CN104301251B - 一种QoS处理方法、系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种服务质量QoS处理方法。交换设备在接收到携带有Open flow ID的具有QoS操作要求的封装报文时，在包含当前存在的各Openflow ID与QoS动作指令之间的对应关系的QoS转发控制表中查询是否与Open flow ID匹配的QoS动作指令，并在转发封装报文的同时按照查找到的QoS动作指令进行QoS处理。从而在存在Overlay网络的SDN网络中实现了全路径的QOS操作，保证了网络的流量统计和监管的有效性。本发明同时还公开了一种交换设备。

Description

一种QoS处理方法、系统及设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种QoS处理方法。本发明同时还涉及一种QoS处理系统及设备。

背景技术

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)是一种新型网络创新架构，其核心思想是将网络设备的控制层面与转发层面分离，以实现对网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供良好的平台。随着技术的不断发展，SDN网络的使用率变得越来越高，适用范围也越来越广。

SDN网络支持数据流的统计和监管，流表中可以指定Counter和Meter，从源设备到目的设备的整路径上每个Open flow交换机都会对数据流进行流表匹配，所有命中该流表的报文都会被统计和监管，若沿途的某个中间节点与其他节点的QOS策略不一致，则会导致整条流的QOS调度失败。

现有技术中，当SDN网络中的Open flow交换机之间以Overlay网络互联时，用户侧进入的报文在经过边界交换机处理的过程中执行Meter操作并封装一层隧道信息后进入Overlay网络中，在Overlay网络中根据隧道头部中的目的地址进行转发，如根据隧道头部中的目的IP地址或者标签或者目的MAC逐跳转发报文。

目前，Overlay网络中的设备不会去解析用户报文，因此也不会执行相应的Meter操作。虽然目前的隧道头部中也有QoS字段(如隧道IP中的DSCP、标签的EXP)，据此可以将用户报文的QOS匹配项映射到隧道头部字段中。但是，隧道头部中能够携带QOS匹配项的这些字段有限远远不能满足用户侧业务种类的需求，使得Overlay网络中的交换设备无法准确识别隧道内层报文的QOS策略，进而不能实现SDN整网的流量控制。

发明内容

本发明提供了一种QoS处理方法，用以在SDN网络中存在Overlay网络时使所有交换设备都能够对封装报文执行各种针对性的QoS处理，所述方法应用于SDN网络中构建Overlay网络的交换设备，所述SDN网络还包括Openflow交换机设备，所述Open flow交换机设备通过所述Overlay网络互连，该方法还包括：

所述交换设备接收具有QoS操作要求的封装报文，所述封装报文中携带有Openflow ID，所述Open flow ID与所述封装报文的QOS匹配项唯一对应；

所述交换设备在自身存储的QoS转发控制表中查询是否与所述Open flow ID匹配的QoS动作指令，所述QoS转发控制表包含当前存在的各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系；

若存在与所述Open flow ID匹配的QoS动作指令，所述交换设备根据所述封装报文携带的目的地址转发所述封装报文，并按照所述QoS动作指令对所述封装报文进行QoS处理。

相应地，本发明还提出了一种交换设备，用于在SDN网络中构建Overlay网络，所述SDN网络还包括Open flow交换机设备，所述Open flow交换机设备通过所述Overlay网络互连，该交换设备还包括：

接口模块，用于接收具有QoS操作要求的封装报文，所述封装报文中携带有Openflow ID，所述Open flow ID与所述封装报文的QOS匹配项唯一对应；

查询模块，用于在所述交换设备自身存储的QoS转发控制表中查询是否与所述Open flow ID匹配的QoS动作指令，所述QoS转发控制表包含当前存在的各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系；

QoS处理模块，用于在存在与所述Open flow ID匹配的QoS动作指令时，根据所述封装报文携带的目的地址转发所述封装报文，并按照所述QoS动作指令对所述封装报文进行QoS处理。

由此可见，通过应用本发明的技术方案，交换设备在接收到携带有Open flow ID的具有QoS操作要求的封装报文时，在包含当前存在的各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系的QoS转发控制表中查询是否与Open flow ID匹配的QoS动作指令，并在转发封装报文的同时按照查找到的QoS动作指令进行QoS处理。从而在存在Overlay网络的SDN网络中实现了全路径的QOS操作，保证了网络的流量统计和监管的有效性。

附图说明

图1为本发明提出的一种QoS处理方法的流程示意图；

图2为本发明具体实施例中Openflow网络和Overlay网络的Meter映射示意图；

图3为本发明具体实施例中Meter操作的跨Overlay转发示意图；

图4为本发明提出的一种交换设备的结构示意图。

具体实施方式

为解决背景技术中所提及的技术问题，本发明提出了如图1所示的一种QoS处理方法，该方法应用于SDN网络中构建Overlay网络的交换设备，所述SDN网络还包括Open flow交换机设备，所述Open flow交换机设备通过所述Overlay网络互连，包括如下步骤：

S101，所述交换设备接收具有QoS操作要求的封装报文，所述封装报文中携带有Open flow ID，所述Open flow ID与所述封装报文的QOS匹配项唯一对应。

为了在SDN网络中存在Overlay网络的情况下使用户侧的报文能够在Openflow网络和Overlay网络中执行相同的QOS操作，本发明通过以下两方面来实现该目的：

一方面，Open flow交换设备在对所述封装报文执行封装操作之前根据自身的转发流表对所述封装报文执行Meter操作后添加Open flow ID，其中，该Open flow交换设备的转发流表包含下发了至所述Open flow交换设备的各QOS匹配项、QoS动作指令以及所需要添加的Open flow ID之间的对应关系。其中，QOS匹配项为报文头中的MAC/VLAN/IP/L4PORT等内容，不同用户的封装报文的QOS匹配项各不相同。

另一方面，在该步骤之前，交换设备接收并存储控制器下发的QoS转发控制表，所述QoS转发控制表由所述控制器根据下发至当前所有Open flow交换设备的Meter表及流表生成，所述Meter表包含所下发Open flow交换设备的各QoS动作指令，所述流表包含所下发Open flow交换设备的各QOS匹配项、QoS动作指令以及Open flow ID之间的对应关系，所述Open flow交换设备根据所述Meter表及所述流表生成转发流表。

以上具体实施过程通过由控制器统一分配网络的Meter资源，在SDN网络中实现了跨越Overlay网络的流量控制，但需要指出的是，在控制器分别完成向Overlay网络的交换设备下发QoS转发控制表以及Open flow交换设备下发Meter表及流表之后，最终当前Openflow交换设备的转发流表中所存在的各QOS匹配项与QoS动作指令之间的对应关系与所述QoS转发控制表中各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系一致。

S102，所述交换设备在自身存储的QoS转发控制表中查询是否与所述Open flowID匹配的QoS动作指令，所述QoS转发控制表包含当前存在的各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系。

S103，若存在与所述Open flow ID匹配的QoS动作指令，所述交换设备根据所述封装报文携带的目的地址转发所述封装报文，并按照所述QoS动作指令对所述封装报文进行QoS处理。

此外，在步骤之后，若下发至所述Open flow交换设备的Meter表被删除，则基于已删除的Meter表所包含的QoS动作指令，删除当前所有交换设备的QoS转发控制表中包含所述QoS动作指令的对应关系。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合如图2所述的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。在该SDN网络中，SW1、SW2和SW3在Openflow网络中，这些交换机都支持Openflow协议，交换机之间的路由可达信息完全由控制器维护的拓扑路径来生成，这些交换机中的转发信息表来自于控制器下发的流表。SW4、SW5在Overlay网络中，这些交换机不受Openflow协议的控制，网络内部署路由协议和二层协议，通过学习路由来确保网络内的IP可达，转发信息表则来自于自身的路由协议。为了使控制器能够对当前SDN网络中所有交换机的上下线事件做出响应，本具体实施例在Overlay网内的交换机和SDN控制器之间创建了TCP连接通道，控制器通过该TCP连接通道感知Overlay网络中所存在的交换机。

基于上述网络设置情况，本具体实施例分为“QoS跨网络映射”以及“报文匹配和转发”两大过程，详细描述如下：

一、QoS跨网络映射

如上所述，当SDN网络中的Openflow交换机之间存在Overlay网络，并且通过Overlay网络互通的时候，Openflow边缘交换机设备(如图2中的SW1、SW3，连接用户网络的Openflow设备，下同)对用户侧报文执行Meter操作后封装隧道头部进入Overlay网，沿途的交换机设备需要能够识别这种有Meter操作要求的报文，由于中间设备仅仅根据隧道头转发报文，不能识别内层的用户报文，因此需要对隧道头部进展，用一个标记唯一的标识源Meter表的属性，为了达到这个目的，控制器必须在Openflow网和Overlay网络之间建立一个对等映射的QoS转发控制表，并将这种映射表通过安全可靠的TCP通道下发到Overlay网络中的交换机上，在Openflow网络侧执行的Meter操作唯一的映射到报文隧道头部中，Overlay网络中的交换机只需要识别隧道头中的扩展标识就可以执行相同Meter操作的QOS控制，

根据上述目的，在SDN网络中的控制器为用户侧的业务创建流表的时候，若存在QOS方面的要求，则在流表中包含Meter表索引，其动作指令中包含一个分配的Meter ID，其中多个流表可以使用同一个Meter ID的Meter表。之后，控制器还会为Overlay网络中交换机创建相同功能的QoS转发控制表，该QOS访问控制表包含了匹配项和QoS动作指令，其中匹配项为OpenFlow ID，OpenFlow ID在整网唯一地标识了SDN网络内具备某个QOS匹配项的用户流，因为后续进入Overlay网络的隧道报文的隧道头部的扩展字段包含OpenFlow ID。QoS动作指令则来自于Meter表，该Meter与原始用户业务流的Meter一致。

具体地，如图2所示，控制器为交换机SW1分配了Meter表1和Meter表2，为SW3分配了Meter表1，此时必须在整个Overlay网络中生成对应QoS转发控制表：Flow表1和Flow表2，分别对应Meter表1和Meter表2，当Openflow网络中的某个Meter表被删除时，Overlay网络中对应的Flow表也会被删除。QoS转发控制表通过TCP连接通道下发到交换机后，交换机向控制器返回创建表项的结果，当返回结果为失败时由控制器决定与该QOS表相关的用户流表是否回退，存在QoS转发控制表的Overlay交换机不仅仅会根据隧道目的地址转发报文，还将根据OpenFlow ID查找QoS转发控制表进行Meter操作。

二、报文匹配和转发

该过程中，用户侧进入SDN网络的报文将在Openflow边缘交换机上转发后进入Overlay网络，若执行了Meter操作，封装的隧道头部中会携带OpenFlow ID的标识，Overlay网络中的交换机接收到该隧道的报文时一方面根据隧道头部中目的地址进行转发，一方面根据控制器下发的QoS转发控制表进行匹配，若匹配到了某个OpenFlow ID则按照对应的QoS动作指令进行流量统计和监管。

此外，由于必须在隧道头部中携带OpenFlow ID字段，因此需要对现有的隧道进行扩展，若Overlay网络采用的隧道是VXLAN隧道，则使用VXLAN字段中保留字段作为OpenFlowID，若Overlay网络采用的隧道是IP GRE隧道，则使用GRE头部中的扩展字段，将后面的保留字段作为OpenFlow ID使用。

在如图3所示的转发过程中，业务流1的报文现在Openflow边缘交换机SW1上执行Openflow流转发，进行Meter操作，封装隧道头部，且头部中包含OpenFlow ID字段；之后报文进入Overlay网络，沿途中间的交换机SW4和SW5匹配OpenFlow ID标记后，执行Meter操作，此时由于Meter表项内容和边缘设备SW1相同，因此该报文在中间设备的QOS动作和SW1完全相同；当到达最后一跳的边缘设备SW3时，弹掉隧道头部重新识别用户报文，执行Openflow流转发，再次执行Meter操作。通过这种方式，原始报文的QOS匹配项从源设备SW1、Overlay网络中的设备SW4和SW5、目的设备SW3上都能被标识，使得存在Overlay网络的流在整个路径上都实现了相同的Meter操作。

通过上述具体实施例的过程，在SDN网络中实现了跨越Overlay网络的流量控制，通过控制器统一分配网络的Meter资源，优化了整网的流量控制功能。

为达到以上技术目的，本发明还提出了一种交换设备，用于在SDN网络中构建Overlay网络，所述SDN网络还包括Open flow交换机设备，所述Open flow交换机设备通过所述Overlay网络互连，如图4所示，该交换设备还包括：

接口模块410，用于接收具有QoS操作要求的封装报文，所述封装报文中携带有Open flow ID，所述Open flow ID与所述封装报文的QOS匹配项唯一对应；

查询模块420，用于在所述交换设备自身存储的QoS转发控制表中查询是否与所述Open flow ID匹配的QoS动作指令，所述QoS转发控制表包含当前存在的各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系；

QoS处理模块430，用于在存在与所述Open flow ID匹配的QoS动作指令时，根据所述封装报文携带的目的地址转发所述封装报文，并按照所述QoS动作指令对所述封装报文进行QoS处理。

在具体的应用场景中，所述Open flow ID由所述Open flow交换设备在对所述封装报文执行封装操作之前根据自身的转发流表对所述封装报文执行Meter操作后添加的；所述转发流表包含下发至所述Open flow交换设备的各QOS匹配项、QoS动作指令以及所需要添加的Open flow ID之间的对应关系。

在具体的应用场景中，还包括：存储模块，用于接收并存储所述控制器下发的QoS转发控制表，所述QoS转发控制表由所述控制器根据下发至当前所有Open flow交换设备的Meter表及流表生成，所述Meter表包含所下发Open flow交换设备的各QoS动作指令，所述流表包含所下发Open flow交换设备的各QOS匹配项、QoS动作指令以及Open flow ID之间的对应关系，所述Open flow交换设备根据所述Meter表及所述流表生成转发流表。

在具体的应用场景中，当前Open flow交换设备的转发流表中所存在的各QOS匹配项与QoS动作指令之间的对应关系与所述QoS转发控制表中各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系一致。

在具体的应用场景中，还包括：删除模块，用于在下发至所述Open flow交换设备的Meter表被删除时，基于已删除的Meter表所包含的QoS动作指令，删除当前所有交换设备的QoS转发控制表中包含所述QoS动作指令的对应关系。

通过应用本发明的技术方案，交换设备在接收到携带有Open flow ID的具有QoS操作要求的封装报文时，在包含当前存在的各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系的QoS转发控制表中查询是否与Open flow ID匹配的QoS动作指令，并在转发封装报文的同时按照查找到的QoS动作指令进行QoS处理。从而在存在Overlay网络的SDN网络中实现了全路径的QOS操作，保证了网络的流量统计和监管的有效性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施场景所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种服务质量QoS处理方法，其特征在于，所述方法应用于SDN网络中构建Overlay网络的交换设备，所述SDN网络还包括Open flow交换机设备，所述Open flow交换机设备通过所述Overlay网络互连，该方法还包括：

所述交换设备接收具有QoS操作要求的封装报文，所述封装报文中携带有Open flowID，所述Open flow ID与所述封装报文的QOS匹配项唯一对应；

所述交换设备在自身存储的QoS转发控制表中查询是否与所述Open flow ID匹配的QoS动作指令，所述QoS转发控制表包含当前存在的各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系；

若存在与所述Open flow ID匹配的QoS动作指令，所述交换设备根据所述封装报文携带的目的地址转发所述封装报文，并按照所述QoS动作指令对所述封装报文进行QoS处理；

其中，所述SDN网络还包括控制器，在所述交换设备接收具有QoS操作要求的封装报文之前，还包括：

所述交换设备接收并存储所述控制器下发的QoS转发控制表，所述QoS转发控制表由所述控制器根据下发至当前所有Open flow交换设备的Meter表及流表生成，所述Meter表包含所下发Open flow交换设备的各QoS动作指令，所述流表包含所下发Open flow交换设备的各QOS匹配项、QoS动作指令以及Open flow ID之间的对应关系，所述Open flow交换设备根据所述Meter表及所述流表生成转发流表。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述Open flow ID由所述Open flow交换设备在对所述封装报文执行封装操作之前根据自身的转发流表对所述封装报文执行Meter操作后添加的；所述转发流表包含下发至所述Open flow交换设备的各QOS匹配项、QoS动作指令以及所需要添加的Open flow ID之间的对应关系。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

当前Open flow交换设备的转发流表中所存在的各QOS匹配项与QoS动作指令之间的对应关系与所述QoS转发控制表中各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系一致。

4.如权利要求1或3任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

若下发至所述Open flow交换设备的Meter表被删除，则基于已删除的Meter表所包含的QoS动作指令，删除当前所有交换设备的QoS转发控制表中包含所述QoS动作指令的对应关系。

5.一种交换设备，用于在SDN网络中构建Overlay网络，其特征在于，所述SDN网络还包括Open flow交换机设备，所述Open flow交换机设备通过所述Overlay网络互连，该交换设备还包括：

接口模块，用于接收具有QoS操作要求的封装报文，所述封装报文中携带有Open flowID，所述Open flow ID与所述封装报文的QOS匹配项唯一对应；

查询模块，用于在所述交换设备自身存储的QoS转发控制表中查询是否与所述Openflow ID匹配的QoS动作指令，所述QoS转发控制表包含当前存在的各Open flow ID与QoS动作指令之间的对应关系；

QoS处理模块，用于在存在与所述Open flow ID匹配的QoS动作指令时，根据所述封装报文携带的目的地址转发所述封装报文，并按照所述QoS动作指令对所述封装报文进行QoS处理；

其中，存储模块，用于接收并存储所述控制器下发的QoS转发控制表，所述QoS转发控制表由所述控制器根据下发至当前所有Open flow交换设备的Meter表及流表生成，所述Meter表包含所下发Open flow交换设备的各QoS动作指令，所述流表包含所下发Open flow交换设备的各QOS匹配项、QoS动作指令以及Open flow ID之间的对应关系，所述Open flow交换设备根据所述Meter表及所述流表生成转发流表。

6.如权利要求5所述的交换设备，其特征在于，

所述Open flow ID由所述Open flow交换设备在对所述封装报文执行封装操作之前根据自身的转发流表对所述封装报文执行Meter操作后添加的；所述转发流表包含下发至所述Open flow交换设备的各QOS匹配项、QoS动作指令以及所需要添加的Open flow ID之间的对应关系。

7.如权利要求5所述的交换设备，其特征在于，

当前Open flow交换设备的转发流表中所存在的各QOS匹配项与QoS动作指令之间的对应关系与所述QoS转发控制表中各Open flowID与QoS动作指令之间的对应关系一致。

8.如权利要求5或7任一项所述的交换设备，其特征在于，还包括：

删除模块，用于在下发至所述Open flow交换设备的Meter表被删除时，基于已删除的Meter表所包含的QoS动作指令，删除当前所有交换设备的QoS转发控制表中包含所述QoS动作指令的对应关系。