多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS的方法技术

本发明专利技术提供了一种多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS的方法，包括步骤1：收集在OSI模型中每一层隐含的QoS需求的信息；步骤2：共享QoS要求相关的信息；步骤3：基于权重优化功能的方法来映射QoS的要求，并采用统一的跨层业务优先级；所述跨层业务优先级独立于异构网络中任何其他优先级；步骤4：将统一的跨层业务优先级写入流程表，并分配到OpenFlow的交换机中，当数据包到达时，由OpenFlow完成流表匹配的操作，并执行QoS策略。本发明专利技术中的方法能够显著提高OpenFlow的协议的控制粒度，可以同步支持多个SDN控制器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及网络服务
，具体地，涉及多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS(QualityofService，服务质量)的方法。
技术介绍
SDN(SoftwareDefinedNetwork，软件定义网络)一直是下一代网络中的显著的研究领域。在SDN中，网络智能通常从数据平面和SDN控制器，可同时监控和标准化的接口协议，如OpenFlow的灵活控制网络状态(逻辑)集中式去耦。这种创新模式的可预见的应用正在推动学术界和工业界开展了广泛的研究。在最近几年进行的研究表明，SDN将必须支持异构网络接入和多租户部署以满足所设想的需求。在多租户异构环境中，通过各种应用程序所生成的数据通常具有用于其拥有不同的性能要求，可与不同的服务级别进行分配。为了满足上述要求，丰富SDN的功能，对SDN的最大挑战之一就是如何提供更好的QoS保证。多租户网络已经成为网络演进过程中的重要趋势。基于SDN多租户网络通常允许多个异构网络来访问它，租客往往可以监视和控制其中的至少一种网络。在这样一个复杂的网络中存在以下的问题：1)带宽滥用和竞争。随着互联网和各种应用行业之间的深度集成，大量非业务数据将通过使用各种应用层协议被递送。由于缺乏基于应用层的流表匹配，目前的OpenFlow无法支持更细粒度数据包分类和动态带宽分配。这将导致带宽滥用和竞争，导致提供政策的业务数据变得低效；2)策略相冲突。在多租户异构网络，各类各种异构网络的产生的数据可以属于不同的租户，并且这些租户总是由不同的服务水平提供。不可避免的，由于缺乏服务水平的感知，QoS策略相冲突，这意味着有较低的优先级但较高服务等级的包可能被错误地丢弃。考虑到所有QoS需求将被映射到数据包报头，且有效负载隐含OSI模型的七层体系结构，在多租户异构环境为了准确感知服务水平跨层QoS配置是必须的。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS的方法。根据本专利技术提供的多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS的方法，包括如下步骤：步骤1：基于应用感知收集在OSI七层通信模型中每一层隐含的QoS需求；步骤2：在SDN控制层的各功能模块共享所搜集的QoS需求信息；步骤3：基于权重优化函数将QoS需求统一映射为跨层优先级，并对相应业务进行编排；所述跨层优先级独立于异构网络中任何其他优先级；步骤4：所述SDN控制层将统一的跨层优先级写入流表，并分配到OpenFlow的交换机中；当数据包到达OpenFlow交换机时，由相应的OpenFlow代理完成对流表匹配的操作；对存在匹配流表的数据执行流表中所携带的QoS策略。优选地，所述应用层感知由深度包检测DPI实例来实现；每一个DPI实例用于确定每个流量的行为；所述DPI实例集成在SDN的控制层中，由租户/用户根据自己的需求决定是否在所述SDN控制层上配置基于DPI的应用感知模块，所述应用感知功能用于分析数据分组的报头和有效负载。优选地，所述步骤2中所述的SDN控制层包含数据搜集模块和跨层QoS提供模块，所述数据搜集模块用于搜集网络拓扑、流量属性、设备状态信息；所述跨层QoS提供模块用于对所接收到的QoS需求信息进行集中处理，并根据编排后的优先级对个类数据制定QoS策略；且数据搜集模块和跨层QoS提供模块之间的数据分享采用基于发布/订阅的通信方式，该通信方式能够共享各种应用和异构服务之间的检查结果；所述QoS需求信息包括：对应分组的优先级、延迟时间、发送的速率以及到达率。优选地，所述步骤3中基于权重优化函数的方法是指采用多服务等级协议MSLA将所述QoS需求信息统一映射为跨层优先级；具体地，实现基于权重优化函数的方法包括如下步骤：步骤A1：在异构网络侧的调度层对多样化的QoS需求进行识别和分类，在异构网络侧的服务层将QoS需求与具体的用户行为和所采用的通信协议进行关联；并将关联后的QoS需求信息发送到跨层QoS提供侧；步骤A2：在跨层QoS提供侧的服务层对来自异构网络侧的进行需求发现和服务调度，对所搜集的各层QoS需求信息进行分配优先级权重，其中所述优先级权重的分配是依据权重优化函数进行计算的；在跨层QoS提供侧的调度层为不同的QoS需求配置访问控制策略的QoS策略；在跨层QoS提供侧的执行层存储和计算不同QoS需求所分配的带宽资源，并将分配方案下发至异构网络侧的执行层进行执行。优选地，所述步骤4还包括将记录的网络日志报告给SDN控制器周期性；当具有相同属性的数据包再次到达时，进行优先匹配；若优先匹配的优先级不等于预设值，则考虑生成时规定的QoS需求，若优先匹配的优先级等于预设值，则进行匹配。优选地，还包括对QoS配置进行预处理步骤：通过在SDN控制器中设置数据管理单元、数据包检查单元以及流量表管理单元，用于完成SDN中的网络服务；其中：所述数据管理单元所管理的数据类型包括：业务数据、临时记录、检查结果、交通控制策略、网络服务以及功能库；所述数据包检查单元以分布式的方式部署在SDN控制器上，且所述数据包检查单元仅对到达的第一分组分数据包进行识别；所述流量表管理单元用于管理SDN的流表；所述流表的标题中设置有指定标签，所述指定标签在数据包检查单元检查数据包时处于最高优先级。优选地，所述步骤4中的OpenFlow的交换机分组处理包括如下步骤：步骤S1：检查是否存在一个流表与分组中的统一的跨层业务优先级相匹配，如果是，则执行步骤S2；否则，转到步骤S5；步骤S2：检查是否有一个流表，其中应用程序元数据实例与流量相匹配，如果是，则执行步骤S3；否则，转到步骤S5；步骤S3：检查是否有一个流表，其中VxLAN元数据实例与流量相匹配，如果是，则执行步骤S4；否则，转到步骤S5；步骤S4：检查是否有一个流表，其中原来的IP报头的实例与流量相匹配，如果是，则执行步骤S6；否则，执行步骤S5；步骤S5：将包映射到分布式SDN控制器的数据管理单元；步骤S6：执行相应的QoS策略。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术提供的多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS的方法所提出的架构将应用感知功能结合到SDN控制器中，并且处理了带宽竞争的问题，识别不同应用层协议的应用行为，然后以细粒度方式对业务流进行分类。因此，每个流量都是动态配置的带宽资源。同时，通过基于SDN的多租户异构网络中的跨层QoS映射的统一优先级配置能力解决了策略冲突的问题。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提供的跨层应用感知保证QoS的服务机制的架构示意图；图2为基于发布/订阅的信息共享机制的原则示意图；图3为跨层应用感知预配置决策树示意图；图4为SDN中的管线处理模型与MSLA运行原理示意图；图5为QoS的策略强制执行的工作流程示意图；图6为基于QoS的端到端交付的带宽配置示意图；图7为多种优先级配置的比较示意图；图8为带宽配置模型的比较示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：基于应用感知收集在OSI七层通信模型中每一层隐含的QoS需求；步骤2：在SDN控制层的各功能模块共享所搜集的QoS需求信息；步骤3：基于权重优化函数将QoS需求统一映射为跨层优先级，并对相应业务进行编排；所述跨层优先级独立于异构网络中任何其他优先级；步骤4：所述SDN控制层将统一的跨层优先级写入流表，并分配到OpenFlow的交换机中；当数据包到达OpenFlow交换机时，由相应的OpenFlow代理完成对流表匹配的操作；对存在匹配流表的数据执行流表中所携带的QoS策略。

【技术特征摘要】
1.一种多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：基于应用感知收集在OSI七层通信模型中每一层隐含的QoS需求；步骤2：在SDN控制层的各功能模块共享所搜集的QoS需求信息；步骤3：基于权重优化函数将QoS需求统一映射为跨层优先级，并对相应业务进行编排；所述跨层优先级独立于异构网络中任何其他优先级；步骤4：所述SDN控制层将统一的跨层优先级写入流表，并分配到OpenFlow的交换机中；当数据包到达OpenFlow交换机时，由相应的OpenFlow代理完成对流表匹配的操作；对存在匹配流表的数据执行流表中所携带的QoS策略。2.根据权利要求1所述的多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS的方法，其特征在于，所述应用层感知由深度包检测DPI实例来实现；每一个DPI实例用于确定每个流量的行为；所述DPI实例集成在SDN的控制层中，由租户/用户根据自己的需求决定是否在所述SDN控制层上配置基于DPI的应用感知模块，所述应用感知功能用于分析数据分组的报头和有效负载。3.根据权利要求1所述的多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS的方法，其特征在于，所述步骤2中所述的SDN控制层包含数据搜集模块和跨层QoS提供模块，所述数据搜集模块用于搜集网络拓扑、流量属性、设备状态信息；所述跨层QoS提供模块用于对所接收到的QoS需求信息进行集中处理，并根据编排后的优先级对个类数据制定QoS策略；且数据搜集模块和跨层QoS提供模块之间的数据分享采用基于发布/订阅的通信方式，该通信方式能够共享各种应用和异构服务之间的检查结果；所述QoS需求信息包括：对应分组的优先级、延迟时间、发送的速率以及到达率。4.根据权利要求1至3中任一项所述的多租户SDN网络中基于应用感知提供跨层QoS的方法，其特征在于，所述步骤3中基于权重优化函数的方法是指采用多服务等级协议MSLA将所述QoS需求信息统一映射为跨层优先级；具体地，实现基于权重优化函数的方法包括如下步骤：步骤A1：在异构网络侧的调度层对多样化的QoS需求进行识别和分类，在异构网络侧的服务层将QoS需求与具体的用户行为和所采用的通信协议进行关联；并将关联后的QoS需求信息发送到跨层QoS提供侧；步骤A2：在跨层...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍军，李高磊，赵程程，何珊，李建华，郭龙华，陈璐艺，李高勇，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海鹏越惊虹信息技术发展有限公司，上海鹤优信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31