一种基于点覆盖集的SDN网络拓扑管理方法技术

本发明专利技术涉及一种基于点覆盖集的SDN网络拓扑管理方法。采用对网络拓扑结构进行优化的方法，利用最少的网络开销对网络拓扑结构进行管理。通过控制器中的网络拓扑管理模块获取整个网络的拓扑结构，然后抽象并简化成无向图，求出度数最小的点覆盖集，尽量减少网络拓扑管理过程中测量点的数量，从而减少测量数据包的数量，达到对网络拓扑结构进行优化管理的目的。本方法使控制器对网络拓扑进行管理，不再需要周期性的向网络中的每一台交换机发送LLDP报文，不仅减少了控制器发送的携带LLDP报文的Packet‑Out消息的数量，而且大大降低了控制器对相应的Packet‑In消息的监听数量，为控制器节约了用于处理其它网络工作的能力，进而提高网络的运行效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点覆盖集的SDN网络拓扑管理方法
本专利技术涉及一种基于网络拓扑结构中度数之和最小的点覆盖集的SDN网络拓扑结构优化管理方法。
技术介绍
SDN（软件定义网络）是一种新型的网络架构，它的设计理念是将传统网络中的控制面与数据转发平面进行解耦合，实现真正意义上的网络控制平面与数据转发平面的分离，并且向第三方提供可软件编程的接口，实现真正的通过软件来管理网络。OpenFlow协议是一种比较流行的SDN架构的南向接口标准，定义了一些控制面与数据转发面的消息处理规则，基于OpenFlow协议的SDN网络是当前情况下相对成熟的实现方式，规范了控制平面与数据转发平面的详细的消息通信规则。OpenFlow协议是基于SDN的网络架构中控制器与OpenFlow交换机之间传输的标准和规范，也是二者在进行交互作用时所使用的接口标准。OpenFlow协议主要支持以下三种类型的消息，即controller-to-switch消息类型、asynchronous消息类型以及symmetric消息类型。其中每个消息类型又由多个子消息所构成。controller-to-switch消息负责控制器到交换机之间的消息传递，通常由控制器主动发起，主要作用是对交换的状态进行查询和对交换机进行管理；asynchronous消息又称为异步消息，它的主要作用是将网络事件以及交换机的状态变化等信息通知控制器。symmetric消息为对称消息，控制器和交换机都能主动发起该消息。链路层发现协议(LinkLayerDiscoveryProtocolLLDP)是SDN网络中用于发现网络设备之间链路的协议。LLDP协议使得接入网络的一台设备可以将其主要的能力，管理地址，设备标识，接口标识等信息发送给接入同一个局域网络的其它设备。当一个设备从网络中接收到其它设备的这些信息时，它就将这些信息以MIB的形式存储起来。这些MIB信息可用于发现设备的物理拓扑结构以及管理配置信息。它提供了关于网络拓扑以及管理配置的信息，这些信息可以被用于管理、配置的目的。它为以太网网络设备，如交换机、路由器和无线局域网接入点定义了一种标准的方法，使其可以向网络中其他结点公告自身的存在，并保存各个邻近设备的发现信息。例如设备配置和设备识别等详细信息都可以用该协议进行公告。具体来说，LLDP定义了一个通用公告信息集、一个传输公告的协议和一种用来存储所收到的公告信息的方法。要公告自身信息的设备可以将多条公告信息放在一个局域网数据包内传输，传输的形式为类型长度值（TLV）域。这个协议很成熟，也已经是一个真正的标准，而且它能够显示的信息还不仅仅只有来自不同供应商的互连网络基础架构的信息。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对目前新兴的SDN网络架构中控制器在进行网络拓扑管理过程中资源消耗过多的问题。在网络正常运行的过程中，优化网络拓扑结构中的测量点，尽量减少在进行拓扑发现与管理时产生的测量报文，进而减少网络流量。优化算法的思想是基于贪心算法的思想，然后在求解过程加入一定的策略保证得到的点覆盖集的总度数之和最小。做到在保证控制器可以实时掌握网络拓扑结构的前提下，减少网络资源的消耗和提高控制器的运行效率。本专利技术根据无向图的点覆盖集结合SDN网络拓扑发现的特点，得到了对网络拓扑进行优化管理的方法，根据本专利技术所述网络拓扑管理方法，在进行网络拓扑发现的时候如果找到此网络拓扑结构抽象出来无向图的点覆盖集，就可以保证在网络发现过程中发送的LLDP报文最少。但是因为要发现整个网络的链路，所以无向图中的每一条边，至少要使用一次，所以控制器监听和处理用于链路发现的Packet-In消息至少为网络中的链路的数量，也就是说顶点覆盖集中的顶点数越少越好，在保证每一条边都被覆盖的情况下，重复覆盖的边的数量越少越好。本专利技术提出了一种基于点覆盖的网络拓扑管理新方法。以前所采用的方法没有对网络中的发现点进行优化，而是全局的监控，虽然保证了控制器对网络拓扑结构全局视图的能力，但是需要向网络中注入大量多余的报文和OpenFlow消息，不仅占用交换机和控制器的资源，还消耗南向传输接口的传输资源，造成网络资源的浪费。本专利技术采用对网络拓扑结构进行优化的方法，力图利用最少的网络开销对网络拓扑结构进行管理。通过控制器中的网络拓扑管理模块获取整个网络的拓扑结构，然后抽象并简化成无向图，运用本专利技术所提出的一种基于贪心算法思想，并添加策略保证得到的最小顶点覆盖集中最小度数之和最小。运用此方法对网络拓扑进行计算，得到点覆盖的拓扑结构。然后触发控制器中的链路发现模块对选定的网络拓扑进行链路发现，同样可以达到对整个网络进行拓扑管理的目的。在实现过程中，我们也设计出了不同的网络拓扑结构和网络环境来验证本专利技术所提出的网络拓扑结构管理方法的有效性。虽然在不同的网络拓扑下，本专利技术所作用的方法对网络优化的程度不同，但是在整体上来说，本专利技术所用方法能够在减少网络中用于拓扑管理的数据报文的情况，达到对网络拓扑结构进行管理的目的，使控制器可以依据本专利技术采用的方法对网络拓扑进行管理，不再需要周期性的向网络中的每一台交换机发送LLDP报文，不仅减少了控制器发送的携带LLDP报文的Packet-Out消息的数量，而且大大降低了控制器对相应的Packet-In消息的监听数量，为控制器节约了用于处理其它网络工作的能力，进而提高网络的运行效率。本专利技术所提出的基于点覆盖的SDN网络拓扑管理方法的工作流程分为以下三个模块：1、初始网络拓扑结构获取模块；2、度数最小的点覆盖集算法设计模块；3、拓扑计算模块；首先，初始网络拓扑发现模块根据控制器中的拓扑管理模块获取整个网络的拓扑结构信息。然后，度数最小的点覆盖集算法模块把拓扑信息抽象成无向图，计算出此无向图的最小点覆盖集。最后，拓扑计算模块根据计算出的最小点覆盖集对整个网络拓扑结构重新计算，做到用最少的网络结点的度数对整个网络拓扑结构进行管理的目的。以下对这三个模块具体说明：一、初始网络拓扑结构获取模块为了获取当前网络结构的拓扑信息，控制器的链路发现管理模块周期性的向与之相连的交换机发送携带LLDP，LinkLayerDiscoveryProtocol，报文的Packet-Out消息，当交换机收到来自控制器的LLDP报文之后将其进行广播发送，当与之相连的交换机收到LLDP报文之后通过Packet-In消息返回给控制器，通过这样的过程，链路发现模块就知道在这两个交换机之间存在链接，并把对应的交换机的数据面ID和端口号记录下来，传送给拓扑管理模块，扩展至整个网络，控制器就利用这种方式获取整个网络的拓扑结构；在SDN网络结构中，控制器拥有全局的网络拓扑信息，并根据其提供的RESTAPI，网络管理人员和应用开发者得到全局网络拓扑的信息，在具体实现的过程中，通过控制器提供的编程接口获取网络的拓扑结构，进行网络拓扑的优化管理，并监听来自交换机的Port-Status消息，一旦发现其中包含增加端口或者网络设备和删除端口或者网络设备的信息，就对网络拓扑重新计算，接着的执行过程是对得到的拓扑结构进行抽象化处理，把每一个网络中的交换机抽象成一个无向图中的顶点，在抽象的过程中对顶点与交换机进行编号，达到一一对应，然后把交换机之间的链路抽象成无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于点覆盖集的SDN网络拓扑管理方法，对网络拓扑进行优化管理，利用最少的网络开销对网络拓扑结构进行管理，其特征在于，通过控制器中的网络拓扑管理模块获取整个网络的拓扑结构，然后抽象并简化成无向图，运用基于贪心算法思想，并添加策略保证得到的最小顶点覆盖集中最小度数之和最小，然后触发控制器中的链路发现模块对选定的网络拓扑进行链路发现，达到对整个网络进行拓扑管理的目的；工作流程包括三个模块：初始网络拓扑结构获取模块；度数最小的点覆盖集算法设计模块；拓扑计算模块；所述初始网络拓扑结构获取模块，根据控制器提供的编程接口和OpenFlow消息得到当前网络结构的拓扑信息，抽象出的网络拓扑结构的无向图；所述度数最小的点覆盖集算法设计模块，根据抽象出的网络拓扑结构的无向图，算出此无向图中总度数之和最小的点覆盖集；所述拓扑计算模块，通过得到的符合要求的点覆盖集，计算出网络拓扑结构中的新的管理测量点的位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于点覆盖集的SDN网络拓扑管理方法，对网络拓扑进行优化管理，利用最少的网络开销对网络拓扑结构进行管理，其特征在于，通过控制器中的网络拓扑管理模块获取整个网络的拓扑结构，然后抽象并简化成无向图，运用基于贪心算法思想，并添加策略保证得到的最小顶点覆盖集中最小度数之和最小，然后触发控制器中的链路发现模块对选定的网络拓扑进行链路发现，达到对整个网络进行拓扑管理的目的；工作流程包括三个模块：初始网络拓扑结构获取模块；度数最小的点覆盖集算法设计模块；拓扑计算模块；所述初始网络拓扑结构获取模块，根据控制器提供的编程接口和OpenFlow消息得到当前网络结构的拓扑信息，抽象出的网络拓扑结构的无向图；所述度数最小的点覆盖集算法设计模块，根据抽象出的网络拓扑结构的无向图，算出此无向图中总度数之和最小的点覆盖集；所述拓扑计算模块，通过得到的符合要求的点覆盖集，计算出网络拓扑结构中的新的管理测量点的位置。2.根据权利要求1所述的一种基于点覆盖集的SDN网络拓扑管理方法，其特征在于，所述初始网络拓扑结构获取模块利用控制器提供的编程接口和OpenFlow消息得到当前网络结构的拓扑信息，具体包括：为了获取当前网络结构的拓扑信息，控制器的链路发现管理模块周期性的向与之相连的交换机发送携带LLDP，LinkLayerDiscoveryProtocol，报文的Packet-Out消息，当交换机收到来自控制器的LLDP报文之后将其进行广播发送，当与之相连的交换机收到LLDP报文之后通过Packet-In消息返回给控制器，通过这样的过程，链路发现模块就知道在这两个交换机之间存在链接，并把对应的交换机的数据面ID和端口号记录下来，传送给拓扑管理模块，扩展至整个网络，控制器就利用这种方式获取整个网络的拓扑结构；在SDN网络结构中，控制器拥有全局的网络拓扑信息，并根据其...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志平，李阳，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43