CN107360100A - 一种基于sdn技术的网络流量编排***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SDN技术的网络流量编排***和方法，本发明涉及一种基于软件定义网络技术的网络流量编排策略，该策略基于对全网络流量流向的分析，通过SDN协同编排器实现对不同SDN控制器之间流量的调度，同时，本发明分析阐述了实现统一流量编排所需要的网络装置与架构。本发明提出的策略可以不仅可以指导IDC(Internet Data Center，互联网数据中心)网络流量的调度，也可以指导大规模多域网络流量的统一编排，同时可以大大降低网络人员操作复杂度，提高网络带宽资源的使用率，最终优化网络敏捷调度与智能控制的能力，降低了网络带宽新建和扩容的成本。

Description

一种基于SDN技术的网络流量编排***和方法

技术领域

本发明属于数据通信网领域，尤其涉及一种基于SDN技术的网络流量编排***和方法。

背景技术

当前，运营商对于数据通信网络的管理还是基于传统的网络管理软件，主要在于网络的信息的管理与监控，在流量调度方面，运营商通常采用手工调整BGP(边界网关协议，Border Gateway Protocol)路由策略实现。常用的做法是运维人员登录到路由器上手工调整路由策略，改变特定业务的流量流向，操作十分的复杂，而且工作流程时间长。

随着SDN软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)技术的引入，利用网络功能的集中控制以及可编程特性，可以实现复杂网络环境下流量的自动调度。采用SDN的技术进行IP网络流量智能调度是缓解现有网络拥塞、保证网络资源集约化利用、提供带宽差异化运营的重要前提，也是宽带智能管道建设中提升用户体验的重要支撑手段。

在具体实现上，各家设备厂商采用SDN技术，实现自有网络设备的集中控制，进而实现流量的灵活调度。但是，不同厂家之间的SDN控制器还无法实现统一的控制，厂家的控制器还只能控制自家设备。在电信网络中，厂商设备较多，功能差异较大，因此，如何通过协调不同厂家数据设备调度流量，以提高全网资源利用率成为运营商网络运维的难点。

专利申请(基于SDN的IDC网络出口流量均衡调整方法、设备及系，申请号201510157675.1)提出了一种基于SDN的IDC网络出口流量均衡调整方法、设备及***，以解决现有技术中无法对IDC网络出口流量进行均衡调整的技术问题。但是，该专利是基于单厂家设备的情况进行讨论，没有涉及到多控制器的协同与编排。专利申请(一种在软件定义网络中部署控制器的方法，公开号：CN105978740.A)通过首先对数据层网络的区域划分，然后根据网络中路由器节点的密度值，提出了一种在软件定义网络中部署控制器的方法。专利申请(一种基于SDN的综合统一流量调度***及其调度方法，申请号：201510720253.0)公开了一种基于SDN的综合统一流量调度***及其调度方法，实现方法的下发并对其进行网络设备管理。但是该专利无法实现骨干网流量出口方向上流量的调优，也没有指出如何实现连接骨干网各链路间流量的均衡。

发明内容

发明目的：本发明提供的基于SDN的IDC流量协同编排器，SDN协同编排器通过各厂家控制器获取全网各链路利用率等信息，进行全网流量的调度与安排，实现城域网、IDC汇聚网络至骨干网出口的各链路实现流量的均衡。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于SDN技术的网络流量编排***，包括信息采集模块、流量分析模块、路由模块和策略配置与下发模块。

所述信息采集模块用于采集路由器的设备信息和路由器的流量信息；

所述流量分析模块对采集到的流量信息，解析IP(Internet Protocol，网络互连协议)包头信息，明确每个信息流的源地址、目的地址以及所属的AS号(自治***，Autonomous System)，结合路由器的设备信息，按照策略设定分析出路由出口流量前往骨干网络、省汇聚以及城域网的流量情况，例如流量占比、链路峰值信息等。

所述路由模块以网络拓扑、资源状态、流量信息为基础，根据路径计算请求，计算路径；路由计算算法应支持带宽、节点、链路、优先级等约束条件，并支持约束条件的定制，从而满足不同应用场景的流量调度和优化的需求。

所述策略配置与下发模块用于根据目标要求，在两个以上网络或链路间按照链路负载情况，根据路由模块的路径计算结果，对流量进行负载均衡、拥塞控制。为了尽可能的降低网络流量调整操作的复杂性以及对现网业务的影响，流量调整的主要原则是尽可能在IDC的CR出口进行流量调节，如果达不到均衡全网流量的效果，则再在城域网CR和IDC汇聚网络CR进行流量流向的调整。

所述信息采集模块采集路由器的设备信息，包括：SDN协同编排器接使用SNMP(简单网络管理协议，Simple Network Management Protocol)协议采集路由器的设备信息，包括网络节点、接口类型、物理链路、端口地址信息，所述设备信息支持查询上报和触发更新，即通过南向接口探测网络状态，发现拓扑变动时(如新增或拆除链路等)，上报到SDN协同编排器。SNMP是计算机网络的基本管理协议，采集需要的信息可在前端界面进行配置，采集结果写入到数据库中。

由于涉及到多厂家路由器，因此***应该支持各种协议以便从不同厂家路由器获取流量信息。所述信息采集模块支持两种以上的协议，所述协议包括NETFLOW协议、SFLOW协议和NetStream协议。

所述信息采集模块采集路由器的流量信息，包括：在路由器设备上配置好连接控制器的IP和端口号，各路由器主动发送流量信息到信息采集模块的服务器中，该服务器主要用于接收各路由器发送来的各种信息，例如设备状态信息、承载流量的信息、连接信息等等，信息采集模块对于接收到的各种信息进行格式化的处理，然后发送给数据库服务器。数据库服务器的功能包括数据存取与更新管理、数据完整性管理和数据安全性管理，以及一些数据处理功能，例如对数据按类进行分别存储。

实施流量调度策略分为两类，一类是基于源地址或源地址集合的调度，另一类是基于目的地址或目的地址集合、目的AS的调度。

所述***还包括流量可视化模块，所述流量可视化模块用于对地市IDC网络拓扑的统一呈现，并标记网络节点运行情况以及链路连接情况，显示IDC核心路由出口流量。同时，可以利用拓扑进行日常维护，例如查看告警、查看流量、登陆设备等。

本发明还公开了一种基于SDN技术的网络流量编排方法，包括以下步骤：

步骤1，统计全网节点CR(Core Router，核心路由)的流量与流向情况，以及各条链路的资源使用情况；

步骤2，当地市IDC出现新增流量时，判断新增流量是否已指定路由，如果是，则按照指定路由放置流量，流程结束；否则进入步骤3；

步骤3，统计各直连链路资源使用情况{L₁,L₂,·········,L_n}，并计算链路利用率的标准差α，以便对链路使用状态有一个定量的判断。标准差参数α主要用于判断多条链路相互之间利用率差别的大小，标准差α越小，代表这些链路利用率较为接近，均方差越大，代表这些链路的利用率差别较大，链路之间流量需要调整以便均衡链路的使用效率。标准差α的计算公式如下。

其中，L_i代表第i条直连骨干网出口链路的资源利用率，即已占用带宽占链路总带宽的比值；N代表直连骨干网出口链路的数量。

步骤4，统计地市IDC出口路由中所有可能经过的直连骨干网出口的链路，计算将新增流量放置在直连链路上时的标准差α_m，记为{α₁,α₂,·········,α_M}(M代表IDC出口路由总的数量)，选取其中最小值所对应的直连链路作为新增路由进入骨干网出口的链路；步骤5，如果地市IDC与步骤4中选取的直连链路直接相连，则将新增流量放置在链路上，路径选定，流程结束。否则记录该直连链路对应的中间节点，进入步骤6。

步骤6，地市IDC新增流量的路径为，地市IDC到中间节点，再到所选定的直连链路，路径选定，流程结束。

有益效果：本发明属于网络通信技术领域，尤其属于软件定义网络领域。采用本发明所述方法和装置，对在SDN网络架构下如何进行网络流量的调整和编排进行了细致的描述，优化全网络链路资源使用率，同时大大降低网络人员操作复杂度，最终优化网络敏捷调度与智能控制的能力，降低了网络带宽新建和扩容的成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为SDN网络现状。

图2为运营商IDC网络示意图。

图3为基于SDN的IDC流量协同编排器结构示意图。

图4为SDN协同编排器与厂商SDN控制器之间的连接。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本发明涉及一种基于SDN技术的IDC网络流量编排***与策略，属于网络通信技术领域，尤其属于软件定义网络领域。本发明关注于通过调节不同地市IDC流量的流向，进而均衡全网各链路的资源使用率，提高网络整体资源利用率，同时分析阐述了实现统一流量编排所需要的网络装置与架构。

如图3所示，本发明公开了一种基于SDN技术的网络流量编排***，包括信息采集模块、流量分析模块、路由模块和策略配置与下发模块，

所述信息采集模块用于采集路由器的设备信息和路由器的流量信息；

所述流量分析模块对采集到的流量信息，解析IP包头信息，明确每个信息流的源地址、目的地址以及所属的AS号(自治***，Autonomous System)，结合路由器的设备信息，按照策略设定分析出路由出口流量前往骨干网络、省汇聚以及城域网的流量情况；例如流量占比、链路峰值信息等。

所述路由模块以网络拓扑、资源状态、流量信息为基础，根据路径计算请求，计算路径；路由计算算法应支持带宽、节点、链路、优先级等约束条件，并支持约束条件的定制，从而满足不同应用场景的流量调度和优化的需求。

所述策略配置与下发模块用于根据目标要求，在两个以上网络或链路间按照链路负载情况，根据计算的路由，对流量进行负载均衡、拥塞控制。为了尽可能的降低网络流量调整操作的复杂性以及对现网业务的影响，流量调整的主要原则是尽可能在IDC的CR出口进行流量调节，如果达不到均衡全网流量的效果，则再在城域网CR和IDC汇聚网络CR进行流量流向的调整。

所述信息采集模块采集路由器的设备信息，包括：SDN协同编排器接使用SNMP(简单网络管理协议，Simple Network Management Protocol)协议采集路由器的设备信息，包括网络节点、接口类型、物理链路、端口地址信息，所述设备信息支持查询上报和触发更新，即通过南向接口探测网络状态，发现拓扑变动时(如新增或拆除链路等)，上报到SDN协同编排器。SNMP是计算机网络的基本管理协议，采集需要的信息可在前端界面进行配置，采集结果写入到数据库中。

由于涉及到多厂家路由器，因此***应该支持各种协议以便从不同厂家路由器获取流量信息。所述信息采集模块支持两种以上的协议，所述协议包括NETFLOW协议、SFLOW协议和NetStream协议。

所述信息采集模块采集路由器的流量信息，包括：在路由器设备上配置好连接控制器的IP和端口号，各路由器主动发送流量信息到服务器，各路由器主动发送流量信息到服务器，此处，数据采集服务器主要用于接收各路由器发送来的各种新，例如设备状态信息、承载流量的信息、连接信息等等，对于接收到的各种信息进行格式化的处理，然后发送给数据库服务器。数据库服务器的功能包括数据存取与更新管理、数据完整性管理和数据安全性管理，以及一些数据处理功能，例如对数据按类进行分别存储。

由于涉及到多厂家路由器，因此***应该支持各种协议以便从不同厂家路由器获取流量信息。所述信息采集模块支持两种以上的协议，所述协议包括NETFLOW协议、SFLOW协议和NetStream协议。

实施流量调度策略分为两类，一类是基于源地址或源地址集合的调度，另一类是基于目的地址或目的地址集合、目的AS的调度。

所述***还包括流量可视化模块，所述流量可视化模块用于对地市IDC网络拓扑的统一呈现，并标记网络节点运行情况以及链路连接情况，显示IDC核心路由出口流量。同时，可以利用拓扑进行日常维护，例如查看告警、查看流量、登陆设备等。

本发明还公开了一种基于SDN技术的网络流量编排方法，包括以下步骤：

步骤1，统计全网节点CR的流量与流向情况，以及各条链路的资源使用情况；

步骤2，当地市IDC出现新增流量时，判断新增流量是否已指定路由，如果是，则按照指定路由放置流量，流程结束；否则进入步骤3；

步骤3，统计各直连链路资源使用情况{L₁,L₂,·········,L_n}，并计算利用率的标准差α，以便对链路使用状态有一个定量的判断。标准差参数α主要用于判断多条链路相互之间利用率差别的大小，标准差α越小，代表这些链路利用率较为接近，均方差越大，代表这些链路的利用率差别较大，链路之间流量需要调整以便均衡链路的使用效率。标准差α的计算公式如下。

其中，L_i代表第i条直连骨干网出口链路的资源利用率，即已占用带宽占链路总带宽的比值；N代表直连骨干网出口链路的数量。

步骤4，统计地市IDC出口路由中所有可能经过的直连骨干网出口的链路，计算将新增流量放置在直连链路上时的标准差α_m，记为{α₁,α₂,·········,α_M}(M代表IDC出口路由总的数量)，选取其中最小值所对应的直连链路作为新增路由进入骨干网出口的链路；步骤5，如果IDC与该直连链路直接相连，则将新增流量放置在链路上，路径选定，流程结束。否则记录该直连链路对应的中间节点，进入步骤6。

步骤6，IDC新增流量的路径为，IDC-中间节点-所选定的直连链路。路径选定，流程结束。

实施例

图2展示了电信运营商IDC网络典型的连接情况，一般而言地市IDC出口由三个方向，分别为城域网方向、IDC汇聚网络方向以及直连骨干网出口方向。骨干网出口流量主要来自于IDC流量和城域网流量。有些地市的IDC只有两个方向，即城域网方向和IDC汇聚网络方向(如图1所示为SDN网络现状)。将链路按是否直连骨干网分为两类：

直连链路：

IDC直连骨干网出口链路，如L3、L4、L5、L6；

城域网直连骨干网络出口链路，如L1、L2、L9、L10；

IDC汇聚网络直连骨干网出口链路，如L7、L8；

非直连链路：

IDC连接城域网和IDC汇聚网络的链路，如d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8；

为了尽可能的降低网络流量调整操作的复杂性以及对现网业务的影响，流量调整的主要原则是尽可能在IDC的CR出口进行流量调节，如果达不到均衡全网流量的效果，则再在城域网CR和IDC汇聚网络CR进行流量流向的调整。

如图3所示，本发明提供的基于SDN技术的IDC网络流量编排调度策略如下：

步骤1，统计全网节点CR的流量与流向情况，以及各条链路的资源使用情况；

步骤2，当地市IDC出现新增流量时，判断新增流量是否已指定路由，如果是，则按照指定路由放置流量，流程结束；否则进入步骤3；

步骤3，统计各直连链路资源使用情况{L₁,L₂,·········,L_n}，并计算利用率的标准差α，以便对链路使用状态有一个定量的判断。标准差参数α主要用于判断多条链路相互之间利用率差别的大小，标准差α越小，代表这些链路利用率较为接近，均方差越大，代表这些链路的利用率差别较大，链路之间流量需要调整以便均衡链路的使用效率。标准差α的计算公式如下。

其中，L_i代表第i条直连骨干网出口链路的资源利用率，即已占用带宽占链路总带宽的比值；N代表直连骨干网出口链路的数量；

步骤4，统计IDC出口路由中所有可能经过的直连骨干网出口的链路，计算将新增流量放置在直连链路上时的标准差α_m，记为{α₁,α₂,·········,α_M}(M代表IDC出口路由总的数量)，选取其中最小值所对应的直连链路作为新增路由进入骨干网出口的链路。

步骤5，如果IDC与该直连链路直接相连，则将新增流量放置在链路上，路径选定，流程结束。否则记录该直连链路对应的中间节点，进入步骤6。

步骤6，IDC新增流量的路径为，IDC-中间节点-所选定的直连链路。路径选定，流程结束。

本发明提供的基于SDN的IDC流量协同编排器，SDN协同编排器通过各厂家控制器获取全网各链路利用率等信息，进行全网流量的调度与安排，实现城域网、IDC汇聚网络至骨干网出口的各链路实现流量的均衡。***具体模块包括：

信息采集：信息采集包含两个部分，一是SDN协同编排器直接使用SNMP协议采集各个路由器的设备信息，包括网络节点、接口类型、物理链路、端口地址等信息，该信息应当支持查询上报和触发更新，即通过南向接口探测网络状态，发现拓扑变动(如新增或拆除链路等)时，及时上报到SDN协同编排器。SNMP是计算机网络的基本管理协议，采集需要的信息可在前端界面进行配置，采集结果写入到数据库中。

另一个是来自路由器的流量信息，由于涉及到多厂家路由器，因此***应该支持各种协议以便从不同厂家路由器获取流量信息。主流的协议包括NETFLOW协议、SFLOW协议以及NetStream协议。在路由器设备上配置好连接控制器的IP和端口号，各路由器会主动发送流量信息到服务器。服务器收下信息解析后写入本地目录，数据库写入进程轮询该目录将数据批量写入数据库服务器。SDN协同编排器可以通过进入数据库服务器查询相关流量信息。

流量分析：对于采集到的流量，解析IP包头信息，明确每个信息流的源地址、目的地址以及所属的AS号(自治***，Autonomous System)。结合路由器信息，按照策略设定分析出路由出口流量前往骨干网络、省汇聚以及城域网的流量情况，例如流量占比、链路峰值信息等。

流量可视化：***可以实现对多个地市IDC网络拓扑的统一呈现，可以准确标记网络节点运行情况以及链路连接情况，可以显示IDC核心路由出口流量。同时，可以利用拓扑进行日常维护，例如查看告警、查看流量、登陆设备等。

路由模块：路由模块是智能流量调度控制层的核心。流量路径计算以网络拓扑、资源状态、流量等信息为基础，根据路径计算请求，计算符合约束条件的路径。路由计算算法应支持带宽、节点、链路、优先级等约束条件，并支持约束条件的定制，从而满足不同应用场景的流量调度和优化的需求。

策略配置与下发模块：根据目标要求，创建方法模板。在多个网络/链路间按照链路负载情况，根据预设的策略，对流量进行负载均衡、拥塞控制等。流量调度策略根据实际需要分为两类，一类是基于源地址(或源地址集合)的调度，另一类是基于目的地址(或目的地址集合、目的AS)的调度。

针对上述提供的流量编排策略与协同编排器的设定，如图3所示，为SDN协同编排器与厂商SDN控制器之间的连接，本发明进行了举例说明。以图2为例，例如地市-2的IDC节点有两台核心路由器，C3和C4，C4有两条非直连骨干网出口的链路(d7、d8)连接了城域网N3和IDC汇聚N2节点。当C4出现新增流量，如果没有为流量指定好路由，则首先统计所有可能的路由中直连链路的利用率情况，所有路由包括：

(1)路由1：d7-L7

(2)路由2：d7-L8

(3)路由3：d8-L9

(4)路由4：d8-L10

计算链路集合{L7、L8、L9、L10}利用的标准差记为α，然后计算新增路由分别部署在直连链路{L7、L8、L9、L10}时的标准差α_m，选择最小的标准差值所对应的链路为最终IDC新增流量对应的直连链路，举例为L10。由于IDC与该直连链路不直接相连，则包含L10的路由，即路由4：d8-L10，完成链路的选择。

本发明提供了一种基于SDN技术的网络流量编排***和方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种基于SDN技术的网络流量编排***，其特征在于，包括信息采集模块、流量分析模块、路由模块和策略配置与下发模块，

所述信息采集模块用于采集路由器的设备信息和路由器的流量信息；

所述流量分析模块对采集到的流量信息，解析IP包头信息，明确每个信息流的源地址、目的地址以及所属的AS号，结合路由器的设备信息，按照策略设定分析出路由出口流量前往骨干网络、省汇聚以及城域网的流量情况；

所述路由模块以网络拓扑、资源状态、流量信息为基础，根据路径计算请求，计算路径；

所述策略配置与下发模块根据目标要求，在两个以上网络或链路间按照链路负载情况，根据路由模块的路径计算结果，对流量进行负载均衡、拥塞控制。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述信息采集模块采集路由器的设备信息，包括：SDN协同编排器接使用SNMP协议采集路由器的设备信息，包括网络节点、接口类型、物理链路、端口地址信息，所述设备信息支持查询上报和触发更新，即通过南向接口探测网络状态，发现拓扑变动时，上报到SDN协同编排器。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述信息采集模块支持两种以上的协议，所述协议包括NETFLOW协议、SFLOW协议和NetStream协议。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述信息采集模块采集路由器的流量信息，包括：各路由器主动发送流量信息到信息采集模块的服务器中，该服务器主要用于接收各路由器发送来的各种信息，包括设备状态信息、承载流量的信息、连接信息，信息采集模块对于接收到的各种信息进行格式化的处理，然后发送给数据库服务器，数据库服务器用于数据存取与更新管理、数据完整性管理和数据安全性管理。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，实施流量调度策略分为两类，一类是基于源地址或源地址集合的调度，另一类是基于目的地址或目的地址集合、目的AS的调度。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括流量可视化模块，所述流量可视化模块用于对地市IDC网络拓扑的统一呈现，并标记网络节点运行情况以及链路连接情况，显示IDC核心路由出口流量。

7.一种基于SDN技术的网络流量编排方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，统计全网节点核心路由CR的流量与流向情况，以及各条链路的资源使用情况；

步骤2，当地市IDC出现新增流量时，判断新增流量是否已指定路由，如果是，则按照指定路由放置流量，流程结束；否则进入步骤3；

步骤3，统计各直连链路资源使用情况{L₁,L₂,………,L_N}，并计算链路利用率的标准差α：

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其中，L_i代表第i条直连骨干网出口链路的资源利用率，即已占用带宽占链路总带宽的比值；N代表直连骨干网出口链路的数量。

步骤4，统计地市IDC出口路由中所有可能经过的直连骨干网出口的链路，计算将新增流量放置在直连链路上时的标准差α_m，记为{α₁,α₂,………,α_M}，(M代表IDC出口路由总的数量)，选取其中最小值所对应的直连链路作为新增路由进入骨干网出口的链路；

步骤5，如果地市IDC与步骤4中选取的直连链路直接相连，则将新增流量放置在链路上，路径选定，流程结束，否则记录该直连链路对应的中间节点，进入步骤6；

步骤6，地市IDC新增流量的路径为，地市IDC到中间节点，再到所选定的直连链路，路径选定，流程结束。