一种SDN网络系统及其控制器故障的恢复方法技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种SDN网络系统及其控制器故障的恢复方法，该系统包括多个控制器、交换机、数据共享中心，每个控制器控制对应域内的多个交换机；第一控制器从故障中恢复后，从数据共享中心获得本域的网络状态信息；然后向第二控制器发送开始迁移消息，第二控制器在迁移结束后向第一控制器发送结束迁移消息；第一控制器向本域内的所有交换机发送重新成为本域主控制器的消息，以使所有交换机将其重新作为主控制器；再向数据共享中心发送成为本域主控制器的消息，以使数据共享中心将其确定为该域的主控制器，实现SDN网络系统中主控制器的故障恢复。本发明专利技术实施例可满足多域控制器的一致性要求，提高控制器的利用率。

SDN network system and method for restoring controller fault

The embodiment of the invention provides a restoration method for SDN network system and its controller failure, the system includes a plurality of controllers, switches, data sharing center, each controller controls a plurality of switches corresponding domain controller; the first to recover from a failure, the data sharing network state information of the domain and then to the Center; second start the migration controller to send message, the second controller after the migration to the end of the first controller to send message to all transfer; the first switch controller sends the domain into the domain controller main message, so that all switches will re as the main controller; to send data sharing center to become the domain of the main controller the message, to make the data sharing center will be identified as the main controller in the domain, the main controller is implemented in SDN network system Fault recovery. The embodiment of the invention can satisfy the consistency requirement of the multi domain controller and improve the utilization ratio of the controller.

【技术实现步骤摘要】
一种SDN网络系统及其控制器故障的恢复方法
本专利技术涉及网络虚拟化
，特别是涉及一种SDN网络系统及其控制器故障的恢复方法。
技术介绍
软件定义网络(SDN，SoftwareDefinedNetwork)是一种重要的新型网络技术。该技术将复杂的网络功能集中到一个中心化的控制器上，控制器拥有对整个SDN网络的宏观视角并提供可编程的接口来控制整个网络。控制器能够为交换机计算转发数据包或流所需要的流表项，而交换机则只需按照流表项对数据包或流进行转发。这样一来，交换机设备可以得到简化，节约设备开销，整个网络的可控制性和可管理性也得到了提高。显而易见，控制器在SDN网络中扮演非常重要的角色，但当网络规模较大时，一个控制器可能会超负荷运转，导致其无法及时响应交换机的请求。解决这个问题的一个方法就是将大规模SDN网络划分成多个域，每个域有一个控制器。多域SDN网络中最主要的问题就是如何保持各个控制器之间的一致性。由于网络中有多个控制器，每个控制器仅知道自己所在域的网络状态，当一个控制器从故障中恢复后，它无法直接控制其域内的交换机，因为它不知道当前网络状态，无法了解在它故障期间的网络变化，其余的控制器也不知道，该问题称为控制器一致性问题。为解决该问题，文献《Ravana:ControllerFault-ToleranceinSoftware-DefinedNetworking》设计了一个具有容错机制的SDN控制器平台Ravana，Ravana在面对控制器崩溃时可以保证仅处理控制消息一次。Ravana采用复制状态机来复制控制消息的状态，同时添加一致性机制，用于保证交换机状态的一致性。这种方法是通过各个域的控制器之间的通信来进行控制器的备份或保持控制器的一致性，但是该方法不适用于大型网络拓扑，在大型网络拓扑中，控制器之间会频繁进行通信，导致控制器的计算能力下降，从而降低了网络的性能。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种SDN网络系统及其控制器故障的恢复方法，以满足多域控制器的一致性要求，提高控制器的利用率。具体技术方案如下：为达到上述目的，本专利技术实施例公开了一种SDN网络系统，所述系统包括多个控制器、交换机、数据共享中心，每个控制器控制对应域内的多个交换机；其中，第一控制器，用于从故障中恢复之后，向所述数据共享中心发送获得本域的网络状态信息的第一请求；所述数据共享中心，用于接收所述第一控制器发送的获得该域的网络状态信息的第一请求；根据所述第一请求向所述第一控制器反馈该域的网络状态信息；所述第一控制器，还用于接收所述数据共享中心反馈的本域的网络状态信息，向第二控制器发送开始迁移消息，其中，在所述第一控制器发生故障时，所述第二控制器被本域的交换机确定为主控制器以控制本域内的多个交换机，所述主控制器用于在本域的网络状态变化时向所述数据共享中心发送网络状态信息；所述第二控制器，用于接收所述第一控制器发送的开始迁移消息，在迁移结束后，向所述第一控制器发送结束迁移消息；所述第一控制器，还用于接收所述第二控制器发送的结束迁移消息，向本域内的所有交换机发送重新成为主控制器消息；所述交换机，用于接收所述第一控制器发送的重新成为主控制器消息，将所述第一控制器重新作为主控制器，并向所述第一控制器发送确认消息；所述第一控制器，还用于接收所述交换机发送的确认消息，向所述数据共享中心发送成为本域主控制器的消息；所述数据共享中心，还用于接收所述第一控制器发送的成为该域主控制器的消息，将所述第一控制器确定为该域主控制器，向所述第一控制器发送确认消息；存储每个主控制器在本域的网络状态变化时发送的网络状态信息；所述第一控制器，还用于接收所述数据共享中心发送的确认消息，重新成为本域主控制器。可选的，所述网络状态信息包括：域内网络拓扑信息、域内链路信息和域间链路信息；其中，所述域内网络拓扑信息至少包括：域ID、该域的第一控制器、该域内的交换机、该域内的链路和该域的第二控制器；所述域内链路信息至少包括：域ID、该域内的链路、各个链路的时延和各个链路的带宽；所述域间链路信息至少包括：域间ID、该域间的链路、各个链路的时延和各个链路的带宽。可选的，所述第二控制器是由所述数据共享中心确定并反馈给对应域的第一控制器、再由第一控制器反馈给本域内的各个交换机的；所述交换机，还用于在所述第一控制器发生故障时，从所述第二控制器中确定目标第二控制器，向所述目标第二控制器发送成为主控制器的消息；所述目标第二控制器，还用于接收所述交换机发送的成为主控制器的消息，向所述数据共享中心发送获得本域的网络状态信息的第二请求；所述数据共享中心，还用于接收所述目标第二控制器发送的获得该域的网络状态信息的第二请求；根据所述第二请求向所述目标第二控制器反馈该域的网络状态信息；所述目标第二控制器，还用于接收所述数据共享中心反馈的本域的网络状态信息，向本域内所有交换机发送主控制器角色转换消息；所述交换机，还用于接收所述目标第二控制器发送的主控制器角色转换消息，将所述目标第二控制器作为主控制器，并向所述目标第二控制器发送确认消息；所述目标第二控制器，还用于接收所述交换机发送的确认消息，向所述数据共享中心发送成为本域主控制器的消息；所述数据共享中心，还用于接收所述目标第二控制器发送的成为该域主控制器的消息，将所述目标第二控制器作为该域主控制器，向所述目标第二控制器发送确认消息；所述目标第二控制器，还用于接收所述数据共享中心发送的确认消息，成为本域主控制器。可选的，所述数据共享中心，还用于对每个域，确定与该域中各个交换机的最短时延之和最小的节点，并将该节点确定为该域的第二控制器。可选的，所述数据共享中心位于所述SDN网络系统中的目标节点上，其中，所述目标节点是所述SDN网络系统中与各个域的第一控制器所在节点的最短时延之和最小的节点。为达到上述目的，本专利技术实施例还公开了一种SDN网络系统中控制器故障的恢复方法，应用于上述SDN网络系统，所述方法包括：在第一控制器从故障中恢复后，所述第一控制器向所述数据共享中心发送获得本域的网络状态信息的第一请求；所述数据共享中心根据所述第一请求向所述第一控制器反馈该域的网络状态信息；所述第一控制器在接收到本域的网络状态信息后，向第二控制器发送开始迁移消息，其中，在所述第一控制器发生故障时，所述第二控制器被本域的交换机确定为主控制器以控制本域内的多个交换机，所述主控制器用于在本域的网络状态变化时向所述数据共享中心发送网络状态信息；所述第二控制器在迁移结束后，向所述第一控制器发送结束迁移消息；所述第一控制器向本域内的所有交换机发送重新成为本域主控制器的消息；所有交换机将所述第一控制器重新作为主控制器，并向所述第一控制器发送确认消息；所述第一控制器在接收到所有交换机发送的确认消息后，向所述数据共享中心发送成为本域主控制器的消息；所述数据共享中心将所述第一控制器确定为该域主控制器，并向所述第一控制器发送确认消息，其中，所述数据共享中心用于存储每个主控制器在本域的网络状态变化时发送的网络状态信息；所述第一控制器接收到所述数据共享中心发送的确认消息后，重新成为本域主控制器，实现所述SDN网络系统中主控制器的故障恢复。可选的，所述网络状态信息包括：域内网络拓扑信息、域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SDN网络系统，其特征在于，所述系统包括多个控制器、交换机、数据共享中心，每个控制器控制对应域内的多个交换机；其中，第一控制器，用于从故障中恢复之后，向所述数据共享中心发送获得本域的网络状态信息的第一请求；所述数据共享中心，用于接收所述第一控制器发送的获得该域的网络状态信息的第一请求；根据所述第一请求向所述第一控制器反馈该域的网络状态信息；所述第一控制器，还用于接收所述数据共享中心反馈的本域的网络状态信息，向第二控制器发送开始迁移消息，其中，在所述第一控制器发生故障时，所述第二控制器被本域的交换机确定为主控制器以控制本域内的多个交换机，所述主控制器用于在本域的网络状态变化时向所述数据共享中心发送网络状态信息；所述第二控制器，用于接收所述第一控制器发送的开始迁移消息，在迁移结束后，向所述第一控制器发送结束迁移消息；所述第一控制器，还用于接收所述第二控制器发送的结束迁移消息，向本域内的所有交换机发送重新成为主控制器消息；所述交换机，用于接收所述第一控制器发送的重新成为主控制器消息，将所述第一控制器重新作为主控制器，并向所述第一控制器发送确认消息；所述第一控制器，还用于接收所述交换机发送的确认消息，向所述数据共享中心发送成为本域主控制器的消息；所述数据共享中心，还用于接收所述第一控制器发送的成为该域主控制器的消息，将所述第一控制器确定为该域主控制器，向所述第一控制器发送确认消息；存储每个主控制器在本域的网络状态变化时发送的网络状态信息；所述第一控制器，还用于接收所述数据共享中心发送的确认消息，重新成为本域主控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种SDN网络系统，其特征在于，所述系统包括多个控制器、交换机、数据共享中心，每个控制器控制对应域内的多个交换机；其中，第一控制器，用于从故障中恢复之后，向所述数据共享中心发送获得本域的网络状态信息的第一请求；所述数据共享中心，用于接收所述第一控制器发送的获得该域的网络状态信息的第一请求；根据所述第一请求向所述第一控制器反馈该域的网络状态信息；所述第一控制器，还用于接收所述数据共享中心反馈的本域的网络状态信息，向第二控制器发送开始迁移消息，其中，在所述第一控制器发生故障时，所述第二控制器被本域的交换机确定为主控制器以控制本域内的多个交换机，所述主控制器用于在本域的网络状态变化时向所述数据共享中心发送网络状态信息；所述第二控制器，用于接收所述第一控制器发送的开始迁移消息，在迁移结束后，向所述第一控制器发送结束迁移消息；所述第一控制器，还用于接收所述第二控制器发送的结束迁移消息，向本域内的所有交换机发送重新成为主控制器消息；所述交换机，用于接收所述第一控制器发送的重新成为主控制器消息，将所述第一控制器重新作为主控制器，并向所述第一控制器发送确认消息；所述第一控制器，还用于接收所述交换机发送的确认消息，向所述数据共享中心发送成为本域主控制器的消息；所述数据共享中心，还用于接收所述第一控制器发送的成为该域主控制器的消息，将所述第一控制器确定为该域主控制器，向所述第一控制器发送确认消息；存储每个主控制器在本域的网络状态变化时发送的网络状态信息；所述第一控制器，还用于接收所述数据共享中心发送的确认消息，重新成为本域主控制器。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述网络状态信息包括：域内网络拓扑信息、域内链路信息和域间链路信息；其中，所述域内网络拓扑信息至少包括：域ID、该域的第一控制器、该域内的交换机、该域内的链路和该域的第二控制器；所述域内链路信息至少包括：域ID、该域内的链路、各个链路的时延和各个链路的带宽；所述域间链路信息至少包括：域间ID、该域间的链路、各个链路的时延和各个链路的带宽。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二控制器是由所述数据共享中心确定并反馈给对应域的第一控制器、再由第一控制器反馈给本域内的各个交换机的；所述交换机，还用于在所述第一控制器发生故障时，从所述第二控制器中确定目标第二控制器，向所述目标第二控制器发送成为主控制器的消息；所述目标第二控制器，还用于接收所述交换机发送的成为主控制器的消息，向所述数据共享中心发送获得本域的网络状态信息的第二请求；所述数据共享中心，还用于接收所述目标第二控制器发送的获得该域的网络状态信息的第二请求；根据所述第二请求向所述目标第二控制器反馈该域的网络状态信息；所述目标第二控制器，还用于接收所述数据共享中心反馈的本域的网络状态信息，向本域内所有交换机发送主控制器角色转换消息；所述交换机，还用于接收所述目标第二控制器发送的主控制器角色转换消息，将所述目标第二控制器作为主控制器，并向所述目标第二控制器发送确认消息；所述目标第二控制器，还用于接收所述交换机发送的确认消息，向所述数据共享中心发送成为本域主控制器的消息；所述数据共享中心，还用于接收所述目标第二控制器发送的成为该域主控制器的消息，将所述目标第二控制器作为该域主控制器，向所述目标第二控制器发送确认消息；所述目标第二控制器，还用于接收所述数据共享中心发送的确认消息，成为本域主控制器。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数据共享中心，还用于对每个域，确定与该域中各个交换机的最短时延之和最小的节点，并将该节点确定为该域的第二控制器。5.根据权利要求1-4任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，李佳聪，李文璟，芮兰兰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11