基于OpenFlow的网络故障诊断研究

发布时间：2017-10-30 02:13

  本文关键词：基于OpenFlow的网络故障诊断研究

  更多相关文章： 故障诊断 OpenFlow 性能故障 链路故障 路径追踪

【摘要】：随着互联网技术的迅猛发展,因特网已经渗入到人们生活的方方面面,对人们的生活和工作产生了积极深远的影响。然而,随着网络技术的发展,当今的网络变得愈来愈复杂并越来越难以管理,这严重阻碍了网络技术的创新与发展。软件定义网络(Software-Defined NetWorking, SDN)通过将网络设备的控制平面和数据平面相分离,形成逻辑集中的网络体系架构,这极大地简化了网络的管理、促进了网络技术的创新。由于传统网络的封闭性,传统的网络故障诊断技术通常将测量的网络参数和特定的网络故障诊断模型相结合,然后,进行网络故障的诊断及定位。但这种方法具有故障诊断周期长、诊断结果不准确的缺点。SDN将原本封闭的“网络黑盒”变得透明可编程,这为网络故障诊断提供了新的契机,如何在SDN网络中进行网络故障的诊断、定位及恢复是目前的研究热点。本文围绕以上研究目标研究了基于OpenFlow的网络故障诊断,论文的主要内容如下：1.基于OpenFlow的网络故障诊断：网络故障诊断对于很多网络应用和协议有着至关重要的作用。目前的故障诊断多以传统网络测量的结果作为分析对象,但是,传统网络测量的结果多为端到端的性能指标,这种测量结果对于网络故障的诊断过于粗糙。本文提出了一种基于OpenFlow的网络故障诊断机制。利用SDN控制平面与转发平面分离的特性,使用OpenFlow协议对网络各个节点进行信息采集,从拓扑管理、丢包、吞吐量、延迟、路径追踪5个方面进行网络故障的诊断。实验结果表明,该方法能够准确获取网络链路参数。此外,结合网络拓扑信息,能够对网络故障点进行精确的定位。2.基于OpenFlow的链路故障快速恢复：网络灾备和故障恢复是网络故障诊断的重要组成部分,一直受到研究人员的广泛关注。由于传统网络将控制平面和数据平面紧密耦合,使网络变成了一个分布式的系统,当网络链路发生故障时,无法进行快速的网络故障定位及恢复。然而,SDN使网络变得更加灵活、可控。本文提出了一种基于OpenFlow的链路故障快速恢复方法,该方法使用OpenFlow协议,在控制器中实现网络拓扑管理、环路广播风暴避免、网络流路由管理、链路故障快速恢复4个功能模块。实验表明,该方法能够有效地避免网络环路广播风暴,并在链路发生故障时,及时地发现和恢复链路故障,增强网络的自主保障性。3.基于NetMagic的路径追踪实现：NetMagic是基于FPGA的SDN交换设备,其克服了NetFPGA在设备形态、可编程性、性能等方面的局限性,具有软件和硬件易于修改、设计案例充分等优点。本文在NetMagic平台上实现了网络数据包路径追踪的方法,该方法采用主动测量的方式,通过在SDN网络设备--NetMagic上添加3条流表项来完成网络拓扑测量及数据包路径追踪的任务。同时,为了节省NetMagic上的内存空间,在控制器端和NetMagic端采用相同的哈希函数,将数据报文头部信息进行哈希,并将哈希的值作为NetMagic的内存地址索引,然后将相关的路径信息存入索引对应的内存空间,从而有效节省NetMagic的内存空间,支持大规模的并发数据流路径探测任务。实验表明,该方法能够正确的追踪网络流在网络中的传输路径,进而可以有效验证SDN控制平面和数据平面的逻辑一致性。
【关键词】：故障诊断 OpenFlow 性能故障 链路故障 路径追踪
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.06
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究背景10-12
• 1.3 研究内容12-13
• 1.3.1 研究目标12
• 1.3.2 研究内容12-13
• 1.4 论文组织结构13-14
• 第2章 背景知识概述及相关领域研究现状14-22
• 2.1 传统网络故障诊断相关研究14
• 2.2 SDN网络故障诊断相关研究14-16
• 2.2.1 SDN数据平面测试15
• 2.2.2 SDN网络验证15-16
• 2.2.3 基于策略接口的症状-故障建模16
• 2.3 软件定义网络(Software Defined Network,SDN)16-19
• 2.3.1 SDN体系结构16-17
• 2.3.2 OpenFlow协议17-19
• 2.4 基于FPGA的SDN网络设备—NetMagic19-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 基于OpenFlow的网络故障诊断22-40
• 3.1 问题分析22-26
• 3.2 系统设计26-34
• 3.2.1 网络拓扑测量27-28
• 3.2.2 链路参数测量28-32
• 3.2.3 网络流路径跟踪32-33
• 3.2.4 故障诊断33-34
• 3.3 实验与结果分析34-39
• 3.3.1 网络拓扑测量及感知35-36
• 3.3.2 链路吞吐量36-37
• 3.3.3 链路丢包率37-38
• 3.3.4 链路延迟38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 基于OpenFlow的链路故障恢复40-54
• 4.1 问题分析40-42
• 4.2 系统设计42-48
• 4.2.1 网络资源感知43-44
• 4.2.2 环路避免44-45
• 4.2.3 路由管理45-46
• 4.2.4 故障恢复46-48
• 4.3 实验与结果分析48-52
• 4.3.1 环路避免策略49-50
• 4.3.2 物理故障快速恢复50-51
• 4.3.3 性能故障快速恢复51-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 基于NetMagic的路径追踪实现54-62
• 5.1 系统设计54-58
• 5.1.1 基于NetMagic的网络拓扑测量54-56
• 5.1.2 路径探测报文生成56-57
• 5.1.3 数据报文传输标识信息收集57-58
• 5.2 实验与结果分析58-60
• 5.3 本章小结60-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 6.1 本文工作总结62-63
• 6.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 研究生阶段研究成果及发表学术论文情况65-66
• 参考文献66-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 程光;王玉祥;胡一非;郭晓军;;基于OpenFlow的链路故障诊断方法[J];北京邮电大学学报;2015年05期

2 毕军;胡虹雨;姚广;冯涛;;软件定义网络与FINE[J];中兴通讯技术;2013年05期

，

本文编号：1115658