RU2544741C1 - METHOD FOR AUTOMATIC CONFIGURATION OF OpenFlow SWITCHES AND OpenFlow ROUTERS - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: method for automatic configuration of OpenFlow switches and OpenFlow routers comprises modifying network traffic tables of OpenFlow equipment. A network packet is forwarded to the controller of a software-configurable network with an included module for determining the write priority in the network traffic table, wherein the set of quality parameters of the network traffic is determined using parameters which correspond to a class of traffic with which said packet is associated, and the priority of the packet specified by the first three bits of the ToS byte; if the ToS byte is not specified in the network packet, the entry corresponding to the network packet in the network traffic table is assigned the lowest priority; if the ToS byte is specified in the network packet, the packet is associated with one of three traffic classes, and the packet is then assigned a write priority in the network traffic table, calculation of which is carried out based on a weight coefficient and an OpenFlow statistics parameter corresponding to a selected traffic class, and also based on the packet priority specified by the first three bits of the ToS byte; the controller of the software-configurable network, in accordance with the OpenFlow protocol, then generates an instruction to add a new entry into the network traffic table of the OpenFlow switch or OpenFlow router.

EFFECT: faster operation of OpenFlow switches and OpenFlow routers when processing network packets.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматизации управления OpenFlow совместимыми коммутаторами и маршрутизаторами, составляющими сетевую инфраструктуру программно-конфигурируемых сетей, на основе динамического изменения приоритетов записей в таблицах потоков на сетевом оборудовании в соответствии с классом трафика, определяемым на основе параметров качества передачи сетевых пакетов.The invention relates to the field of automation control OpenFlow compatible switches and routers that make up the network infrastructure of software-configurable networks, based on the dynamic change of priorities of the entries in the flow tables on the network equipment in accordance with the traffic class, determined on the basis of the transmission quality parameters of network packets.

В связи с развитием вычислительных сетей актуализируется задача создания нового подхода к управлению сетевым оборудованием. В настоящее время активно развивается технология программно-конфигурируемых сетей, в основе которой лежит разделение функций управления сетевой инфраструктурой и функций собственно передачи данных по сети. Функции управления реализуются в выделенном компоненте программно-конфигурируемой сети - в контроллере программно-конфигурируемой сети, представляющем собой компьютер-сервер, управляющий сетевым OpenFlow совместимым оборудованием по протоколу OpenFlow.In connection with the development of computer networks, the task of creating a new approach to managing network equipment is being updated. Currently, the technology of software-configurable networks is actively developing, which is based on the separation of the functions of managing the network infrastructure and the functions of actually transmitting data over the network. Management functions are implemented in a dedicated component of a software-configured network — in a controller of a software-configured network, which is a server computer that controls network OpenFlow compatible equipment using the OpenFlow protocol.

Используемые в настоящее время методы управления сетевым оборудованием реализуют способ удаленного управления сетевым оборудованием по принципу «вручную» и не обладают достаточной гибкостью и быстродействием для обеспечения расширения (масштабирования) сети и равномерного распределения сетевой нагрузки в больших сетях со сложной топологией, к которым относятся программно-конфигурируемые сети. Традиционное конфигурирование каждого сетевого устройства выполняется человеком (системным администратором, администратором сети или оператором сетевого оборудования) по командным или файловым протоколам управления SNMP, Telnet, SSH, FTP. В основе архитектуры программно-конфигурируемых сетей лежит другой подход, основанный на использовании открытого протокола OpenFlow, позволяющего не «вручную», а программно управлять сетевой архитектурой. Протокол OpenFlow позволяет задавать конфигурацию сетевых устройств программно с централизованного компонента управления сетью - контроллера программно-конфигурируемой сети. Основными функциями контроллера программно-конфигурируемой сети являются добавление и удаление записей из таблицы сетевых потоков на контролируемом сетевом устройстве, подключенном к контроллеру и совместимом с протоколом OpenFlow. В таком случае контроллер обеспечивает динамический анализ текущего состояния всех подключенных устройств. На контроллере программно-конфигурируемой сети установлена сетевая операционная система, которая обеспечивает работу программной системы управления сетью. К задачам такой системы управления сетью относятся: сбор сведений о сетевом оборудовании, сбор данных о сетевых взаимодействиях сетевого оборудования и о текущем состоянии сетевого оборудования, настройка сетевого оборудования в зависимости от уровня сетевой нагрузки и текущего состояния.Currently used methods for managing network equipment implement the method of remotely controlling network equipment according to the “manual” principle and do not have sufficient flexibility and speed to provide expansion (scaling) of the network and uniform distribution of network load in large networks with complex topology, which include software configurable networks. The traditional configuration of each network device is performed by a person (system administrator, network administrator or network equipment operator) using command or file management protocols SNMP, Telnet, SSH, FTP. The architecture of the software-configurable networks is based on a different approach based on the use of the OpenFlow open protocol, which allows you to programmatically control the network architecture, not "manually". The OpenFlow protocol allows you to configure network devices programmatically from a centralized network management component — a software-configured network controller. The main functions of a software-configurable network controller are adding and deleting entries from the network flow table on a controlled network device connected to the controller and compatible with the OpenFlow protocol. In this case, the controller provides a dynamic analysis of the current state of all connected devices. A network operating system is installed on the controller of the software-configurable network, which ensures the operation of the network management software system. The tasks of such a network management system include: collecting information about network equipment, collecting data about network interactions of network equipment and the current status of network equipment, setting up network equipment depending on the level of network load and current status.

В программно-конфигурируемых сетях сетевые устройства (коммутаторы и маршрутизаторы), управляемые по протоколу OpenFlow, называют OpenFlow-коммутаторами и OpenFlow-маршрутизаторами. Для каждого поступающего сетевого пакета OpenFlow-коммутатор (OpenFlow-маршрутизатор) принимает решение о направлении его дальнейшей пересылки. Направление пересылки пакета определяется, исходя из управляющей таблицы сетевых потоков. Каждая таблица в сетевом устройстве, поддерживающем протокол OpenFlow и подключаемом к контроллеру, состоит из набора записей. Каждая запись содержит идентификационные параметры сетевых пакетов, для которых данная запись применяется, статистическую информацию и набор инструкций, которые должны быть применены к сетевым пакетам. Определение маршрута для каждого поступившего сетевого пакета осуществляется путем сопоставления параметров данного сетевого пакета с параметрами, указанными в каждой записи таблицы сетевых потоков, хранящейся на OpenFlow-коммутаторе и OpenFlow-маршрутизаторе. В случае выявления совпадения сетевой пакет обрабатывается согласно инструкции, указанной в соответствующей записи, и вследствие этого направляется по маршруту, указанному в инструкции. Если ни одна запись для данного пакета в таблице сетевых потоков не найдена, то пакет передается на обработку контроллеру программно-конфигурируемой сети, который формирует новую запись для данного сетевого потока, а именно данного сетевого пакета и для всех однотипных с ним последующих сетевых пакетов, занося новый маршрут для данного сетевого потока в таблицу сетевых потоков соответствующего OpenFlow-коммутатора и OpenFlow-маршрутизатора.In software-configured networks, network devices (switches and routers) controlled by the OpenFlow protocol are called OpenFlow switches and OpenFlow routers. For each incoming network packet, the OpenFlow switch (OpenFlow router) decides on the direction of its further forwarding. The packet forwarding direction is determined based on the network flow control table. Each table in a network device that supports the OpenFlow protocol and connects to the controller consists of a set of records. Each entry contains the identification parameters of network packets for which this record is applied, statistical information and a set of instructions that should be applied to network packets. The route determination for each incoming network packet is carried out by comparing the parameters of this network packet with the parameters specified in each record of the network flow table stored on the OpenFlow switch and OpenFlow router. If a match is found, the network packet is processed according to the instructions specified in the corresponding record, and as a result, it is sent along the route specified in the instructions. If no record for this packet is found in the network flow table, then the packet is transmitted for processing to the controller of the software-configured network, which creates a new record for this network stream, namely this network packet and for all subsequent network packets of the same type, entering a new route for this network stream to the network stream table of the corresponding OpenFlow switch and OpenFlow router.

Контроллер программно-конфигурируемой сети осуществляет конфигурацию OpenFlow-коммутаторов и OpenFlow-маршрутизаторов, изменяя записи в таблицах сетевых потоков, тем самым изменяя направление передачи пакетов в сети. Во всех существующих конфигурациях OpenFIow-оборудования таблицы сетевых потоков задаются с записями, для которых указаны одинаковые приоритеты. Вследствие этого записи в таблице располагаются в произвольном порядке. В существующих решениях, обеспечивающих управление OpenFlow-коммутаторами и OpenFlow-маршрутизаторами, все записи в таблицах сетевых потоков равноправны и порядок их обработки в таблице не задан, что приводит к необходимости перебора всех записей таблицы сетевых потоков в поисках искомой записи и, соответственно, к временным задержкам при передаче сетевых пакетов (US 2011286324, H04L 12/26, опубл. 2011-11-24; EP 2408155, H04L 12/56, опубл. 2012-01-18).The software-configurable network controller configures OpenFlow switches and OpenFlow routers by changing entries in the network flow tables, thereby changing the direction of packet transmission on the network. In all existing OpenFIow equipment configurations, network flow tables are defined with entries for which the same priorities are specified. As a result, the entries in the table are arranged in random order. In existing solutions for managing OpenFlow switches and OpenFlow routers, all entries in the network flow tables are equal and their processing order is not specified in the table, which leads to the need to iterate over all entries in the network flow table in search of the desired entry and, accordingly, to temporary delays in the transmission of network packets (US 2011286324, H04L 12/26, publ. 2011-11-24; EP 2408155, H04L 12/56, publ. 2012-01-18).

Однако OpenFlow-оборудование позволяет задавать приоритеты записей и тем самым управлять очередностью обработки сетевых пакетов данным устройством. Таким образом, повышение быстродействия OpenFlow-коммутаторов и OpenFlow-маршрутизаторов при обработке сетевых пакетов заключается в создании такой системы управления в программно-конфигурируемых сетях, которая базируется на переконфигурировании таблиц сетевых потоков на основе расчета приоритета записей в таблицах. В основу такого расчета приоритета положено разбиение байта ToS сетевого пакета на набор указателей классификации данного пакета и распределения сетевого трафика по программируемым классам сетевых пакетов.However, OpenFlow-equipment allows you to set recording priorities and thereby control the sequence of processing network packets with this device. Thus, improving the performance of OpenFlow switches and OpenFlow routers when processing network packets consists in creating such a control system in software-configurable networks, which is based on reconfiguring the network flow tables based on calculating the priority of entries in the tables. This priority calculation is based on the partitioning of the ToS byte of a network packet into a set of classification pointers for this packet and distribution of network traffic among programmable classes of network packets.

В основу изобретения положена задача создания способа автоматического задания конфигурации OpenFlow-коммутаторов и OpenFlow-маршрутизаторов, который повышает быстродействие OpenFlow-коммутаторов и OpenFlow-маршрутизаторов при обработке сетевых пакетов за счет реализации управления сетевой инфраструктурой в компьютерной программно-конфигурируемой сети, инфраструктуру которой составляет OpenFlow-коммутатор (OpenFlow-маршрутизатор) и контроллер программно-конфигурируемой сети. Решение данной задачи обеспечивается за счет динамического изменения приоритетов записей в таблицах сетевых потоков в соответствии с параметрами качества сетевого трафика и статистики OpenFlow-оборудования. Данный способ позволяет оптимизировать процесс обработки сетевого пакета за счет установления приоритетного порядка сопоставления параметров пакета с параметрами записей в таблице сетевых потоков и дальнейшего выполнения действий, указанных в таблице сетевых потоков для соответствующей пакету записи. За счет организации очередей записей на основе приоритетов и классификации сетевых пакетов применение данного способа обеспечивает сокращение времени поиска записей в таблицах сетевых потоков и, как следствие, повышение производительности сетевого OpenFlow совместимого сетевого оборудования.The basis of the invention is the creation of a method for automatically configuring OpenFlow switches and OpenFlow routers, which improves the performance of OpenFlow switches and OpenFlow routers when processing network packets by implementing the management of network infrastructure in a computer programmable network, the infrastructure of which is OpenFlow switch (OpenFlow router) and controller software-defined network. The solution to this problem is provided by dynamically changing the priorities of the entries in the network flow tables in accordance with the parameters of network traffic quality and statistics of OpenFlow equipment. This method allows you to optimize the processing of a network packet by establishing the priority order of matching the packet parameters with the record parameters in the network stream table and further performing the steps indicated in the network stream table for the corresponding recording packet. By organizing recording queues based on priorities and classifying network packets, the use of this method reduces the time it takes to search for records in network flow tables and, as a result, increases the performance of network OpenFlow compatible network equipment.

Решение поставленной технической задачи обеспечивается за счет передачи сетевого пакета, для которого не было найдено соответствия с записями в таблице сетевых потоков OpenFlow-коммутаторов и OpenFlow-маршрутизаторов, контроллеру программно-конфигурируемой сети для формирования им в таблице сетевых потоков новой записи. Данная запись таблицы сетевых потоков, соответствующая данному сетевому пакету, формируется в зависимости от того, установлен ли байт ToS. Первые три бита байта ToS соответствуют приоритету данного IP-пакета, четвертый бит - требованию ко времени задержки передачи IP-пакета, пятый бит - требованию к пропускной способности маршрута, по которому должен быть передан IP-пакет, шестой бит - требованию к надежности передачи IP-пакета. В случае если байт ToS не задан, сетевому пакету присваивается наименьший приоритет записи в таблице сетевых потоков. Пакет, для которого задан байт ToS, относят к одному из трех классов трафик. Далее данному пакету присваивается приоритет записи в таблице сетевых потоков, расчет которого производится с учетом весового коэффициента и параметра Open Flow-статистики, соответствующих выбранному классу трафика, а также с учетом приоритета пакета, заданного первыми тремя битами байта ToS.The solution of the technical problem is ensured by transmitting a network packet for which no correspondence was found with entries in the network flow table of OpenFlow switches and OpenFlow routers, to the controller of a software-configured network to form a new record in the network flow table. This network stream table entry corresponding to this network packet is formed depending on whether the ToS byte is set. The first three bits of the ToS byte correspond to the priority of this IP packet, the fourth bit corresponds to the requirement for the delay time for transmitting the IP packet, the fifth bit corresponds to the bandwidth requirement for the route on which the IP packet should be transmitted, and the sixth bit corresponds to the reliability requirement for IP transmission package. If the ToS byte is not specified, the network packet is assigned the lowest write priority in the network stream table. A packet for which a ToS byte is specified refers to one of three classes of traffic. Next, this packet is assigned the priority of the entry in the network flow table, which is calculated taking into account the weight coefficient and the parameter of Open Flow statistics corresponding to the selected traffic class, as well as taking into account the priority of the packet specified by the first three bits of the ToS byte.

В соответствии со структурой байта ToS выделены три класса (K_j, 1≤j≤3) обрабатываемого сетевого трафика, каждый из которых характеризуется центром класса (µ_j, 1≤j≤3):In accordance with the structure of the ToS byte, three classes (K _j , 1≤j≤3) of the processed network traffic are allocated, each of which is characterized by the center of the class (µ _j , 1≤j≤3):

- трафик, к которому предъявляются особые требования к временной задержке передачи (D-трафик, от англ. Delay). Центр класса - вектор µ₁=〈00010000〉;- traffic, to which there are special requirements for the transmission delay (D-traffic, from the English Delay). The center of the class is the vector µ ₁ = 〈00010000〉;

- трафик, к которому предъявляются особые требования к пропускной способности маршрута (Т-трафик, от англ. Throughput). Центр класса - вектор µ₂=〈00001000〉;- traffic, which has special requirements for the throughput of the route (T-traffic, from the English Throughput). The center of the class is the vector µ ₂ = 〈00001000〉;

- трафик, к которому предъявляются особые требования к надежности передачи (R-трафик, от англ. Reliability). Центр класса - вектор µ₃=〈00000100〉.- traffic, to which special requirements are placed on the reliability of transmission (R-traffic, from the English Reliability). The center of the class is the vector µ ₃ = 〈00000100〉.

Каждому классу изначально задают значение весового коэффициента (w_j, 1≤j≤3), влияющее на приоритет записи в таблице сетевых потоков, создаваемой в соответствии с анализируемым сетевым пакетом.Each class is initially assigned a weight coefficient value (w _j , 1≤j≤3), which affects the priority of the entry in the network flow table created in accordance with the analyzed network packet.

Каждому классу трафика в соответствие ставится параметр Open Flow-статистики для порта (S_j, 1≤j≤3), который будет учитываться при расчете приоритета записи в таблице сетевых потоков:Each traffic class is assigned an Open Flow statistic parameter for the port (S _j , 1≤j≤3), which will be taken into account when calculating the recording priority in the network stream table:

- для D-трафика учитывается отношение количества отправленных пакетов (TransmPack) к количеству принятых пакетов (RecPack);- for D-traffic, the ratio of the number of sent packets (TransmPack) to the number of received packets (RecPack) is taken into account;

- для Т-трафика учитывается отношение количества отправленных байтов (TransmBytes) к количеству принятых байтов (RecBytes);- for T-traffic, the ratio of the number of bytes sent (TransmBytes) to the number of received bytes (RecBytes) is taken into account;

- для R-трафика учитывается отношение суммы количества отброшенных при приеме пакетов (RecDrops) и количества отброшенных при приеме пакетов (TransmDrops) к количеству принятых пакетов (RecPack).- for R-traffic, the ratio of the number of packets dropped when receiving packets (RecDrops) and the number of packets dropped when receiving packets (TransmDrops) to the number of packets received (RecPack) is taken into account.

На фиг.1 представлена схема управления сетевыми потоками в программно-конфигурируемых сетях. Взаимодействие между OpenFlow-коммутатором (OpenFlow-маршрутизатором) и контроллером программно-конфигурируемой сети осуществляется посредством протокола OpenFlow. Для поступающего на сетевое оборудование сетевого пакета выполняется поиск записи в таблице сетевых потоков. Если запись найдена, пакет передается далее в сеть согласно инструкциям, указанным в данной записи. В случае отсутствия в таблице сетевых потоков записи, соответствующей сетевому пакету, данный пакет передается контроллеру программно-конфигурируемой сети для генерации новой записи в таблице сетевых потоков. На фиг.2 представлена схема работы контроллера программно-конфигурируемой сети. На вход контроллеру поступает пакет, для которого не было найдено соответствие с записями в таблице сетевых потоков сетевого оборудования, на выходе контроллер формирует новую запись в таблице сетевых потоков, содержащую параметры, статистику и инструкции, а также устанавливает приоритет данной записи в таблице сетевых потоков. При вычислении приоритета записи в таблице сетевых потоков контроллер программно-конфигурируемой сети учитывает тип трафика, к которому относится сетевой пакет, полученный контроллером, и приоритет данного сетевого пакета, заданный первыми тремя битами байта ToS, в случае если байт ToS не задан, сетевому пакету присваивается наименьший приоритет записи в таблице сетевых потоков.Figure 1 presents a diagram of the management of network flows in software-configured networks. The interaction between the OpenFlow switch (OpenFlow router) and the controller of the software-configured network is carried out using the OpenFlow protocol. For the network packet arriving at the network equipment, a record is searched in the network stream table. If the record is found, the packet is transmitted further to the network according to the instructions specified in this record. If there is no entry in the table of network streams corresponding to the network packet, this packet is transmitted to the controller of the software-configured network to generate a new record in the table of network streams. Figure 2 presents the operation diagram of the controller software-configured network. The packet arrives at the input to the controller for which there is no correspondence with the entries in the network flows table of the network equipment; at the output, the controller generates a new entry in the flows network table that contains parameters, statistics and instructions, and also sets the priority of this entry in the flows network table. When calculating the priority of a record in the table of network flows, the controller of the software-configured network takes into account the type of traffic to which the network packet received by the controller belongs and the priority of this network packet specified by the first three bits of the ToS byte, if the ToS byte is not specified, the network packet is assigned The lowest write priority in the network stream table.

Для отнесения сетевого пакета, полученного контроллером программно-конфигурируемой сети, к одному из определенных классов трафика вычисляется расстояние Хэмминга [Скляр Б. Цифровая связь: Теоретические основы и практическое применение. М.: Вильямс, 2003] между вектором центра соответствующего класса и вектором, представляющим байт ToS анализируемого пакета.To assign the network packet received by the controller of the software-configured network to one of the defined traffic classes, the Hamming distance is calculated [Sklyar B. Digital communication: Theoretical foundations and practical application. M .: Williams, 2003] between the center vector of the corresponding class and the vector representing the ToS byte of the packet being analyzed.

Весовой коэффициент Хэмминга бинарного вектора определяется как число ненулевых элементов данного вектора. Расстоянием Хэмминга - число позиций, на которых различаются соответствующие векторы значений: $$d_{ij}={\Sigma }_{k=1}^L\left|x_{i_k}-x_{j_k}\right|$$

, где L - длина вектора.The Hamming weight of a binary vector is defined as the number of nonzero elements of this vector. Hamming distance - the number of positions at which the corresponding value vectors differ: $$d_{ij}={\Sigma }_{k=\mathrm{one}}^L\left|x_{i_k}-x_{j_k}\right|$$

where L is the length of the vector.

Согласно свойствам сложения по модулю 2, сумма двух бинарных векторов является другим бинарным вектором, двоичные единицы которого расположены на тех позициях, которыми эти векторы отличаются.According to the properties of addition modulo 2, the sum of two binary vectors is another binary vector, the binary units of which are located at those positions by which these vectors differ.

Расстояние Хэмминга между двумя векторами равно весовому коэффициенту Хэмминга их суммы. Также, весовой коэффициент Хэмминга бинарного вектора равен его расстоянию Хэмминга до нулевого вектора. Расстояние Хэмминга является метрикой на множестве бинарных векторов длины L, удовлетворяя аксиомам метрики.The Hamming distance between two vectors is equal to the weighting Hamming coefficient of their sum. Also, the Hamming weight of a binary vector is equal to its Hamming distance to the zero vector. The Hamming distance is a metric on the set of binary vectors of length L, satisfying the axioms of the metric.

Анализируемый байт ToS сетевого пакета, полученного контроллером программно-конфигурируемой сети, представляется в виде вектора $$x_i^{*}$$

. Между полученным вектором $$x_i^{*}$$

и текущими центрами классов вычисляется расстояние Хэмминга: $$d_{ij}={\Sigma }_{k=1}^8\left|x_i^{*}{}_k-{\mu }_{j_k}\right|$$

, 1≤j≤3. Вектор $$x_i^{*}$$

относят к классу, которому соответствует наименьшее расстояние Хэмминга min_1≤j≤3 d_ij. Если для нескольких j выполняется равенство $$d_{ij}=\underset{1\le j\le 3}{\min }{d}_{ij}$$

, то вектор $$x_i^{*}$$

может быть отнесен к любому классу K_j, для которого $$d_{ij}=\underset{1\le j\le 3}{\min }{d}_{ij}$$

.The analyzed ToS byte of the network packet received by the software-configured network controller is represented as a vector $$x_i^{*}$$

. Between the resulting vector $$x_i^{*}$$

and the current class centers compute the Hamming distance: $$d_{ij}={\Sigma }_{k=\mathrm{one}}^8\left|x_i^{*}{}_k-{\mu }_{j_k}\right|$$

, 1≤j≤3. Vector $$x_i^{*}$$

relate to the class, which corresponds to the least Hamming distance min _1≤j≤3 d _ij . If for several j the equality $$d_{ij}=\underset{\mathrm{one}\le j\le 3}{\min }{d}_{ij}$$

then vector $$x_i^{*}$$

can be assigned to any class K _j for which $$d_{ij}=\underset{\mathrm{one}\le j\le 3}{\min }{d}_{ij}$$

.

В соответствии с установленной принадлежностью вектора $$x_i^{*}$$

к классу K_j вычисляется значение приоритета записи в таблице сетевых потоков, соответствующей сетевому пакета, полученному контроллером программно-конфигурируемой сети: F=w_j·S_j+P_i, где w_j - весовой коэффициент, соответствующий классу K_j, S_j - учитываемый параметр OpenFlow-статистики для порта, соответствующий классу K_j, P_i - приоритет, заданный первыми тремя битами байта ToS, указанный в десятичной системе счисления.In accordance with the established accessory of the vector $$x_i^{*}$$

to the class K _j , the value of the recording priority in the table of network flows corresponding to the network packet received by the controller of the software-configured network is calculated: F = w _j · S _j + P _i , where w _j is the weight coefficient corresponding to the class K _j , S _j - the taken into account parameter of OpenFlow statistics for the port corresponding to the class K _j , P _i is the priority specified by the first three bits of the ToS byte specified in the decimal system.

Данный метод является универсальным за счет того, что для каждой системы взаимодействия в программно-конфигурируемых сетях, в состав инфраструктуры которых входят OpenFlow-коммутаторы и OpenFlow-маршрутизаторы, могут быть определены свои значения весовых коэффициентов w_j, 1≤j≤3.This method is universal due to the fact that for each interaction system in software-configurable networks, the infrastructure of which includes OpenFlow switches and OpenFlow routers, their own weight coefficients w _j , 1≤j≤3 can be determined.

Рассмотрим пример вычисления приоритета записи в таблице сетевых потоков OpenFlow-коммутатора (OpenFlow-маршрутизатора), соответствующей сетевому пакету, полученному контроллером программно-конфигурируемой сети, с заданным байтом ToS, которому соответствует двоичный вектор $$x_0^{*}=\langle 10110100\rangle$$

.Consider an example of calculating the priority of an entry in the network flow table of an OpenFlow switch (OpenFlow router) corresponding to a network packet received by a software-configured network controller with a given ToS byte that corresponds to a binary vector $$x_0^{*}=〈10110100〉$$

.

Вычислим расстояние Хэмминга между вектором $$x_0^{*}$$

и текущими центрами классов $$d_{0j}={\Sigma }_{k=1}^8\left|x_0^{*}{}_k-{\mu }_{j_k}\right|$$

, 1≤j≤3:We calculate the Hamming distance between the vector $$x_0^{*}$$

and current class centers $$d_{0j}={\Sigma }_{k=\mathrm{one}}^8\left|x_0^{*}{}_k-{\mu }_{j_k}\right|$$

, 1≤j≤3:

$$d_{01}={\displaystyle \sum _{k=1}^8\left|x_0^{*}{}_k-{\mu }_{1_k}\right|}=3$$

; $$d_{01}={\displaystyle \sum _{k=\mathrm{one}}^8\left|x_0^{*}{}_k-{\mu }_{{\mathrm{one}}_k}\right|}=3$$

;

$$d_{02}={\displaystyle \sum _{k=1}^8\left|x_0^{*}{}_k-{\mu }_{2_k}\right|}=5$$

; $$d_{02}={\displaystyle \sum _{k=\mathrm{one}}^8\left|x_0^{*}{}_k-{\mu }_{2_k}\right|}=5$$

;

$$d_{03}={\displaystyle \sum _{k=1}^8\left|x_0^{*}{}_k-{\mu }_{3_k}\right|}=3$$

. $$d_{03}={\displaystyle \sum _{k=\mathrm{one}}^8\left|x_0^{*}{}_k-{\mu }_{3_k}\right|}=3$$

.

Определим наименьшее значение расстояния Хэмминга между вектором $$x_0^{*}$$

и центрами классов:Determine the smallest value of the Hamming distance between the vector $$x_0^{*}$$

and class centers:

$$\underset{1\le j\le 3}{\min }{d}_{0j}=\min \left\{3;5;3\right\}=3=d_{01}=d_{03}$$

. $$\underset{\mathrm{one}\le j\le 3}{\min }{d}_{0j}=\min \left\{3;5;3\right\}=3=d_{01}=d_{03}$$

.

Так как для j=1 и для j=3 выполняется равенство d_0j=min_1≤j≤3 d_0j, то, в соответствии с предложенным алгоритмом, вектор $$x_0^{*}$$

может быть отнесен как к классу K₁, так и к классу K₃. Отнесем вектор $$x_0^{*}=\langle 10110100\rangle$$

к классу K₁ с центром µ₁=〈00010000〉.Since for j = 1 and j = 3 is satisfied equation d _0j = min _1≤j≤3 d _0j, then in accordance with the proposed algorithm, the vector $$x_0^{*}$$

can be assigned to both class K ₁ and class K ₃ . Take the vector $$x_0^{*}=〈10110100〉$$

to class K ₁ with center µ ₁ = 〈00010000〉.

Допустим, заданы следующие весовые коэффициенты w_j, соответствующие классам K_j, 1≤j≤3: w₁=20; w₂=15; w₃=30.Suppose that the following weights w _j are assigned that correspond to the classes K _j , _{1 j j} 3 3: w ₁ = 20; w ₂ = 15; w ₃ = 30.

Согласно предложенному алгоритму, класс K₁ соответствует D-трафику, для которого необходимо вычислить следующий параметр OpenFlow-статистики для порта:According to the proposed algorithm, class K ₁ corresponds to D-traffic, for which it is necessary to calculate the following parameter of OpenFlow statistics for the port:

$$S_1=\frac{TransmPack}{\mathrm{Re}cPack}$$

, $$S_{\mathrm{one}}=\frac{TransmPack}{\mathrm{Re}cPack}$$

,

где TransmPack - количество отправленных пакетов, RecPack - количество принятых пакетов.where TransmPack is the number of packets sent, RecPack is the number of packets received.

Пусть TransmPack = 90, RecPack = 100. Тогда $$S_1=\frac{90}{100}=0,9$$

.Let TransmPack = 90, RecPack = 100. Then $$S_{\mathrm{one}}=\frac{90}{\mathrm{one\; hundred}}=0,9$$

.

Приоритет, заданный первыми тремя битами байта ToS, указанный в десятичной системе счисления, равен P₀=5.The priority specified by the first three bits of the ToS byte specified in the decimal system is P ₀ = 5.

Вычислим значение приоритета записи в таблице сетевых потоков, советующей рассматриваемому сетевому пакету:We calculate the priority of the entry in the network flow table that advises the network packet in question:

F=w₁·S₁+P₀=20·0,9+5=23.F = w ₁ · S ₁ + P ₀ = 20 · 0.9 + 5 = 23.

Все сетевые потоки, которым в таблице сетевых потоков соответствуют записи с более высоким приоритетом, будут обработаны раньше. Приоритезация записей в таблице сетевых потоков OpenFlow-коммутатора (Open Flow-маршрутизатора) и, соответственно, сетевых потоков позволяет сократить время обнаружения записи в таблице сетевых потоков за счет задания очередности записей.All network flows to which entries with a higher priority correspond in the network flow table will be processed earlier. Prioritizing entries in the network flow table of an OpenFlow switch (Open Flow router) and, accordingly, network flows reduces the detection time of entries in the network flow table by setting the order of entries.

Описанный способ обеспечивает повышение производительности OpenFlow-коммутаторов и OpenFlow-маршрутизаторов в программно-конфигурируемой сети, повышение пропускной способности программно-конфигурируемой сети, упрощение процесса классификации трафика, снижение числа ошибок при осуществлении настройки программно-конфигурируемой сети.The described method provides an increase in the performance of OpenFlow switches and OpenFlow routers in a software-configurable network, an increase in the throughput of a software-configurable network, a simplification of the traffic classification process, and a reduction in the number of errors when configuring a software-configurable network.

Claims (1)

Способ автоматического задания конфигурации OpenFlow-коммутаторов и OpenFlow-маршрутизаторов, включающий изменение таблиц сетевых потоков OpenFlow-оборудования, отличающийся тем, что сетевой пакет направляют в контроллер программно-конфигурируемой сети с включенным модулем определения приоритета записи в таблице сетевых потоков, в котором определяют совокупность параметров качества сетевого трафика с использованием параметров, соответствующих классу трафика, к которому относится данный пакет, и приоритета пакета, заданного первыми тремя битами байта ToS; в случае если байт ToS в сетевом пакете не задан, записи, соответствующей сетевому пакету, в таблице сетевых потоков присваивается наименьший приоритет; если байт ToS в сетевом пакете задан, пакет относят к одному из трех классов трафика, далее данному пакету присваивается приоритет записи в таблице сетевых потоков, расчет которого производится с учетом весового коэффициента и параметра OpenFlow-статистики, соответствующих выбранному классу трафика, а также с учетом приоритета пакета, заданного первыми тремя битами байта ToS; затем в контроллере программно-конфигурируемой сети в соответствии с протоколом OpenFlow формируют команду добавления новой записи в таблицу сетевых потоков OpenFlow-коммутатора или OpenFlow-маршрутизатора. A method for automatically configuring OpenFlow switches and OpenFlow routers, including changing the network flow tables of OpenFlow equipment, characterized in that the network packet is sent to the controller of the software-configured network with the recording priority determination module enabled in the network flow table, in which a set of parameters is determined the quality of network traffic using the parameters corresponding to the class of traffic to which this packet belongs and the priority of the packet specified by the first three bits mi of ToS bytes; if the ToS byte is not specified in the network packet, the lowest priority is assigned to the record corresponding to the network packet in the network stream table; if the ToS byte in the network packet is specified, the packet is assigned to one of three traffic classes, then this packet is assigned the priority of the entry in the network flow table, which is calculated taking into account the weight coefficient and the OpenFlow statistics parameter corresponding to the selected traffic class, as well as priority of the packet specified by the first three bits of the ToS byte; then, in the controller of the software-configured network, in accordance with the OpenFlow protocol, a command is added to add a new record to the network flow table of the OpenFlow switch or OpenFlow router.

Images