RU2822214C2 - Method for early diagnosis of real-time traffic loss with control of timeouts in software-defined networks - Google Patents
Method for early diagnosis of real-time traffic loss with control of timeouts in software-defined networks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2822214C2 RU2822214C2 RU2022129107A RU2022129107A RU2822214C2 RU 2822214 C2 RU2822214 C2 RU 2822214C2 RU 2022129107 A RU2022129107 A RU 2022129107A RU 2022129107 A RU2022129107 A RU 2022129107A RU 2822214 C2 RU2822214 C2 RU 2822214C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frame
- traffic
- time
- real
- control
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000013399 early diagnosis Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 238000012217 deletion Methods 0.000 claims 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области телекоммуникаций и может быть использовано в программно-конфигурируемой сети (ПКС) и коммутаторах на основе протокола OpenFlow для передачи разнородного трафика.The invention relates to the field of telecommunications and can be used in a software-defined network (SDN) and switches based on the OpenFlow protocol for transmitting heterogeneous traffic.
Уровень техникиState of the art
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]. Modern networked computer paradigms are based on Ethernet technology, which allows various traffic to be transmitted over the network. Existing requirements for traffic processing must have the properties of mobility, speed, and simplified administration of network equipment. All these requirements led to the emergence of PKS [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].The main element is the controller, which processes traffic and calculates optimal routes for transmitting traffic to switches. Traffic is exchanged via the OpenFlow protocol [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.In the PCS, control and configuration occurs over data streams and a set of frames. An incoming frame enters a switch running using the OpenFlow protocol, where a match between a set of frame fields is found in one of the flow tables. The flow table consists of the following fields: IEEE 802.1 fields, priority, counters, instructions, timeouts [US 9215093 B2]. As in a regular network, heterogeneous traffic is transmitted, which in turn is divided into real-time traffic and regular (elastic) traffic.
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.In the known communication method [US 9356871 B2], the SCN and the controller react to a possible loss of real-time traffic too late. The disadvantage of this method is that it takes some processing time to transmit a frame from the controller to the OpenFlow switch, since the frame is not transmitted instantly. In the known existing method [US 2018/0063848 A1], a rule for an incoming frame is searched in the flow tables for some correspondence to the list of frame header fields; if the frame does not have a rule in the first flow table, it moves to the next table, and so on. The disadvantage of this method is that the frame can only be deleted at the stage of searching for a rule in the last flow table. The OpenFlow protocol algorithm in the known existing method [US 9215093 B2] spends significant time searching for a rule in the flow tables for an incoming frame. The disadvantages of this method include late informing the controller about deleting the frame, until all flow tables have been searched, in case of a mismatch in the fields; The flow table is too cumbersome; the table could be simplified by controlling timeouts at the input of the OpenFlow switch.
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».The closest technical solution is patent US 9215093 B2 “ENCOOING PACKETS FOR TRANSPORT OVER SDN NETWORKS” (prototype). Analogs: 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 результатTechnical result
Технический результат – ранняя диагностика потерь трафика реального времени до перехода к таблицам потоков коммутатора OpenFlow за счет контроля таймаутов на входе коммутатора.The technical result is early diagnosis of real-time traffic losses before moving to the OpenFlow switch flow tables by monitoring timeouts at the switch input.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 показана схема алгоритма функционирования способа ранней диагностики потерь трафика реального времени с контролем таймаутов в ПКС.In fig. Figure 1 shows a diagram of the functioning algorithm of the method for early diagnosis of real-time traffic losses with control of timeouts in the SDN.
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.In fig. Figure 2 shows the preferred option for the operation of switch nodes using the OpenFlow protocol, transmitting heterogeneous traffic, where 1 is the bus for receiving frames from the frame forwarding equipment to the input port of the switch; 2 – traffic classifier; 3 – bus for real-time traffic; 4 – bus for normal traffic; 5 – timeout control defender; 6 – flow table 0; 7 – flow table 1; 8 – flow table N; 9 – group table; 10 – OpenFlow command decoder; 11 – output channel bus and further frame transmission.
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. Figure 3 shows a possible version of a hardware defender in the PKS and consists of several timeout control blocks: control for instantaneous removal of a frame from the PKS hard timeout and control depending on the length of the frame for reaching the receiving side 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.In fig. Figure 4 shows the timing diagrams of the operation of the switch using the OpenFlow protocol in the PCN using the proposed method when transmitting heterogeneous traffic: RT - real-time traffic and ET - regular (elastic) traffic. In case of unsuccessful passage of the first control frame of the hard timeout check, after time t1 the PKS controller is informed about retransmission, while checking the second stage of the idle timeout timeout immediately after time t2. The usual method of transmitting traffic to the PCN and controlling losses of RF traffic occurs at a minimum only after time t3 when comparing with the rules in the flow table 0, and in the maximum case only after time N*t4, until a comparison occurs with all flow tables N and only after This causes a message about deleting the PB frame to the PKS controller.
Подробное описание изобретенияDetailed Description of the Invention
Реализация алгоритма функционирования предлагаемого способа ранней диагностики потерь трафика реального времени с контролем таймаутов в ПКС заключается в выполнении следующих действий:The implementation of the algorithm for the functioning of the proposed method for early diagnosis of real-time traffic losses with control of timeouts in the PCN consists of performing the following actions:
1. На входящий порт коммутатора, работающего по протоколу OpenFlow, поступает кадр от контроллера ПКС.1. A frame from the PKS controller arrives at the incoming port of the switch operating using the OpenFlow protocol.
2. Принятый коммутатором кадр классифицируется по типу трафика (трафик реального времени или эластичный трафик).2. The frame received by the switch is classified by the type of traffic (real-time traffic or elastic traffic).
3. Эластичный трафик обрабатывается существующим способом передачи и направляется к таблицам потоков коммутатора для поиска правила для данного кадра и его дальнейшей маршрутизации.3. Elastic traffic is processed by the existing transmission method and forwarded to the switch flow tables to find a rule for a given frame and further route it.
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.4. In the case of real-time traffic, it goes to the input of the timeout control defender, which consists of two check blocks: hard timeout and 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.5. If the arrival time of a real-time traffic frame is greater than the previously known hard timeout timeout window, then a command is issued to inform the controller to retransmit the frame and remove the current frame from the network.
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.6. If the arrival time of the real-time traffic frame is less than or equal to the previously known hard timeout timeout window, the following defender check is performed with idle timeout control.
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.7. If the arrival time of a real-time traffic frame is greater than the previously known idle timeout timeout window taking into account the frame length, then a command is issued to inform the controller to retransmit the frame and remove the current frame from the network.
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.8. If the arrival time of a real-time traffic frame is less than or equal to a previously known idle timeout timeout window based on the frame length, then a rule search is performed in the switch flow tables to determine further routing of the frame.
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.9. According to the found rule from the flow table, the command decoder executes the command for execution depending on its format and the command itself according to the found rule, and assumes the following action: transfer the frame to the output port of the switch, transfer the frame to the switch queue depending on its type, delete frame and inform the controller about retransmission.
10. Выполняется переход к п.1 и снова осуществляется передача трафика в ПКС.10. Go to
Функционирование предпочтительного варианта работы узлов коммутатора по протоколу OpenFlow, выполняющего передачу разнородного трафика, заключается в следующем.The operation of the preferred option for the operation of switch nodes using the OpenFlow protocol, which transmits heterogeneous traffic, is as follows.
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. The real-time traffic frame is sent to the
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.If the timeout control is successfully passed, the real-time traffic frame is sent to search for a rule for this frame in one of the flow tables (6-8); the rule search is also determined for the regular traffic frame. Switching between flow tables and their relationships is ensured by group table 9 of the switch using the OpenFlow protocol.
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.According to the rule found from the flow table, the
Функционирование временных диаграмм предпочтительного устройства реализующего коммутатор по протоколу OpenFlow в ПКС предложенным способом при передаче разнородного трафика заключается в следующем.The functioning of the timing diagrams of the preferred device that implements the switch using the OpenFlow protocol in the PCN using the proposed method when transmitting heterogeneous traffic is as follows.
Текущее время прибытия кадра трафика реального времени сравнивается с заранее известным временным окном каждого из таймаутов (hard timeout, idle timeout), и:The current arrival time of the real-time traffic frame is compared with the previously known time window of each timeout (hard timeout, idle timeout), and:
1) если оба времени равны, то кадр трафика реального времени передается сразу же в выходной канал коммутатора;1) if both times are equal, then the real-time traffic frame is transmitted immediately to the output channel of the switch;
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;2) if the arrival time of the real-time traffic frame is greater than any pre-known time window, then a command is issued to inform the controller to retransmit the frame at an early stage;
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.3) if the arrival time of a real-time traffic frame is less than the previously known hard timeout timeout window, the following check is performed with the idle timeout timeout window, and if the arrival time in this case is also less than the idle timeout timeout timeout window, then transmission to the switch queue for traffic frames real time.
Claims (7)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022129107A RU2022129107A (en) | 2024-05-13 |
| RU2822214C2 true RU2822214C2 (en) | 2024-07-03 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140119367A1 (en) * | 2012-10-30 | 2014-05-01 | Futurewei Technologies, Inc. | Encoding Packets for Transport Over SDN Networks |
| US20140280834A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Cisco Technology, Inc. | Programmable management engine for networks |
| US20150281085A1 (en) * | 2014-01-23 | 2015-10-01 | InMon Corp. | Method and system of large flow control in communication networks |
| US20180063848A1 (en) * | 2016-08-30 | 2018-03-01 | Nxgen Partners Ip, Llc | Using lte control channel to send openflow message directly to small cells to reduce latency in an sdn-based multi-hop wireless backhaul network |
| RU2748963C2 (en) * | 2019-07-17 | 2021-06-02 | Акционерное общество "Лаборатория Касперского" | System and method for detecting service operation problems in a data transmission network comprising virtual machines |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140119367A1 (en) * | 2012-10-30 | 2014-05-01 | Futurewei Technologies, Inc. | Encoding Packets for Transport Over SDN Networks |
| US20140280834A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Cisco Technology, Inc. | Programmable management engine for networks |
| US20150281085A1 (en) * | 2014-01-23 | 2015-10-01 | InMon Corp. | Method and system of large flow control in communication networks |
| US20180063848A1 (en) * | 2016-08-30 | 2018-03-01 | Nxgen Partners Ip, Llc | Using lte control channel to send openflow message directly to small cells to reduce latency in an sdn-based multi-hop wireless backhaul network |
| RU2748963C2 (en) * | 2019-07-17 | 2021-06-02 | Акционерное общество "Лаборатория Касперского" | System and method for detecting service operation problems in a data transmission network comprising virtual machines |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9742656B2 (en) | Method for acquiring, by SDN switch, exact flow entry, and SDN switch, controller, and system | |
| EP3767885B1 (en) | Method and network device for locating root cause of network anomaly | |
| US9832111B2 (en) | OFS in-band communication method and OFS | |
| EP3890279B1 (en) | Network information transmission system | |
| CN105100142B (en) | The transfer control method and device of software defined network protocol massages | |
| CN103069756A (en) | Communication system, controller, node controlling method and program | |
| CN112637015B (en) | Packet loss detection method and device for realizing RDMA (remote direct memory Access) network based on PSN (packet switched network) | |
| US20160301571A1 (en) | Method and Device for Monitoring OAM Performance | |
| JP6355150B2 (en) | Communication system, communication node, communication path switching method and program | |
| US20130246655A1 (en) | Communication path control system, path control device, communication path control method, and path control program | |
| US20110264795A1 (en) | Communication network managment system, method and program, and management computer | |
| CN104468254A (en) | Network flow statistic reporting processing method and device, controller and switch | |
| WO2011118575A1 (en) | Communication system, control device and traffic monitoring method | |
| Padma et al. | Proactive failure recovery in OpenFlow based software defined networks | |
| US20160006601A1 (en) | Controller, communication system, path switching method and program | |
| RU186859U1 (en) | Multiservice router | |
| Rahouti et al. | A priority-based queueing mechanism in software-defined networking environments | |
| RU2822214C2 (en) | Method for early diagnosis of real-time traffic loss with control of timeouts in software-defined networks | |
| RU175729U1 (en) | Multiservice router | |
| Saldamli et al. | Improving link failure recovery and congestion control in SDNs | |
| CN113630318B (en) | Message transmission method and frame type communication equipment | |
| WO2014104277A1 (en) | Control apparatus, communication system, communication node control method and program | |
| CN111953602B (en) | Routing method and device | |
| JP2004080603A (en) | Packet control device connected between interconnection network and wireless device | |
| CN118646709A (en) | A congestion control method based on bottleneck link location perception |