高速SDN交换机性能测试平台的研究与实现
发布时间：2021-03-26 18:17
软件定义网络技术（Software Defined Networking,SDN）的快速发展给传统交换机性能测试技术带来了全新的挑战。一方面,商用交换机性能测试仪无法满足SDN交换机南向协议的快速更迭;另一方面,开源交换机性能测试软件无法适配工业级SDN交换机的高速数据转发能力。本文研究分析了高速SDN交换机的性能测试目标,提出了一种软硬件结合的高速灵活精确的性能测试方案,针对新华三S5560X-34S-EI交换机进行了测试验证。核心工作如下:（1）通过分析SDN交换机的发展趋势和已有性能测试结果,总结出其性能测试的核心目标为:精确的测量结果、灵活的南向协议适配能力以及高速数据转发测试能力。（2）针对南向协议性能测试目标提出了灵活精确的性能测试方案,该方案采用软件构造、捕获和分析报文,保证了灵活的南向协议扩展能力;采用硬件对流量进行时间标记,保证了精确的测试结果。针对数据转发性能测试目标提出了高速精确的性能测试方案,该方案采用硬件来产生和统计高速流量,保证了高速的数据转发测量能力;采用软件来控制硬件行为和显示测量结果,保证了系统的易用性。（3）以OpenFlow协议为例基于FAST架构...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OFTEST测试原理图[37]
电子科技大学硕士学位论文16OFLOPS通过引入FPGA来管理数据信道，提高了数据包的发送和接收速率和据信道报文的时间戳精度，但是OFLOPS也存在一系列的问题。首先，NetFPGA1G硬件中的流量生成功能受限于DRAM内存模块读取速度的限制，数据包捕获功能则受限于驱动程序与Linux内核协议栈的集成设计。在发送100字节数据包时，测得流量生成速率可达800Mbps，无损流量捕获速率仅为100Mbps。其次，与数据面相比，OFLOPS更大的问题在于NetFPGA无法用于提高控制信道报文的时间戳精确度，由于控制信道底层使用TCP进行通信，控制信道的报文无法绕过协议栈直接使用硬件来发送和接收。因此OFLOPS系统中针对控制信道事件获取的时间戳依然是软件采集的，南向协议事件精确度限制了一些测试例的精度。最后，与OFTest类似，OFLOPS的框架也是针对OpenFlow协议高度定制化的，该框架开放给用户编写测试例的回调接口与OpenFlow协议强耦合，无法针对其他南向协议进行扩展。图3-2OFLOPS测试架构图[10]之后，剑桥大学的RotsosC等人为了进一步提高数据面流量的生成和捕获能力，将开源网络测试仪OSNT与OFLOPS相结合，推出了OFLOPS-Turbo。该系统对OFLOPS中发包和抓包的模块使用OSNT进行了增强。组成了如图3-3所示的测试系统。OSNT是一个开源的高性能网络测试仪，能够进行高速的流量生成和捕获，并且通过GPS校正的硬件时间戳，可以显著提高交换机性能测试精度。OSNT平台经过测试，可以使用小数据包生成高达20Gbps速率的流量，同时流量捕获系
第三章高速SDN交换机性能测试目标研究与方案设计17统为应用程序提供了基于DMA的直接访问能力，可以捕获每个报文固定长度实现无损的20Gbps流量捕获能力。OFLOPS-Turbo使用OSNT平台彻底解决了OFLOPS数据面流量生成和捕获能力的短板，使得整个系统测试时数据面的探测能力大大提高。但由于整个系统架构完全照搬OFLOPS，因此在南向协议流量捕获能力和协议扩展方面依然存在之前描述的问题。图3-3OFLOPS-Turbo测试架构图[9]综上，目前公开的测试方案都是针对OpenFlow协议特殊定制开发的，在系统架构设计时没有充分考虑其他南向协议测试，系统的可扩展性比较差。同时，控制信道大多都采用有状态的协议进行通信，流量需要经过CPU进行处理，无法介入硬件来精确获取报文的时间戳。现有的方案普遍采用1GbE的网卡作为控制信道，采用软件方案获取控制面报文时间戳。3.3高速灵活精确SDN交换机性能测试方案设计从3.2的几个典型测试方案可以抽象出典型的测试场景如图3-4所示。在测试场景中测试系统通过一系列的数据信道和一条控制信道与待测交换机连接。在测试过程中，测试系统首先通过控制信道向交换机下发一定的配置，然后通过数据信道/控制信道发送报文来触发待测交换机的行为，最后通过在数据信道/控制信道捕获目标报文来计算交换机的执行动作所花费的时间，进而得到交换机的性能表现。下面，首先针对3.1.2中提出的系统可扩展目标，给出SDN交换机性能测试整体方案，然后分别针对南向协议和数据转发性能测试的不同目标在整体方案的
【参考文献】：
期刊论文
[1]SDN/NFV测试方法的研究[J]. 穆琙博,马军锋,徐骁麟. 中兴通讯技术. 2017(02)
[2]5G网络技术研究现状和发展趋势[J]. 王胡成,徐晖,程志密,王可. 电信科学. 2015(09)
[3]5G中的SDN/NFV和云计算[J]. 刘旭,李侠宇,朱浩. 电信网技术. 2015(05)
硕士论文
[1]基于排队论的软件定义网络分组转发性能模型研究[D]. 黎维.长沙理工大学 2017
本文编号：3102030
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OFTEST测试原理图[37]
电子科技大学硕士学位论文16OFLOPS通过引入FPGA来管理数据信道，提高了数据包的发送和接收速率和据信道报文的时间戳精度，但是OFLOPS也存在一系列的问题。首先，NetFPGA1G硬件中的流量生成功能受限于DRAM内存模块读取速度的限制，数据包捕获功能则受限于驱动程序与Linux内核协议栈的集成设计。在发送100字节数据包时，测得流量生成速率可达800Mbps，无损流量捕获速率仅为100Mbps。其次，与数据面相比，OFLOPS更大的问题在于NetFPGA无法用于提高控制信道报文的时间戳精确度，由于控制信道底层使用TCP进行通信，控制信道的报文无法绕过协议栈直接使用硬件来发送和接收。因此OFLOPS系统中针对控制信道事件获取的时间戳依然是软件采集的，南向协议事件精确度限制了一些测试例的精度。最后，与OFTest类似，OFLOPS的框架也是针对OpenFlow协议高度定制化的，该框架开放给用户编写测试例的回调接口与OpenFlow协议强耦合，无法针对其他南向协议进行扩展。图3-2OFLOPS测试架构图[10]之后，剑桥大学的RotsosC等人为了进一步提高数据面流量的生成和捕获能力，将开源网络测试仪OSNT与OFLOPS相结合，推出了OFLOPS-Turbo。该系统对OFLOPS中发包和抓包的模块使用OSNT进行了增强。组成了如图3-3所示的测试系统。OSNT是一个开源的高性能网络测试仪，能够进行高速的流量生成和捕获，并且通过GPS校正的硬件时间戳，可以显著提高交换机性能测试精度。OSNT平台经过测试，可以使用小数据包生成高达20Gbps速率的流量，同时流量捕获系
第三章高速SDN交换机性能测试目标研究与方案设计17统为应用程序提供了基于DMA的直接访问能力，可以捕获每个报文固定长度实现无损的20Gbps流量捕获能力。OFLOPS-Turbo使用OSNT平台彻底解决了OFLOPS数据面流量生成和捕获能力的短板，使得整个系统测试时数据面的探测能力大大提高。但由于整个系统架构完全照搬OFLOPS，因此在南向协议流量捕获能力和协议扩展方面依然存在之前描述的问题。图3-3OFLOPS-Turbo测试架构图[9]综上，目前公开的测试方案都是针对OpenFlow协议特殊定制开发的，在系统架构设计时没有充分考虑其他南向协议测试，系统的可扩展性比较差。同时，控制信道大多都采用有状态的协议进行通信，流量需要经过CPU进行处理，无法介入硬件来精确获取报文的时间戳。现有的方案普遍采用1GbE的网卡作为控制信道，采用软件方案获取控制面报文时间戳。3.3高速灵活精确SDN交换机性能测试方案设计从3.2的几个典型测试方案可以抽象出典型的测试场景如图3-4所示。在测试场景中测试系统通过一系列的数据信道和一条控制信道与待测交换机连接。在测试过程中，测试系统首先通过控制信道向交换机下发一定的配置，然后通过数据信道/控制信道发送报文来触发待测交换机的行为，最后通过在数据信道/控制信道捕获目标报文来计算交换机的执行动作所花费的时间，进而得到交换机的性能表现。下面，首先针对3.1.2中提出的系统可扩展目标，给出SDN交换机性能测试整体方案，然后分别针对南向协议和数据转发性能测试的不同目标在整体方案的
【参考文献】：
期刊论文
[1]SDN/NFV测试方法的研究[J]. 穆琙博,马军锋,徐骁麟. 中兴通讯技术. 2017(02)
[2]5G网络技术研究现状和发展趋势[J]. 王胡成,徐晖,程志密,王可. 电信科学. 2015(09)
[3]5G中的SDN/NFV和云计算[J]. 刘旭,李侠宇,朱浩. 电信网技术. 2015(05)
硕士论文
[1]基于排队论的软件定义网络分组转发性能模型研究[D]. 黎维.长沙理工大学 2017
本文编号：3102030
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/ydhl/3102030.html
