软件定义网络中协议无感知转发的关键技术研究

发布时间：2020-09-10 08:56

　　 软件定义网络(SDN)实现了网络控制平面和数据平面的分离,使得网络的可编程性越来越高。OpenFlow是SDN中最早的实现技术,OpenFlow将数据平面设备的行为抽象为“匹配+动作”的处理范式,并基于该抽象设计了与控制平面的协议接口。然而,OpenFlow的数据平面采用协议依赖的设计,仍1旧限制了网络的可编程性。近年来,随着互联网应用的不断发展,新协议新业务不断出现,协议无关转发(PIF)技术的研究得到了越来越多的人的关注。协议无感知转发(POF)是首个基于PIF思想提出的技术,旨在使数据平面可以摆脱对特定协议的依赖,支持任意协议字段的匹配和处理。然而,当前POF作为新型网络技术,在发展上仍1旧面临着如下问题:1)缺乏完善的生态系统环境支持。支持POF的控制器和交换机极少。2)交换机流表资源有限。SDN交换机的中的流表匹配可以实现非常精确的细粒度的流量管控,然而通常实现表的硬件资源(TCAM等)较为昂贵且能耗高,如何在细粒度的流量控制下减少流表资源开销是一个有待进一步研究的方向。3)缺乏支持协议无关的网络虚拟化技术。根据底层物理网络资源向租户提供支持自定义协议匹配和处理的虚拟网络有着非常诱人的前景。本文针对以上POF面临的问题,逐一设计了解决方案。具体的研究内容和贡献如下:·在控制平面上,我们设计并实现了一个具有完整POF功能的控制器。该控制器可以实现对POF交换机的管控,并且提供了 POF相关的北向接口,有利于协议无关的应用开发。在数据平面上,我们通过利用DPDK技术加速了 POF软件交换机的数据包处理能力。并且,我们还搭建了跨广域网的POF网络实验床,并在其中部署了所研制的POF控制器和交换机。·基于POF设计了一套源路由转发方案,即POSR。该方案设计了专用的源路由首部,并使用POF提供的流指令集设计和实现了交换机的包处理流程。相比较传统方案,POSR可有效减少首部封装开销,并减少交换机中流表项的使用。·提出并实现了基于协议无关概念下的SDN网络虚拟化平台,即SR-PVX。在SR-PVX中,通过源路由转发和流表虚拟化技术,可以高效地为租户提供支持POF编程的虚拟SDN网络服务。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP393.02
【部分图文】：

封闭的生态环境同时也抑制了网络技术的革新。逡逑软件定义网络（Ｓｏｆｔｗａｒｅ－Ｄｅｆｉｎｅｄ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＳＤＮ）是针对以上问题提出的一逡逑种新型网络架构类型。如图１．１所示是ＳＤＮ网络架构图［１０，邋１１］。这种架构以控制逡逑平面和数据平面分离为基本原则，采用开放且标准化的控制面数据面之间的通逡逑信协议（南向通信接口），使得网络的控制和管理不依赖于特定的网络硬件，并逡逑能够提供一套灵活的网络应用程序编程接口（北向通信接口），方便网络管理员逡逑通过一个逻辑集中的控制平面使用软件灵活的对数据面转发行为进行编程。逡逑ＯｐｅｎＦｌｏｗ［１２］是最著名的ＳＤＮ实现技术，其诞生于斯坦福大学的Ｃｌｅａｎ邋Ｓｌａｔｅ逡逑项目，由Ｎｉｃｋ邋ＭｃＫｅｏｗｎ教授等人提出。如图１．２所示，ＯｐｅｎＦｌｏｗ采用了数据平逡逑面和控制平面分离的设计，其数据平面采用“Ｍａｔｃｈ－ａｎｄ－Ａｃｔｉｏｎ”的行为抽象，网逡逑络设备的控制平面功能被抽取到一个远程集中式的控制器中，只保留了数据转逡逑发路径（ｄａｔａｐａｔｈ）和简单的控制支撑功能。控制器和交换机之间的通信接口采逡逑１逡逑

图１．３协议无关转发［２］逡逑

图１．２邋ＯｐｅｎＦＩｏｗ交换机［１】逡逑

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7 王s

本文编号：2815630