面向软件定义网络的数据包路径测量方法设计与应用

发布时间：2020-07-15 11:25

【摘要】：随着网络规模的扩大,体量的增加,结构和功能的复杂化,网络的管理和诊断面临着前所未有的挑战。网络测量技术的使用大大降低了网络管理和诊断的难度。数据包路径测量是最具代表性的网络测量技术之一。通过测量数据包的传输路径,可以协助网络系统完成各种类型的网络管理和诊断任务。已有的面向SDN网络的数据包路径测量方法存在网络开销大、通用性和鲁棒性不足的问题,难以在大规模的SDN网络中应用。如何面向SDN网络设计一种高效实用的数据包路径测量方法,是本文重点研究的问题。本文的主要贡献有以下三点:1.本文提出了一种面向软件定义网络的基于路径编码的数据包路径测量方法UniROPE。相比于已有方法,UniROPE具有轻量级,通用性和鲁棒性强的特点。UniROPE通过数据流分析,动态选择使用本文设计的两种数据包路径追踪算法中较优的一种,以保证方法的准确性和高效性。2.本文使用最新的SDN数据面编程语言P4在交换机上实现了UniROPE方法,使交换机能够实现数据包高速处理,并且验证了UniROPE方法在真实网络场景的实用性。3.本文在UniROPE方法的基础上,设计了一种网络监测系统UniSys,并在该系统上实现了三个具体的网络管理和诊断的应用,进一步验证了UniROPE方法的有效性。本文在不同的平台上通过实验验证了UniROPE方法的性能。实验结果表明,UniROPE适用于所有类型的网络拓扑,具有接近100%的测量准确率。UniROPE不会造成交换机的存储开销。当使用UniROPE方法时,交换机的吞吐率仅仅降低了1%至5%。即使在网络出现故障的情况下,UniROPE仍能在造成较少网络开销的情况下保证极高的测量准确率。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.02
【图文】：

网络架构

一种创新型网络架构⑴。ＳＤＮ技术通过将网络的控制平面与数据平面解耦，使网逡逑络应用从网络基础设施中抽象出来，进而实现网络能够按照需求灵活构建，以适逡逑应不同的网络应用场景。图１．１描述了邋ＳＤＮ的网络架构：底层为数据平面，由逡逑大量网络设备构成，如交换机、服务器、防火墙等；控制平面则由ＳＤＮ控制器逡逑构成，向下控制数据平面的网络功能，向上对接网络业务应用需求。ＳＤＮ的核心逡逑１逡逑

流程图,交换机,流程,数据包

Ｔａｒｇｅｔ邋Ｓｗｉｃｔｈ逡逑图２．１［１３］使用Ｐ４配置交换机的流程逡逑图２．２详细描述了邋Ｐ４交换机处理器的模型。其中，配置模块负责数据包头部逡逑解析器的实现，设置ｍａｔｃｈ邋＋邋ａｃｔｉｏｎ阶段流表的执行顺序，并指定每个阶段需要用逡逑到的数据包头部字段。配置模块决定了交换机支持的协议和数据包处理的方式。逡逑派发阶段则负责向ｍａｔｃｈ邋＋邋ａｃｔｉｏｎ表添加、删除或修改表项。派发模块决定了在给逡逑定时间段内应用于数据包的处理规则。当数据包到达交换机时，首先由解析器进逡逑行数据包头部解析。解析器辨识和提取头部字段，数据部分则直接放入缓存区。逡逑随后，提取的头部字段被依次发送到各阶段的ｍａｔｃｈ邋＋邋ａｃｔｉｏｎ表。Ｍａｔｃｈ邋＋邋ａｃｔｉｏｎ逡逑的操作被分为入口（ｉｎｇｒｅｓｓ）和出口（ｅｇｒｅｓｓ）两个阶段，每个阶段都能够对数据逡逑包头部进行修改。Ｉｎｇｒｅｓｓ阶段的ｍａｔｃｈ邋＋邋ａｃｔｉｏｎ操作决定了数据包的转发端口，逡逑以及数据包最终进入的转发等待队列。在ｉｎｇｒｅｓｓ阶段，数据包可能被转发、复制逡逑（用于组播）、丢弃

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逡逑图２．３使用Ｐ４实现示例应用的部分代码逡逑图２．３展示了在ＳＤＮ交换机上使用Ｐ４实现该应用的关键代码。关键字逡逑“ｐａｒｓｅｒ”定义了数据包头部的解析过程。数据包头部解析完毕后，数据包进入逡逑ｉｎｇｒｅｓｓ阶段。关键字“ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｉｎｇｒｅｓｓ”定义了该阶段对数据包的执行的处理操作。逡逑交换机首先查看ｉｐｖ４协议头部的ｔｔｌ字段的值是否为初始值６４。ｔｔｌ字段的值将在逡逑１４逡逑

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