软件定义网络中防止控制链路拥塞的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种软件定义网络中防止控制链路拥塞的控制方法，根据所有交换机上传链路的负载情况，为一部分流部署通配符，均衡网络中的控制链路负载；当新流进入的第一交换机上存在通配符时，根据通配符将流重路由至控制链路负载较低的第二交换机，由第二交换机将新流上传控制器，否则由第一交换机将新流上传控制器；控制器根据部署的算法计算得到流表项，并下发流表项。当有大量新流同时进入系统时，可以有效防止控制链路发生拥塞，减少网络时延。

Control method to prevent control link congestion in software defined network

The invention discloses a control method for preventing control link congestion a software defined network, according to the load of all switches to upload links, as part of the deployment flow wildcard, load control link equalization in the network; when the first switch into the new existence of wildcards, according to wildcards to flow rerouting to control link second low load switch, the switch will consist of second new upload controller, or by the first switch will upload the new controller; controller is calculated according to the deployment algorithm to obtain flow table entries, and issued the flow table entries. When there are a large number of new and enter the system, can effectively prevent and control link congestion, reduce network delay.

【技术实现步骤摘要】
软件定义网络中防止控制链路拥塞的控制方法
本专利技术属于网络路由
，具体地涉及一种软件定义网络中防止控制链路拥塞的控制方法。
技术介绍
由于现有网络架构的种种局限性，催生了SDN的产生。如果将网络中所有的网络设备视为被管理的资源，那么参考操作系统的原理，可以抽象出一个网络操作系统(NetworkOS)的概念—这个网络操作系统一方面抽象了底层网络设备的具体细节，同时还为上层应用提供了统一的管理视图和编程接口，这样，基于网络操作系统这个平台，用户可以开发各种应用程序，通过软件来定义逻辑上的网络拓扑，以满足对网络资源的不同需求，而无需关心底层网络的物理拓扑结构，这就是SDN。SDN相对于传统的网络有很多优势。控制器可以掌握整个网络的状态、数据等拓扑信息，根据这些信息，可以实现很多功能，例如：(1)将开放式最短路径优先(OpenShortestPathFirst，OSPF)网络中的路径开销放在控制器中计算，比现有的计算方式快很多。(2)计算路由的速度会比原有的计算方式快很多。(3)可为一些问题预先提供解决方法，当问题出现时可以更快的解决。实际场景中，控制链路(交换机和控制器之间的链路)的上传能力(上传新流首包)和下载能力(下发流表项)都十分有限。现有的SDN交换机部署了OpenflowAgent，通过和控制器之间建立TCP长连接上传流表以及下发控制器计算的流表项。但是因为交换机本身处理能力的限制，当大量新流同时进入系统时，控制链路很容易发生拥塞，导致控制器无法及时下发流表项到交换机，带来严重的时延，严重影响用户体验和网络的运行。针对这个问题，之前的研究提出了将全部新流重路由至vSwitch中，由虚拟的vSwitch进行上报。但是这种方法一方面要求额外的硬件支持，另外一方面，vSwitch会造成数据层额外的负载，并且由于和实体交换机性能差异较大，vSwitch本身也很容易出现拥塞。本专利技术因此而来。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术目的是：提供了一种软件定义网络中防止控制链路拥塞的控制方法，当有大量新流同时进入系统时，将一部分新流重路由，均衡控制链路的负载，可以有效防止控制链路发生拥塞。本专利技术的技术方案是：一种软件定义网络中防止控制链路拥塞的控制方法，包括以下步骤：S01：根据所有交换机上传链路的负载情况，为一部分流部署通配符，均衡网络中的控制链路负载；S02：当新流进入的第一交换机上存在通配符时，根据通配符将流重路由至控制链路负载较低的第二交换机，由第二交换机将新流上传控制器，否则由第一交换机将新流上传控制器；S03：控制器根据部署的算法计算得到流表项，并下发流表项。优选的，所述步骤S01中，部署通配符的流是通过线性规划进行求解，其目标函数和约束条件如下公式所示：上述公式中，λ为网络最大负载，γ代表流集合Γ中的任意一条流，s(γ)表示流的大小；p代表流γ可选路径集合Pγ中的任意一条；C代表网络中所有控制器的负载；v代表网络中交换机的任意一个；λv代表交换机v的负载，μ表示交换机的最大负载；ω表示最大链路利用率，c(e)表示链路最大负载。优选的，所述步骤S01中，若控制器负载超过阈值，交换机基于贪心的策略将数据包发至未超过阈值的响应时间最短的控制器，控制器根据网络状况信息，对各个流分配路由的流表，并下达到相关交换机。本专利技术基于软件定义网络，主要致力于当有大量新流同时进入系统时，防止控制链路发生拥塞，减少网络时延。本专利技术由控制器实时监测网络的所有信息，根据控制链路的需要，将一部分流重新路由，实现控制链路的负载均衡。本方法不同于以往方法，主要体现在：针对控制链路进行负载均衡，而不是像以往，针对数据链路；交换机通过流表和meter表来执行控制器下达的控制策略；控制策略可以动态生成，不需要单个交换机手工输入；可以全网控制带宽而非单独某个节点。该方法识别不同负载的控制链路信息并提供智能的带宽分配方案，克服了传统方法控制复杂和反应慢的问题。在SDN架构下，通过控制器实现全网的控制，实现过程简单、高效，有效地提高了控制链路带宽利用率并智能的减少了拥塞发生的可能性。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1.本专利技术的方法基于软件定义网络，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流的细粒度控制。方法中流的识别以及链路负载控制策略的制定就是由控制器完成的，这样交换机只要按照策略来进行转发，提高了负载控制的灵活性，降低了交换机的压力。2.本专利技术的方法中不同于传统的关注数据链路的负载，主要针对控制链路进行了负载均衡。相比于其他降低控制链路负载的方法，本方法可以保证在降低链路利用率的同时，新流仍然会被上报到控制器，保证了细粒度的控制。3.本专利技术的方法控制面统一集中在控制器，集中式链路负载控制可以避免分布式模式下的链路负载利用不合理。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术控制方法的流程图；图2为本实施例的网络拓扑图。具体实施方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例：本专利技术是软件定义网络中防止控制链路拥塞的控制方法，SDN(软件定义网络)中，交换机基于控制链路的实际负载，选择一部分新流，部署通配符，使得整个网络的控制链路负载均衡。网络中，所有的新流都将被动态路由(动态路由是控制器依据路由选择规则，根据网络的实时状态计算出的从源到汇的一条转发路径)，一部分流在进入交换机时根据通配符规则，被重路由到控制链路负载较小的交换机，上报控制器。另外的一些，直接被入口交换机上报控制器，具体的执行如下：(1)直接路由策略：交换机未部署通配符规则，所有流直接上报控制器，再根据控制器中部署的算法进行计算，选路，下发流表项，将流路由。(2)重路由策略：当此交换机控制链路负载较大，根据算法计算的结果，将交换机上的一部分流为其部署通配符，将其重路由至控制链路负载较低的交换机，并由这些交换机上报控制器，部署流表，路由至目的交换机。如图1所示，本实施例的路由过程如下：(1)根据历史流量数据和收集到的所有交换机上传链路的负载情况，为一部分流部署通配符，使得所有交换机中最大的控制链路负载最小；(2)当新流进入交换机Vi，若Vi上存在通配符；执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)；(3)根据通配符将流重路由至交换机Vj，执行步骤(4)；(4)交换机将新流上传控制器；(5)控制器根据链路当前负载下发流表项，使得整个网络的控制链路负载均衡。步骤(1)中选择一部分流部署通配符的选择方法是通过线性规划进行求解：1、将网络的实际数据带入线性规划方程，将方程由整形规划松弛为无约束规划；2、根据约束条件，所有控制器不发生过载，所有交换机控制链路负载小于最大负载，为一部分新流添加通配符，使得最大的控制链路负载最小；3、根据松弛后的分配方案，使用随机舍入算法，将小数解舍入为整数解；4、根据(3)所得的整数解，插入通配符，使整个网络中上传新流首包的控制链路最大负载最小。实现控制链路的负载均衡。具体的，线性规划的目标函数和约束条件如下公式所示：上述公式中，λ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软件定义网络中防止控制链路拥塞的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S01：根据所有交换机上传链路的负载情况，为一部分流部署通配符，均衡网络中的控制链路负载；S02：当新流进入的第一交换机上存在通配符时，根据通配符将流重路由至控制链路负载较低的第二交换机，由第二交换机将新流上传控制器，否则由第一交换机将新流上传控制器；S03：控制器根据部署的算法计算得到流表项，并下发流表项。

【技术特征摘要】
1.一种软件定义网络中防止控制链路拥塞的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S01：根据所有交换机上传链路的负载情况，为一部分流部署通配符，均衡网络中的控制链路负载；S02：当新流进入的第一交换机上存在通配符时，根据通配符将流重路由至控制链路负载较低的第二交换机，由第二交换机将新流上传控制器，否则由第一交换机将新流上传控制器；S03：控制器根据部署的算法计算得到流表项，并下发流表项。2.根据权利要求1所述的软件定义网络中防止控制链路拥塞的控制方法，其特征在于，所述步骤S01中，部署通配符的流是通过线性规划进行求解，其目标函数和约束条件如下公式所示：minλ

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宏力，孟泽宇，黄刘生，王鹏展，
申请(专利权)人：中国科学技术大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32