專利名稱：Openflow交換機系統及其報文處理方法
技術領域：
本發明涉及以太網領域技術，尤其涉及一種Openflow交換機系統及其報文處理方法。
背景技術：
目前互聯網發展迅速，其應用規模的龐大及其地位的重要性，遠遠超出了設計者們的想象，而現在的互聯網主要有以下弊端特定的范圍內沒有統一的管理、網絡轉發機制與策略單一、運營商難以最大限度優化自身網絡、以及傳統交換機用于轉發的功能和協議多且雜，很難配置，系統容易出錯等問題。為應對上述弊端，人們提出了 Openflow交換機，其將傳統交換機上的報文轉發和轉發策略分離開來，采用專門的一臺控制器(controller)通過網線和交換機連接。這樣原來同在一臺交換機設備上的報文轉發功能(硬件芯片實 現)和報文轉發策略(各種軟件協議)就被分開到了不同的硬件設備上。而一臺控制器(controller)還可以控制多臺Openflow交換機,從而實現了統一的轉發控制端，更有效地控制了網絡。參圖I所示，目前，在Openflow交換機系統中，往往控制網絡中的一個或多個控制器與相應的Openflow交換機直接相連并進行數據通信，然而，一個或多個控制器的控制通道(control path)的帶寬是有限的,而一般Openflow交換機的中央處理器(CPU)處理能力也不強，在Openflow交換機和多個控制器連接時,Openf low的管理端口往往需要同時收發大量報文，由于帶寬的限制，易產生控制報文丟包現象，從而造成了整個系統網絡不穩定。

發明內容
本發明的目的在于對現有的控制通道網絡進行改良，以提供一種可靠性高的Openflow交換機系統。本發明的另一目的在于提供一種Openflow交換機系統的報文處理方法。為實現上述發明目的，本發明的技術方案如下一種Openflow交換機系統，其包括一個或多個控制器；與一個或多個終端相連接的Openflow交換機；與所述Openflow交換機相連接的應用服務器，其用于根據報文的消息類型，對所述報文中的DSCP值進行賦值；與所述應用服務器相連接的QoS三層交換機，其用于根據報文中的DSCP值，獲取當前報文的優先級，并按照所述報文的優先級高低發送報文至控制器。作為本發明系統的進一步改進，所述報文的消息類型包括contro11er-to-switch消息、異步消息、對稱消息，其中，每一種消息類型還包括若干子類型。作為本發明系統的進一步改進，所述應用服務器具體用于獲取報文中的Openflow Type值；根據所述Openflow Type值獲悉該報文所屬的報文類型及相應的子類型；根據報文所屬子類型，相應地為該報文的DSCP值賦值。相應地，一種Openflow交換機系統的報文處理方法，其包括51、接收報文；
52、根據報文的消息類型，對所述報文中的DSCP值進行賦值；
53、根據報文中的DSCP值，獲取當前報文的優先級，并按照所述報文的優先級高低進行報文發送。作為本發明方法的進一步改進，所述報文的消息類型包括contro 11 er-to-switch消息、異步消息、對稱消息，其中，每一種消息類型還包括若干子類型。作為本發明方法的進一步改進，所述步驟S2還具體包括獲取報文中的OpenflowType值；根據所述Openflow Type值獲悉該報文所屬的報文類型及相應的子類型；根據報 文所屬子類型，相應地為該報文的DSCP值賦值。作為本發明方法的進一步改進，該方法還包括如下步驟計算各報文所對應的報文加權值及交換機系統中各控制器所對應的控制器加權值；根據所述報文加權值，獲取多個報文加權值區間，并根據各控制器加權值，為每一個報文加權值區間對應一個控制器，其中，所述報文加權值區間的數目與控制器的數目相等；根據當前報文的報文加權值所處于的報文加權值區間，將該報文發送至與該報文加權值區間相對應的控制器。作為本發明方法的進一步改進，“計算報文加權值”的步驟具體包括根據各報文自身的優先級字段進行加權，得到包權值；根據Openflow流自身的優先級進行加權，得到流權值；根據所述包權值及流權值，計算得出所述報文加權值，其中，報文加權值=(2/3) *包權值+ (1/3)*流權值。作為本發明方法的進一步改進，“計算控制器加權值”的步驟具體包括獲取控制器與交換機之間的網絡鏈路的速度權值；根據控制器所連接的交換機數目得到數量權值；根據控制器當前的服務質量得到質量權值；綜合所述速度權值、數量權值、及質量權值計算得出控制器加權值，其中，控制器加權值=(2/4)*速度權值+ (1/4)*數量權值+ (1/4)*質量權值。作為本發明方法的進一步改進，“獲取多個報文加權值區間”的步驟具體包括將所有報文加權值按大小進行排序，并均勻劃分為N個報文組，其中，N為控制器的數目；根據每個報文組中報文加權值，獲取N個初始權值區間；將低優先級的初始權值區間的區間上限設置為與高優先級的初始權值區間的區間下限相等；將最高優先級的的初始權值區間的區間上限設為100，將最低優先級的的初始權值區間的區間下限設為O。本發明的有益效果是本發明通過根據報文的類型，將系統中報文按照一定的優先級進行調度，在不提高整個系統成本的同時，避免了系統因帶寬過小，導致高優先級的報文掉包的現象，進而提高了系統穩定性。


圖I是現有技術中Openflow交換機系統的網絡架構示意 圖2是本發明第一實施方式中Openflow交換機系統的網絡架構示意 圖3是本發明第一實施方式中Openflow交換機系統的報文處理方法的流程 圖4是本發明第二實施方式中Openflow交換機系統的網絡架構示意 圖5是本發明第二實施方式中Openflow交換機系統的報文處理方法的流程圖；圖6是本發明第二實施方式中報文處理系統的單元示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖所示的具體實施方式
對本發明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。參圖2所示，其示意地繪示了本發明Openflow交換機系統的網絡架構，該架構100包括一個或者多個控制器(contro I Ier I、contro 11 er2、contro 11 er3 …control I erN),控制器與Openflow交換機101之間通過控制網絡相連,Openflow交換機101另一端通過多業務端口連接多個終端設備(終端I、終端2、終端3…終端N)，上述終端設備可包括手機、電腦、PDA (個人數字處理)等。所述終端可通過數據通道與Openflow交換機101相互通信，實現報文發送。于本發明第一實施方式中，上述Openflow交換機系統100還包括一應用服務器 102及一支持QoS(服務質量)的QoS三層交換機103，其中，應用服務器102與所述Openflow交換機101相連接，其用于根據報文的消息類型，對所述報文中的DSCP值進行賦值；而QoS三層交換機103與所述應用服務器102相連接，其用于根據報文中的DSCP值，獲取當前報文的優先級，并按照所述報文的優先級高低發送報文至控制器。于本發明中，Openflow協議里的支持的消息類型大約分為以下3類control I er-to-switch 消息、異步消息(asynchronous)、及對稱消息(symmetric),每一類消息又有多個子類型。controller-to-switch消息由控制器發起,用來管理或獲取switch狀態！asynchronous消息由switch發起,用來將網絡事件或交換機狀態變化更新到控制器；symmetric消息可由交換機或控制器發起。這幾類消息最終會組成TCP報文在控制網絡中傳輸，本實施方式中，根據本領域普通技術人員所掌握的經驗，總結出其中有些類型的報文是非常重要的，這些報文必須得到交換機或控制器及時相應，否則會造成網絡中斷或不穩定，比如、一些對稱消息和controller-to-switch消息,這類報文一般所占帶寬也不大；而相比上述的重要報文，大量相對不重要的報文(如packet_in類型報文)，甚至是冗余報文可以延遲發送甚至直接被丟失(對整個交換機系統的正常工作幾乎無影響)。其中，本發明具體實施方式
中，對于不同消息的區分，主要通過獲取TCP報文中的第2個字節(Openflow Type值),并根據所述Openf low Type值獲悉該報文所屬的報文類型及相應的子類型(如Hello信息、Features_Reply信息、Port-Status信息等),其中按照報文的子類型，分別對應賦予該報文的DSCP為一定值，在此之前，本發明需要根據不同等級的重要信息，對其報文進行網絡傳輸層面的報文優先級分類。在本發明中，可以使用應用服務器102對指定消息類型的報文做DSCP值(差分服務代碼點，一種IP報文的優先級)重寫動作，其中，DSCP使用6個bit，DSCP的值得范圍為(Γ63，O優先級最低，63優先級最高。本發明中，對于較為重要的Hello/Echo等類型的消息報文，一般將其DSCP值設置成60 ;而對于大量相對不重要或者可以有延遲的異步消息(如Packet_in報文)，則將其DSCP值設置成30。當被修改過DSCP值的消息報文發送到支持QoS的3層交換機時，該交換機能夠根據不同的DSCP值進行優先級調度，從而使DSCP值高的報文優先通過，這樣可以大幅度提高Openflow交換機系統的連接性和可靠性。
本發明中，對于不同消息類型的報文所對應的DSCP值，詳見下表(表I):其中，DSCP值越高地報文，表示為優先級越高，系統會優先處理。
權利要求
1.一種Openflow交換機系統,其特征在于,其包括 一個或多個控制器； 與一個或多個終端相連接的Openflow交換機； 與所述Openflow交換機相連接的應用服務器，用于根據報文的消息類型，對所述報文中的DSCP值進行賦值； 與所述應用服務器相連接的QoS三層交換機，用于根據報文中的DSCP值，獲取當前報文的優先級，并按照所述報文的優先級高低發送報文至控制器。
2.根據權利要求I所述的Openflow交換機系統，其特征在于，所述報文的消息類型包括controller-to-switch消息、異步消息、對稱消息,其中，每一種消息類型還包括若干子類型。
3.根據權利要求2所述的Openflow交換機系統，其特征在于，所述應用服務器具體用于 獲取報文中的Openflow Type值； 根據所述Openflow Type值獲悉該報文所屬的報文類型及相應的子類型； 根據報文所屬子類型，相應地為該報文的DSCP值賦值。
4.一種Openflow交換機系統的報文處理方法,其特征在于,該方法包括 51、接收報文； 52、根據報文的消息類型，對所述報文中的DSCP值進行賦值； 53、根據報文中的DSCP值，獲取當前報文的優先級，并按照所述報文的優先級高低進行報文發送。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述報文的消息類型包括control Ier-to-switch消息、異步消息、對稱消息，其中，每一種消息類型還包括若干子類型。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟S2還具體包括 獲取報文中的Openflow Type值； 根據所述Openflow Type值獲悉該報文所屬的報文類型及相應的子類型； 根據報文所屬子類型，相應地為該報文的DSCP值賦值。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟 計算各報文所對應的報文加權值及交換機系統中各控制器所對應的控制器加權值； 根據所述報文加權值，獲取多個報文加權值區間，并根據各控制器加權值，為每一個報文加權值區間對應一個控制器，其中，所述報文加權值區間的數目與控制器的數目相等；根據當前報文的報文加權值所處于的報文加權值區間，將該報文發送至與該報文加權值區間相對應的控制器。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，“計算報文加權值”的步驟具體包括 根據各報文自身的優先級字段進行加權，得到包權值； 根據Openflow流自身的優先級進行加權,得到流權值； 根據所述包權值及流權值，計算得出所述報文加權值，其中，報文加權值=(2/3)*包權值+ (1/3)*流權值。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，“計算控制器加權值”的步驟具體包括獲取控制器與交換機之間的網絡鏈路的速度權值； 根據控制器所連接的交換機數目得到數量權值； 根據控制器當前的服務質量得到質量權值； 綜合所述速度權值、數量權值、及質量權值計算得出控制器加權值，其中，控制器加權值=(2/4)*速度權值+ (1/4)*數量權值+ (1/4)*質量權值。
10.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，“獲取多個報文加權值區間”的步驟具體包括 將所有報文加權值按大小進行排序，并均勻劃分為N個報文組，其中，N為控制器的數目； 根據每個報文組中報文加權值，獲取N個初始權值區間； 將低優先級的初始權值區間的區間上限設置為與高優先級的初始權值區間的區間下限相等； 將最高優先級的的初始權值區間的區間上限設為100，將最低優先級的的初始權值區間的區間下限設為O。
全文摘要
本發明提供一種Openflow交換機系統及其報文處理方法，其系統包括一個或多個控制器；與一個或多個終端相連接的Openflow交換機；與所述Openflow交換機相連接應用服務器，其用于根據報文的消息類型，對所述報文中的DSCP值進行賦值；以及與所述應用服務器相連接的QoS三層交換機，其用于根據報文中的DSCP值，獲取當前報文的優先級，并按照所述報文的優先級高低發送報文至控制器。本發明通過根據報文的類型，將系統中報文按照一定的優先級進行調度，在不提高整個系統成本的同時，避免了系統因帶寬過小，導致高優先級的報文掉包的現象，進而提高了系統穩定性。
文檔編號H04L12/937GK102868645SQ20121036660
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者趙 怡, 朱堅, 閆興安 申請人:盛科網絡(蘇州)有限公司