СПОСОБ РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ ПОТЕРЬ ТРАФИКА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ С КОНТРОЛЕМ ТАЙМАУТОВ В ПРОГРАММНО-КОНФИГУРИРУЕМЫХ СЕТЯХ Российский патент 2024 года по МПК H04L12/00 

Изобретение относится к области телекоммуникаций и может быть использовано в программно-конфигурируемой сети (ПКС) и коммутаторах на основе протокола OpenFlow для передачи разнородного трафика.

Уровень техники

Современные сетевые компьютерные парадигмы основаны на технологии Ethernet, которая позволяет передавать различный трафик по сети. Существующие требования, предъявляемые к обработке трафика, должны обладать свойствами мобильности, быстроты, упрощения администрирования сетевого оборудования. Все эти требования послужили к появлению ПКС [US 9215093 B2].

Основным элементом является контроллер, ведущий обработку трафика и рассчитывающий оптимальные маршруты для передачи трафика в коммутаторы. Обмен трафика производится через протокол OpenFlow [US 9215093 B2].

В ПКС управление и настройка происходит над потоками данных, совокупностью набора кадров. Входящий кадр поступает в коммутатор, работающий по протоколу OpenFlow, где ищется соответствие набора полей кадра в одной из таблиц потоков. Таблица потоков состоит из следующих полей: полей стандарта IEEE 802.1, приоритет, счетчики, инструкции, таймауты [US 9215093 B2]. Как и в обычной сети передается разнородный трафик, который делится в свою очередь на трафик реального времени и обычный (эластичный) трафик.

В известном коммуникационном методе [US 9356871 B2] ПКС и контроллер реагируют на возможный случай потери трафика реального времени слишком поздно. Недостатком данного метода является то, что для передачи кадра от контроллера к коммутатору OpenFlow затрачивается некоторое время обработки, поскольку кадр передается не мгновенно. В известном существующем методе [US 2018/0063848 A1] происходит поиск правила для входящего кадра в таблицах потоков на некоторое соответствие перечню полей заголовка кадра, если для кадра не находится правило в первой таблице потоков происходит переход к следующей таблице и так далее. Недостатком данного метода является то, что кадр может быть удален только на этапе поиска правила в последней таблице потоков. Алгоритм протокола OpenFlow в известном существующем методе [US 9215093 B2] затрачивает значительное время для поиска правила в таблицах потоков для входящего кадра. К недостаткам данного метода относятся позднее информирование контроллера об удалении кадра, пока не пройдет поиск по всем таблицам потоков, в случае его несоответствия по полям; слишком громоздкая таблица потоков, можно было бы достичь упрощения таблицы за счет вынесения контроля таймаутов на входе коммутатора OpenFlow.

Наиболее близким техническим решением является патент US 9215093 B2 «ENCOOING PACKETS FOR TRANSPORT OVER SDN NETWORKS» (прототип). Аналоги: US 9356871 B2 «PROGRAMMABLE MANAGEMENT ENGINE FOR NETWORKS», US 2018/0063848 A1 «USING LTE CONTROL CHANNEL TO SEND OPENFLOW MESSAGE DIRECTLY TO SMALL CELLS TO REDUCE LATENCY IN AN SDN-BASED MULTI-HOP WIRELESS BACKHAUL NETWORK».

Технический результат

Технический результат – ранняя диагностика потерь трафика реального времени до перехода к таблицам потоков коммутатора OpenFlow за счет контроля таймаутов на входе коммутатора.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема алгоритма функционирования способа ранней диагностики потерь трафика реального времени с контролем таймаутов в ПКС.

На фиг. 2 показан предпочтительный вариант работы узлов коммутатора по протоколу OpenFlow, выполняющего передачу разнородного трафика, где 1 - шина приема кадров из аппаратуры продвижения кадров во входной порт коммутатора; 2 – классификатор трафика; 3 – шина для трафика реального времени; 4 – шина для обычного трафика; 5 – защитник контроля таймаутов; 6 – таблица потоков 0; 7 – таблица потоков 1; 8 – таблица потоков N; 9 – групповая таблица; 10 – дешифратор команд OpenFlow; 11 – шина выходного канала и дальнейшая передача кадра.

На фиг.3 показан возможный вариант аппаратного защитника в ПКС и состоит из нескольких блоков контроля таймаутов: контроль на мгновенное удаление кадра из ПКС hard timeout и контроль в зависимости от длины кадра достижения приемной стороны idle timeout.

На фиг. 4 показаны временные диаграммы работы коммутатора по протоколу OpenFlow в ПКС предложенным способом при передаче разнородного трафика: РВ – трафик реального времени и ЭТ – обычный (эластичный) трафик. В случае не успешного прохождения кадра первого контроля проверки таймаута hard timeout уже через время t1 сообщается контроллеру ПКС о повторной передаче, на проверке второго этапа таймаута idle timeout сразу же через время t2. Обычным методом передачи трафика в ПКС и контроль потерь РВ-трафика происходит минимум только через время t3 при сравнении с правилами в таблице потоков 0, а в максимальном варианте только через время N*t4, пока не произойдет сравнение со всеми таблицами потоков N и только после этого происходит сообщение об удалении РВ-кадра контроллеру ПКС.

Подробное описание изобретения

Реализация алгоритма функционирования предлагаемого способа ранней диагностики потерь трафика реального времени с контролем таймаутов в ПКС заключается в выполнении следующих действий:

1. На входящий порт коммутатора, работающего по протоколу OpenFlow, поступает кадр от контроллера ПКС.

2. Принятый коммутатором кадр классифицируется по типу трафика (трафик реального времени или эластичный трафик).

3. Эластичный трафик обрабатывается существующим способом передачи и направляется к таблицам потоков коммутатора для поиска правила для данного кадра и его дальнейшей маршрутизации.

4. В случае с трафиком реального времени он поступает на вход защитника контроля таймаутов, который состоит из двух блоков проверок hard timeout и idle timeout.

5. Если время прибытия кадра трафика реального времени больше заранее известного временного окна таймаута hard timeout, то вырабатывается команда для информирования контроллера на повторную передачу кадра и удаление текущего кадра из сети.

6. Если время прибытия кадра трафика реального времени меньше или равно заранее известного временного окна таймаута hard timeout выполняется следующая проверка защитника с контролем таймаута idle timeout.

7. Если время прибытия кадра трафика реального времени больше заранее известного временного окна таймаута idle timeout с учетом длины кадра, то вырабатывается команда для информирования контроллера на повторную передачу кадра и удаление текущего кадра из сети.

8. Если время прибытия кадра трафика реального времени меньше или равно заранее известного временного окна таймаута idle timeout с учетом длины кадра, то выполняется поиск правила в таблицах потоков коммутатора для определения дальнейшей маршрутизации кадра.

9. По найденному правилу из таблицы потоков дешифратор команд выполняет команду на исполнение в зависимости от ее формата и самой команды по найденному правилу, и предполагает следующее действие: передача кадра в выходной порт коммутатора, передача кадра в очередь коммутатора в зависимости от его типа, удалить кадр и информировать контроллер о повторной передаче.

10. Выполняется переход к п.1 и снова осуществляется передача трафика в ПКС.

Функционирование предпочтительного варианта работы узлов коммутатора по протоколу OpenFlow, выполняющего передачу разнородного трафика, заключается в следующем.

По шине 1 поступают кадры из аппаратуры продвижения кадров во входной порт коммутатора. Классификатор трафика 2 определяет тип трафика и его дальнейшую обработку. В случае если тип трафика будет обычный, то он направляется по шине 4 данного трафика, если же это трафик реального времени, то направляется по шине 3.

Кадр трафика реального времени отправляется к аппаратному защитнику 5 в ПКС, который состоит из нескольких блоков контроля таймаутов: контроль на мгновенное удаление кадра из ПКС и контроль в зависимости от длины кадра достижения приемной стороны.

При успешном прохождении контроля таймаутов кадр трафика реального времени отправляется для поиска правила для данного кадра в одной из таблиц потоков (6-8), поиск правила также определяется и для кадра обычного трафика. Переключение между таблицами потоков и их взаимосвязью обеспечивается за счет групповой таблицы 9 коммутатора по протоколу OpenFlow.

По найденному правилу из таблицы потоков дешифратор команд 10 выполняет команду на исполнение в зависимости от ее формата и выполняется следующее: либо передача кадра на шину выходного канала коммутатора 11, либо передача кадра в очередь коммутатора в зависимости от его типа, либо удалить кадр и информировать контроллер о повторной передаче.

Функционирование временных диаграмм предпочтительного устройства реализующего коммутатор по протоколу OpenFlow в ПКС предложенным способом при передаче разнородного трафика заключается в следующем.

Текущее время прибытия кадра трафика реального времени сравнивается с заранее известным временным окном каждого из таймаутов (hard timeout, idle timeout), и:

1) если оба времени равны, то кадр трафика реального времени передается сразу же в выходной канал коммутатора;

2) если время прибытия кадра трафика реального времени больше любого заранее известного временного окна, то вырабатывается команда для информирования контроллера на повторную передачу кадра на ранней стадии;

3) если время прибытия кадра трафика реального времени меньше заранее известного временного окна таймаута hard timeout выполняется следующая проверка с временным окном таймаутом idle timeout, и если время прибытия в этом случае тоже меньше временного окна таймаута idle timeout, то передача в очередь коммутатора для кадров трафика реального времени.

Изобретение относится к области телекоммуникаций. Технический результат заключается в обеспечении возможности ранней диагностики потерь трафика реального времени до перехода к таблицам потоков коммутатора OpenFlow. Способ реализует передачу разнородного трафика в сети (ПКС), в которой есть множество сетевых устройств, таких как контроллер и коммутаторы, работающие по протоколу OpenFlow, которые обеспечивают пересылку между узлами трафик реального времени и эластичный трафик, кадры трафика имеют различные поля заголовка, причем кадры трафика реального времени в заголовке содержат указатель на время отправки кадра, эластичный трафик передается стандартным образом по протоколу OpenFlow в коммутаторах, для кадров трафика реального времени выполняется контроль таймаутов на соответствие времени прибытия кадра в сеть с заранее известным временным окном для возможности передачи кадра далее по протоколу OpenFlow и определение маршрута в сети. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ ранней диагностики потерь трафика реального времени с контролем таймаутов в программно-конфигурируемой сети (ПКС), реализующей передачу разнородного трафика, в которой есть множество сетевых устройств, таких как контроллер и коммутаторы, работающие по протоколу OpenFlow, которые обеспечивают пересылку между узлами трафик реального времени и эластичный трафик, кадры трафика имеют различные поля заголовка, причем кадры трафика реального времени в заголовке содержат указатель на время отправки кадра, эластичный трафик передается стандартным образом по протоколу OpenFlow в коммутаторах, отличающийся тем, что для кадров трафика реального времени выполняется контроль таймаутов на соответствие времени прибытия кадра в сеть с заранее известным временным окном для возможности передачи кадра далее по протоколу OpenFlow и определение маршрута в сети; трафик реального времени поступает с входных портов коммутатора и направляется по шине на вход защитника контроля таймаутов коммутатора для контроля проверок на мгновенное удаление кадра из ПКС по таймауту hard timeout и удаление в зависимости от длины кадра достижения приемной стороны по таймауту idle timeout; для трафика реального времени контроль на мгновенное удаление кадра из ПКС заключается в сравнении времени прибытия кадра с заранее известным временным окном таймаута hard timeout, в случае если время прибытия кадра не укладывается во временное окно, кадр удаляется из ПКС и через набор инструкций протокола OpenFlow сообщается контроллеру ПКС; для трафика реального времени контроль в зависимости от длины кадра достижения приемной стороны заключается в сравнении времени прибытия кадра с заранее известным временным окном таймаута idle timeout, в случае если время прибытия кадра не укладывается во временное окно, кадр удаляется из ПКС и через набор инструкций протокола OpenFlow сообщается контроллеру ПКС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль на мгновенное удаление кадра из ПКС выполняется после передачи кадра трафика реального времени на входной порт коммутатора и до передачи кадра в таблицы потоков.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль в зависимости от длины кадра достижения приемной стороны выполняется после успешного контроля на мгновенное удаление кадра из ПКС и до передачи кадра в таблицы потоков.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для трафика реального времени сравнивается время прибытия кадра с заранее известным временным окном таймаутов защитника коммутатора, в случае если время прибытия кадра не укладывается во временное окно любого из таймаутов, кадр удаляется из ПКС и через набор инструкций протокола OpenFlow сообщается контроллеру ПКС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что упрощаются таблицы потоков в OpenFlow для трафика реального времени за счет контроля и хранения таймаутов в своей структуре и повышается быстродействие анализа передачи кадра за счет снятия контроля таймаутов в таблицах потоков.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляется определение типа трафика на входе ПКС до начала передачи в таблицах потоков протокола OpenFlow.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что вводится блок аппаратного защитника в ПКС, выполняющий функции контроля таймаутов.