基于TCAM的OpenFlow关键技术研究

发布时间：2017-03-29 22:21

  本文关键词：基于TCAM的OpenFlow关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着网络技术的飞速发展,当前的网络体系架构已经无法满足人们对于网络创新以及灵活性上的要求。网络管理人员无法在当前的网络体系下,部署新的网络协议。并且一旦网络的转发控制策略确定,很难进行修改。所有的这些问题都促使了一种全新的网络体系的出现,即软件定义网络体系(SDN)。软件定义网络体系旨在实现将转发策略与硬件链路分离,确保网络的创造性与灵活性。而OpenFlow协议就是一个非常优秀的支持软件定义网络体系架构的协议。但OpenFlow协议的推广与应用需要有支持OpenFlow协议的路由器。并且因为OpenFlow协议产生的时间较短,并不能很好的支持一些传统的网络功能的实现,比如QoS。针对以上的一些问题,本文研究与分析了实现OpenFlow路由器所需要的关键技术,对OpenFlow协议进行了扩展以更好的支持QOS功能的实现,设计并实现了OpenFlow路由器。本文的主要工作如下：(1)对实现OpenFlow路由器的关键技术进行了研究与分析。研究了适应OpenFlow网络架构的报文处理体系。还重点研究了基于TCAM的路由器表项高速匹配技术。在分析当前解决TCAM表项长度方法基础上,提出了基于MPLS协议的TCAM表项长度问题解决方案。(2)研究并发现了OpenFlow协议在支持QoS功能上的缺陷。分析了当前解决OpenFlow协议支持QoS功能缺陷的方法。提出了通过扩展完善OpenFLow协议来更好的支持QoS功能的方法。(3)设计并实现了一个OpenFlow路由器。重点设计并实现了路由器的软件架构。包括OpenFlow特有的报文转发通道架构,表项架构。还通过TCAM模块的设计实现了路由器表项的高速匹配。(4)通过OpenFlow路由器与相关测试工具,完成了对于OpenFlow关键技术的测试与验证。包括OpenFlow路由器平台基本转发性能测试,TCAM表项长度问题解决方案对比验证,以及支持QoS的OpenFlow协议扩展验证。本论文通过对OpenFlow关键技术的研究以及OpenFlow路由器的设计与实现,解决了OpenFlow路由器在实现过程中的一些关键技术问题,进一步促进了OpenFlow协议从理论走向实际应用。
【关键词】：SDN OpenFlow TCAM OpenFlow协议扩展 QoS MPLS
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.04
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 OpenFlow协议出现背景8-10
• 1.1.1 路由器技术发展困境8
• 1.1.2 SDN(Soflware Defined Network)软件定义网络的出现8-9
• 1.1.3 OpenFlow协议的出现9-10
• 1.2 基于OpenFlow协议的SDN路由器10-11
• 1.2.1 基于OpenFlow协议的SDN路由器的意义10
• 1.2.2 基于OpenFlow协议的SDN路由器的技术重点10-11
• 1.2.3 OpenFlow路由器与QoS11
• 1.3 论文组织结构11-12
• 第2章 OpenFlow关键技术研究12-25
• 2.1 OpenFlow网络体系分析12-13
• 2.2 OpenFlow报文处理体系研究13-18
• 2.2.1 OpenFlow报文转发管道13-14
• 2.2.2 传统路由器报文处理体系14
• 2.2.3 OpenFlow报文处理体系14-18
• 2.3 基于TCAM的表项高速匹配技术研究18-24
• 2.3.1 TCAM介绍18-19
• 2.3.2 OpenFlow体系中的TCAM技术19-21
• 2.3.3 TCAM表项长度问题分析21
• 2.3.4 TCAM表项长度问题原解决方案21-23
• 2.3.5 采用MPLS技术的TCAM表项长度问题解决方案23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 支持QOS的OpenFlow协议扩展研究25-32
• 3.1 网络QoS介绍25-26
• 3.1.1 QoS(Quality of Service)出现背景25
• 3.1.2 QoS(Quality of Service)相关技术25-26
• 3.2 OpenFlow协议构架下的网络QoS26-28
• 3.3 通过建立QoS控制单元支持QoS方案28-29
• 3.4 通过OpenFlow协议扩展支持QoS方案29-31
• 3.4.1 OpenFlow协议队列(Queue)功能扩展29-30
• 3.4.2 OpenFlow协议出端口(Output)功能扩展30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第4章 OpenFlow路由器的设计与实现32-57
• 4.1 基于OpenFlow协议的路由器硬件架构32-34
• 4.1.1 OpenFlow路由器32-33
• 4.1.2 主控板硬件结构33
• 4.1.3 网板硬件结构33-34
• 4.2 OpenFlow路由器平台软件设计实现34-50
• 4.2.1 报文转发软件概述34-35
• 4.2.2 报文预处理软件设计35-36
• 4.2.3 表的相关软件设计36-41
• 4.2.4 匹配区域相关软件设计41-45
• 4.2.5 匹配处理方式软件设计45-46
• 4.2.6 报文处理方式软件设计46-47
• 4.2.7 OpenFlow路由器状态信息上送软件设计47-49
• 4.2.8 虚拟路由器软件设计49-50
• 4.3 TCAM设计与实现50-56
• 4.3.1 TCAM硬件模块设计50-51
• 4.3.2 TCAM软件功能设计51-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 OpenFlow关键技术测试与验证57-71
• 5.1 TestCenter路由性能测试工具57
• 5.2 OpenFlow路由器基本性能测试57-66
• 5.2.1 二三层转发测试57-59
• 5.2.2 虚拟化测试59-60
• 5.2.3 网络拓扑管理对比测试60-62
• 5.2.4 VLAN虚拟局域网测试62-64
• 5.2.5 MPLS测试64-66
• 5.3 TCAM表项长度问题解决方案对比验证66-68
• 5.4 支持QoS的OpenFlow协议扩展验证68-70
• 5.4.1 队列(Queue)扩展对比验证68-69
• 5.4.2 出端口(Output)功能扩展验证69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-75

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