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专利号: 2020113104447
申请人: 桂林航天工业学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于软件定义数据中心的高精度实时延时监测方法,其特征在于,包括如下步骤:

1)组成:延时监测系统由集中控制点、延时测量包、和被测网络组成,其中被测网络包括链路和交换机;

2)改造:集中控制点由基于OpenFlow协议的软件定义网络的控制器通过改造构成;延时测量包为集中控制点生成的带有organization specific TLV的LLDP包,被测网络的交换机需要进行改造;现有OpenFlow协议无需进行任何客户化,无需另外部署硬件设施;

a)集中控制点在现有软件定义网络的控制器的网络拓扑发现模块的基础上进行改造,改造的主要内容包括针对延时测量包的特点生成和解析LLDP包;现有的利用OpenFlow协议所定义的软件定义网络控制平面和数据平面的接口规范对延时测量包进行注入和回收部分无需进行改造;

b)作为延时测量包的LLDP包除了包含LLDP首部,及通用的几种TLV外, 还需要包含一个机构指定TLV ,即organization specific TLV;

c)现有交换机的软件系统需要在处理数据包时加入对延时测量包的处理代码;

3)测量:延时测量包由集中控制点周期性地生成并注入到网络中;网络的交换机接收到延时测量包后,通过延时测量包的TTL值选择恰当的动作,以完成延时的测量;延时测量包最后被交换机转发回集中控制点,由集中控制点完成测量包地解析和延时的统计和更新,延时测量包由集中监测点周期性地生成并注入到网络中,包括如下步骤:(1)集中控制点创建延时测量包:集中控制点生成带有organization specific TLV的LLDP包,并将TTL TLV中的TTL值初始化为4;

(2)集中控制点选择交换机,周期性注入延时测量包:集中控制点可以根据一定的策略选择交换机,并将步骤2)生成的延时测量包周期性地注入到被选中的交换机,被注入的延时测量包将被封装成OpenFlow消息,通过软件定义网络的控制平面和数据平面间的南向接口由控制平面的集中控制点注入到数据平面的交换机;

(3)交换机处理测量包:

交换机的分类:针对一个延时测量包,处理该延时测量包的交换机可以是源交换机或者目的交换机,网络中交换机的类型根据接收到的延时测量包而变化,某个特定的交换机可以是某个特定延时测量包的源交换机,同时是另一个延时测量包的目的交换机;

交换机处理接收到的延时测量包:一个延时测量包经集中控制点注入到网络中,被该延时测量包的源交换机接收,再由源交换机广播到与其直接相连的各目的交换机,该源交换机和各目的交换机将通过控制和判断测量包的TTL值,保证该延时测量包在一对源交换机和目的交换机确定的链路上只往返三次,即源交换机‑目的交换机‑源交换机‑目的交换机,再由目的交换机将延时测量包转发到集中控制点,完成测量结果的回收和统计,交换机对延时测量包的处理过程如下:a)交换机收到延时测量包后,首先判断是否是延时测量包,如果不是,转到步骤h);如果是,转到步骤b);

b)将延时测量包的TTL TLV中的TTL值减1;

c)判断当前的TTL值,如果该值为3,2,1,0,分为转到步骤d),步骤 e), 步骤f), 步骤g);

d)该延时测量包的TTL值为3,表明本交换机是该延时测量包的源交换机,并且该延时测量包是直接由集中控制点转发到该交换机,该交换机直接将该延时测量包转发到除接收端口外的其它所有端口;

e)该延时测量包的TTL值为2,表明本交换机是该延时测量包的目的交换机,并且该目的交换机是第一次接收到该延时测量包,该交换机取当前的时间戳,并将时间戳写入延时测量包的机构指定TLV中,再将该延时测量包原路返回到该延时测量包的源交换机;

f)该延时测量包的TTL值为1,表明本交换机是该延时测量包的源交换机,并且该延时测量包是由目的交换机返回的延时测量包,该源交换机再将收到的延时测量包原路返回给目的交换机;

g)该延时测量包的TTL值为0,表明本交换机是该延时测量包的目的交换机,并且该目的交换机是第二次收到该延时测量包,该交换机取当前的时间戳,将当前的时间戳减存储在机构指定TLV中的时间戳,即该交换机第一次收到该延时测量包的时间戳,得到两次收到该延时测量包的时间差,该时间差就是该源交换机和目的交换机连接的链路的往返延时,该交换机将该时间差写入延时测量包的机构指定TLV中, 转到步骤h);

h)查询交换机的流表中是否有与该延时测量包匹配的流表项,如果没有,该交换机将该延时测量包转发给控制器,如果有,该交换机将该延时测量包按流表项定义的规则进行转发,由于延时测量包是LLDP包,交换机没有LLDP包匹配的流表项,所以,延时测量包最后被转发到控制器,也就是集中控制点进行延时的回收和统计;

(4)集中控制点回收延时测量包,并统计网络延时:集中控制点注入到网络中的延时测量包,经过链路的三次往返后,即源交换机‑目的交换机‑源交换机‑目的交换机,返回集中控制点,返回到集中控制点的延时测量包的机构指定TLV中携带有该源交换机和目的交换机定义的链路的往返延时信息,集中控制点通过收集网络各链路的往返延时,可以计算出网络中任何路径的延时,由于延时测量包被周期性的注入,集中控制点可以周期性地更新各链路和各路径地延时,达到对网络延时地持续地监视;

4)降低带宽消耗:(1)采用LLDP包作为延时测量包,同时实现延时测量和拓扑发现;(2)选择特定的交换机子集接收延时测量包,避免链路延时的重复测量;(3)控制延时测量包的TTL值,减少测量包在链路的往返次数;

5)延时测量和拓扑发现的同时实现:由于LLDP包本身用于网络拓扑发现,采用LLDP包作为延时检测包可以同时实现网络延时监测和拓扑发现。

2.根据权利要求1所述的基于软件定义数据中心的高精度实时延时监测方法,其特征在于,步骤4)中所述的集中控制点选择特定的交换机子集注入延时测量包,避免链路延时的重复测量中,该特定的交换机子集的总数为最小化交换机子集后的交换机数,链路总数为最小化被重复测量的链路数,其中最小化的问题以抽象的网络边覆盖问题进行求解,求解采用启发式算法。