二上送流表项的优先级低于转发流表项，当流量不能匹配转发流表项时，通过匹配第二上送流表项上送网关设备处理。当交换设备与控制器之间的连接恢复时，激活第一上送流表项，禁用第二上送流表项，使在断开期间产生的新流量重新上送控制器，请求下发转发流表项，恢复正常转发。可见，对于连接断开期间产生的新流量，本发明实施例仍能保证正常转发、不断流，提高SDN网络的可靠性。

现仍以图1为例，介绍报文应答过程。

假设，VM1～VM6的IP地址为10.0.0.1～10.0.0.6，VM1～VM6的MAC地址简化为MAC1～MAC6表示；网关GW的IP地址为10.0.0.254，GW的MAC地址为MAC_GW。

假设OVS1与控制器Controller之间的连接已断开，OVS1禁用报文上送Controller的流表项，激活报文上送GW的流表项。且OVS1上已存在指导流量从VM1到VM5的转发流表项，如表3所示，该转发流表项仅示例出转发流表项的部分信息。从该转发流表项可以看出，转发流表项中存在IP地址与MAC地址的对应关系。

源IP地址	源MAC地址	目的IP地址	目的MAC地址
				10.0.0.1	MAC1	10.0.0.5	MAC5

表3

当VM1发送DHCP请求报文时，在该DHCP请求报文中携带自身MAC地址MAC1。OVS1接收到VM1发送的DHCP请求报文后，首先根据前述表1中的报文特征，确认接收的报文为DHCP请求报文，然后，查询本地记录的转发流表项，发现表3所示转发流表项包含VM1的MAC地址MAC1，因此，获取与MAC1对应的IP地址10.0.0.1，将该IP地址10.0.0.1携带在DHCP响应报文中发送给VM1，以使VM1既使在重启后仍可获取到为其分配的IP地址，防止流量中断。

当VM1发送ARP请求报文时，在ARP请求报文中携带VM5的IP地址10.0.0.5。OVS1接收到VM1发送的ARP请求报文后，根据表1中的报文特征，确认接收的报文为ARP请求报文，然后，查询本地记录的转发流表项，发现表3所示转发流表项包含VM5的IP地址10.0.0.5，因此，获取与IP地址10.0.0.5对应的MAC地址MAC5，将MAC地址MAC5携带在ARP响应报文中发送给VM1，以使VM1中记录的VM5的ARP表项得到及时更新，防止流量中断。

当VM1发送携带IP地址10.0.0.6的ARP请求报文时，OVS1查询本地记录的转发流表项，未发现包含IP地址10.0.0.6的转发流表项时，因此，获取本地记录的GW的MAC地址MAC_GW,将MAC_GW携带在ARP响应报文中发送给VM1，VM1将GW的MAC地址MAC_GW作为发送至VM6的流量的目的MAC地址，该流量到达OVS1后，首先匹配优先级较高的转发流表项，若转发流表项中没有目的MAC地址为MAC_GW的转发流表项(例如，目的MAC地址为MAC_GW的转发流表项老化)，则通过匹配优先级较低的第二上送流表项，上送网关设备，由网关设备进行转发。

与前述报文应答方法的实施例相对应，本发明还提供了报文应答装置的实施例。

本发明报文应答装置的实施例可以应用在交换设备上。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的处理器运行存储器中对应的计算机程序指令形成的。从硬件层面而言，如图3所示，为本发明报文应答装置所在设备的一种硬件结构图，除了图3所示的处理器以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的设备通常根据该设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。

请参考图4，为本发明一个实施例中的报文应答装置的结构示意图。该报文应答装置包括报文接收单元401、报文确定单元402、第一获取单元403、表项判断单元404、第二获取单元405以及报文回应单元406，其中：

报文接收单元401，用于接收用户终端发送的报文；

报文确定单元402，用于当检测与控制器的连接断开时，确定接收的报文是否为地址请求报文；

第一获取单元403，用于当确定接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；

表项判断单元404，用于判断是否存在包含所述第一地址的转发流表项，所述转发流表项中记录有第一地址和第二地址的对应关系；

第二获取单元405，用于当存在包含所述第一地址的转发流表项时，获取该转发流表项中的第二地址；

报文回应单元406，用于向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址。

进一步地，

所述报文确定单元402，具体用于获取预设的地址请求报文的报文特征；当所述接收的报文的报文特征与所述预设的地址请求报文的报文特征相同时，确定所述接收的报文为地址请求报文。

进一步地，

所述地址请求报文为DHCP请求报文，所述第一地址为当前发起地址请求的用户终端的MAC地址，所述第二地址为所述用户终端的IP地址，所述地址响应报文为DHCP响应报文。

进一步地，

所述地址请求报文为ARP请求报文，所述第一地址为当前发起地址请求的用户终端已知的目的用户终端的IP地址，所述第二地址为所述目的用户终端的MAC地址，所述地址响应报文为ARP响应报文。

进一步地，

所述第二获取单元405，还用于当不存在包含所述目的用户终端的IP地址的转发流表项时，获取网关设备的MAC地址；

所述报文回应单元406，还用于将所述网关设备的MAC地址添加到发送给所述用户终端的ARP响应报文中，以使所述用户终端根据所述网关设备的MAC地址将流量发送给网关设备，由网关设备进行流量转发。

上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

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 (4)

1.一种报文应答方法，应用于交换设备上，其特征在于，该方法包括：

接收用户终端发送的报文；

当检测与控制器的连接断开时，确定接收的报文是否为地址请求报文；

当确定接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；

判断是否存在包含所述第一地址的转发流表项，所述转发流表项中记录有第一地址和第二地址的对应关系；

当存在包含所述第一地址的转发流表项时，获取该转发流表项中的第二地址；

向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址；

所述地址请求报文为ARP请求报文，所述第一地址为当前发起地址请求的用户终端已知的目的用户终端的IP地址，所述第二地址为所述目的用户终端的MAC地址，所述地址响应报文为ARP响应报文；

当不存在包含所述目的用户终端的IP地址的转发流表项时，获取预设的网关设备的MAC地址；

将所述网关设备的MAC地址添加到发送给所述用户终端的ARP响应报文中，以使所述用户终端基于所述网关设备的MAC地址发送流量；

当所述交换设备接收到所述流量，且所述流量未成功匹配转发流表项时，基于预先激活的上送网关设备的流表项，将所述流量发送至网关设备，由网关设备进行流量转发。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定接收的报文是否为地址请求报文，包括：

获取预设的地址请求报文的报文特征；

当所述接收的报文的报文特征与所述预设的地址请求报文的报文特征相同时，确定所述接收的报文为地址请求报文。

3.一种报文应答装置，应用于交换设备上，其特征在于，该装置包括：

报文接收单元，用于接收用户终端发送的报文；

报文确定单元，用于当检测与控制器的连接断开时，确定接收的报文是否为地址请求报文；

第一获取单元，用于当确定接收的报文为地址请求报文时，获取所述地址请求报文中携带的第一地址；

表项判断单元，用于判断是否存在包含所述第一地址的转发流表项，所述转发流表项中记录有第一地址和第二地址的对应关系；

第二获取单元，用于当存在包含所述第一地址的转发流表项时，获取该转发流表项中的第二地址；

报文回应单元，用于向所述用户终端回应地址响应报文，所述地址响应报文中携带所述第二地址；

所述地址请求报文为ARP请求报文，所述第一地址为当前发起地址请求的用户终端已知的目的用户终端的IP地址，所述第二地址为所述目的用户终端的MAC地址，所述地址响应报文为ARP响应报文；

所述第二获取单元，还用于当不存在包含所述目的用户终端的IP地址的转发流表项时，获取预设的网关设备的MAC地址；

所述报文回应单元，还用于将所述网关设备的MAC地址添加到发送给所述用户终端的ARP响应报文中，以使所述用户终端基于所述网关设备的MAC地址发送流量；

流量发送单元，用于当所述交换设备接收到所述流量，且所述流量未成功匹配转发流表项时，基于预先激活的上送网关设备的流表项，将所述流量发送至网关设备，由网关设备进行流量转发。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述报文确定单元，具体用于获取预设的地址请求报文的报文特征；当所述接收的报文的报文特征与所述预设的地址请求报文的报文特征相同时，确定所述接收的报文为地址请求报文。