基于IPv6的SDN多控制器架构实现与优化

发布时间：2020-08-04 21:39

【摘要】：互联网已经成为生活中不可缺少的一部分,随着信息技术的不断发展和数据规模不断发展壮大,传统网络架构的限制导致网络越来越难以支撑新型技术的发展,例如云计算、大数据、物联网等。传统网络架构封闭的开发方式逐渐成为信息技术发展的短板,人们对网络提出了新的想法和要求。SDN(Software Defined Network)是一种新型的网络架构,核心观点是控制和转发相分离,从提出以来一直受到业内的关注。SDN经过不断地发展,结合OpenFlow协议为网络提供了新的解决方案。SDN架构中,最核心的位置在于其控制层面,控制器的性能很大程度会影响到网络的整体性能。在大规模网络中,控制器负载过高可能会带来全网服务能力的降级甚至导致网络瘫痪。针对这一情况,部署多控制器架构成为一种可行的解决方案。IPv6协议已经成熟,大规模部署指日可待,新的网络技术如果不能支持IPv6将难以适应未来的网络环境,SDN架构需要兼容IPv6才能继续发展。目前SDN最著名的南向协议OpenFlow协议已经能够支持IPv6。但是OpenFlow规定的流表转发方式对硬件要求较高,IPv6协议128位的地址长度会影响到网络转发性能,可以通过IPv6流标签实现对OpenFlow流表匹配的过程进行优化,提升IPv6网络中SDN多控制器架构的整体性能。本文在IPv6网络中,利用虚拟化开发平台Mininet和多台远程RYU控制器搭建SDN多控制器架构,考量SDN多控制器架构的技术难点,引入Zookeeper分布式服务系统实现多个控制器的协同工作和全网信息的管理。每台交换机通过IPv6地址连接到控制器。控制器之间的角色有主从之分,以避免多个控制器之间发生冲突。从优化流表的角度出发,利用IPv6流标签实现OpenFlow流表的匹配。最后通过实验证明多控制器架构的失效应付机制,并在使用IPv6流标签和未使用IPv6流标签两种情况下,从转发时延和时延抖动两个网络指标出发进行图表对比,证明SDN多控制器架构的可用性和相关优化方案的可行性。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.0
【图文】：

州大学硕士学位论文 IPv6 的 SDN 多控制器架构实现与优安全功能是标准化和强制性的，所有实现的新协议都必须考虑安全问题v6 协议在安全性方面也有 IPv4 不可比拟的优势。IPv6 协议中能够提供包括（数据包签名）、加密（数据机密性）以及端到端安全模型等安全模式，能保 DHCP、DNS、IPv6 移动性等端到端模型的安全问题。IPv6 还有许多其他优势：IPv6 流标签提供对数据流的支持，允许实现数优先级，确保高优先级流量（语音，数据，实时制造等）不会被其他不太重数据中断；IPv6 多播和任播，组播可以同时向注册接收数据的所有主机提供，能够提高会议效率，任播可以将数据传递给组中的一个主机，该技术可用有效地提高客户端/服务应用程序的容错率。IPv6 的报头格式简化的同时加强了对扩展报头和选项部分的支持，这简路由器或者交换机对于报头处理的过程且降低了处理报头的开销。扩展报头支持未来新型的网络应用。IPv6 的报头格式如图 2-1 所示

州大学硕士学位论文 IPv6 的 SDN 多控制器架构实现与优理。因此，互联网需要通过 SDN 技术来更轻松有效地控制和管理其网络资源(2) 对网络可编程性的需求：互联网需要更多智能控制系统来直接协调数大的路由器和交换机的行为。(3) 网络新兴服务的需求：由于客户希望建立特定目的服务（例如，按需“”，保证语音和数据流量的 QoS，即时间敏感），网络运营商和服务提供商应服务和网络基础设施之间的交互提供某种方法，然后应该将服务与其他现有的流量安全隔离。(4) 网络运营和管理的高度复杂性：随着网络复杂性的增加，网络运营商通过软件定义网络来代替配置网络，降低管理成本和运营复杂性。简而言之，当前的网络技术的特征在于：控制和数据平面紧密耦合、配置固定。通过与它们进行比较，软件定义网络是一种新的网络方法，其关键属括：控制和数据平面的分离、网络设备的集中可编程、支持多个孤立的虚拟。图 2-2 为 SDN 的参考架构示意图。

图 2-3 OpenFlow 协议架构示意图最底层是一组支持 OpenFlow 的交换机和路由器。每个 OpenFlow 交换机/由器都提供流表抽象，数据平面是一个简单但功能强大的代表节点的数据结构并由控制器通过 OpenFlow 协议（基于 SSL 通道）远程配置。每个流表条目有个不同的字段：匹配的流标题、对匹配执行的操作和统计的计数器，如图 2-4 所示：

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