基于nat技术的sdn主备控制器无缝切换方法
【专利摘要】本发明提供一种基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，SDN主备控制器之间控制通道的数据格式包括活性报文、选举报文和同步报文；SDN控制器的活性报文和选举报文采用同一报文格式；SDN控制器的同步分为实时同步和周期同步；路由器须配置NAT表，建立虚拟地址到控制器实际IP地址一对多的映射关系，SDN交换机和虚拟地址建立TCP连接；定义备份控制器对Openflow消息的处理行为。本发明的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法采用类似NATTCP负载均衡的技术实现唯一的集群虚拟地址，即使主备控制器发生切换，唯一的集群虚拟地址也不会发生改变，交换机无需感知主备控制器的切换，从而实现主备控制器无缝和快速的切换。
【专利说明】基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及网络通信的【技术领域】，特别是涉及一种基于NAT(Network Address Translation,网络地址转换）技术的SDN(Software Defined Network,软件定义网络）主备 控制器无缝切换方法。
【背景技术】
[0002] 目前，各个大厂商在SDN市场的争夺，更多是对控制器定义权和控制权的争夺。控 制器是SDN网络的核心。在大规模的IDC(Internet Data Center,互联网数据中心）网络 里，对控制器的可靠性有很高的要求。
[0003] 现有技术中，SDN控制器的东西向接口没有标准化，每个厂商都有自己私有的扩 展。有些厂商采用单SDN控制器的技术。逻辑上集中的控制器难免出现单点故障。一旦 控制器出现故障并且没有备份控制器顶替的话，整个SDN网络将处于无法管理和控制的状 态。这对运营商和用户来说都是致命的。
[0004] 另外，很多厂商采用主备控制器的技术。但是主备控制器的IP地址不同，导致无 法实现平滑和无缝地切换。一旦主控制器故障，SDN交换机需要重新和备份控制器建立TCP 连接，将会导致控制数据丢失，影响基本业务，从而导致用户体验感很差。。
[0005] 因此，能够快速地实现主备控制器切换是非常重要和必需的。
【发明内容】
[0006] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于NAT技术的SDN 主备控制器无缝切换方法，采用类似NAT TCP负载均衡的技术实现唯一的集群虚拟地址，即 使主备控制器发生切换，唯一的集群虚拟地址也不会发生改变，由于交换机是通过唯一的 集群虚拟地址和控制器集群建立TCP连接，因此交换机无需感知主备控制器的切换，从而 实现主备控制器无缝和快速的切换。
[0007] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于NAT技术的SDN主备控制 器无缝切换方法，SDN主备控制器之间控制通道的数据格式包括活性报文、选举报文和同步 报文；SDN控制器的活性报文和选举报文采用同一报文格式；SDN控制器的同步分为实时同 步和周期同步；所述实时同步是增量同步，所述周期同步是全数据库的同步；路由器须配 置NAT表，建立虚拟地址到控制器实际IP地址一对多的映射关系，SDN交换机和虚拟地址 建立TCP连接；定义备份控制器对Openflow消息的处理行为。
[0008] 根据上述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其中：所述活性报文为 双向的，用于确认跟对方的连接和测量连接延时；所述选举报文为双向的，用于携带发送者 的IP地址信息；所述同步报文由主控制器发送至备份控制器，当主控制器的数据库发生改 变时，用于更新备份控制器的数据库内容。
[0009] 根据上述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其中：所述SDN控制器 的活性报文和选举报文的格式均包括序列号和IP地址两个字段，共32bits。
[0010] 进一步地，根据上述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其中：所述 序列号为16bits，起始值为1，当所述序列号的值如果超过65535,将重新从1开始计算；所 述IP地址字段记录控制器的节点IP，用于主控制器的选举。
[0011] 根据上述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其中：SDN控制器活性 和选举的流程包括以下步骤：
[0012] 步骤S21、活性报文定时器超时；
[0013] 步骤S22、判断是否收到回应；若是，转入步骤S23 ;若否，转入步骤S27 ;
[0014] 步骤S23、将应答报文的序号累加1，发送对端，比较对端IP地址和本地IP地址；
[0015] 步骤S24、判断对端IP地址是否小于本地IP地址，若是，转入步骤S25 ;若否，转入 步骤S26 ;
[0016] 步骤S25、判断本地控制器是否为主控制器，若是，本地工作模式改为备份控制器， 流程结束；若否，不执行任何操作，流程结束；
[0017] 步骤S26、判断本地控制器是否为备份控制器，若是，本地工作模式改为主控制器， 流程结束；若否，不执行任何操作，流程结束；
[0018] 步骤S27、判断重传次数是否大于重传次数阈值，若是，本地工作模式设为主控制 器，流程结束；若否，应答报文的序列号不变，发送对端，流程结束。
[0019] 根据上述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其中：所述实时同步产 生的因素包括统计信息变化、编排器变化、北向应用变化和OF消息变化。
[0020] 根据上述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其中：SDN控制器同步 报文处理流程中，主控制器数据库接收到实时同步和周期同步请求后，向备份控制器数据 库发送同步报文，以使得二者保持一致。
[0021] 根据上述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其中：路由器把交换机 的OF消息转发到所有的控制器时，用实际的控制器IP地址替换虚拟的目的IP地址；路由 器把控制器的OF消息转发到交换机时，用虚拟的源IP地址替换实际的控制器IP。
[0022] 根据上述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其中：只有主控制器才 会对外发OF消息。
[0023] 如上所述，本发明的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，具有以下有益 效果：
[0024] (1)结合了 NAT技术，采用了实时和定期同步主备控制器数据库的机制，当主控制 器发生故障的时候，例如掉电，系统异常等，能够在交换机无感知的情况下，做到主备控制 器的无缝切换，很大程度地提高了控制器健壮性；
[0025] (2)由于备份控制器能够实时同步主控制器的数据，当主控制器发生故障的时候 无需再导出数据到备份控制器；
[0026] (3)采用类似NAT TCP负载均衡的技术实现唯一的集群虚拟地址，即使主控制器 发生切换，唯一的集群虚拟地址也不会发生改变，由于交换机是通过唯一的集群虚拟地址 和控制器集群建立TCP连接，因此交换机无需感知主备控制器的切换。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1显示为本发明的SDN控制器的活性报文和选举报文的格式示意图；
[0028] 图2显示为本发明的SDN控制器活性和选举的流程图；
[0029] 图3显示为本发明的SDN控制器同步报文处理的流程图；
[0030] 图4显示为本发明的SDN控制器OF消息接收处理的流程图；
[0031] 图5显示为本发明的SDN控制器OF消息发送处理的流程图；
[0032] 图6显示为本发明的基于NAT技术的SDN主备控制器切换模拟测试环境示意图。
【具体实施方式】
[0033] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0034] 需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想， 遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘 制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可 能更为复杂。
[0035] 本发明的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法包括以下内容：
[0036] (I)SDN主备控制器之间控制通道的数据格式包括活性报文、选举报文和同步报 文。其中，活性报文通过发送应答（echo)以及得到回应（reply)，来确认跟对方的连接没有 问题，也可用来测量连接延时。选举报文携带发送者的IP地址信息。
[0037] 各种数据格式的定义如下表1所示。
[0038] 表1、SDN主备控制器之间控制通道的数据格式定义表
[0039]
【权利要求】
1. 一种基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其特征在于：包括以下内容： SDN主备控制器之间控制通道的数据格式包括活性报文、选举报文和同步报文； SDN控制器的活性报文和选举报文采用同一报文格式； SDN控制器的同步分为实时同步和周期同步；所述实时同步是增量同步，所述周期同 步是全数据库的同步； 路由器须配置NAT表，建立虚拟地址到控制器实际IP地址一对多的映射关系，SDN交 换机和虚拟地址建立TCP连接； 定义备份控制器对Openflow消息的处理行为。
2. 根据权利要求1所述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其特征在于： 所述活性报文为双向的，用于确认跟对方的连接和测量连接延时；所述选举报文为双向的， 用于携带发送者的IP地址信息；所述同步报文由主控制器发送至备份控制器，当主控制器 的数据库发生改变时，用于更新备份控制器的数据库内容。
3. 根据权利要求1所述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其特征在 于：所述SDN控制器的活性报文和选举报文的格式均包括序列号和IP地址两个字段，共 32bits〇
4. 根据权利要求3所述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其特征在于： 所述序列号为16bits，起始值为1，当所述序列号的值如果超过65535,将重新从1开始计 算；所述IP地址字段记录控制器的节点IP，用于主控制器的选举。
5. 根据权利要求1所述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其特征在于： SDN控制器活性和选举的流程包括以下步骤： 步骤S21、活性报文定时器超时； 步骤S22、判断是否收到回应；若是，转入步骤S23 ;若否，转入步骤S27 ; 步骤S23、将应答报文的序号累加1，发送对端，比较对端IP地址和本地IP地址； 步骤S24、判断对端IP地址是否小于本地IP地址，若是，转入步骤S25 ;若否，转入步骤 S26 ； 步骤S25、判断本地控制器是否为主控制器，若是，本地工作模式改为备份控制器，流程 结束；若否，不执行任何操作，流程结束； 步骤S26、判断本地控制器是否为备份控制器，若是，本地工作模式改为主控制器，流程 结束；若否，不执行任何操作，流程结束； 步骤S27、判断重传次数是否大于重传次数阈值，若是，本地工作模式设为主控制器，流 程结束；若否，应答报文的序列号不变，发送对端，流程结束。
6. 根据权利要求1所述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其特征在于： 所述实时同步产生的因素包括统计信息变化、编排器变化、北向应用变化和OF消息变化。
7. 根据权利要求1所述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其特征在于： SDN控制器同步报文处理流程中，主控制器数据库接收到实时同步和周期同步请求后，向备 份控制器数据库发送同步报文，以使得二者保持一致。
8. 根据权利要求1所述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其特征在于： 路由器把交换机的OF消息转发到所有的控制器时，用实际的控制器IP地址替换虚拟的目 的IP地址；路由器把控制器的OF消息转发到交换机时，用虚拟的源IP地址替换实际的控 制器IP。
9. 根据权利要求1所述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其特征在于： 只有主控制器才会对外发OF消息。
10. 根据权利要求1所述的基于NAT技术的SDN主备控制器无缝切换方法，其特征在 于：根据下表定义备份控制器对Openflow消息的处理行为：
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【文档编号】H04L12/24GK104410730SQ201410753409
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】翟跃 申请人:上海斐讯数据通信技术有限公司