軟件定義網(wǎng)絡(luò)流量采樣方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)流量采樣方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]基于TCP/IP的當(dāng)今Internet (互聯(lián)網(wǎng))經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，已取得巨大的成功，與人們息息相關(guān)，已成為工作、學(xué)習(xí)和生活必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施之一。TCP/IP式的互聯(lián)網(wǎng)，因其設(shè)計(jì)之初的“網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，復(fù)雜的處理交給主機(jī)端/側(cè)”的分工與組織原則，形成了當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀:主機(jī)側(cè)的應(yīng)用層協(xié)議可以很方便、靈活地進(jìn)行修改和部署，應(yīng)用層軟件因此得到突飛猛進(jìn)地發(fā)展，應(yīng)用層的功能因此得到極大的豐富；與之形成鮮明對(duì)比的是網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單，但是可擴(kuò)展性不強(qiáng)并且不易修改，造成:一方面，互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層面暴漏出的許多致命的漏洞長(zhǎng)期難以得到修補(bǔ)和改進(jìn)，如網(wǎng)絡(luò)管理難以部署、網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題日益嚴(yán)重、盡力而為的轉(zhuǎn)發(fā)策略不能提供用戶需求的服務(wù)質(zhì)量、組播難以部署和應(yīng)用等；另一方面，新協(xié)議、新應(yīng)用由于對(duì)網(wǎng)絡(luò)層提出變革要求而難以得到實(shí)現(xiàn)，如從IPv4向IPv6過(guò)渡困難、接入設(shè)備日益呈現(xiàn)泛在移動(dòng)性與異質(zhì)性對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性和區(qū)分服務(wù)能力提出挑戰(zhàn)、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)情況下路由面臨可擴(kuò)展性問(wèn)題、云計(jì)算和內(nèi)容分發(fā)等應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)效率提出新需求、TCP/IP之父Vinton G.Cerf也指出互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該在網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)可靠性方面做得更好(“安全性與可靠性是邁向未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)最基本的兩個(gè)門(mén)檻，否則這個(gè)架構(gòu)將無(wú)法存活”)等。因此互聯(lián)網(wǎng)目前形成了一種“應(yīng)用層靈活多變、百花齊放，網(wǎng)絡(luò)層僵硬難變、漏洞百出”的尷尬局面?；ヂ?lián)網(wǎng)要解決當(dāng)前所面臨的問(wèn)題和尷尬局面，需要從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、控制等層面深層次的進(jìn)行探討、研究和改革，才能全面迎接二十一世紀(jì)新的機(jī)遇和巨大的挑戰(zhàn)。
[0003]對(duì)于如何解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)所面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)從互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)層面進(jìn)行了大量積極的探索和研究。主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段的發(fā)展，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的改進(jìn)可分為兩類方式，演進(jìn)式改進(jìn)和革命性改進(jìn)。
[0004]多年來(lái)，針對(duì)傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)質(zhì)量保證、移動(dòng)支持、高效可靠和安全保證等方面暴露出許多問(wèn)題，研究領(lǐng)域都采用設(shè)計(jì)針對(duì)性的和修補(bǔ)的方式來(lái)分別解決這些問(wèn)題，一旦發(fā)現(xiàn)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)的弱點(diǎn)或錯(cuò)誤就立即改進(jìn)，例如在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，添加新的協(xié)議和功能組件等。這種“修補(bǔ)-> 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題-> 再修改”的改進(jìn)方式是以現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逐步演進(jìn)和發(fā)展，以添加新的功能和特性來(lái)解決目前面臨的問(wèn)題，是一種Evolut1n (演進(jìn)式)的改進(jìn)方式。這種改進(jìn)方式的優(yōu)勢(shì)在于易于部署和實(shí)施，有利于保護(hù)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的已有投入。但是它的缺陷在于:(1)某次修補(bǔ)只是在小范圍內(nèi)解決局部的問(wèn)題；(2)現(xiàn)有的改進(jìn)可能引入短期收益而長(zhǎng)期看則具有破壞性如NAT，或者局部收益對(duì)整體有破壞性；(3)某次修補(bǔ)可能不容易“兼容”未來(lái)的繼續(xù)修改；(4)經(jīng)過(guò)多次修補(bǔ)，互聯(lián)網(wǎng)變得越來(lái)越“厚重”，復(fù)雜、不靈活，超出了當(dāng)初設(shè)計(jì)Internet的簡(jiǎn)單的體系結(jié)構(gòu)的承受能力；(5)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的一些固有問(wèn)題難以得到根本性的解決。目前還是主要以“演進(jìn)”的方式逐漸對(duì)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)。
[0005]2005年開(kāi)始，研究領(lǐng)域逐漸形成另一種觀點(diǎn)，只有重新設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)才能從根本上解決IP網(wǎng)絡(luò)所面臨的問(wèn)題，而目前正是互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)“Clean-Slate”(從零開(kāi)始)進(jìn)行全面徹底變革的好時(shí)機(jī)，完全舍棄現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一種全新的、融合多種設(shè)計(jì)目標(biāo)的新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。這種方案旨在從根本上解決現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)存在的各種問(wèn)題，是一種Revolut1n (革命性)的改進(jìn)方案。這種方案的優(yōu)勢(shì)在于:(I)可以擺脫TPC/IP體系結(jié)構(gòu)的束縛，跳出其約束與框架，以解決互聯(lián)網(wǎng)多年因體系結(jié)構(gòu)造成的遺留難題；(2)可以對(duì)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行重新、全面的設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌解決互聯(lián)網(wǎng)的諸多問(wèn)題，統(tǒng)籌安排互聯(lián)網(wǎng)的諸多新需求的實(shí)現(xiàn)。但是這種方案的缺陷在于:(1)由于全新網(wǎng)絡(luò)可能不能兼容現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)，需要完全替換原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，因此存在著網(wǎng)絡(luò)部署和平滑過(guò)渡的問(wèn)題；
(2)如何建立新的體系結(jié)構(gòu)，以及建立了新的體系結(jié)構(gòu)是否能解決當(dāng)前和未來(lái)網(wǎng)絡(luò)面臨的問(wèn)題也存在很大風(fēng)險(xiǎn)；(3)需要重新構(gòu)建適合全新體系結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，演進(jìn)代價(jià)高。
[0006]為了解決目前互聯(lián)網(wǎng)存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)新網(wǎng)絡(luò)協(xié)議快速、靈活的部署，開(kāi)放可編程網(wǎng)絡(luò)被提出，開(kāi)放可編程網(wǎng)絡(luò)是指允許網(wǎng)絡(luò)研究者而不只是設(shè)備廠商，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上進(jìn)行編程和管理其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。開(kāi)放可編程式思路是革命性改進(jìn)方案的代表性成果之一，基本可以概括為:將原來(lái)多張功能網(wǎng)絡(luò)并存、整體的、復(fù)雜的MAN/WAN網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按功能進(jìn)行切分，例如劃分成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)部分和邏輯控制部分，或者系統(tǒng)核心部分和用戶功能部分等。各部分之間的接口是開(kāi)放的和標(biāo)準(zhǔn)的?；谶@個(gè)開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)化的接口，每個(gè)部分可以自我演進(jìn)和改進(jìn)而不需通知或影響另部分其他部分，這樣整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也將實(shí)現(xiàn)獨(dú)立、平滑演進(jìn)和改進(jìn)。開(kāi)放可編程式思路面臨的挑戰(zhàn)在于:(1)網(wǎng)絡(luò)分層需要具備一定的合理性、科學(xué)性和可擴(kuò)展性；(2)定義科學(xué)、可擴(kuò)展的分層間的接口 ；(3)控制層面如果采取集中管控方式，則需要考慮域間連接、可擴(kuò)展性(如擴(kuò)展到全球)等。
[0007]在開(kāi)放可編程網(wǎng)絡(luò)的研究方面,Berkeley (伯克利)大學(xué)的Scott Shenker等人提出的SDN (Software Defined Networking,軟件定義網(wǎng)絡(luò))技術(shù)、Stanford (斯坦福)大學(xué)的OpenFlow等技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放性研究的代表性成果。圖1是SDN/OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涫疽鈭D，包含基礎(chǔ)設(shè)施層、網(wǎng)絡(luò)控制層和應(yīng)用層三個(gè)層次。SDN/OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施層由各個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備構(gòu)成，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備相對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的路由器、交換機(jī)及各類網(wǎng)關(guān)來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、沒(méi)有復(fù)雜的Control Plane (控制面)，主要的工作是進(jìn)行數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)控制層的主要設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(或稱SDN/OpenFlow控制器)，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接口同時(shí)對(duì)多臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進(jìn)行控制，替代了原本獨(dú)立于各臺(tái)設(shè)備中的控制面甚至當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理和端到端的數(shù)據(jù)流規(guī)則下發(fā)(即向轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的多臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備下發(fā)流規(guī)則)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)通過(guò)API (Applicat1n Programming Interface,應(yīng)用程序編程接口)與應(yīng)用層交互。應(yīng)用層由不同應(yīng)用構(gòu)成，應(yīng)用通過(guò)API接口能夠直接調(diào)用控制層的網(wǎng)絡(luò)管理和控制功能。
[0008]與其它革命性的改進(jìn)技術(shù)的部署一樣，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)在向SDN/OpenFlow架構(gòu)演進(jìn)的過(guò)程中勢(shì)必遇到這樣那樣的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的繼承性就是其中最重要的問(wèn)題之一，即在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向SDN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的過(guò)程中，對(duì)已實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能和業(yè)務(wù)功能在SDN網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)保持甚或有所改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)連續(xù)性、確保用戶體驗(yàn)。
[0009]網(wǎng)絡(luò)流量的采樣和分析功能對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備提供商來(lái)說(shuō)是當(dāng)前電信網(wǎng)絡(luò)的重要功能，目前主流的流量采樣技術(shù)包括NetFlow、SFlow等，都可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)須部署探測(cè)器的情況下提供網(wǎng)絡(luò)管理員通常尋找的大多數(shù)信息，基本的思想就是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)流量匹配、采樣和鏡像功能，NetFlow、SFlow等類似的技術(shù)對(duì)提升網(wǎng)絡(luò)安全、實(shí)現(xiàn)精細(xì)化運(yùn)營(yíng)等方面都有很大的幫助。
[0010]目前在SDN/OpenFlow架構(gòu)下只支持對(duì)流表的匹配和鏡像功能，而流采樣功能尚未實(shí)現(xiàn)，這就造成在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署的時(shí)候該功能的可擴(kuò)展性問(wèn)題，主要體現(xiàn)在鏡像流量的接收和分析設(shè)備的性能瓶頸上，大批量的鏡像流量必將造成對(duì)分析設(shè)備的沖擊，增加了分析設(shè)備的處理負(fù)擔(dān)和部署成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種軟件定義網(wǎng)絡(luò)流量采樣方法和系統(tǒng)，解決了 SDN的可擴(kuò)展性問(wèn)題。<