一种软件定义天基骨干网络中链路拓扑发现方法技术

本发明专利技术公开了一种软件定义天基骨干网络中链路拓扑发现方法，旨在降低天基网络控制器采用OpenFlow协议实现天基骨干网络星载交换机拓扑发现的探测开销。该方法首先针对星载交换机设置特定流表项，实现对来自控制器的LLDP帧进行逐端口的LLDP帧复制，并改写源MAC地址为该端口的MAC地址(实为Port ID值)，从而将控制器发送的LLDP帧数量由正比于全网星载交换机的总端口数降低到正比于全网星载交换机总数，实现降低拓扑发现探测开销的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天基骨干网络通信
，特别涉及一种软件定义的天基骨干网络中链路拓扑发现方法。
技术介绍
软件定义网络(SDN)最初由美国斯坦福大学于2008年提出，旨在将传统网络的控制和转发解耦，为上层各种网络应用和业务提供高度灵活、弹性、可定制化服务。SDN采用逻辑上集中的控制平面(即天基网络控制器)，相比分布式控制省去了网络节点之间交互控制信息的开销；转发平面(即SDN交换机)功能单一化，剥离了各种分布式控制信令，容易实现高可靠、高性能等优点。当前的卫星网络存在地面网络管理与控制中心，负责卫星物理资源的分配和管理，而传统的路由等功能还是基于分布式的。卫星网络与软件定义的思想相结合，将卫星网络的物理资源、逻辑资源的管控统一起来，采用进一步逻辑上集中控制的思路，可提高整个系统的效率和性能，为业务提供更有效的服务质量和高度定制化服务，是将来卫星网络发展的一个趋势。在软件定义网络中，传统的南向接口协议OpenFlow面向地面网络设计，存在交互流程冗余、复杂，计算开销复杂度高的问题。星载交换机的计算、存储、网络能力都与地面对应设备差几个数量级，若使用地面原始的OpenFlow协议，其性能会随着卫星网络规模的扩大而急剧降低(例如拓扑发现开销正比于全网星载交换机的总端口数)，因此OpenFlow协议用于天基骨干网中，必须进行针对性优化，尤其要解决拓扑发现的逐端口LLDP帧探测问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种软件定义天基骨干网络中链路拓扑发现方法，旨在降低天基网络控制器采用OpenFlow协议实现天基骨干网络星载交换机拓扑发现的探测开销。为了实现上述专利技术目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种软件定义天基骨干网络中链路拓扑发现方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)所有星载交换机在与天基网络控制器建立初始连接时，通过响应来自天基网络控制器的OFPT_FEATURES_REQUEST消息将各自的端口信息上报给天基网络控制器；所述的端口信息包括星载交换机每个端口的MAC地址和端口标识；(2)天基网络控制器重新设置每个星载交换机中每个端口的MAC地址为端口对应的端口标识值；(3)天基网络控制器命令每个星载交换机安装来自该天基网络控制器的LLDP帧处理流表项；并设置发送PacketOut消息的规则和PacketIn消息处理规则；(4)根据所设置的发送PacketOut消息的规则，在一个设定的探测周期内，天基网络控制器向每个星载交换机只发送一个PacketOut消息，且将PacketOut消息中LLDP帧的端口标识字段置为0；(5)星载交换机收到PacketOut消息后，根据LLDP帧处理流表项对PacketOut消息中的LLDP帧进行修改，将修改后的LLDP帧发送给其他星载交换机对应的端口；(6)其他星载交换机收到修改后的LLDP帧后，将修改后的LLDP帧和收到该帧的端口信息封装到PacketIn消息中，上报到天基网络控制器；(7)天基网络控制器收到封装后的PacketIn消息后，根据所设置的PacketIn消息处理规则解析PacketIn消息，即将PacketIn消息中LLDP帧外层的L2层帧的源MAC地址解析为端口的端口标识，得到发出LLDP帧的星载交换机及其对应端口和接收该LLDP帧的星载交换机及其对应端口；(8)天基网络控制器根据发出LLDP帧的星载交换机及其对应端口和接收该LLDP帧的星载交换机及其对应端口得知前者端口到后者对应端口的有向链路；完成软件定义天基骨干网络中链路的拓扑发现。其中，步骤(3)中天基网络控制器命令每个星载交换机安装来自该天基网络控制器的LLDP帧处理流表项，具体为：天基网络控制器命令每个星载交换机采用逐端口复制LLDP帧，且每个星载交换机将LLDP帧对应的L2层帧的源MAC地址设置为被复制端口的MAC地址，即该端口的端口标识值，并将该修改后的LLDP帧通过该端口发送给其他星载交换机对应的端口。其中，步骤(5)具体为：星载交换机收到PacketOut消息后，星载交换机将PacketOut消息中的LLDP帧进行逐端口复制，将该LLDP帧对应的L2层帧的源MAC地址设置为被复制端口的MAC地址，即该端口的端口标识值，并将该修改后的LLDP帧通过该端口发送给其他星载交换机对应的端口。本专利技术与
技术介绍
相比具有如下优点：1.本专利技术将天基网络控制器在一个拓扑发现周期内，发送到各个星载交换机的LLDP帧总数从正比于全网星载交换机端口总数降低到正比于全网星载交换机总数。2.星载交换机通过对LLDP帧的逐端口复制和L2层帧源MAC地址的改写，并未增加星载交换机的处理负担。3.本专利技术支持混合模式，即通过L2层源地址的编址规划，可实现
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的方式与本专利技术提到的方式的同时工作，二者互不影响，具有良好的兼容性，因此支持渐进式部署。附图说明图1是本专利技术的流程图。图2是软件定义天基骨干网络中基于LLDP的传统拓扑发现示意图。图3是本专利技术提出的软件定义天基骨干网络基于LLDP的改进拓扑发现示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照图1-图3并举实施例，对专利技术方案作进一步地详细说明。所述的天基骨干网络包括卫星(内含星载交换机)、卫星终端、卫星终端下挂的由用户组成的用户子网以及天基网络控制器。本专利技术的核心思想是：星载交换机在与天基网络控制器建立初始连接时通过OpenFlow协议的OFPT_FEATURES_REPLY消息响应天基网络控制器的OFPT_FEATURES_REQUEST消息，天基网络控制器利用OFPT_FEATURES_REPLY消息得到每个星载交换机的端口信息，使星载交换机通过改写LLDP帧对应的L2层帧的源MAC地址来区分该交换机每个端口转发的LLDP帧，最后由天基网络控制器通过解析L2层帧的源MAC地址为该端口的端口标识(PortID)，关联该LLDP帧所经过的星载交换机的源端口和目的端口从而发现该链路，实现链路发现。所述的端口信息包括星载交换机每个端口的MAC地址和PortID；通过此方式，天基网络控制器可将LLDP帧的发送数量从正比于全网星载交换机的端口总数降到正比于全网星载交换机的数量，大大降低了全网拓扑发现的开销。一种软件定义天基骨干网络中链路拓扑发现方法，如图1包括以下步骤：(1)所有星载交换机在与天基网络控制器建立初始连接时，通过响应来自天基网络控制器的OFPT_FEATURES_REQUEST消息，将星载交换机各自的端口信息(包括端口的MAC地址和PortID)上报给天基网络控制器；其中，OFPT_FEATURES_REQUEST消息对应的应答消息名称为OFPT_FEATURES_REPLY，该消息中包含该星载交换机的信息以及其每个端口的相关信息(如端口号、MAC地址、端口状态等)。(2)天基网络控制器通过OFPT_PORT_MOD消息重新设置每个星载交换机中每个端口的MAC地址为其对应的PortID值，即建立端口MAC地址与端口PortID的映射关系；其中，要求星载交换机对OpenFlow协议的处理流程进行修改，即具有通过响应OFPT_PORT_MOD消息修改该端口MAC地址的能力。(3)天基网络控制器命令每个星载交换机安装来自该天基网络控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软件定义天基骨干网络中链路拓扑发现方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)所有星载交换机在与天基网络控制器建立初始连接时，通过响应来自天基网络控制器的OFPT_FEATURES_REQUEST消息将各自的端口信息上报给天基网络控制器；所述的端口信息包括星载交换机每个端口的MAC地址和端口标识；(2)天基网络控制器重新设置每个星载交换机中每个端口的MAC地址为端口对应的端口标识值；(3)天基网络控制器命令每个星载交换机安装来自该天基网络控制器的LLDP帧处理流表项；并设置发送Packet Out消息的规则和Packet In消息处理规则；(4)根据所设置的发送Packet Out消息的规则，在一个设定的探测周期内，天基网络控制器向每个星载交换机只发送一个Packet Out消息，且将Packet Out消息中LLDP帧的端口标识字段置为0；(5)星载交换机收到Packet Out消息后，根据LLDP帧处理流表项对Packet Out消息中的LLDP帧进行修改，将修改后的LLDP帧发送给其他星载交换机对应的端口；(6)其他星载交换机收到修改后的LLDP帧后，将修改后的LLDP帧和收到该帧的端口信息封装到Packet In消息中，上报到天基网络控制器；(7)天基网络控制器收到封装后的Packet In消息后，根据所设置的Packet In消息处理规则解析Packet In消息，即将Packet In消息中LLDP帧外层的L2层帧的源MAC地址解析为端口的端口标识，得到发出LLDP帧的星载交换机及其对应端口和接收该LLDP帧的星载交换机及其对应端口；(8)天基网络控制器根据发出LLDP帧的星载交换机及其对应端口和接收该LLDP帧的星载交换机及其对应端口得知前者端口到后者对应端口的有向链路；完成软件定义天基骨干网络中链路的拓扑发现。...

【技术特征摘要】
1.一种软件定义天基骨干网络中链路拓扑发现方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)所有星载交换机在与天基网络控制器建立初始连接时，通过响应来自天基网络控制器的OFPT_FEATURES_REQUEST消息将各自的端口信息上报给天基网络控制器；所述的端口信息包括星载交换机每个端口的MAC地址和端口标识；(2)天基网络控制器重新设置每个星载交换机中每个端口的MAC地址为端口对应的端口标识值；(3)天基网络控制器命令每个星载交换机安装来自该天基网络控制器的LLDP帧处理流表项；并设置发送PacketOut消息的规则和PacketIn消息处理规则；(4)根据所设置的发送PacketOut消息的规则，在一个设定的探测周期内，天基网络控制器向每个星载交换机只发送一个PacketOut消息，且将PacketOut消息中LLDP帧的端口标识字段置为0；(5)星载交换机收到PacketOut消息后，根据LLDP帧处理流表项对PacketOut消息中的LLDP帧进行修改，将修改后的LLDP帧发送给其他星载交换机对应的端口；(6)其他星载交换机收到修改后的LLDP帧后，将修改后的LLDP帧和收到该帧的端口信息封装到PacketIn消息中，上报到天基网络控制器；(7)天基网络控制器收到封装后的PacketIn消息后，根据所设置的PacketIn消息处理规则解...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦志斌，张亚生，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13