擴(kuò)展基于openflow的分離式體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)功能性的制作方法
【專利摘要】一種方法使得分離式體系結(jié)構(gòu)中的交換機(jī)能夠提供高速分組處理和OpenFlow不支持的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性。交換機(jī)通過(guò)交換機(jī)的輸入端口接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的分組，并且對(duì)照流表中的表?xiàng)l目匹配分組中的報(bào)頭字段以識(shí)別要采取的動(dòng)作。流表是OpenFlow管道的一部分。識(shí)別的動(dòng)作是引導(dǎo)分組到交換機(jī)中指定的處理單元。OpenFlow管道將分組經(jīng)交換機(jī)中的通信信道轉(zhuǎn)發(fā)到指定的處理單元。指定的處理單元通過(guò)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性處理分組，并且在通過(guò)交換機(jī)的出口端口將分組傳送到網(wǎng)絡(luò)之前將分組注入回流表之一。
【專利說(shuō)明】擴(kuò)展基于OPENFLOW的分離式體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)功能性
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的實(shí)施例涉及基于OpenFlow的分離式體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例涉及使用基于OpenFlow的交換機(jī)中的處理單元以執(zhí)行諸如OpenFlow 1.1規(guī)范的當(dāng)前OpenFlow規(guī)范不支持的功能。
【背景技術(shù)】
[0003]不同于在相同的盒(例如，諸如路由器的網(wǎng)絡(luò)元件)中集成數(shù)據(jù)平面和控制平面的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，分離式體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將這兩個(gè)平面分離，并且在可能與轉(zhuǎn)發(fā)元件(交換機(jī))在不同的物理位置中的服務(wù)器(控制器)上執(zhí)行控制平面。網(wǎng)絡(luò)中分離式體系結(jié)構(gòu)的使用允許簡(jiǎn)化交換機(jī)，并且將網(wǎng)絡(luò)的智能移到監(jiān)視交換機(jī)的多個(gè)控制器中。
[0004]在傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)發(fā)和控制平面的緊密耦合通常導(dǎo)致過(guò)度復(fù)雜的控制平面和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理。眾所周知的是，這對(duì)新協(xié)議和技術(shù)發(fā)展造成大的負(fù)擔(dān)和高障礙。盡管線路速度、端口密度和性能快速改進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)控制平面機(jī)制已經(jīng)以比轉(zhuǎn)發(fā)平面機(jī)制更慢得多的速度發(fā)展。
[0005]在分離式體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，控制器從交換機(jī)收集信息，并且計(jì)算和分布適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)發(fā)決定到交換機(jī)。控制器和交換機(jī)使用協(xié)議來(lái)傳遞和交換信息。此類協(xié)議的示例是OpenFlow (參閱OpenFlow 1.1規(guī)范),它提供開(kāi)放和標(biāo)準(zhǔn)的方法以便交換機(jī)與控制器進(jìn)行通信，并且它在學(xué)界和業(yè)界都引起了相當(dāng)大的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一種由充當(dāng)分離式體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)元件實(shí)現(xiàn)的方法使得交換機(jī)能夠提供高速分組處理和OpenFlow不支持的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性。交換機(jī)通過(guò)交換機(jī)的輸入端口接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的分組，并且對(duì)照流表中的表?xiàng)l目匹配分組中的報(bào)頭字段以識(shí)別要采取的動(dòng)作。流表是OpenFlow管道的一部分。識(shí)別的動(dòng)作是引導(dǎo)分組到交換機(jī)中指定的處理單元。OpenFlow管道將分組經(jīng)交換機(jī)中的通信信道轉(zhuǎn)發(fā)到指定的處理單元。指定的處理單元通過(guò)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性處理分組，并且在通過(guò)交換機(jī)的出口端口將分組傳送到網(wǎng)絡(luò)之前，將分組注入回流表之一。
[0007]網(wǎng)絡(luò)元件充當(dāng)包括耦合到交換機(jī)集合的控制器的分離式體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)。交換機(jī)提供高速分組處理和OpenFlow不支持的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性。網(wǎng)絡(luò)元件包括通信信道、處理核的第一集合、入口端口、處理核的第二集合及出口端口。通信信道耦合到包括流表集合的OpenFlow管道，并且每個(gè)流表包括表?xiàng)l目集合。處理核的第一集合經(jīng)通信信道耦合到OpenFlow管道以執(zhí)行處理單元集合的操作。每個(gè)處理單元可操作以通過(guò)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性處理分組，并且將分組注入回OpenFlow管道中的流表之一。入口端口稱合到OpenFlow管道以接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的分組。處理核的第二集合耦合到通信信道、處理核的第一集合及入口端口以執(zhí)行OpenFlow管道的操作。OpenFlow管道要對(duì)照表?xiàng)l目匹配分組中的一個(gè)或更多個(gè)報(bào)頭字段，以將匹配表?xiàng)l目中的動(dòng)作識(shí)別為將分組引導(dǎo)到指定的處理單元，以及將分組轉(zhuǎn)發(fā)到指定的處理單元以便進(jìn)行處理。出口端口耦合到OpenFlow管道以將分組傳送到網(wǎng)絡(luò)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]本發(fā)明通過(guò)示例方式而不是限制的方式在附圖的圖形中示出，圖中相似的標(biāo)號(hào)表示類似的元件。應(yīng)注意的是，在此公開(kāi)內(nèi)容中對(duì)“一”或“一個(gè)”實(shí)施例的不同引用不一定為相同的實(shí)施例，并且此類引用意指至少一個(gè)。此外，結(jié)合實(shí)施例描述某個(gè)特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，應(yīng)認(rèn)為結(jié)合無(wú)論是否明確描述的其它實(shí)施例來(lái)影響此類特征、結(jié)構(gòu)或特性是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的認(rèn)知之內(nèi)。
[0009]圖1是基于OpenFlow的分離式體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的示例體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的圖。
[0010]圖2是包括多個(gè)處理單元的增強(qiáng)交換機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的圖。
[0011]圖3A和3B是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在增強(qiáng)交換機(jī)中處理單元的識(shí)別的圖。
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例由增強(qiáng)交換機(jī)的處理單元執(zhí)行的一個(gè)示例功能性的圖。
[0013]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例由增強(qiáng)交換機(jī)的處理單元執(zhí)行的一個(gè)示例功能性的圖。
[0014]圖6是用于執(zhí)行增 強(qiáng)交換機(jī)功能的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0015]圖7是由處理單元為分組處理而執(zhí)行的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0016]圖8是由處理單元為生成消息而執(zhí)行的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0017]圖9是在其上可實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)交換機(jī)的多核處理器的一實(shí)施例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]在下面的描述中，陳述了許多特定細(xì)節(jié)。然而，理解的是，實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例可無(wú)需這些特定細(xì)節(jié)。在其它情況下，公知的電路、結(jié)構(gòu)和技術(shù)未詳細(xì)示出以免混淆對(duì)此描述的理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)到，可無(wú)需此類特定細(xì)節(jié)而實(shí)踐本發(fā)明。通過(guò)包括的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠在不進(jìn)行不當(dāng)實(shí)驗(yàn)的情況下實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)墓δ苄浴?br> [0019]附圖中所示技術(shù)可使用一個(gè)或更多個(gè)電子裝置(例如，終端站、網(wǎng)絡(luò)元件、服務(wù)器或類似電子裝置)上存儲(chǔ)和執(zhí)行的代碼和/或數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此類電子裝置使用非暫時(shí)性機(jī)器可讀或計(jì)算機(jī)可讀媒體，例如非暫時(shí)性機(jī)器可讀或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體(例如，磁盤(pán)、光盤(pán)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、閃存裝置及相變存儲(chǔ)器)存儲(chǔ)和傳遞(在內(nèi)部和/或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與其它電子裝置)代碼和數(shù)據(jù)。另外，此類電子裝置一般情況下包括耦合到諸如一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)裝置、用戶輸入/輸出裝置(例如，鍵盤(pán)、觸摸屏和/或顯示器)和網(wǎng)絡(luò)連接的一個(gè)或更多個(gè)其它組件的一個(gè)或更多個(gè)處理器的集合。處理器的集合與其它組件的耦合一般情況下是通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)總線和橋接器(也稱為總線控制器)。存儲(chǔ)裝置表示一個(gè)或多個(gè)非暫時(shí)性機(jī)器可讀或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體和非暫時(shí)性機(jī)器可讀或計(jì)算機(jī)可讀通信媒體。因此，給定電子裝置的存儲(chǔ)裝置一般情況下存儲(chǔ)代碼和/或數(shù)據(jù)以便在該電子裝置的一個(gè)或更多個(gè)處理器的集合上執(zhí)行。當(dāng)然，本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)或更多個(gè)部分可使用軟件、固件和/或硬件的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0020]如本文中使用的，網(wǎng)絡(luò)元件(例如，路由器、交換器、橋接器或類似連網(wǎng)裝置)是一件連網(wǎng)設(shè)備，包括硬件和軟件，其在通信上與網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備(例如，其它網(wǎng)絡(luò)元件、計(jì)算機(jī)終端站或類似連網(wǎng)裝置)互連。一些網(wǎng)絡(luò)元件是“多服務(wù)網(wǎng)絡(luò)元件”，其為多個(gè)連網(wǎng)功能(例如，路由選擇、橋接、交換、第2層聚合、會(huì)話邊界控制、多播和/或訂戶管理)提供支持和/或?yàn)槎鄠€(gè)應(yīng)用服務(wù)(例如，數(shù)據(jù)收集)提供支持。
[0021]在下面的說(shuō)明和權(quán)利要求中，可使用術(shù)語(yǔ)“耦合”和“連接”及其衍生詞。應(yīng)理解，這些術(shù)語(yǔ)無(wú)意做為彼此的同義詞?！榜詈稀庇糜谥甘究上嗷ブ苯游锢砘螂娊佑|或不直接物理或電接觸的兩個(gè)或更多個(gè)元件相互協(xié)作或交互。“連接”用于指示在相互耦合的兩個(gè)或更多個(gè)元件之間通信的建立。
[0022]本發(fā)明的實(shí)施例提供高度有效的增強(qiáng)交換機(jī)功能。功能是“增強(qiáng)”的，這是因?yàn)樗鼈儾皇墚?dāng)前OpenFlow規(guī)范(例如,OpenFlow 1.1規(guī)范)支持。功能是交換機(jī)功能，這是因?yàn)樗鼈冇蓴?shù)據(jù)路徑上的增強(qiáng)交換機(jī)執(zhí)行。如本文中描述的，增強(qiáng)交換機(jī)指包括OpenFlow管道并且增強(qiáng)以包括一個(gè)或更多個(gè)處理單元的OpenFlow交換機(jī)。增強(qiáng)交換機(jī)能夠不但處理OpenFlow數(shù)據(jù)路徑業(yè)務(wù),而且處理當(dāng)前OpenFlow規(guī)范不支持的網(wǎng)絡(luò)功能性,如偽線、在多標(biāo)簽協(xié)議交換傳輸(MLPS-TP)網(wǎng)絡(luò)或不同網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)的操作、管理和維護(hù)(OAM)功能、虛擬專用局域網(wǎng)服務(wù)(VPLS)及諸如此類。
[0023]常規(guī)OpenFlow交換機(jī)不支持任何OAM機(jī)制。相反，控制器負(fù)責(zé)0ΑΜ，包括發(fā)送和接收分組以進(jìn)行故障檢 測(cè)和恢復(fù)。這能夠?qū)е骆溌饭收匣謴?fù)中的高延遲，并且因此網(wǎng)絡(luò)收斂時(shí)間對(duì)于許多運(yùn)營(yíng)商可能變得不可接受。本發(fā)明的實(shí)施例在數(shù)據(jù)路徑上推送一些高頻(例如，時(shí)間敏感)處理以保持電信公司(telco)等級(jí)要求。本發(fā)明的實(shí)施例提供一種處理機(jī)制，包括與OpenFlow管道一起工作以實(shí)現(xiàn)高吞吐量和低等待時(shí)間分組處理的一個(gè)或更多個(gè)處理單元。
[0024]本文中所述處理單元是根據(jù)需要改變分組并且將它們重新提交到OpenFlow管道的分組處理功能塊。這些處理單元能夠映射到多核處理器芯片，如64核Tilera?處理器芯片或其它多核處理芯片，因此形成多核使能的基于OpenFlow的增強(qiáng)交換機(jī)以支持范圍廣泛的網(wǎng)絡(luò)功能。
[0025]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的分組交換網(wǎng)絡(luò)域100的框圖。分組交換網(wǎng)絡(luò)域100包括耦合到多個(gè)增強(qiáng)交換機(jī)140A-E的控制器110。如本文中所述，分組交換網(wǎng)絡(luò)域100是在單個(gè)控制器控制下的分組交換網(wǎng)絡(luò)的一部分。分組交換網(wǎng)絡(luò)域100具有分離式體系結(jié)構(gòu)，其中，控制平面(由控制器110表示)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面(由增強(qiáng)交換機(jī)140A-E表示)分離。每個(gè)增強(qiáng)交換機(jī)140A-E執(zhí)行分組轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)功能，利用包括流表集合的OpenFlow管道以便進(jìn)行分組處理。OpenFlow管道能夠根據(jù)OpenFlow 1.1規(guī)范實(shí)現(xiàn)。
[0026]每個(gè)增強(qiáng)交換機(jī)140A-E能夠經(jīng)直接鏈路或一個(gè)或更多個(gè)其它增強(qiáng)交換機(jī)140A-E與控制器110進(jìn)行通信。增強(qiáng)交換機(jī)之一(例如，140A)用作入口交換機(jī)，分組通過(guò)它進(jìn)入分組交換網(wǎng)絡(luò)域100，并且另一增強(qiáng)交換機(jī)(例如，140B)用作出口交換機(jī)，分組通過(guò)它退出分組交換網(wǎng)絡(luò)域100。
[0027]除OpenFlow 1.1規(guī)范指定的功能性外，每個(gè)增強(qiáng)交換機(jī)140A-E也支持OpenFlow1.1規(guī)范不支持的網(wǎng)絡(luò)功能。[0028]本發(fā)明的實(shí)施例在諸如一個(gè)或更多個(gè)增強(qiáng)交換機(jī)140A-E的網(wǎng)絡(luò)元件中實(shí)現(xiàn)。增強(qiáng)交換機(jī)140A-E的示例在圖2中示為增強(qiáng)交換機(jī)140。增強(qiáng)交換機(jī)140能夠是圖1的增強(qiáng)交換機(jī)104A-E的任何一個(gè)。
[0029]在一個(gè)實(shí)施例中，增強(qiáng)交換機(jī)140從入口端口 230接收分組，并且將通過(guò)出口端口240將它們傳送到網(wǎng)絡(luò)連接集合。在本文中使用時(shí)“集合”指任何正整數(shù)數(shù)量的項(xiàng)目，包括一個(gè)項(xiàng)目。這兩個(gè)端口 230、240 —起運(yùn)行以允許使用任何數(shù)量的鏈路或鏈路的組合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與任何數(shù)量的其它裝置進(jìn)行通信。
[0030]增強(qiáng)交換機(jī)140包括在入口端口 230與出口端口 240之間的OpenFlow管道290。OpenFlow管道290由流表260的序列形成。流表260能夠根據(jù)OpenFlow定義的協(xié)議，由與增強(qiáng)交換機(jī)140相關(guān)聯(lián)的控制器(例如，控制器110)編程。當(dāng)輸入分組到達(dá)增強(qiáng)交換機(jī)140時(shí)，比較分組的報(bào)頭信息和/或輸入端口和流表的條目。作為在第一流表中匹配分組的結(jié)果，分組能夠被更新，通過(guò)端口發(fā)出，或發(fā)送到后續(xù)表以便進(jìn)行進(jìn)一步處理。元數(shù)據(jù)能夠在每個(gè)流表中處理期間被指派到分組，并且傳遞到后續(xù)表。分組能夠由OpenFlow管道290中的每個(gè)表格處理，或者能夠轉(zhuǎn)發(fā)到OpenFlow管道290中的端口或任何特定表，由此繞過(guò)中間表的處理。
[0031]每個(gè)流表260包括條目集合(例如，表?xiàng)l目280)，其中，每個(gè)條目描述具有以下三個(gè)字段的分組處理備選:匹配字段、計(jì)數(shù)器和動(dòng)作。匹配字段是指定要執(zhí)行的動(dòng)作所處的環(huán)境的規(guī)則。例如，規(guī)則能夠指定如果分組報(bào)頭字段(例如，以太網(wǎng)報(bào)頭字段、MPLS報(bào)頭字段、IP報(bào)頭字段等)匹配給定值，則應(yīng)采取對(duì)應(yīng)動(dòng)作。動(dòng)作能夠由動(dòng)作執(zhí)行邏輯270執(zhí)行。在應(yīng)用動(dòng)作的每個(gè)實(shí)例中，更新對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器。
[0032]增強(qiáng)交換機(jī)104也包括管理端口 250以便與其相關(guān)聯(lián)控制器110進(jìn)行通信。來(lái)自控制器110的OpenFlow控制消息和到控制器110的OpenFlow消息能夠通過(guò)管理端口 250傳送。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，增強(qiáng)交換機(jī)140包括經(jīng)通信信道255耦合到OpenFlow管道290的處理單元220的集合(在圖2中示為“PU”)。通信信道255能夠包括鏈路集合，并且每個(gè)處理單元220耦合到至少一個(gè)鏈路。處理單元220執(zhí)行在數(shù)據(jù)路徑上的分組處理。每個(gè)處理單元220具有至少以下性質(zhì):
?它通過(guò)標(biāo)識(shí)符識(shí)別，標(biāo)識(shí)符能夠由任何一個(gè)流表260用于將分組轉(zhuǎn)發(fā)給它。
[0034].它能夠鏈接到另一處理單元220。
[0035].它能夠具有父處理單元220和/或子處理單元220以形成分層結(jié)構(gòu)。
[0036].它能夠?qū)⒎纸M注入回任何流表260。
[0037].它能夠從諸如出口端口 240和管理端口 250的物理端口發(fā)送分組。
[0038]取決于應(yīng)用程序要求，處理單元220能夠配置成執(zhí)行鏈接，管道輸送，嵌套，解嵌套及其它復(fù)雜的操作。添加處理單元220到增強(qiáng)交換機(jī)140不但提供在數(shù)據(jù)路徑上的時(shí)間敏感處理，而且允許為將來(lái)協(xié)議添加供應(yīng)商特定的擴(kuò)展。
[0039]在圖2的實(shí)施例中，示出并且討論了與理解交換機(jī)處理相關(guān)的那些組件，同時(shí)為清晰起見(jiàn)，省略其它組件。處理單元220能夠是專用于處理數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)和處理的任何數(shù)量的模塊。每個(gè)處理 單元220能夠編程成執(zhí)行任何指定的網(wǎng)絡(luò)功能。
[0040]圖3A和3B示出在增強(qiáng)交換機(jī)140中流表220的條目310、330的兩個(gè)實(shí)施例。參照?qǐng)D3A，表?xiàng)l目310包括匹配字段311，該字段能夠指示諸如以太網(wǎng)報(bào)頭字段、MPLS報(bào)頭字段、因特網(wǎng)協(xié)議(IP)報(bào)頭字段及諸如此類的分組報(bào)頭字段的給定值。表?xiàng)l目310也包括動(dòng)作字段312，該字段指示如果具有匹配字段的分組(例如，分組的報(bào)頭字段的值匹配在匹配字段311中存儲(chǔ)的報(bào)頭字段值)到達(dá)，則引導(dǎo)分組到特定處理單元220 (例如，具有標(biāo)識(shí)符N的處理單元220)。參照?qǐng)D3B，表?xiàng)l目330包括默認(rèn)值331和動(dòng)作字段332，動(dòng)作字段332指示如果分組的報(bào)頭字段值不匹配任何表?xiàng)l目，則將引導(dǎo)分組到具有標(biāo)識(shí)符K的處理單元。默認(rèn)值331能夠是任何預(yù)確定的值。表?xiàng)l目310、330識(shí)別需要由處理單元220進(jìn)一步處理的那些分組。
[0041]處理單元220能夠執(zhí)行范圍廣泛的功能，并且能夠根據(jù)應(yīng)用程序要求配置到各種互連拓?fù)渲?。在下述?nèi)容中，描述了兩種特定功能，偽線和MPLS-TP 0ΑΜ。
[0042]偽線功能
在描述使用處理單元220執(zhí)行偽線功能之前，解釋偽線的一些基本概念可有所幫助。偽線是通過(guò)分組交換網(wǎng)絡(luò)的端對(duì)端連接的仿真。從客戶邊緣設(shè)備(CE)角度而言，偽線被表征為所選服務(wù)的非共享鏈路或電路。
[0043]具體而言，邊緣到邊緣偽線仿真(PWE3)被定義為仿真服務(wù)提供商邊緣到邊緣連接的機(jī)制，包括通過(guò)分組交換網(wǎng)絡(luò)的電信服務(wù)(如Tl租賃線路或幀中繼)的基本屬性。PWE3定義封裝層、攜帶各種有效負(fù)載類型的方法及到偽線多路分配器層的接口。其它層能夠通過(guò)分組交換網(wǎng)絡(luò)由諸如第2層隧穿協(xié)議(L2TP)或MPLS的隧穿方法提供。為討論簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在下面的描述中討論與MPLS分組交換網(wǎng)絡(luò)連接的偽線。
[0044]PWE3定義用于區(qū)分偽線有效負(fù)載和通過(guò)MPLS分組交換網(wǎng)絡(luò)攜帶的IP有效負(fù)載的控制字。控制字的使用是可選的。控制字能夠用于保持分組排序?？刂谱忠材軌蛴糜趯AM分組標(biāo)記為稱為偽線關(guān)聯(lián)信道(ACH)的附加分組報(bào)頭。偽線ACH指示OAM分組要由適當(dāng)?shù)腛AM功能處理而不是轉(zhuǎn)發(fā)到附接電路。
[0045]圖4示出由處理單元執(zhí)行的偽線操作的一實(shí)施例。特定處理單元(例如，圖2的處理單元220之一)被指定為偽線處理組件，負(fù)責(zé)處理控制字(如果有)和偽線標(biāo)簽。產(chǎn)生的分組能夠發(fā)送回始發(fā)流表或另一流表以便進(jìn)行進(jìn)一步處理。此處理單元根據(jù)其駐留在入口處理元件(PE)(例如，圖1的增強(qiáng)交換機(jī)140A)還是出口 PE (例如，圖1的增強(qiáng)交換機(jī)140B)中而實(shí)現(xiàn)不同角色。
[0046]用作入口 PE的增強(qiáng)交換機(jī)能夠?qū)⒅辽賰蓚€(gè)標(biāo)簽(例如，MPLS標(biāo)簽460和隧道標(biāo)簽)和控制字450堆疊到分組報(bào)頭中。在一些情形中，控制字450可以不是必需的，并且因此可在分組報(bào)頭中不存在。在一個(gè)實(shí)施例中，入口 PE能夠執(zhí)行以下序列的操作:(1)以太網(wǎng)分組到達(dá)表O (例如，圖2的流220之一)。(2)在輸入端口和第2層報(bào)頭上執(zhí)行OpenFlow匹配。(3)將分組發(fā)送到具有指定用于入口偽線處理的給定標(biāo)識(shí)符(例如，標(biāo)識(shí)符“X”)的處理單元。(4)處理單元通過(guò)在伴隨分組的以太網(wǎng)報(bào)頭前添加MPLS標(biāo)簽，重新形成第2層分組。處理單元也可添加控制字到分組。它也在MPLS標(biāo)簽前預(yù)先考慮伴隨分組的相同以太網(wǎng)報(bào)頭，使得OpenFlow管道中的流表能夠識(shí)別分組。(5)處理單元將分組發(fā)送回表0，將分組識(shí)別為來(lái)自處理單元標(biāo)識(shí)符“X”。(6)表O對(duì)照進(jìn)入端口 “X”匹配分組的MPLS標(biāo)簽，并且壓入(push)另一標(biāo)簽(例如，隧道標(biāo)簽)。(7)分組被發(fā)送到下一流表，或者直接繼續(xù)到出口端口以便在偽線上發(fā)送。[0047]用作出口 PE的增強(qiáng)交換機(jī)能夠彈出由入口 PE壓入的兩個(gè)標(biāo)簽(例如，隧道標(biāo)簽和MPLS標(biāo)簽460)。在接收具有控制字的分組時(shí)，出口 PE也能夠處理用于分組的控制字450(例如，序列號(hào)處理)。出口 PE然后在正確的端口上轉(zhuǎn)發(fā)第2層分組。在一個(gè)實(shí)施例中，出口 PE執(zhí)行以下序列的操作:(I)以太網(wǎng)分組到達(dá)表O。(2)在進(jìn)入端口和分組的MPLS標(biāo)簽上執(zhí)行OpenFlow匹配。(3)將外標(biāo)簽(例如，隧道標(biāo)簽)彈出并且寫(xiě)到與分組相關(guān)聯(lián)的元數(shù)據(jù)。(4)將分組發(fā)送到表1。(5)在下一標(biāo)簽和元數(shù)據(jù)上執(zhí)行OpenFlow匹配。(6)將分組發(fā)送到具有指定用于出口偽線處理的給定標(biāo)識(shí)符(例如，標(biāo)識(shí)符“Y”)的處理單元。(7)處理單元“Y”彈出MPLS標(biāo)簽并且執(zhí)行控制字處理。例如，處理單元能夠?qū)崿F(xiàn)序列號(hào)算法以確定進(jìn)入分組是否以正確順序到達(dá)。(8)處理單元將原始的以太網(wǎng)分組發(fā)送回OpenFlow管道，將分組識(shí)別為來(lái)自處理單元 標(biāo)識(shí)符“Y”。O)使用當(dāng)前OpenFlow協(xié)議在偽線上發(fā)送分組。
[0048]MPLS-TP OAM 功能
OAM是傳輸網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要和基本的功能性。傳輸OAM套件支持快速檢測(cè)造成服務(wù)級(jí)別協(xié)議(SLA)違反的故障并且能夠在檢測(cè)時(shí)定位此類故障。它提供遠(yuǎn)程故障的快速指示，以便能夠觸發(fā)路徑保護(hù)。它也提供非侵入方式以檢測(cè)服務(wù)質(zhì)量下降，如分組丟失的增加，這又將造成SLA違反。OAM套件具有連續(xù)(前攝)和按需(反應(yīng))功能。在MPLS-TP中實(shí)現(xiàn)的OAM功能包括:連續(xù)性檢測(cè)、故障定位、遠(yuǎn)程完整性、警報(bào)抑制及性能監(jiān)視。
[0049]如上面結(jié)合偽線處理所討論的，OAM分組能夠標(biāo)記有稱為偽線關(guān)聯(lián)信道(ACH)的附加分組報(bào)頭，該報(bào)頭指示它們要由適當(dāng)?shù)腛AM功能處理而不是轉(zhuǎn)發(fā)到附接電路。ACH的概念能夠歸納為通用ACH (G-ACH)，并且不但適用于偽線，而且適用于MPLS-TP中定義的MPLS-TP標(biāo)簽交換路徑(LSP)和段。G-ACH是為OAM分組提供多路分配器功能的分組報(bào)頭，從而識(shí)別它們并且因此允許分組的適當(dāng)處理。為進(jìn)一步增強(qiáng)此機(jī)制的靈活性和可擴(kuò)展性，時(shí)間長(zhǎng)度值(TLV)集合也能夠定義成將用于OAM分組處理所必需的上下文信息編碼。在MPLS-TP中用于OAM分組的分組報(bào)頭在圖5中示為G-ACH消息500，它包括LSP標(biāo)簽510、通用關(guān)聯(lián)標(biāo)簽(GAL) 520、G-ACH報(bào)頭530、ACH-TLV 540及有效負(fù)載550。一些字段可以是可選的；例如，可從G-ACH消息500省略ACH-TLV 540。一些字段可使用預(yù)確定的值指示G-ACH報(bào)頭的存在；例如，GAL 520的值13能夠是G-ACH報(bào)頭的指示。
[0050]圖5示出由具有標(biāo)識(shí)符K的指定處理單元用于生成G-ACH消息500的機(jī)制的一實(shí)施例。在生成G-ACH消息500后，處理單元將消息注入回OpenFlow管道中的流表260之一，該流表能夠壓入另外的標(biāo)簽(例如，上述偽線和隧道標(biāo)簽)以形成分組，并且然后將分組發(fā)出到網(wǎng)絡(luò)連接。例如，處理單元能夠被指定為雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)(BFD)分組生成器，它每秒生成一個(gè)BFD分組。處理單元能夠在BFD分組的定時(shí)字段中填入必需的G-ACH TLV和GAL MPLS標(biāo)簽。
[0051]在一些實(shí)施例中，增強(qiáng)交換機(jī)能夠包括一個(gè)或更多個(gè)處理單元以處理具有G-ACH報(bào)頭的OAM分組。例如，在OAM分組到達(dá)服務(wù)于管理端點(diǎn)(MEP)的增強(qiáng)交換機(jī)時(shí)，彈出LSP標(biāo)簽510，并且顯露GAL 520 (例如，具有標(biāo)簽值13)。GAL 520的標(biāo)簽值13指示存在G-ACH報(bào)頭時(shí)，分組要轉(zhuǎn)發(fā)到指定用于處理G-ACH消息的處理單元。MEP確保OAM分組不轉(zhuǎn)發(fā)到MEP外，而是由適當(dāng)?shù)腛AM功能處理。
[0052]圖6是由增強(qiáng)交換機(jī)(例如，圖1和2的增強(qiáng)交換機(jī)140)執(zhí)行的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。增強(qiáng)交換機(jī)通過(guò)交換機(jī)的入口端口接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的分組(框610)。增強(qiáng)交換機(jī)中的OpenFlow管道對(duì)照在其流表中的表?xiàng)l目，匹配分組中的一個(gè)或更多個(gè)報(bào)頭字段以識(shí)別要采取的動(dòng)作(框620)。識(shí)別的動(dòng)作指定分組要引導(dǎo)到交換機(jī)中指定的處理單元(框630)。OpenFlow管道將分組經(jīng)交換機(jī)中的通信信道轉(zhuǎn)發(fā)到指定的處理單元(框640)。通過(guò)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性，即，當(dāng)前OpenFlow規(guī)范(例如，OpenFlow 1.1規(guī)范)不支持的功能性,指定的處理單元處理分組(框650)。在分組處理后，在通過(guò)交換機(jī)的出口端口將分組傳送到網(wǎng)絡(luò)前，指定的處理單元將處理的分組注入回流表之一(框660)。
[0053]圖7是由處理單元為分組處理而執(zhí)行的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。處理單元(例如，圖2的處理單元220之一)經(jīng)交換機(jī)中的通信信道接收來(lái)自O(shè)penFlow管道的分組(框710)。處理單元根據(jù)當(dāng)前OpenFlow規(guī)范(例如,OpenFlow 1.1規(guī)范)未定義的給定協(xié)議(例如，偽線、MPLS-TP OAM功能等)處理分組(框720)。在處理分組后，處理單元將處理的分組發(fā)送回OpenFlow管道以便進(jìn)行進(jìn)一步處理，或者發(fā)送到交換機(jī)的出口端口以便傳送(框730)。在一些實(shí)施例中，處理單元能夠在將分組發(fā)送回OpenFlow管道前將處理的分組發(fā)送到另一處理單元以便進(jìn)行當(dāng)前OpenFlow規(guī)范(例如，OpenFlow 1.1規(guī)范)未定義的另外的處理操作。
[0054]圖8是如結(jié)合圖5所述，由處理單元為生成G-ACH消息而執(zhí)行的方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。處理單元接收觸發(fā)以生成G-ACH消息(框810)時(shí)，它根據(jù)給定協(xié)議(例如，MPLS-TP協(xié)議)生成G-ACH消息(框820)。生成G-ACH消息后，處理單元將生成的G-ACH消息發(fā)送到OpenFlow管道以便進(jìn)行進(jìn)一步處理，或者發(fā)送到交換機(jī)的出口端口以便傳送(框830)。
[0055]圖9是能夠用于實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)交換機(jī)140的硬件平臺(tái)的一個(gè)實(shí)施例的框圖。硬件平臺(tái)包括在二維陣列中的多個(gè)可編程核950。核950經(jīng)諸如網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的通信鏈路980互連。在一個(gè)實(shí)施例中，硬件平臺(tái)能 夠由包含64個(gè)核的Ti I era?處理芯片實(shí)現(xiàn)。硬件平臺(tái)也包括存儲(chǔ)器接口 930、網(wǎng)絡(luò)接口 910 (例如，用于接收進(jìn)入分組)和網(wǎng)絡(luò)接口 920 (例如，用于傳送外出分組)。
[0056]在一個(gè)實(shí)施例中，一些核950能夠配置為OpenFlow管道970，執(zhí)行上面結(jié)合圖2的OpenFlow管道290所述的功能。其它核950能夠配置為處理單元960，執(zhí)行上面結(jié)合圖2的處理單元220所述的功能。取決于需要的處理單元的數(shù)量，每個(gè)核950能夠映射到一個(gè)或更多個(gè)處理單元。在一個(gè)實(shí)施例中，能夠指派專用核以處理分組入口、OpenFlow表查找、動(dòng)作執(zhí)行及分組出口。通過(guò)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能夠有效地交換在處理單元960與OpenFlow管道970之間的信息。
[0057]圖6-8的流程圖的操作已參照?qǐng)D1和2的示范實(shí)施例描述。然而，應(yīng)理解，圖6-8的流程圖的操作能由參照?qǐng)D1和2所述實(shí)施例外的本發(fā)明的其它實(shí)施例執(zhí)行，并且參照?qǐng)D1和2所述實(shí)施例能執(zhí)行與參照流程圖所述的那些操作不同的操作。雖然圖6-8的流程圖示出本發(fā)明的某些實(shí)施例執(zhí)行的操作的特定順序，但應(yīng)理解，此類順序是示范性的(例如，備選實(shí)施例可以用不同的順序執(zhí)行操作，組合某些操作，重疊某些操作等)。
[0058]如本文中所述，增強(qiáng)交換機(jī)執(zhí)行的操作可指諸如配置成執(zhí)行某些操作或者具有預(yù)確定的功能性或在非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體中包含的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的軟件指令的專用集成電路(ASIC)的硬件的特定配置。因此，附圖中所示技術(shù)可使用一個(gè)或多個(gè)電子裝置(例如，終端站、網(wǎng)絡(luò)元件)上存儲(chǔ)和執(zhí)行的代碼和數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此類電子裝置使用計(jì)算機(jī)可讀媒體，例如非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體(例如，磁盤(pán)、光盤(pán)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、閃存裝置、相變存儲(chǔ)器)和暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀通信媒體(例如，電氣、光學(xué)、聲學(xué)或其它形式傳播信號(hào)-如載波、紅外信號(hào)、數(shù)字信號(hào))來(lái)存儲(chǔ)和傳遞(在內(nèi)部和/或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與其它電子裝置)代碼和數(shù)據(jù)。另外，此類電子裝置一般情況下包括耦合到諸如一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置(非暫時(shí)性機(jī)器可讀存儲(chǔ)媒體)、用戶輸入/輸出裝置(例如，鍵盤(pán)、觸摸屏和/或顯示器)和網(wǎng)絡(luò)連接的一個(gè)或多個(gè)其它組件的一個(gè)或多個(gè)處理器的集合。處理器的集合與其它組件的耦合一般情況下是通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)總線和橋接器(也稱為總線控制器)。因此，給定電子裝置的存儲(chǔ)裝置一般情況下存儲(chǔ)代碼和/或數(shù)據(jù)以便在該電子裝置的一個(gè)或更多個(gè)處理器的集合上執(zhí)行。本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)或更多個(gè)部分可使用軟件、固件和/或硬件的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0059]要理解的是，上述描述旨在是說(shuō)明性而不是限制性的。在閱讀和理解上述描述后，許多其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)參照所附權(quán)利要求以及此類權(quán)利要 求被授權(quán)的等同的完全范圍來(lái)確定。
【權(quán)利要求】
1.一種由充當(dāng)包括耦合到多個(gè)交換機(jī)的控制器的分離式體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)元件實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法使得所述交換機(jī)能夠提供高速分組處理和OpenFlow不支持的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性，所述方法包括以下步驟: 通過(guò)所述交換機(jī)的輸入端口由所述交換機(jī)接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的分組； 對(duì)照流表集合中的表?xiàng)l目集合，匹配所述分組中的一個(gè)或更多個(gè)報(bào)頭字段以識(shí)別要采取的動(dòng)作，所述流表集合是OpenFlow管道的一部分； 將匹配表?xiàng)l目中的所述動(dòng)作識(shí)別為引導(dǎo)所述分組到所述交換機(jī)中處理單元的集合中的一個(gè)指定的處理單元； 經(jīng)所述交換機(jī)中的通信信道，從所述OpenFlow管道將所述分組轉(zhuǎn)發(fā)到所述指定的處理單元； 由所述指定的處理單元通過(guò)所述增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性處理所述分組；以及在通過(guò)所述交換機(jī)的出口端口將所述分組傳送到所述網(wǎng)絡(luò)之前，將所述分組注入回所述流表之一O
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中處理所述分組的所述步驟包括根據(jù)偽線協(xié)議在所述分組的以太網(wǎng)報(bào)頭前插入多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)標(biāo)簽的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中處理所述分組的所述步驟包括根據(jù)偽線協(xié)議在所述分組的以太網(wǎng)報(bào) 頭前插入控制字的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟: 由第二指定的處理單元根據(jù)MPLS傳輸簡(jiǎn)檔(MPLS-TP)協(xié)議生成通用關(guān)聯(lián)信道(G-ACH)消息；以及 將所述G-ACH消息注入所述OpenFlow管道用于進(jìn)一步處理。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述G-ACH消息是操作、管理和維護(hù)(OAM)分組。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理單元中的每個(gè)具有相互不同的可配置功能性。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理單元經(jīng)可配置通信鏈路互連以形成分層結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理單元經(jīng)可配置通信鏈路互連以形成鏈。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理單元中的每個(gè)在多核處理器中的一個(gè)或更多個(gè)核上運(yùn)行。
10.一種充當(dāng)包括耦合到交換機(jī)集合的控制器的分離式體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)元件，所述交換機(jī)提供高速分組處理和OpenFlow不支持的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性，所述網(wǎng)絡(luò)元件包括: 通信信道，耦合到包括流表集合的OpenFlow管道，并且所述流表中的每個(gè)包括表?xiàng)l目集合; 處理核的第一集合，經(jīng)所述通信信道耦合到所述OpenFlow管道以執(zhí)行所述處理單元集合的操作，所述處理單元中的每個(gè)可操作以通過(guò)所述增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能性處理分組，并且將所述分組注入回所述OpenFlow管道中的所述流表之一； 入口端口，耦合到所述OpenFlow管道以接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的分組； 處理核的第二集合，耦合到所述通信信道、處理核的所述第一集合和所述入口端口，以執(zhí)行所述OpenFlow管道的操作，所述OpenFlow管道對(duì)照所述表?xiàng)l目匹配所述分組中的一個(gè)或更多個(gè)報(bào)頭字段，以將匹配表?xiàng)l目中的動(dòng)作識(shí)別為將所述分組引導(dǎo)到所述處理單元的一個(gè)指定的處理單元，以及將所述分組轉(zhuǎn)發(fā)到所述指定的處理單元用于處理；以及出口端口，耦合到所述OpenFlow管道以將所述分組傳送到所述網(wǎng)絡(luò)。
11.如權(quán)利要求10的網(wǎng)絡(luò)元件，其中所述指定的處理單元包括處理核的所述第一集合中的一個(gè)或更多個(gè)處理核以根據(jù)偽線協(xié)議在所述分組的以太網(wǎng)報(bào)頭前插入多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)標(biāo)簽。
12.如權(quán)利要求10的網(wǎng)絡(luò)元件，其中所述指定的處理單元包括處理核的所述第一集合中的一個(gè)或更多個(gè)處理核以根據(jù)偽線協(xié)議在所述分組的以太網(wǎng)報(bào)頭前插入控制字。
13.如權(quán)利要求10所述的網(wǎng)絡(luò)元件，其中處理單元的所述集合包括第二指定的處理單元，所述第二指定的處理單元包括一個(gè)或更多個(gè)處理核以根據(jù)MPLS傳輸簡(jiǎn)檔(MPLS-TP)協(xié)議生成通用關(guān)聯(lián)信道(G-ACH)消息，以及將所述G-ACH消息注入所述OpenFlow管道用于進(jìn)一步處理。
14.如權(quán)利要求13所述的網(wǎng)絡(luò)元件，其中所述G-ACH消息是操作、管理和維護(hù)(OAM)分組。
15.如權(quán)利要求10所述的網(wǎng)絡(luò)元件，其中處理單元的所述集合中的每個(gè)具有相互不同的可配置功能性。
16.如權(quán)利要求10所述的網(wǎng)絡(luò)元件，其中處理單元的所述集合經(jīng)可配置通信鏈路互連以形成分層結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求10所述的網(wǎng)絡(luò)元件，其中處理單元的所述集合經(jīng)可配置通信鏈路互連以形成鏈。
18.如權(quán)利要求10所述的網(wǎng)絡(luò)元件，其中處理單元的所述集合經(jīng)可配置網(wǎng)狀連接互連。
【文檔編號(hào)】H04L12/801GK104025522SQ201380005079
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月9日
【發(fā)明者】R.米什拉, L.貝利沃 申請(qǐng)人:瑞典愛(ài)立信有限公司