一種sdn環(huán)境下的源端可控組播數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于創(chuàng)新網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸技術領域，更具體地，涉及一種SDN環(huán)境下的源端可控組播數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]軟件定義網(wǎng)絡(Software Defined Network，以下簡稱SDN)是一個創(chuàng)新網(wǎng)絡架構，OpenFlow是實現(xiàn)SDN的一種技術方法，通過將數(shù)據(jù)轉發(fā)層和控制層分離，實現(xiàn)了網(wǎng)絡流量的靈活調度，為新的網(wǎng)絡傳輸方案和應用提供了良好平臺。
[0003]基于SDN的OpenFlow實現(xiàn)技術至少包括三個部分:0penFlow交換機、控制器和OpenFlow協(xié)議。其中，OpenFlow交換機存儲了流表，流表由多個流表項構成，每個流表項對應一個數(shù)據(jù)轉發(fā)規(guī)則；控制器完成網(wǎng)絡中所有的數(shù)據(jù)控制邏輯。開源的控制器有很多，例如python編寫的pox、ryu和Java編寫的floodlight等，控制器功能上包括3部分:1、底層通信模塊，控制器與OpenFlow交換機之間通過網(wǎng)絡套接字(以下簡稱socket)進行通信；2、OpenFlow協(xié)議，socket按照OpenFlow協(xié)議規(guī)則對數(shù)據(jù)進行處理；3、上層應用，通過OpenFlow協(xié)議處理數(shù)據(jù)，在平臺上部署自己編寫的應用，例如具備2層交換機功能的應用，用戶通過可編程的應用設計網(wǎng)絡的控制邏輯。
[0004]SDN網(wǎng)絡相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡具有更好的數(shù)據(jù)傳輸效率，因為SDN減輕了網(wǎng)絡中間設備的數(shù)據(jù)處理壓力，使其僅僅充當數(shù)據(jù)轉發(fā)設備。傳統(tǒng)網(wǎng)絡中為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率，在多媒體應用、群視頻服務等存在多個數(shù)據(jù)接收端的應用場景里，使用了組播技術，然而很多時候需要由發(fā)起者決定目的接收群體，僅僅使用傳統(tǒng)的組播技術難以達到完全可控和安全性方面的要求。且在數(shù)據(jù)中心分布式的多副本存儲場景中，需要將文件塊發(fā)送到指定的目的主機，傳統(tǒng)方法是進行多次單一的數(shù)據(jù)傳輸，浪費了鏈路帶寬。
[0005]對于上面應用場景的情況，主要問題是傳統(tǒng)網(wǎng)絡對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量的控制不夠靈活，且傳統(tǒng)組播技術無法滿足某些應用場景需求。很有必要提高對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽匦裕O計更佳的傳輸方案。

【發(fā)明內容】

[0006]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種SDN環(huán)境下的源端可控組播數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)，在源端對數(shù)據(jù)接收對象的選擇進行控制，利用SDN網(wǎng)絡的高數(shù)據(jù)轉發(fā)效率和高度可控性，提高了數(shù)據(jù)交換效率，同時接收端不用維持頻繁的組播通告，減輕了通信壓力，提高了鏈路帶寬利用率。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種SDN環(huán)境下的源端可控組播數(shù)據(jù)傳輸方法，包括以下步驟:
[0008]步驟I控制器啟動并收集各SDN網(wǎng)絡設備的連接信息，動態(tài)生成網(wǎng)絡拓撲；
[0009]步驟2各接收端啟動并向所述控制器通告本機的IP、MAC和連接SDN網(wǎng)絡設備的接口信息，各接收端分別構造并發(fā)送通告數(shù)據(jù)包至一個固定IP，所述固定IP不屬于網(wǎng)絡中任何設備；
[0010]步驟3發(fā)送端指定多個接收端的IP地址，將該多個IP地址集合通告給所述控制器;
[0011]步驟4所述控制器接收來自所述發(fā)送端的IP地址集合，根據(jù)網(wǎng)絡拓撲和網(wǎng)絡中的接收端信息，構造出傳輸路徑生成樹，生成和配置流表，并向所述發(fā)送端返回一個組播IP ；
[0012]步驟5所述發(fā)送端接收來自所述控制器的組播IP，向所述組播IP發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)根據(jù)SDN網(wǎng)絡設備流表規(guī)則進行轉發(fā)，到達各接收端；
[0013]步驟6所述發(fā)送端通告所述控制器數(shù)據(jù)傳輸結束，并將所述組播IP通告控制器；
[0014]步驟7所述控制器接收到數(shù)據(jù)傳輸結束的信息，并根據(jù)接收到的所述組播IP刪除網(wǎng)絡設備中對應的流表。
[0015]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種SDN環(huán)境下的源端可控組播數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)送端、接收端和控制器，其中:
[0016]所述發(fā)送端包括:指定目標接收端模塊，用于接受用戶輸入的多個目標接收端IP，存入適合傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結構；數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于將目標接收端IP以UDP數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送給所述控制器，接收所述控制器反饋的攜帶目的IP的UDP數(shù)據(jù)包，向反饋的所述目的IP傳輸UDP數(shù)據(jù)直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢；以及數(shù)據(jù)傳輸結束處理模塊，用于在數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，以UDP數(shù)據(jù)包的形式向所述控制器發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸結束的通告；
[0017]所述接收端包括:信息收集模塊，用于生成通告數(shù)據(jù)包并發(fā)送給所述控制器；以及數(shù)據(jù)接收模塊，用于打開端口接收數(shù)據(jù)，當不再接收數(shù)據(jù)時，向所述控制器發(fā)送攜帶固定數(shù)據(jù)的通告數(shù)據(jù)包進行通告；
[0018]所述控制器包括:拓撲發(fā)現(xiàn)模塊，用于通過鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議動態(tài)地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡設備的拓撲；流表管理模塊，用于根據(jù)網(wǎng)絡拓撲結構和所述發(fā)送端發(fā)送過來的目標接收端IP集合，生成合理的數(shù)據(jù)傳輸生成樹，給傳輸路徑中涉及的SDN網(wǎng)絡設備配置流表；以及數(shù)據(jù)處理模塊，解析收到的通告數(shù)據(jù)包，針對數(shù)據(jù)包頭攜帶信息的不同，進行不同的處理:如果來自一個新的接收端，則解析出其IP、MAC和連接SDN網(wǎng)絡設備的接口，存儲到本地；如果來自一個已經(jīng)存在的接收端，則檢查是否為傳輸數(shù)據(jù)過程中退出的接收端，若是則重新更新數(shù)據(jù)傳輸路徑并安裝流表到相關SDN網(wǎng)絡設備；如果來自所述發(fā)送端且為發(fā)送數(shù)據(jù)請求，則解析出其攜帶的所有目標接收端IP，根據(jù)IP查詢到目的主機的MAC和連接SDN網(wǎng)絡設備的接口信息，同時生成一個組播IP，再根據(jù)網(wǎng)絡拓撲信息和合適的生成樹算法生成數(shù)據(jù)轉發(fā)路徑，并以流表的方式安裝到相關的SDN網(wǎng)絡設備，最后將所述組播IP返回給所述發(fā)送端；如果來自所述發(fā)送端且為數(shù)據(jù)傳輸完畢的通告，則解析出攜帶的組播IP，根據(jù)該組播IP刪除SDN網(wǎng)絡設備中與之相關的流表項。
[0019]總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果:
[0020]本發(fā)明使用了源端可控的組播傳輸方式，能更加靈活和安全地進行點對多點的數(shù)據(jù)傳輸，利用了 SDN網(wǎng)絡環(huán)境，將數(shù)據(jù)轉發(fā)層和數(shù)據(jù)控制層分離，更加合理地管理網(wǎng)絡流量，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。本發(fā)明可應用到特定的網(wǎng)絡應用場景，例如多媒體服務、數(shù)據(jù)中心分布式的多副本存儲過程等。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明SDN環(huán)境下的源端可控組播數(shù)據(jù)傳輸方法的流程圖；
[0022]圖2為本發(fā)明SDN環(huán)境下的源端可控組播數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結構框圖；
[0023]圖3為本發(fā)明利用Mininet構建的實施例的網(wǎng)絡拓撲圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0025]本發(fā)明的技術方案為:接收端將自己的IP、MAC和網(wǎng)絡端口信息發(fā)送給控制器；發(fā)送端先通告控制器其目的主機的集合，控制器生成一個目的組播IP，配置SDN網(wǎng)絡設備中的流表轉發(fā)規(guī)則，生成合理的數(shù)據(jù)轉發(fā)生成樹，并將目的組播IP通告給發(fā)送端，然后發(fā)送端向該目的組播IP發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)根據(jù)SDN網(wǎng)絡設備中的流表規(guī)則進行正確的轉發(fā)，最終到達指定目的主機集合。發(fā)送端作為源主機接受輸入IP來指定接收主機，使系統(tǒng)控制能力更強；接收端僅在啟動和終止時與控制器進行簡單通信，主要工作是接收數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡中的組播成員相比，不存在與交換機或路由器頻繁的信息通告，通信過程更加簡單，減輕了網(wǎng)絡設備處理數(shù)據(jù)的壓力；控制器是數(shù)據(jù)控制邏輯的核心，主要用于動態(tài)獲得網(wǎng)絡拓撲、計算合理的數(shù)據(jù)傳輸路徑和配置流表。
[0026]本發(fā)明實施例在Linux環(huán)境下，利用Mininet構建支持OpenFlow的虛擬網(wǎng)絡，并采用OpenFlow和Pox開源控制器來實現(xiàn)本發(fā)明。
[0027]圖1所示為本發(fā)明SDN環(huán)境下的源端可控組播數(shù)據(jù)傳輸方法的流程圖，具體包括以下步驟:
[0028]步驟I控制器啟動并收集各SDN網(wǎng)絡設備的連接信息，動態(tài)生成網(wǎng)絡拓撲；
[0029]步驟2各接收端啟動并向控制器通告本機的IP、MAC和連接SDN網(wǎng)絡設備的接口信息，各接收端分別構造并發(fā)送通告數(shù)據(jù)包至一個固定IP，該固定IP不屬于網(wǎng)絡中任何設備。在本發(fā)明實施例中，通告數(shù)據(jù)包為UDP數(shù)據(jù)包，但不以此為限。該通告數(shù)據(jù)包可選擇攜帶更多描述接收端接收過程的信息，例如該接收端本次傳輸開放的端口，用于細化構造的流表規(guī)則，有利于控制器形成更好的數(shù)據(jù)控制；
[0030]步驟3發(fā)送端指定多個目的主機(即接收端)的IP地址，將該多個IP地址集合通告給控制器；
[0031]步驟4控制器接收來自發(fā)送端的IP地址集合，根據(jù)網(wǎng)絡拓撲和網(wǎng)絡中的接收端主機信息，構造出傳輸路徑生成樹，生成和配置流表，并向發(fā)送端返回一個組播IP ；
[0032]步驟5發(fā)送端接收到來自控制器的組播IP，向該組播IP發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)根據(jù)SDN網(wǎng)絡設備流表規(guī)則進行轉發(fā)，到達各接收端；
[0033]步驟6