基于SDN的全光交换数据中心网络控制系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于SDN的全光交换数据中心网络控制系统及其实现方法，该方法包括：通过源端的架顶式交换机接收连接的服务器的分组数据流，生成新流入网消息发送至集成于OpenStack的SDN控制器；计算对应光子数据流的参数信息，生成流映射表并下发至源端和目的端的架顶式交换机；配置上联端口，发送光子数据流到光交叉连接矩阵，根据不同端口的输入波长被动路由转发光子数据流，经对应输出端口传输至目的端的架顶式交换机；接收后，反映射回相应分组数据流至连接的服务器。本发明专利技术实现了对数据中心内部底层光互连网络资源统一管理，大幅提升了网络开放性、灵活性、可扩展和可管理性，提高网络资源利用率，降低网络运营维护成本。

SDN based all-optical switching data center network control system and implementation method thereof

The invention discloses a data exchange center based on all-optical SDN network control system and its realization method, the method comprises: a packet data source through the top of rack switches connected to the server receiving stream, sending the message to the new generation network based on OpenStack SDN controller; parameter information corresponding to the photon data flow calculation the top of the switch frame generation, flow mapping table and issued to the source and destination; configuration of the uplink port, send photons data stream to the optical cross connect matrix, according to the different input port of the passive routing wavelength photon number according to the flow, the corresponding output port transmission to the end of the top of the shelf type switch; after receiving that reflected back to the corresponding packet data stream to the server to connect to. The invention realizes the data center interconnection underlying cyber source management, greatly enhance the network openness, flexibility, scalability and manageability, improve the utilization rate of cyber source, reduce the cost of network operation and maintenance.

【技术实现步骤摘要】
基于SDN的全光交换数据中心网络控制系统及其实现方法
本专利技术涉及信息通信技术(InformationandTelecommunicationTechnology，ICT)领域，具体涉及一种基于SDN的全光交换数据中心网络控制系统及其实现方法。
技术介绍
云计算数据中心网络是数据中心内互连大规模服务器，用于实现海量数据传输和交换的基础平台。随着云应用的广泛部署，数据中心内部通信模式和业务流量需求出现了根本性改变，具体包括：数据中心的网络规模和负载出现了指数级增长；主要流量模式由传统“南北向”转变为“东西向”；更多时延敏感和数据密集型业务在数据中心内运行；一些虚拟化技术，例如虚拟机实时迁移，需要网络更好的支持。所有这些变化都对数据中心网络提出了更高的要求，但传统的电信互联网数据中心网络存在等分带宽小、传输时延大、可扩展性差、成本和能耗高、网络配置和控制复杂等问题，并且电交换技术在追求更大端口规模和更高交换速度的道路上逐渐接近CMOS工艺极限，难以支撑数据中心网络的持续发展。为此，利用光交换技术的高带宽、低能耗、低延时和多维度等优势，设计面向未来的扁平化、可扩展的云计算数据中心光互连网络架构，以及研究相适应的网络控制及调度机制，是近年来的热点问题。当前用于构造全光交换数据中心网络的多种解决方案中，基于快速可调激光器(FastTunableLaser，FTL)、阵列波导光栅路由器(Arrayed-WaveguideGratingRouter，AWGR)和突发模式接收机(BurstModeReceiver，BMR)的光突发交换技术最符合数据中心网络对高速率、多端口和大容量的应用需求，具备规模商用前景。但相较于数据平面的技术进步，该全光交换数据中心网络的管理控制平面仍旧依赖于特定的专用软件实现，不仅存在“重控制、轻业务”的问题，而且可移植性、可扩展性和通用性较差，无法像数据中心内计算及存储资源一样实现网络资源池化和统一管理。综上所述，现有的全光交换数据中心网络存在以下缺点：(1)其管理控制平面依赖于特定的专用软件实现，存在“重控制、轻业务”的问题；(2)可移植性、可扩展性和通用性较差；(3)无法实现网络资源池化和统一管理。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是解决现有的全光交换数据中心网络的管理控制平面依赖于特定的专用软件实现，存在“重控制、轻业务”的问题，而且存在可移植性、可扩展性和通用性较差，无法实现网络资源池化和统一管理的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是提供一种基于SDN的全光交换数据中心网络控制系统，包括：N×N光交叉连接矩阵，基于阵列波导光栅路由器，根据不同输入端口的输入波长被动路由转发数据流，经对应的输出端口输出；多个服务器机架，每个服务器机架中设有多台服务器；架顶式交换机，包括设置在各个服务器机架的顶部源端的架顶式交换机和目的端的架顶式交换机，源端的架顶式交换机的下联端口接收连接的服务器输入的分组数据流，生成相应的新流入网消息并发送；目的端的架顶式交换机反映射回相应的分组数据流至连接的服务器；SDN控制器，集成于OpenStack，接收源端的架顶式交换机发送的新流入网消息，计算出对应光子数据流的参数信息，根据参数信息生成对应光子数据流的流映射表，并下发相应的流映射表至源端和目的端的架顶式交换机，用于源端的架顶式交换机配置发送光子数据流到N×N光交叉连接矩阵的上联端口以及目的端的架顶式交换机反映射回相应的分组数据流至连接的服务器。在上述技术方案中，所述SDN控制器通过扩展的南向接口OpenFlow协议与所述N×N光交叉连接矩阵、多个服务器机架以及架顶式交换机进行通信。本专利技术还提供了一种如上所述控制系统的实现方法，包括以下步骤：通过源端的架顶式交换机的下联端口接收连接的服务器输入的分组数据流，生成相应的新流入网消息发送至集成于OpenStack的SDN控制器；通过SDN控制器计算出对应光子数据流的参数信息，根据参数信息生成对应光子数据流的流映射表，并下发相应的流映射表至源端和目的端的架顶式交换机；利用源端的架顶式交换机，根据SDN控制器下发的流映射表配置上联端口，通过上联端口发送光子数据流到基于阵列波导光栅路由器的N×N光交叉连接矩阵，N×N光交叉连接矩阵根据不同输入端口的输入波长被动路由转发光子数据流，经对应的输出端口传输至目的端的架顶式交换机；当目的端的架顶式交换机接收到对应光子数据流后，根据SDN控制器下发的流映射表，反映射回相应的分组数据流至连接的服务器。在上述技术方案中，当源端的所述架顶式交换机接收到连接的所述服务器输入的分组数据流后，提取所述分组数据流的数据包报头信息，并测算所述分组数据流的比特速率，所述数据包报头信息包括源地址、目的地址和VLAN标签。在上述技术方案中，利用所述N×N光交叉连接矩阵结构生成相应的波长路由表存储在所述SDN控制器中，根据所述数据包报头信息、所述波长路由表以及链路资源占用情况，计算出的所述光子数据流的参数信息包括数据包报头信息、映射或反映射操作指令、比特速率、起始时间、截止时间以及路由波长。在上述技术方案中，采用动态带宽分配算法DBA计算所述光子数据流的参数信息。在上述技术方案中，通过扩展的南向接口OpenFlow协议，将相应的所述流映射表下发至对应的源端的所述架顶式交换机，同时，将所有源端的所述架顶式交换机的流映射表下发至目的端的所述架顶式交换机。在上述技术方案中，所述OpenStack包括用于实现所述控制系统的基础设施即服务的计算、网络、块存储、对象存储和图形用户界面组件，通过网络组件的插件架构将所述SDN控制器集成于所述OpenStack的所述网络组件中。本专利技术将SDN控制器集成在OpenStack中，通过网络资源池组化实现了对数据中心内部底层光互连网络资源的统一管理，在大幅提升数据中心内光互连网络开放性、灵活性、可扩展性和可管理性的同时，提高了网络资源利用率，降低了数据中心网络运营维护成本，加快了服务创新和应用交付，满足数据中心运营者对网络集中统一、简单易用的管理诉求。附图说明图1为本专利技术中一种基于SDN的全光交换数据中心网络控制系统结构示意图；图2为本专利技术中流映射表的表项框图；图3为本专利技术中基于SDN的全光交换数据中心网络资源融入OpenStack统一管理平台的结构框图；图4为本专利技术中基于SDN的全光交换数据中心网络控制系统的实现原理图；图5为本专利技术中一种基于SDN的全光交换数据中心网络控制系统的实现方法流程图。具体实施方式为了适应云计算数据中心内部通信模式及业务流量的变化需求，针对全光交换数据中心内大规模光互连网络所面临的专用管理、控制系统局限性、网络控制复杂和资源管理不统一的问题，全光交换数据中心网络控制体系势必需要完成从“专用”到“通用”、“封闭”到“开放”的根本性转变，形成以“开放式灵活集中控制”为核心特征的软件定义光互连数据中心网络架构，实现数据中心内部网络资源与计算和存储资源的统一调配和管理。于是本专利技术根据其数据平面控制和网络系统管理需求，提出了一种基于软件定义网络架构的全光交换数据中心网络控制系统及其实现方法，并通过扩展南向接口OpenFlow协议的方式，将SDN控制器融入OpenStack数据中心资源统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SDN的全光交换数据中心网络控制系统，其特征在于，包括：N×N光交叉连接矩阵，基于阵列波导光栅路由器，根据不同输入端口的输入波长被动路由转发数据流，经对应的输出端口输出；多个服务器机架，每个服务器机架中设有多台服务器；架顶式交换机，包括设置在各个服务器机架的顶部源端的架顶式交换机和目的端的架顶式交换机，源端的架顶式交换机的下联端口接收连接的服务器输入的分组数据流，生成相应的新流入网消息并发送；目的端的架顶式交换机反映射回相应的分组数据流至连接的服务器；SDN控制器，集成于OpenStack，接收源端的架顶式交换机发送的新流入网消息，计算出对应光子数据流的参数信息，根据参数信息生成对应光子数据流的流映射表，并下发相应的流映射表至源端和目的端的架顶式交换机，用于源端的架顶式交换机配置发送光子数据流到N×N光交叉连接矩阵的上联端口以及目的端的架顶式交换机反映射回相应的分组数据流至连接的服务器。

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN的全光交换数据中心网络控制系统，其特征在于，包括：N×N光交叉连接矩阵，基于阵列波导光栅路由器，根据不同输入端口的输入波长被动路由转发数据流，经对应的输出端口输出；多个服务器机架，每个服务器机架中设有多台服务器；架顶式交换机，包括设置在各个服务器机架的顶部源端的架顶式交换机和目的端的架顶式交换机，源端的架顶式交换机的下联端口接收连接的服务器输入的分组数据流，生成相应的新流入网消息并发送；目的端的架顶式交换机反映射回相应的分组数据流至连接的服务器；SDN控制器，集成于OpenStack，接收源端的架顶式交换机发送的新流入网消息，计算出对应光子数据流的参数信息，根据参数信息生成对应光子数据流的流映射表，并下发相应的流映射表至源端和目的端的架顶式交换机，用于源端的架顶式交换机配置发送光子数据流到N×N光交叉连接矩阵的上联端口以及目的端的架顶式交换机反映射回相应的分组数据流至连接的服务器。2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述SDN控制器通过扩展的南向接口OpenFlow协议与所述N×N光交叉连接矩阵、多个服务器机架以及架顶式交换机进行通信。3.一种如权利要求1-2任一项所述控制系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：通过源端的架顶式交换机的下联端口接收连接的服务器输入的分组数据流，生成相应的新流入网消息发送至集成于OpenStack的SDN控制器；通过SDN控制器计算出对应光子数据流的参数信息，根据参数信息生成对应光子数据流的流映射表，并下发相应的流映射表至源端和目的端的架顶式交换机；利用源端的架顶式交换机，根据SDN控制器下发的流映射表配...

【专利技术属性】
技术研发人员：何炜，蔡鸣，陈亮，张新全，杨奇，余少华，
申请(专利权)人：武汉邮电科学研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42