SDN在云网络ARP通信量优化中的应用研究

发布时间：2018-04-19 03:01

本文选题：云数据中心 + 云计算　；参考：《成都理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：云计算技术是在传统网络、存储和虚拟化的基础上堆叠出来的一个综合性技术栈,旨在改变传统资源的利用方式和利用率。数据中心作为云计算首要应用场景,迫切需要这种资源利用方式提高计算、存储和网络资源利用率。传统的非云的数据中心,以客户端-服务端模式为主即南北向流量;当今的云数据中心中,以大数据为代表的分布式计算造就了与以往不一样的流量模型即东西向流量。在云计算数据中心中,东西向网络流量模型需要更低的虚机间的时延,结合云架构分析以及网络虚拟化,同时,虚拟机迁移对大二层的需求,对传统网络带来了更大的挑战。更是由于传统的二层网络天生的缺陷性,对二层广播报文的泛洪处理机制,更是难以应对云数据中心的大二层的需求。大二层技术提出是为了实现跨数据中心的虚拟机迁移,全局可二层通信,保障数据中心数据高可用性。但是传统二层网络的先天缺陷性,导致二层的规模不能太大,会产生广播风暴,广播风暴会进一步降低网络性能,导致网络波动和延迟增高。传统的基于网络泛洪的广播报文处理机制就是限制大二层发展的决定性因素。大量的广播报文泛洪占用了宝贵的网络带宽资源,而且广播风暴除了占据网络带宽,同时也会消耗专用网络处理器的处理时间和资源,造成更大的网络延迟。正是由于基于泛洪的二层广播报文的处理机制导致了局域网的arp攻击,局域网arp攻击就是利用的二层广播的设计上的缺陷性,以伪造arp响应的方式改变网络数据流量的走向,分析和窃取同网络用户的各种数据。因而,基于泛洪的广播报文处理机制已经完全限制了云数据中心的发展。软件定义网络(SDN)作为一种渐渐成熟的网络技术,渐渐的展现出了它的优势,尤其是在数据中心中的应用。全局的信息掌控能力以及逻辑上集中控制是其核心设计思想;以一定的标准定义底层转发设备并将其控制功能抽象到控制器端;其提供北向接口快速定义、部署和调整网络配置,灵活多变。本论文针对云数据中心的大二层、网络虚拟化、广播报文泛洪以及软件定义网络的全局信息掌控和逻辑上集中的特点,设计一种避免广播报文泛洪的处理机制,在云平台虚拟网络处修改初始化的信息并拦截arp请求,利用SDN控制器的全局信息掌控的能力,把arp请求在云虚拟网络中按照SDN的OpenFlow通信协议发送到SDN控制器,并利用SDN控制器框架提供的北向API接口设计自定义arp处理机制,伪造arp响应。这种设计避免广播报文在网络中泛洪,有效的降低了网络链路的带宽负载和通信时延。结合当前数据中心业务的网络流量特点和OpenStack云网络架构,设计云网络初始化和特定协议数据的走向。按照我们设计的思想,在对OpenStack现阶段网络的最大兼容性的基础上,对OpenSta ck云网络的网络流量的架构上做出最小最优的调整。在论文的第二章节,主要是完成对OpenStack对虚拟交换机初始化的修改,除了要实现对默认流表的添加,还需要对底层网络虚拟化端的虚拟交换机也要做出相应的修改,以匹配修改的目的;根据我们的优化设计,我们分析了OVS的工作机制和架构,首先对OVS自定义动作的分析和实现,完成对自定义动作的添加。然后我们按照OVS的框架的设计特点对自定义动作的解析和执行。在论文的第三章,首先分析了选用的控制器的架构设计及技术特征,根据架构的协议数据结构的定义和事件分配处理机制,设计和实现了ARP分流机制以提高控制器的响应速度,并进一步修改控制器框架实现对arp请求的全局处理,至此实现了OpenStack的arp无洪泛定向处理。论文的第四章主要是对本设计的功能上的验证和性能分析,对本设计的优化效果在针对性的参数上做了验证和对比分析,证明了本设计的优化效果。总之,结合SDN设计思想实现一种无洪泛的广播流量处理机制在网络性能上的改变是显而易见的。
[Abstract]:Cloud computing technology is a comprehensive technology stack which is stacked on the basis of traditional network , storage and virtualization . It is designed to improve the utilization and utilization of traditional resources . On the basis of the maximum compatibility of the current network of OpenSta ck , the minimum optimal adjustment is made on the network traffic structure of OpenSta ck cloud network . In the second chapter of the paper , we mainly finish the modification of the initialization of the virtual switch . In chapter 3 of the paper , we analyze the architecture design and the architecture of OVS . In chapter 3 of the paper , we analyze the design and implementation of OVS . Then we design and implement ARP shunting mechanism to improve the response speed of the controller . In the third chapter , we design and implement ARP shunting mechanism to improve the response speed of the controller .

【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP393.0

【参考文献】