CN113329055B - 一种分布式sdn控制器***及其控制方法与装置 - Google Patents

一种分布式sdn控制器***及其控制方法与装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种分布式SDN控制器***及其控制方法与装置，方法包括：根据网段给SDN控制器分区分层，顶层SDN控制器获取网内SDN交换机的数量；根据需处理的SDN交换机数量确定底层SDN控制器的个数，并根据底层SDN控制器的数量依次确定上一层SDN控制器的数量，直到顶层；为每个SDN控制器使用raft算法建立SDN控制器集群，每个SDN控制器集群中包括一个leader SDN控制器与若干个follower SDN控制器；每个底层SDN控制器集群与若干SDN交换机建立连接；顶层SDN控制器集群中的leader根据SDN交换机数量控制SDN控制器的层级以及SDN控制器集群的规模。本发明实施例提供的SDN控制器与SDN交换机的连接控制方法，通过对SDN控制器集群的动态调整与调节，可以达到SDN控制器集群与需要控制的SDN交换机个数相匹配。

Description

一种分布式SDN控制器***及其控制方法与装置
技术领域
本发明属于新一代通信技术领域，具体涉及一种分布式SDN控制器***及其控制方法与装置。
背景技术
SDN 是一种新型网络创新架构，通过将网络设备控制平面与数据平面分离开来，以及可编程的API接口，实现了对网络流量的灵活控制。在产品实现上，控制平面被从传统的网络设备中剥离出来，形成一个可以在标准x86服务器上运行的软件包，其也被形象的称为SDN控制器， 而数据平面，一般由交换机或者路由器充当，数据平面可以是硬件实现，也可以是纯软件实现，甚至可以是软硬件混合实现。SDN控制器需要部署到云数据中心中，对数据中心网络进行管理和运维，那么不可避免的SDN控制器就需要与云数据中心的管理平台进行协同工作。目前主流的云管理平台包括开源OpenStack， vmware公司的vCenter套件。对云管理平台的支持以及融合方式，是SDN控制器的重要技术指标。OpenStack因为其开源的原因，成为众多SDN控制器支持的首选平台。
SDN控制器是作为网络的一种操作***(Operating System，简称OS)。控制器不控制网络硬件而是作为软件运行，这样有利于网络自动化管理。基于软件的网络控制使得集成业务申请和控制更容易。
目前，在SDN控制器与SDN交换机合作运行的过程中会发生配置不合理的情况。例如，在白天时上网人较多，服务器与交换机的工作量相对较多，这时SDN控制器便会处于忙碌状态；在半夜时上网人较少，服务器与交换机的工作量相对较少，此时较多的SDN控制器便会处于闲置状态。从而导致SDN控制器对SDN交换机的控制无法根据交换机实际工作量的多少而进行更加适合于实际情况的合理分配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SDN控制器与SDN交换机的连接控制方法以及SDN控制器分层***，以解决现有技术中存在的SDN控制器对SDN交换机的控制无法根据交换机实际工作量的多少而进行更加适合于实际情况的合理分配的技术问题。
为达到上述目的，本发明通过以下方案来实现：
本发明提供一种分层SDN控制器控制方法，所述方法包括：
根据网段给SDN控制器分区分层，顶层SDN控制器获取网内SDN交换机的数量；
根据需处理的SDN交换机数量确定底层SDN控制器的个数，并根据底层SDN控制器的数量依次确定上一层SDN控制器的数量，直到顶层；
为每个SDN控制器使用raft算法建立SDN控制器集群，每个SDN控制器集群中包括一个leader SDN控制器与若干个follower SDN控制器；
每个底层SDN控制器集群与若干SDN交换机建立连接；
顶层SDN控制器集群中的leader根据SDN交换机数量控制SDN控制器的层级以及SDN控制器集群的规模。
进一步的，所述根据需处理的SDN交换机数量确定底层SDN控制器的个数，并根据底层SDN控制器的数量依次确定上一层SDN控制器集群的数量，直到顶层SDN控制器集群，该过程具体为：
根据所需处理的SDN交换机的数量得到底层SDN控制器集群的数量，最多每X个SDN控制器集群由一个上一层SDN控制器集群来管理，按照上述关系，形成以至多X个数量范围为基数的SDN控制器集群层级关系。
进一步的，顶层SDN控制器集群的leader SDN控制器根据SDN交换机的数量控制SDN控制器集群的层级具体包括：需处理的SDN交换机数量最多每增加Y个，则增加一个底层SDN控制器集群；
底层或中间层SDN控制器集群的个数最多每增加X个，增加一个上层控制器集群。
进一步的，每个底层SDN控制器集群分别与若干SDN交换机建立连接，具体包括：
每个底层SDN控制器集群最多与Y个SDN交换机建立连接，并将所述SDN控制器集群中的控制器分别与SDN交换机建立连接，底层控制器的leader处理SDN交换机连接请求并建立连接，底层控制器的follower在收到SDN交换机的连接信息时会发送到leader控制器进行处理。
本发明还提供一种SDN控制器***，所述***包括：调整单元、计算单元、分配单元、通讯单元、分布式缓存单元、SDN控制器；
所述调整单元用于根据对SDN交换机的处理量，调整与确定SDN 控制器集群的个数；
所述计算单元用于根据所述底层SDN控制器集群的数量计算上层每一层SDN控制器集群的数量；
所述分配单元用于根据所述每个集群中的SDN控制器集群连接的网段和数量对SDN控制器集群进行划分，形成若干个SDN控制器集群；
所述通讯单元用于控制每个底层SDN控制器集群分别与若干SDN交换机建立连接；
所述分布式缓存单元用于对所述SDN控制器中的缓存数据进行分离分布式存储。
进一步的，所述计算单元用于根据所述底层SDN控制器集群的数量计算每一层SDN控制器集群数量；
每个底层SDN控制器集群最多与Y个SDN交换机建立连接，最多每X个SDN控制器由一个上一层SDN控制器集群管理，按照上述关系，形成最多以X个为基数的SDN控制器层级关系，确定每层SDN控制器集群的数量。
进一步的，所述分配单元根据SDN交换机的网段对底层SDN控制器进行划分。
进一步的，所述SDN控制器以集群形式工作，为leader SDN控制器分配冗余控制器形成SDN控制器集群，每个SDN控制器集群中包括一个leader SDN控制器与若干个followerSDN控制器。
作为本发明的一种优选实施方案，所述SDN控制器的形式包含服务器、虚拟机、docker镜像、控制单元，计算单元，自动扩展单元。
本发明还提供用于存储上述分层SDN控制器控制方法的存储介质。
本发明具有如下有益效果：
本发明实施例提供的SDN控制器与SDN交换机的连接控制方法，通过对SDN 控制器集群的动态调整与调节，可以达到SDN控制器集群与需要控制的 SDN交换机个数相匹配。
此外，本申请提供的方法能够保证在交换机的工作量相对较少时，也不会有处于闲置状态的SDN控制器，而且调整更多的SDN控制器组成一个集群与SDN交换机进行连接也能够提高连接控制的保障系数，从而解决了现有技术中存在的SDN控制器对SDN交换机的控制无法根据交换机实际工作量的多少而进行更加适合于实际情况的合理分配的技术问题。
附图说明
图1为采用本发明分布式SDN控制器***计算SDN控制器数量的结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例以及附图对本发明设计方法进行详细阐述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种分层SDN控制器控制方法，所述方法包括：
根据网段给SDN控制器分层，顶层SDN控制器获取网内SDN交换机的数量；
根据需处理的SDN交换机数量确定底层SDN控制器的个数，并根据底层SDN控制器的数量依次确定上一层SDN控制器的数量，直到顶层；
根据网段给SDN控制器分区，为SDN控制器分配冗余控制器形成SDN控制器集群，每个SDN控制器集群中包括一个leader SDN控制器与若干个follower SDN控制器；
每个底层SDN控制器集群与若干SDN交换机建立连接；
顶层SDN控制器根据Raft算法控制SDN控制器的层级以及SDN控制器集群的规模。
所述根据需处理的SDN交换机数量确定底层SDN控制器的个数，并根据底层SDN控制器的数量依次确定上一层SDN控制器的数量，直到顶层SDN控制器，该过程具体为：
根据所需处理的SDN交换机的数量得到底层SDN控制器数量，根据所需处理的SDN交换机的数量得到底层SDN控制器集群的数量，最多每X个SDN控制器集群由一个上一层SDN控制器集群来管理，按照上述关系，形成以至多X个数量范围为基数的SDN控制器集群层级关系。
顶层SDN控制器集群的leader SDN控制器根据SDN交换机的数量控制SDN控制器集群的层级具体包括：需处理的SDN交换机数量最多每增加Y个，则增加一个底层SDN控制器集群。
本实施例中，X和Y是两个取值范围，不是确定数值，X的取值范围为45至55，Y的取值范围为100至110，即每45个至55个SDN控制器由一个上一层SDN控制器来管理，按照上述关系，形成以45个至55个数量范围为基数的SDN控制器层级关系。
所述顶层SDN控制器根据Raft算法控制SDN控制器的层级具体包括：需处理的SDN交换机数量最多每增加100个至110个，则增加一个底层SDN控制器集群。
本实施例中，每个底层SDN控制器集群中所控制的SDN交换机数量在硬件能够满足时是100个，超出负荷后最多可以增加到110个。给SDN控制器分层时，底层或中间层SDN控制器集群的个数最多每增加45个至55个，增加一个上层控制器。
在本实施例中，在***荷载正常的情况下，需处理的SDN交换机数量每增加100个，则增加一个底层SDN控制器集群；底层或中间层SDN控制器集群的个数每增加50个，则增加一个上层控制器。在***的硬件不足时，如无法新增新的控制器集群，或者新建控制器集群超过规定的10min，则扩展现存的控制器集群控制的SDN交换机数量到最多110个；底层或中间层SDN控制器集群的个数最多每增加55个，则增加一个上层控制器集群。
假设sdn交换机数量为a。
假设底层sdn控制器集群的数量为b1。
假设b1上层控制器集群的数量为b2,依次类推存在b3,b4。
SDN交换机数量增加阶段：
当 a <= 100，则b1 = 1；
当 a <= 200, 则b2 = 2 | b3 = 1；
当 a <= 300, 则b2 = 3 | b3 = 1；
…
当 a <= 5000, 则b2 = a//100 + 1 | b3 = 1；
当 a <= 250000, 则 b2 = a//100 + 1 | b2//50 + 1 | b4 = 1
…
SDN交换机数量减少阶段：
当 a > 5000, 则b2 = a//100 +1 | b3 = b2//50 + 1 | if b3 > 0 则 b4 =b3//50 + 1；
当 a > 100, 则 b2 = a//100 +1 | b3 = 1
当 a <= 100, 则 b2 = 1。
进一步的，每个底层SDN控制器集群分别与若干SDN交换机建立连接，具体包括：
每个底层SDN控制器集群与100个至110个SDN交换机建立连接，并将所述SDN控制器集群中的控制器分别与SDN交换机建立连接，底层leader控制器处理SDN交换机连接请求并建立连接，底层follower控制器收到SDN交换机的连接信息发送到leader控制器进行处理。
分区假设需要控制的SDN交换机有5000台，所在网段范围在192.167.x.x(100台)到192.217.x.x（100台）则上层控制器有1台。每个底层控制器集群建立3节点集群，上层控制器建立5节点集群。根据raft算法，每个sdn交换机只能连接到一个控制器集群，每个控制器集群只有leader能够处理连接请求，并建立集群与交换机的连接。
每个SDN控制器集群包括leader SDN控制器与若干个 follower SDN控制器，最后，SDN控制器的区域个数根据SDN交换机的处理量进行的调整与确定，从而再根据底层的SDN控制器数量计算出每个区域中的上层SDN 控制器数量，再据此进行区域划分而分成若干个上层SDN控制器集群，从而实现根据交换机实际工作量的多少而对SDN控制器集群分布进行动态分配与调整，从而能够保证在交换机的工作量相对较多时，调整更多数量的SDN控制器集群来对数量较多的SDN交换机进行更加合理的控制，所以通过对SDN 控制器集群的动态调整与调节，可以达到SDN控制器集群与需要控制的 SDN交换机个数相匹配。
此外，本申请提供的方法能够保证在交换机的工作量相对较少时，也不会有处于闲置状态的SDN控制器，而且调整更多的SDN控制器组成一个集群与SDN交换机进行连接也能够提高连接控制的保障系数，从而解决了现有技术中存在的SDN控制器对SDN交换机的控制无法根据交换机实际工作量的多少而进行更加适合于实际情况的合理分配的技术问题。
实施例2
本实施例为一种SDN控制器***，所述***包括：调整单元、计算单元、分配单元、通讯单元、分布式缓存单元、SDN控制器；
所述调整单元用于根据对SDN交换机的处理量，调整与确定底层SDN 控制器的个数；
所述计算单元用于根据所述底层SDN控制器的数量计算每一层SDN控制器数量；
所述分配单元用于根据所述每个集群中的SDN控制器数量对多个SDN控制器进行划分，形成若干个SDN控制器集群；
所述通讯单元用于控制每个底层SDN控制器集群分别与若干SDN交换机建立连接；
所述分布式缓存单元用于对所述SDN控制器中的缓存数据进行分离分布式存储。
所述计算单元用于根据所述底层SDN控制器的数量计算每一层SDN控制器数量；
每个底层SDN控制器集群与100个至110个SDN交换机建立连接。分区是根据SDN交换机的网段进行划分，例如192.168.0.0 网段的交换机由一个控制器集群控制，192.167.0.0网段的由另一个控制器集群进行控制。
每45个至55个SDN控制器由一个上一层SDN控制器管理，按照上述关系，形成以45个至55个数量范围为基数的SDN控制器层级关系，确定每层SDN控制器集群的数量。分层是根据下一层的控制器数量进行分的，例如上层的192.16X的控制器集群管控（底层192.168.x.x和192.167.x.x控制器集群）。
所述分配单元根据SDN交换机的网段对底层SDN控制器进行划分。
所述SDN控制器以集群形式工作，为leader SDN控制器分配冗余控制器形成SDN控制器集群，每个SDN控制器集群中包括一个leader SDN控制器与若干个follower SDN控制器。
所述SDN控制器的形式包含服务器、虚拟机、docker镜像、控制单元，计算单元，自动扩展单元。
本申请还提供一种用于存储上述分层SDN控制器控制方法的存储介质。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种分层SDN控制器控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据网段给SDN控制器分区分层，顶层SDN控制器获取网内SDN交换机的数量；
根据需处理的SDN交换机数量确定底层SDN控制器的个数，并根据底层SDN控制器的数量依次确定上一层SDN控制器的数量，直到顶层；
为每个SDN控制器使用raft算法建立SDN控制器集群，每个SDN控制器集群中包括一个leader SDN控制器与若干个follower SDN控制器；
每个底层SDN控制器集群与若干SDN交换机建立连接；
顶层SDN控制器集群中的leader SDN 控制器根据SDN交换机数量控制SDN控制器的层级以及SDN控制器集群的规模。
2.根据权利要求1所述的一种分层SDN控制器控制方法，其特征在于，所述根据需处理的SDN交换机数量确定底层SDN控制器的个数，并根据底层SDN控制器的数量依次确定上一层SDN控制器集群的数量，直到顶层SDN控制器集群，具体为：
根据所需处理的SDN交换机的数量得到底层SDN控制器集群的数量，最多每X个SDN控制器集群由一个上一层SDN控制器集群来管理，从而形成以至多X个为基数的SDN控制器集群层级关系。
3.根据权利要求1所述的一种分层SDN控制器控制方法，其特征在于，
顶层SDN控制器集群的leader SDN控制器根据SDN交换机的数量控制SDN控制器集群的层级具体包括：需处理的SDN交换机数量最多每增Y个，则增加一个底层SDN控制器集群；
底层或中间层SDN控制器集群的个数最多每增加X个，增加一个上层SDN控制器集群。
4.根据权利要求1所述的一种分层SDN控制器控制方法，其特征在于，每个底层SDN控制器集群分别与若干SDN交换机建立连接，具体包括：
每个底层SDN控制器集群最多与Y个SDN交换机建立连接，并将所述底层SDN控制器集群中的SDN控制器分别与SDN交换机建立连接，底层SDN控制器集群的leader SDN 控制器处理SDN交换机连接请求并建立连接，底层SDN控制器集群的follower SDN 控制器在收到SDN交换机的连接信息时会发送到leader SDN 控制器进行处理。
5.一种SDN控制器***，其特征在于，所述***包括：调整单元、计算单元、分配单元、通讯单元、分布式缓存单元、SDN控制器；
所述调整单元用于根据对SDN交换机的处理量，调整与确定SDN 控制器集群的个数；
所述计算单元用于根据底层SDN控制器集群的数量计算上层每一层SDN控制器集群的数量；
所述分配单元用于根据每个所述集群中的SDN控制器集群连接的网段和数量对SDN控制器集群进行划分，形成若干个SDN控制器集群；
所述通讯单元用于控制每个底层SDN控制器集群分别与若干SDN交换机建立连接；
所述分布式缓存单元用于对所述SDN控制器中的缓存数据进行分离分布式存储。
6.根据权利要求5所述的一种SDN控制器***，其特征在于，所述计算单元用于根据所述底层SDN控制器集群的数量计算每一层SDN控制器集群数量；
每个底层SDN控制器集群最多与Y个SDN交换机建立连接，最多每X个SDN控制器由一个上一层SDN控制器集群管理，从而形成最多以X个为基数的SDN控制器层级关系，确定每层SDN控制器集群的数量。
7.根据权利要求5所述的一种SDN控制器***，其特征在于，所述分配单元根据SDN交换机的网段对底层SDN控制器进行划分。
8.根据权利要求5所述的一种SDN控制器***，其特征在于，所述SDN控制器以集群形式工作，为leader SDN控制器分配冗余控制器形成SDN控制器集群，每个SDN控制器集群中包括一个leader SDN控制器与若干个follower SDN控制器。
9.根据权利要求8所述的一种SDN控制器***，其特征在于，所述SDN控制器的形式包含服务器、虚拟机、docker镜像、控制单元，计算单元，自动扩展单元。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的分层SDN控制器控制方法。
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