CN106803803B - 虚拟局域网络复原方法、系统及其装置 - Google Patents

Abstract

一种虚拟局域网络复原方法、系统及其装置，运用在混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构的一种虚拟局域网络复原机制。在此虚拟局域网络复原机制中，利用SDN集中管理的特性，将链路(Link)或交换机(Switch)的事件集中处理，在集中管理的控制器计算每个虚拟局域网络(VLAN)路径(Path)的时候，预先为所有链路(Link)及交换机(Switch)的故障事件计算备份路径(Backup Path)并存至控制器。当有链路(Link)或交换机(Switch)的故障事件发生的时候，控制器能够藉由收到故障事件，布建相应的备份路径，免去修复虚拟局域网络(VLAN)路径所需的收敛时间，提高数据传送的可靠度。

Description

虚拟局域网络复原方法、系统及其装置

技术领域

本发明涉及一种混合式软件定义网络的虚拟局域网络复原方法、系统及其装置。

背景技术

传统网络在虚拟局域网络(VLAN)路径(Path)的设定仰赖分散式通信协议计算，例如利用生成树协议(Spanning Tree Protocol，STP)或是VLAN主干通信协议(VLANTrunking Protocol，VTP)，因此当链路(Link)及交换机(Switch)的故障事件发生的时候，交换机之间需要彼此交换信息重新计算路径，使得当有链路故障(Link Failure)发生的时候，都需要花费数秒钟的时间等待收敛，这对于讲求高可靠度的数据中心而言是一大问题。

发明内容

本公开内容多个实施范例中，提供一种虚拟局域网络复原方法，适用于一种混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构中的一网络。此网络至少包括一控制器与多个交换机。在此方法中，基于网络预先计算一备份路径表以及根据虚拟局域网络的连接故障而产生一事件通知讯息，对应于该事件通知讯息而基于该备份路径表启动一链路故障处理流程，并同时进行一检查流程。若检查流程得到的检查结果指出为一交换机故障事件，则回复经由链路故障处理流程变更的设定，并进行一交换机故障处理流程，以便根据备份路径表中对应虚拟局域网络的连接故障的一路径重新建立虚拟局域网络。若检查流程得到的检查结果指出并非上述交换机故障事件，则由链路故障处理流程根据此备份路径表中对应此虚拟局域网络的连接故障的一路径重新建立虚拟局域网络。

本公开内容多个实施范例中，提供一种控制器，用以在一种混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构的网络中，进行虚拟局域网络复原功能。此控制器包括一处理器以及一存储器。所述该存储器用以存储备份路径表，而处理器经配置用以接收一事件通知讯息。此处理器经配置用以基于备份路径表启动一链路故障处理流程，并根据所述备份路径表中对应虚拟局域网络的连接故障的一路径重新建立虚拟局域网络。处理器经配置用以进行一检查流程，其中若检查流程得到的检查结果判断为一交换机故障事件，则回复经由所述链路故障处理流程变更的设定，并进行一交换机故障处理流程，并根据所述备份路径表中对应该虚拟局域网络的连接故障的一路径重新建立虚拟局域网络。若检查流程得到的检查结果指出并非交换机故障事件，则停止执行该简查流程。

本公开内容多个实施范例中，提供一种虚拟局域网络复原功能的系统，适用一混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构的一网络。此系统包括至少包括一控制器与多个交换机。所述交换机用以根据虚拟局域网络的连接故障而产生一事件通知讯息。所述控制器用以当接收到一事件通知讯息时，同时执行一链路故障处理流程与一检查流程，其中，此控制器执行链路故障处理流程包括基于一备份路径表对应所述虚拟局域网络的连接故障的一路径在对应此路径的交换机上重新建立所述虚拟局域网络。此控制器执行检查流程时若得到的检查结果指出为一交换机故障事件，则回复经由所述链路故障处理流程变更的设定，并进行一交换机故障处理流程，并根据所述备份路径表中对应虚拟局域网络的连接故障的一路径在对应路径的交换机上重新建立所述虚拟局域网络，若该检查流程得到的检查结果指出并非交换机故障事件，则停止执行检查流程。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是说明本发明多个实施范例之一的混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构示意图。

图1B用以说明本公开内容实施范例的复原机制中，链路(Link)故障事件的通知方式。

图1C用以说明本公开内容实施范例的复原机制中，交换机(Switch)故障事件的通知方式。

图1D是根据本公开的多个范例实施例其中之一所绘示的在混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构中虚拟局域网络复原方法的流程示意图。

图2A是根据本公开的另一范例实施例所绘示的在混合式软件定义网络(HybridSDN)架构中虚拟局域网络复原方法的流程示意图。

图2B是根据本公开的又一范例实施例所绘示的在混合式软件定义网络(HybridSDN)架构中虚拟局域网络复原方法的流程示意图。

图3A用以说明本公开内容多个实施范例其中之一的网络架构下的多个交换机之间已经布建的虚拟局域网络(VLAN)路由以及预先计算的备份路径表范例示意图。

图3B用以说明本公开内容多个实施范例其中之一，在多个交换机之间已经布建的虚拟局域网络(VLAN)路由发生错误事件时，切换路由到预先计算的备份路径的范例示意图。

图4A是以图3A～3B实施范例的网络下的多个交换机之间已经布建的虚拟局域网络(VLAN)路由架构的范例示意图。

图4B与4C分别说明控制器预先为所有链路(Link)及交换机(Switch)的故障事件计算备份路径(Backup Path)。

图5A用以说明本公开内容多个实施范例其中之一，采用链路故障事件备份路径表进行重新布建，必须完成例如布建时的链路故障事件备份路径表示意图。

图5B用以说明本公开内容多个实施范例其中之一，采用交换机故障备份路径表进行重新布建时，必须完成例如布建时的交换机故障备份路径表示意图。

图6用以说明本公开内容实施范例中用以做为简单网络管理协议(SNMP)的分组格式示意图。

图7是根据本公开的一范例实施例所绘示的控制器的示意图。

【符号说明】

100：网络

CTR：控制器

H1、H2：服务器(Server)

ES1～ES7、110：交换机

SDNS1～SDNS2：软件定义的交换机

210：控制器

220：交换机

221：链路中断通知讯息(Link Down Notification)

S110～S122：虚拟局域网络复原方法的步骤

S230～S246：虚拟局域网络复原方法的步骤

300：网络

310、312、314、316、318、320：交换机

340：控制器

342：备份路径表

331、333、335：路径

410：链路故障事件备份路径表

420：交换机故障备份路径表

510：链路故障事件备份路径表

520：交换机故障事件备份路径表

610：版本信息(Version)

612：群组名称(Community Name)

614：协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)

621：PDU类别(PDU Type)

622：请求ID(Request ID)

623：错误状态(Error Status)

624：错误指标(Error Index)

625：多个物件识别码(Object Identifiers，OIDs)

631～635：物件识别码(OID)

700：控制器

702：处理器

704：存储器

具体实施方式

本公开内容所提出的多个实施范例中，至少一范例提出使用软件定义网络(Software-defined Network，SDN)的技术，运用在混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构的一种虚拟局域网络复原机制。在至少一个实施范例中的虚拟局域网络复原机制，利用SDN集中管理的特性，将链路(Link)或交换机(Switch)的事件集中处理，在集中管理的控制器(Controller)计算每个虚拟局域网络(VLAN)路径(Path)的时候，预先为所有链路(Link)及交换机(Switch)的故障事件计算备份路径(Backup Path)并存至控制器。当有链路(Link)或交换机(Switch)的故障事件发生的时候，控制器能够藉由收到故障事件，布建相应的备份路径，免去修复虚拟局域网络(VLAN)路径所需的收敛时间，提高数据传送的可靠度，达到混合式软件定义网络架构中快速复原机制。

在本公开内容中，"软件定义网络(SDN)"指的是一种网络，此架构修改了传统网络架构的控制模式，将网络分为控制层(Control Plane)与数据层(Data Plane)，将网络的管理权限交由控制层的控制器(Controller)软件负责，采用集中控管的方式。耦合至软件定义网络的控制器(可以是服务器或其他任何具有此功能的装置)向软件定义网络中对应的交换机提供传输信息的定义。此定义能够包括优先顺序值、指定信息流的规则、以及用于数据流传输的一个动作(例如，转发或"丢弃")。此规则能够指定例如输入端口、虚拟局域网络(VLAN)标签(Tag)、介质访问控制(MAC)地址和目的地地址、以太网类型、互联网协议(IP)来源地址和目的地地址、互联网协议(IP)、传输控制协议(TCP)来源端口(port)和目的端口等等信息。而传输信息中的其他分组标头的字段(栏位)也能够包括在所述规则之中，取决于其特性。经过匹配至至少其中一种规则后，软件定义网络中的交换机就采取对应信息流定义中所包括的动作。软件定义网络的一种示例包括但不限于，如开放网络基金会(OpenNetworking Foundation，ONF)所规范的"OpenFlow交换机规格(OpenFlow SwitchSpecification)"中所描述的OpenFlow协议。

在本公开内容中，软件定义网络中能够处理软件定义的信息流的交换机称为"软件可定义的"(Software-definable)交换机。这样的软件可定义的交换机能够包括能够处理软件定义的信息流和传统分组转发(例如以太网络交换，或IP路由)的端口(Port)。信息流定义通常包括一个或多个软件可定义的输入端口。

在一些实施例中，混合式软件定义网络(Hybrid SDN)所建构的软件定义网络可以包含多台物理交换机以及至少一软件定义的交换机来实现。此物理交换机能够是以太网络交换机(Ethernet Switch)。在以太网络交换机中，以任意拓扑耦合的任何数量的交换机可以逻辑地操作为单一交换机。而软件定义的交换机例如软件定义网络(SDN)交换机。

在本公开内容所提出至少一范例中，所提出包括虚拟局域网络复原机制的混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构中，控制器(可以是服务器或其他任何具有此功能的装置)可以通过简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol，SNMP)或是命令列接口(Command-Line Interface，CLI)的指令来控制物理交换机(例如以太交换机)，而利用OpenFlow模块来控制软件定义的交换机。混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构下的控制器，具有同时处理链路(Link)或交换机(Switch)故障事件的路径修复。

本公开内容所提出简单网络管理协议(SNMP)指的是一种使用于网络管理系统的协议。在此网络管理系统中包括一群网络管理站(Network Management System)及网络元件(Network Element)。网络管理站可以是一部具有信息处理能力的服务器或计算机，在其上执行网络管理软件(SNMP Manager)以监控所管理的网络元件。而网络元件是一些像主机、桥接器、路由器、终端机、服务器等硬件设备，在其上有中介软件(SNMP Agent)负责执行网络管理站所下达的命令，而SNMP则是管理软件和中介软件间用来交换网管讯息的通信协议。中介软件(SNMP Agent)在某种特殊情况下会自动发出事件通知(EventReport)，例如采用SNMP Trap方式，告知网络管理软件某些状况已发生。而本公开内容所提出的命令列接口(Command-line Interface，CLI)为一般在通信装置之间利用文字直接下命令的接口。

底下将举例说明本公开内容中的一个在混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构中虚拟局域网络复原机制，但并非以此为限制。

请参照图1A～1D，其中，图1A是说明本发明多个实施范例之一的混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构示意图；图1B用以说明本公开内容实施范例的复原机制中，链路(Link)故障事件的通知方式；图1C用以说明本公开内容实施范例的复原机制中，交换机(Switch)故障事件的通知方式；以及图1D是根据本公开的多个范例实施例之一所绘示在混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构中虚拟局域网络复原方法的流程示意图。

在混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构下的网络100包括控制器CTR、第一服务器(Server)H1与第二服务器H2、多个物理交换机与多个软件定义的交换机，例如图示的以太网络交换机(Ethernet Switch)的第一交换机ES1、第二交换机ES2、第三交换机ES3、第四交换机ES4、第五交换机ES5、第六交换机ES6及第七交换机ES7，以及第一软件定义的交换机SDNS1与第二软件定义的交换机SDNS2。为方便说明，在本范例实施例中，是以配置一台控制器、二台服务器以及七台物理交换机与二个软件定义的交换机来说明混合式软件定义网络(Hybrid SDN)。然而，本公开并不限于此。在另一范例实施例中，网络100中可以配置有更多的服务器以及交换机。

此实施范例中，由控制器CTR、第一到第二服务器(Server)H1与H2、第一到第七交换机ES1～ES7以及第一到第二软件定义的交换机SDNS1～SDNS2彼此连接以形成网络100。举例来说，网络100是一个第二层网络(layer two network)。在此，控制器CTR、第一到第二服务器H1与H2、第一到第七交换机ES1～ES7以及第一到第二软件定义的交换机SDNS1～SDNS2也可被视为网络100中的节点(nodes)。

控制器CTR用以管理网络100中连接的所有物理机器(Physical Machine)、虚拟机器(Virtual Machine)以及交换机。举例来说，控制器CTR是一台服务器，并存储相关的管理信息(Management Information)，其中管理信息包括运作于物理机器中的虚拟机器的相关信息以及与物理机器连接的交换机的信息。在本公开内容所提出至少一范例中，控制器CTR可以通过简单网络管理协议(SNMP)或是命令列接口(CLI)的指令来控制物理交换机，控制器CTR可以控制属于以太网络交换机(Ethernet Switch)的第一到第七交换机ES1～ES7。而控制器CTR可利用OpenFlow模块来控制软件定义的交换机，例如第一到第二软件定义的交换机SDNS1～SDNS2。

网络100中的第一到第二服务器H1与H2或未显示但建构在网络100底下的其他服务器都属于物理主机(Physical Host)。第一到第二服务器H1与H2或其他服务器可以分别运作一个或多个虚拟机器，以提供不同的服务。举例来说，第一到第二服务器H1与H2可配备有虚拟桥接器(virtual bridge)，并且此虚拟桥接器能够开启(enable)/关闭(disable)生成树协议(STP)的功能、设定(configure)生成树协议的相关选项(option)、设定防火墙规则(firewall rules)以及植入(populate)转送表(forwarding table)。

第一到第七交换机ES1～ES7以及第一到第二软件定义的交换机SDNS1～SDNS2，或未显示但建构在网络100底下的其他交换机被部署于控制器CTR、第一到第二服务器H1与H2以及未显示但建构在网络100底下的其他服务器之间，并且用以转送(forwarding)数据分组(data packet)。举例来说，第一到第七交换机ES1～ES7以及第一到第二软件定义的交换机SDNS1～SDNS2，为第二层交换机(layer two switch)，并且能够开启/关闭生成树协议(STP)的功能、设定生成树协议的相关选项、允许/阻断广播(broadcast)、多重广播(multicast)以及未知的单播(unicast)数据分组、植入转送表以及可经由命令列接口(CLI)或简易网络管理协议接口(SNMP interface)作远端(remote)设定。

在本范例实施例中，控制器CTR或是另一个路由元件会被配置以计算网络100的路由路径(routing paths)(在此，亦称为“预定路由路径(predetermined routing path)”)。举例来说，预定路由路径会根据路由算法来计算以更有效率利用网络100的所有带宽。而所计算的路由路径由控制器CTR传送给各交换机，例如物理交换机(例如以太网络交换机)则可通过例如SNMP通信协议对交换机进行设定。而若是软件定义的交换机，则可通过例如OpenFlow通信协议对交换机进行设定。控制器CTR可以采用例如戴克斯特拉算法(Dijkstra's Algorithm)，以某一节点为出发点，计算从此节点出发到所有其他节点的最短或最佳路径。但并非以此为限制。

在多个范例实施例中的复原机制，控制器CTR在计算路由路径(routing paths)之外，控制器CTR还可以另外预先为所有链路(Link)及交换机(Switch)的故障事件计算备份路径(Backup Path)并存至控制器CTR。当有链路(Link)或交换机(Switch)的故障事件发生的时候，控制器CTR能够藉由收到故障事件，布建相应的备份路径，免去修复虚拟局域网络(VLAN)路径所需的收敛时间，提高数据传送的可靠度。

请参照图1B，用以说明本公开内容实施范例的复原机制中，链路(Link)故障事件的通知方式。在此实施例中，例如属于以太网络交换机(Ethernet Switch)的第四交换机ES4与第六交换机ES6之间发生了链路(Link)故障事件时，第四交换机ES4与第六交换机ES6会发出链路中断(又称之为“断讯”)通知讯息通报控制器CTR，例如在一个实施例中可采用例如SNMP Trap的通知方式通报控制器CTR。而控制器CTR可迅速的采用预先计算的备份路径，以快速复原网络100的传输。

请参照图1C，用以说明本公开内容实施范例的复原机制中，交换机(Switch)故障事件的通知方式。在此实施例中，由于第六交换机ES6故障事件，可能因为第六交换机毁损或是第六交换机负载过重，而导致第六交换机ES6无法传递分组，而造成第四交换机ES4与第七交换机ES7，两者与第六交换机ES6之间所建立的链路(Link)无法通连。因此，第四交换机ES4与第七交换机ES7会发出链路中断通知讯息通报控制器CTR，在一个实施例中可采用例如SNMP异常状况通知信号SNMP Trap的通知方式通报控制器CTR。而控制器CTR根据第四交换机ES4与第七交换机ES7的SNMP Trap通知判断可能是交换机(Switch)故障事件，可迅速的采用预先计算的备份路径，以快速复原网络100的传输。

控制器CTR如何判断为第六交换机ES6的交换机(Switch)故障事件，在一个实施范例中可利用控制器CTR与第六交换机ES6之间以构成通连的协议(Protocols)来判断第六交换机ES6是否中断，例如互联网控制管理协议(Internet Control Management Protocol，ICMP)、OpenFlow协议、Telnet通信协议、SSH(Secure Shell)远端登录协议应用、简易网络管理协议(SNMP)或是地址解析协议(Address Resolution Protocol，ARP)等等。在此实施例是采用互联网控制管理协议(ICMP)。

本公开的范例实施例所提出在混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构中虚拟局域网络复原方法，针对错误事件的处理，可以分为物理交换机方面或是软件定义的交换机方面。在物理交换机(例如以太网络交换机)方面，只要事先在物理交换机设定例如SNMP异常状况通知信号SNMP Trap，当有链路(Link)故障事件发生时，物理交换机就会利用SNMPTrap通知控制器。而若是物理交换机(Switch)故障事件发生时，则因为物理交换机本身无法发出任何通知给控制器，因此须仰赖此物理交换机附近的邻居告诉控制器发生链路(Link)故障了，而由控制器来判断物理交换机是否存活，例如直接用ICMP来判断是否有响应。

而上述的链路(Link)故障事件或是交换机(Switch)故障事件，若是发生在软件定义的交换机，例如图示中的第一到第二软件定义的交换机SDNS1～SDNS2时，则软件定义的交换机可以例如利用OpenFlow模块发出链路中断通知讯息通报控制器。当有链路(Link)故障事件发生时，软件定义的交换机会直接利用例如链路故障通知讯息(Link FailureNotification)通知控制器。而对于软件定义的交换机故障事件，控制器与软件定义的交换机定期交换信息以确认软件定义的交换机是否还正常运作，也就是保持运作(Keep alive)的信息。如果发现软件定义的交换机故障事件时，也就是无法取得保持运作(Keep alive)的确认信息时，控制器就会自动认定是软件定义的交换机(Switch)故障。底下将以实际范例说明本公开的范例实施的虚拟局域网络复原方法。

图1D是根据本公开的多个范例实施例之一所绘示在混合式软件定义网络(HybridSDN)架构中虚拟局域网络复原方法的流程示意图。

本实施例的虚拟局域网络复原方法适用于例如图1A混合式软件定义网络(HybridSDN)架构的网络100。此网络100包括控制器CTR与交换机110，此交换机110可为例如图1A的物理交换机ES1～ES7其中之一，或是软件定义的交换机SDNS1～SDNS2其中之一或其他在网络100内的任何交换机。本实施的虚拟局域网络复原方法，首先，在步骤S110中，控制器CTR基于网络预先计算一备份路径表。交换机110根据虚拟局域网络的连接故障而产生一事件通知讯息111传送到控制器CTR。控制器CTR对应于此事件通知讯息111而基于预先计算完成的备份路径表启动一链路故障处理流程，如步骤S114，并同时进行一检查流程，如步骤S116，以检查是否为交换机故障事件。

若步骤S116的检查流程得到的检查结果指出为交换机故障事件，则如步骤S118，回复经由链路故障处理流程变更的设定，并如步骤S120进行一交换机故障处理流程，以便根据备份路径表中对应虚拟局域网络的连接故障的一路径重新建立虚拟局域网络。在一个实施例中，若是步骤S114的链路故障处理流程尚未进行，而步骤S116的检查流程得到的检查结果指出为交换机故障事件，则也可停止链路故障处理流程，不需要进行步骤S118的回复经由链路故障处理流程变更的设定。若是步骤S116的检查流程得到的检查结果指出并非上述交换机故障事件，则停止此检查流程，如步骤S124。

图2A是根据本公开的一范例实施例所绘示的在混合式软件定义网络(HybridSDN)架构中虚拟局域网络复原方法的流程示意图。当混合式软件定义网络(Hybrid SDN)最初被建立时，控制器210计算网络中的节点之间的路由(route)路径，并将所计算的路由路径通过例如SNMP通信协议和/或OpenFlow通信协议分别对物理交换机(例如以太网络交换机)进行设定或对软件定义的交换机进行设定。而本实施例所公开的虚拟局域网络复原方法中，控制器210会预先计算备份路径表，并加以存储(如步骤S230)。此备份路径表例如可以包括链路故障备份路径表以及交换机故障备份路径表。控制器210会持续在网络中监听是否有链路故障事件发生。交换机220若是遇到链路故障事件发生，则将发出一事件通知讯息通知控制器210。例如，交换机220若是遇到链路故障事件发生时，则会发出链路中断通知讯息(Link Down Notification)221的讯息通知控制器210。。此链路中断通知讯息(LinkDown Notification)221若是由物理交换机(例如以太网络交换机)发出时，则可通过例如SNMP Trap发出此通知。若是发生在软件定义的交换机，则可通过例如OpenFlow模块发出链路中断通知讯息。

在网络中持续监听的控制器210能够得知是否有链路故障事件发生。在收到链路中断通知讯息221后(如步骤S232)，将利用过滤器(Filter)对链路中断通知讯息221进行过滤(如步骤S234)。此过滤器(Filter)可以是控制器210内的一软件模块，而对于链路中断通知讯息221进行过滤的原因是因为若是对于同一链路故障事件或可能是交换机故障事件，若是交换机故障事件则此链路两端的交换机都会发出链路中断通知讯息，此可避免重复处理同一链路故障事件或是误判。

接着，进行链路中断处理流程(如步骤S236)，例如对于交换机内的虚拟局域网络(VLAN)重新布建传输的端口，也就是对于在路径上的交换机所使用的VLAN传输的端口进行重新布建。为了节省链路故障事件处理的时间，当收到链路故障事件的通知之后，马上把相应的备份路径布建至网络上。

但是此链路故障事件亦有可能是由交换机故障事件产生，因此，本方法除了原来处理链路故障事件的执行绪(Thread)之外，还会另外开一个执行绪(Thread)，在布建的同时，确认交换机是否存活。

在确认交换机是否存活的步骤(如步骤S238)中，控制器210会确认交换机是否存活。针对物理交换机(例如以太网络交换机)而言，因为物理交换机本身无法发出任何通知给控制器210，因此须仰赖此物理交换机附近的交换机告诉控制器210发生链路(Link)故障了，而由控制器210来判断物理交换机是否存活，例如控制器210发出互联网控制管理协议(ICMP)分组，以确认链路故障的两端的交换机是否响应ICMP分组。上述的ICMP分组也可采用其他类型协议的分组来检测，例如OpenFlow协议、Telnet通信协议、SSH(Secure Shell)远端登录协议应用、简易网络管理协议(SNMP)或是地址解析协议(ARP)等等协议的分组。针对软件定义的交换机而言，控制器210会定期与软件定义的交换机交换信息已确认是否还正常运作，也就是保持运作(Keep alive)的信息。如果发现软件定义的交换机故障事件时，也就是无法取得保持运作(Keep alive)的确认信息时，控制器210就会自动认定是软件定义的交换机(Switch)故障。

接着，控制器210会进行确认交换机是否中断(如步骤S240)，确认交换机是否存活。如果控制器210发现是交换机故障，则系统会回复(Roll Back)链路中断所进行设定的变更(如步骤S242)，也就是针对链路中断所进行的处理流程中所进行设定的变还将给予回复。因为若是针对交换机故障，则先前针对链路中断所进行的备份路径的布建将会产生错误，因此需要进行复原。而后进行交换机中断处理的流程(如步骤S244)，针对交换机故障的情况，从预先计算的交换机故障备份路径表中找到适当的路由路径而布建此备份路径至网络中。例如对于交换机内的虚拟局域网络(VLAN)重新布建传输的端口，以便排除故障的交换机，也就是对于在路径上的其他交换机所使用的VLAN传输端口进行重新布建。而后再进行重新计算新的备份路径(如步骤S246)。

如果控制器210发现确定是链路故障，则系统会接着进行重新计算新的备份路径(如步骤S246)，包括链路故障以及交换机故障的备份路径，并分别重新更新到链路故障备份路径表以及交换机故障备份路径表。

图2B是根据本公开的又一范例实施例所绘示的在混合式软件定义网络(HybridSDN)架构中虚拟局域网络复原方法的流程示意图。基本上进行的步骤与图2A相同标号进行相同或类似的步骤，在此不再冗述，但进行的顺序不同。主要差异在于确认交换机是否存活的步骤(如步骤S238)后，如果控制器210发现是交换机故障，则系统会回复(Roll Back)链路中断所进行设定的变更(如步骤S242)。而后进行交换机中断处理的流程(如步骤S244)，针对交换机故障的情况，从预先计算的交换机故障备份路径表中找到适当的路由路径而布建此备份路径至网络中。而后再进行重新计算新的备份路径(如步骤S246)，并且重新回到步骤S232，检测是否收到链路中断通知讯息221后。在图2B的实施例中，若是链路中断处理流程(步骤S236)尚未进行，而确认交换机是否存活的步骤(如步骤S238)得到的检查结果指出为交换机故障，则也可停止链路中断处理流程(步骤S236)，不需要进行回复(Roll Back)链路中断所进行设定的变更(步骤S242)。若是确认交换机是否存活的步骤(如步骤S238)得到的检查结果指出为并非上述交换机故障事件，则停止此检查流程。

底下将以图3A～3B配合实际范例说明本公开内容的混合式软件定义网络(HybridSDN)架构中，控制器与多个交换机之间进行虚拟局域网络复原方法的实施范例，但并非以此为限制。

请参照图3A～3B，在此实施例中，建构在混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构下的网络300至少包括第一交换机310、第二交换机312、第三交换机314、第四交换机316、第五交换机318、第六交换机320、以及控制器340。控制器340可以通过简单网络管理协议(SNMP)或是命令列接口(CLI)的指令来控制物理交换机，而利用OpenFlow模块来控制物理机器中的软件可定义的交换机。例如在此实施例中，控制器340可以控制第一交换机310、第二交换机312、第三交换机314、第四交换机316、第五交换机318、以及第六交换机320，但并非以此为限制。

请参考图3A，用以说明本公开内容多个实施范例其中之一的网络300架构下的多个交换机之间已经布建的虚拟局域网络(VLAN)路由，以及预先计算的备份路径表范例示意图。第一交换机310、第二交换机312、第三交换机314、第四交换机316、第五交换机318以及第六交换机320之间所建构了虚拟局域网络(VLAN)路由的主要路径331。此VLAN的主要路径331至少经由第一交换机310、第三交换机314、第五交换机318到第六交换机320，以及经由第一交换机310、第三交换机314到第四交换机316。而在本公开内容中的实施范例中，控制器340预先为所有链路(Link)及交换机(Switch)的故障事件计算备份路径(Backup Path)，完成预先计算备份路径表342并存至控制器340的存储装置或元件内。

例如，如图3A所示，预先计算备份路径表342包括所有链路故障以及所有交换机故障的备份路径信息，这些信息可以存储为链路故障备份路径表及交换机故障备份路径表。如图所示的多个实施范例之一，备份路径表342包括链路(Link)332故障或是毁损时对应的备份路径333以及第五交换机318故障或是毁损时对应的备份路径335，此仅为实施范例，并非以此为限制。备份路径表342包括了混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构下的网络300中所有链路故障以及所有交换机故障的备份路径信息，并且在故障事件发生后，在重新建立网络300中的拓扑后，控制器340也会同时重新计算所有链路(Link)及交换机(Switch)的故障事件计算备份路径(Backup Path)，并且更新备份路径表342。

当例如图示的第一交换机310与第三交换机314之间的链路(Link)332故障或是毁损时，经过第一交换机310和/或第三交换机314通知控制器340，而控制器340确认后直接布建路径333，也就是经由第一交换机310、第二交换机312、第四交换机316、第三交换机314、第五交换机318到第六交换机320。在布建的程序中，将对于交换机内的虚拟局域网络(VLAN)重新布建传输的端口，也就是对于在原主要路径331上的交换机所使用的VLAN传输端口重新布建，而改采用路径333中所规划各交换机内所使用的VLAN传输端口。因此，取得备份路径信息之后，会产生一个布建时的链路故障或是交换机故障的备份路径表，而根据此备份路径表进行例如移除在交换机内的VLAN传输端口或是新增交换机内的VLAN传输端口，已完成路径333的布建。

请参照图3B，用以说明本公开内容多个实施范例其中之一，在多个交换机之间已经布建的虚拟局域网络(VLAN)路由发生错误事件时，切换路由到预先计算的备份路径的范例示意图。若是第五交换机318故障或是损坏时，则原来虚拟局域网络(VLAN)路由的路径331将出现问题。因此可能经由第三交换机314、第六交换机320和/或其他交换机通知控制器340之后，控制器340确认是交换机318故障或是毁损，根据预先计算备份路径表342直接布建路径335，也就是经由第一交换机310、第三交换机314、第四交换机316到第六交换机320。在布建的程序中，将对在原路径331上的交换机所使用的VLAN传输端口重新布建，改采用路径335使用的VLAN传输端口。

请参照图4A～4C，用以说明本公开内容多个实施范例其中之一，在多个交换机之间已经布建的虚拟局域网络(VLAN)路由发生错误事件并切换路由到预先计算的备份路径时，路径上的交换机切换到对应的VLAN传输端口的范例示意图，其中图4A是以图3A～3B实施范例的网络300下的多个交换机之间已经布建的虚拟局域网络(VLAN)路由架构进行说明，而图4B与4C分别说明控制器预先为所有链路(Link)及交换机(Switch)的故障事件计算备份路径(Backup Path)。图4A与图3A～3B中相同元件采用相同标号说明，在此不再冗述。在此网络300中，虚拟局域网络(VLAN)Vlan10已经布建路由主要路径331，包括经由第一交换机310的端口1、第三交换机314的端口1与端口3、第五交换机318的端口1与端口2、以及第六交换机320的端口2。

请先参照图4A与图4B，当第一交换机310与第三交换机314之间的链路(Link)332故障或是毁损时，也就是例如虚拟局域网络(VLAN)Vlan10无法使用。经过第一交换机310和/或第三交换机314通知控制器340(请参照图3B)，接着，控制器340确认例如虚拟局域网络Vlan10改布建到路径333，也就是经由第一交换机310、第二交换机312、第四交换机316、第三交换机314、第五交换机318到第六交换机320。在布建的程序中，交换机对于Vlan10重新布建传输端口，也就是对于在原路径331上的交换机所使用的Vlan10传输端口重新布建，而改采用路径333中所规划各交换机内所使用的VLAN传输端口。

在一实施例中，请参照图4B，根据预先演算的链路(Link)故障事件备份路径表410，对应于Vlan10的链路(Link)332的备份路径333中的内容包括(1)从第一交换机310的端口2切换到第二交换机312的端口2；(2)从第二交换机312的端口1切换到第四交换机316的端口1；(3)从第四交换机316的端口2切换到第三交换机314的端口2；(4)从第三交换机314的端口3切换到第五交换机318的端口1；以及(5)从第五交换机318的端口2切换到第六交换机320的端口2。

请接着参照图4A与图4C，若是第五交换机318故障或是损坏时，则原来虚拟局域网络Vlan10路由的主要路径331将出现问题。因此可能经由第三交换机314、第六交换机320和/或其他交换机通知控制器340之后，控制器340确认是第五交换机318故障或是毁损，根据预先计算备份路径表342直接布建路径335，也就是经由第一交换机310、第三交换机314、第四交换机316到第六交换机320。在布建的程序中，将对在原路径331上的交换机所使用的VLAN传输端口重新布建，改采用路径335使用的Vlan10传输端口。

在一实施例中，请参照图4C，根据预先演算的交换机故障备份路径表420，对应于Vlan10的第五交换机318故障事件的备份路径335中的内容包括(1)从第一交换机310的端口1切换到第三交换机314的端口1；(2)从第三交换机314的端口2切换到第四交换机316的端口2；以及(3)从第四交换机316的端口3切换到第六交换机320的端口1。

根据本公开内容所提出在混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构中，控制器与多个交换机之间进行虚拟局域网络复原方法的实施范例，利用SDN集中管理的特性，预先计算每个虚拟局域网络(VLAN)所有链路(Link)及交换机(Switch)的故障事件计算备份路径(Backup Path)。当有链路(Link)或交换机(Switch)的故障事件发生的时候，控制器能够藉由收到故障事件，布建相应的备份路径，例如采用图4B与图4C的链路故障事件备份路径表410或是交换机故障备份路径表420进行重新布建，以免去修复虚拟局域网络(VLAN)路径所需的收敛时间，达到混合式软件定义网络架构中快速复原机制，提高数据传送的可靠度。

而在本公开内容所提出的虚拟局域网络复原方法中，根据链路故障事件备份路径表410或是交换机故障备份路径表420，在链路故障或是交换机故障的重新布建路由路径时，必须注意移除或是新增VLAN传输端口的顺序，以避免产生例如网络的回路(loop)风险。因此，采用图4B的链路故障事件备份路径表410进行重新布建，必须完成例如布建时的链路故障事件备份路径表510(如图5A所示)。而采用图4C的交换机故障备份路径表420进行重新布建时，必须完成例如布建时的交换机故障备份路径表(如图5B所示)。

请参照图5A，此布建时的链路故障事件备份路径表510，采用图4B的链路故障事件备份路径表410进行重新布建时，包括(1)从第一交换机310的端口1移除Vlan10；(2)从第三交换机314的端口1移除Vlan10；(3)从第一交换机310的端口2加入Vlan10；(4)从第二交换机312的端口2加入Vlan10；(5)从第二交换机312的端口1加入Vlan10；以及(6)从第四交换机316的端口1加入Vlan10。

请参照图5B，此布建时的交换机故障事件备份路径表520，此实施例为第五交换机318故障或是损坏，采用图4C的交换机故障事件备份路径表420进行重新布建时，包括(1)从第三交换机314的端口3移除Vlan10；(2)从第六交换机320的端口2移除Vlan10；(3)从第四交换机316的端口3加入Vlan10；以及(4)从第六交换机320的端口1加入Vlan10。

本公开内容所提出实施范例的虚拟局域网络复原方法，适用于混合式软件定义网络(Hybrid SDN)的架构。而建构在混合式软件定义网络(Hybrid SDN)架构下的网络可采用简单网络管理协议(SNMP)或是命令列接口(CLI)的指令来控制物理交换机，而利用OpenFlow模块来控制物理机器中的软件可定义的交换机。而简单网络管理协议(SNMP)的分组格式请参照图6所示，在SNMP的分组中，包括例如版本信息(Version)610、群组名称(Community Name)612以及协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)614。协议数据单元(PDU)614包括PDU类别(PDU Type)621、请求ID(Request ID)622、错误状态(Error Status)623、错误指标(Error Index)624以及多个物件识别码(Object Identifiers，OIDs)625。多个物件识别码(OIDs)625可包括例如个别的物件识别码(OID)631～635等等。简单网络管理协议(SNMP)的管理者会根据个别的物件识别码，例如图示的物件识别码(OID)631～635，告知对应的交换机如何设定，不同的交换机有不同的设定方式，而可以达到本公开内容所提出虚拟局域网络复原的布建流程。

图7是根据本公开的一范例实施例所绘示的控制器的示意图。请参照图7，控制器700包括处理器702与存储器704。根据本公开内容所提出在混合式软件定义网络(HybridSDN)架构中，控制器700与多个交换机之间进行虚拟局域网络复原方法。控制器700利用SDN集中管理的特性，预先计算每个虚拟局域网络(VLAN)所有链路(Link)及交换机(Switch)的故障事件计算备份路径表724，并存储在存储器704。当有链路(Link)或交换机(Switch)的故障事件发生的时候，控制器700能够藉由收到故障事件，布建相应的备份路径，例如采用图4B与4C的链路故障事件备份路径表410或是交换机故障备份路径表420进行重新布建，以免去修复虚拟局域网络(VLAN)路径所需的收敛时间，提高数据传送的可靠度。

处理器702用以控制此控制器700的全部运作。举例来说，处理器702是中央处理单元(central processing unit，CPU)，然本公开不限于此。

存储器704用以存储数据。举例来说，存储器704是静态随机存取存储器(staticrandom-access memory，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random access memory)、快闪存储器(flash memory)或是其他存储器或是其组合，但本公开不限于此。特别是，存储器704存储多个指令(instruction)，并且处理器702会执行此些指令以完成本公开内容所提出虚拟局域网络复原的方法。

具体来说，上述指令在一个实施范例中可以包括路由路径计算模块712、防火墙开启模块714、生成树协议关闭模块716、转送表更新模块718、防火墙清除模块720以及节点并入/移除模块722。在此，处理器702会执行路由路径计算模块712以形成网络拓扑并根据网络中的节点计算路由路径；执行防火墙开启模块714以致能每个节点的防火墙来阻断节点之间的路由；执行生成树协议关闭模块716来关闭每个节点的生成树协议功能；执行转送表更新模块718以植入每个节点的转送表；执行防火墙清除模块720以清除每个节点的防火墙以及执行节点并入/移除模块722以检测节点的加入或移除。

此外，上述指令可以存储于计算机可读取的记录介质(computer-readablerecording medium)中。例如，计算机可读取的记录介质为光盘(CD-ROM)、磁带(magnetictape)、软盘片(floppy disc)或是光学数据存储装置(optical data storage device)。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (32)

1.一种虚拟局域网络复原方法，其特征在于，适用于一种混合式软件定义网络架构中的网络，该网络至少包括控制器与多个交换机，其中，该方法包括：

基于该网络预先计算备份路径表；以及

根据该虚拟局域网络的连接故障而产生事件通知讯息，对应于该事件通知讯息而基于该备份路径表启动一链路故障处理流程，并同时进行检查流程，其中

若该检查流程得到的检查结果指出为交换机故障事件，则回复经由该链路故障处理流程变更的设定，并进行交换机故障处理流程，以便根据该备份路径表中对应该虚拟局域网络的连接故障的一路径重新建立该虚拟局域网络，

若该检查流程得到的该检查结果指出并非该交换机故障事件，则由该链路故障处理流程根据该备份路径表中对应该虚拟局域网络的连接故障的路径重新建立该虚拟局域网络。

2.如权利要求1所述的虚拟局域网络复原方法，其中若该检查流程得到的检查结果指出为该交换机故障事件，停止该链路故障处理流程，不需回复经由该链路故障处理流程变更的设定。

3.如权利要求1所述的虚拟局域网络复原方法，其中预先计算的该备份路径表包括链路故障备份路径表以及交换机故障备份路径表。

4.如权利要求1所述的虚拟局域网络复原方法，还包括基于该网络重新建立另一备份路径表。

5.如权利要求1所述的虚拟局域网络复原方法，其中在接收到该事件通知讯息后而启动该链路故障处理流程之前，进一步包括过滤该事件通知讯息，确认是否已经针对该事件通知讯息进行处理。

6.如权利要求1所述的虚拟局域网络复原方法，其中在该混合式软件定义网络的这些交换机包括多个物理交换机，其中该事件通知讯息包括由该物理交换机发出的异常状况通知信号。

7.如权利要求6所述的虚拟局域网络复原方法，其中该物理交换机发出的该异常状况通知信号为简易网络管理协议的异常状况通知信号。

8.如权利要求1所述的虚拟局域网络复原方法，其中在该混合式软件定义网络的这些交换机包括多个软件可定义的交换机，其中该事件通知讯息包括由该软件可定义的交换机发出的链路故障通知讯息或是该控制器与这些软件可定义的交换机定期交换的保持运作信息。

9.如权利要求1所述的虚拟局域网络复原方法，其中该检查流程包括发出检测信号逐一对该网络中对应该事件通知讯息的这些交换机进行检测，并根据对应该检测信号的响应状况，以便确认该检查结果是否为该交换机故障事件。

10.如权利要求9所述的虚拟局域网络复原方法，其中该检测信号为符合互联网控制管理协议的分组。

11.如权利要求9所述的虚拟局域网络复原方法，其中该检测信号为符合OpenFlow协议、Telnet通信协议、SSH远端登录协议应用、简易网络管理协议或是地址解析协议之一的分组。

12.一种控制器，其特征在于，用以在一种混合式软件定义网络架构的网络中，进行虚拟局域网络复原功能，其中该控制器包括处理器以及存储器，其中该存储器用以存储备份路径表，而该处理器经配置用以接收事件通知讯息，其中，

该处理器基于该备份路径表启动链路故障处理流程，并根据该备份路径表中对应该虚拟局域网络的连接故障的路径重新建立该虚拟局域网络；

该处理器在启动该链路故障处理流程的同时进行检查流程，其中若该检查流程得到的检查结果判断为交换机故障事件，则回复经由该链路故障处理流程变更的设定，并进行交换机故障处理流程，并根据该备份路径表中对应该虚拟局域网络的连接故障的路径重新建立该虚拟局域网络，若该检查流程得到的该检查结果指出并非该交换机故障事件，则停止执行该检查流程。

13.如权利要求12所述的控制器，其中若该检查流程得到的检查结果指出判断为该交换机故障事件，停止该链路故障处理流程，不需回复经由该链路故障处理流程变更的设定。

14.如权利要求12所述的控制器，其中该存储器所存储的该备份路径表是该处理器经配置用以根据该混合式软件定义网络架构的该网络下预先计算产生，并存储到该存储器中。

15.如权利要求13所述的控制器，其中该备份路径表包括链路故障备份路径表以及交换机故障备份路径表，分别在该处理器经配置用以执行的该链路故障处理流程与该检查流程中使用。

16.如权利要求12所述的控制器，其中而该处理器经配置用以执行该链路故障处理流程与该检查流程后，进一步经配置用以基于重新建立的该虚拟区域建立另一备份路径表，并更新到该存储器，用以取代该备份路径表。

17.如权利要求12所述的控制器，其中该存储器是静态随机存取存储器、动态随机存取存储器、快闪存储器或是其他存储器或是其组合。

18.如权利要求12所述的控制器，其中该处理器经配置用以执行该链路故障处理流程时，在启动该链路故障处理流程之前，进一步包括过滤该事件通知讯息，确认是否已经针对该事件通知讯息进行处理。

19.如权利要求12所述的控制器，其中该事件通知讯息为简易网络管理协议的异常状况通知信号。

20.如权利要求12所述的控制器，其中该事件通知讯息为该处理器经配置用以定期对该网络进行交换的保持运作信息。

21.如权利要求12所述的控制器，其中该处理器经配置用以执行该检查流程中该检查流程包括发出检测信号逐一对该网络中对应该事件通知讯息的这些交换机进行检测，并根据对应该检测信号的响应状况，以便确认该检查结果是否为该交换机故障事件。

22.如权利要求21所述的控制器，其中该检测信号为符合互联网控制管理协议的分组、OpenFlow协议、Telnet通信协议、SSH远端登录协议应用、简易网络管理协议或是地址解析协议之一的分组。

23.一种虚拟局域网络复原功能的系统，其特征在于，适用一混合式软件定义网络架构的网络，其中该系统至少包括控制器与多个交换机，

其中，该交换机用以根据该虚拟局域网络的连接故障而产生事件通知讯息，

该控制器用以当接收到事件通知讯息时，同时执行链路故障处理流程与检查流程，其中，

该控制器执行该链路故障处理流程包括基于备份路径表对应该虚拟局域网络的连接故障的路径在对应该路径的这些交换机上重新建立该虚拟局域网络；以及

该控制器执行该检查流程时，若得到的检查结果指出为一交换机故障事件，则回复经由该链路故障处理流程变更的设定，并进行交换机故障处理流程，并根据该备份路径表中对应该虚拟局域网络的连接故障的路径在对应该路径的这些交换机上重新建立该虚拟局域网络，若该检查流程得到的该检查结果指出并非该交换机故障事件，则停止执行该检查流程。

24.如权利要求23所述的虚拟局域网络复原功能的系统，其中若得到的检查结果指出判断为该交换机故障事件，停止该链路故障处理流程，不需回复经由该链路故障处理流程变更的设定。

25.如权利要求23所述的虚拟局域网络复原功能的系统，其中该备份路径表是该控制器根据该混合式软件定义网络架构的该网络下预先计算产生，并加以存储。

26.如权利要求25所述的虚拟局域网络复原功能的系统，其中该备份路径表包括链路故障备份路径表以及交换机故障备份路径表，分别在该控制器执行的该链路故障处理流程与该检查流程中使用。

27.如权利要求23所述的虚拟局域网络复原功能的系统，其中而该控制器执行该链路故障处理流程与该检查流程后，进一步基于重新建立的该虚拟区域建立另一备份路径表，用以取代该备份路径表。

28.如权利要求23所述的虚拟局域网络复原功能的系统，其中该控制器执行该链路故障处理流程时，在启动该链路故障处理流程之前，进一步包括过滤该事件通知讯息，确认是否已经针对该事件通知讯息进行处理。

29.如权利要求23所述的虚拟局域网络复原功能的系统，其中该事件通知讯息为一简易网络管理协议的异常状况通知信号。

30.如权利要求23所述的虚拟局域网络复原功能的系统，其中该事件通知讯息为该控制器定期对该网络的这些交换机进行交换的保持运作信息。

31.如权利要求23所述的虚拟局域网络复原功能的系统，其中该控制器执行该检查流程中该检查流程包括发出检测信号逐一对该网络中对应该事件通知讯息的这些交换机进行检测，并根据对应该检测信号的响应状况，以便确认该检查结果是否为该交换机故障事件。

32.如权利要求31所述的虚拟局域网络复原功能的系统，其中该检测信号为符合互联网控制管理协议的分组、OpenFlow协议、Telnet通信协议、SSH远端登录协议应用、简易网络管理协议或是地址解析协议之一的分组。