OpenFlow网络中子网隔离和资源分配的研究与实现

发布时间：2017-05-23 23:02

  本文关键词：OpenFlow网络中子网隔离和资源分配的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着网络规模的急剧膨胀和应用类型的持续丰富,作为数据中心网络核心的交换机,承载功能不断扩展,使得交换机数据转发单元已经变得臃肿不堪。交换机厂商出于自身技术和市场占有率考虑,只能通过命令行接口等方式对外开放少量功能,不利于研究人员灵活地进行新型网络体系结构的实验,同时也增大了网络管理员配置和维护网络的成本,难以满足当前云计算环境下快速增长和变化的网络需求。 OpenFlow技术的出现为解决该问题提供了技术保障。在OpenFlow网络中网络结构被划为控制平面和转发平面,其中控制平面的控制器拥有全局网络拓扑信息,可以对网络中所有交换机进行统一控制,而转发平面的OpenFlow交换机仅根据控制器的规则进行数据包转发工作。这种控制与转发相分离的机制,非常利于网络管理员对网络的集中管理和配置,可以很好地解决传统网络可控性较差的问题。 然而,目前OpenFlow技术尚处于研究阶段,未广泛应用在实际的云计算环境中,来提供公有云的网络虚拟化服务,并且传统技术不易用于解决公有云服务中的多租户私有网络隔离和物理资源合理分配的问题。 为了解决上述问题,本论文提出了OpenFlow网络子网隔离和资源分配系统的设计与实现方法。首先,用户可根据实际物理网络需求,动态创建和修改相互隔离的虚拟私有网络,增加用户使用的安全性。通过私有网络连接到绑定公网IP的路由器,从而私有网络内的虚拟主机可以对外提供服务。其次,通过本文提出的全局路径最优算法,实现虚拟网络到物理网络的映射,从而对物理网络资源合理分配,提高物理网络的资源利用率和链路负载均衡。 论文首先介绍了OpenFlow、数据中心网络的概念,分析了OpenFlow网络子网隔离和资源分配系统提出的背景及意义；再对OpenFlow网络子网隔离和资源分配系统中所使用的相关技术进行了介绍；在此基础上,分析了系统的具体需求,明确了系统需要实现的主要功能,然后,针对子网隔离和资源分配核心问题,通过对比已有方案的优缺点提出了可行的解决方案；基于系统具体需求和解决方案,本文提出了系统总体架构设计方案,详细介绍了系统中各功能模块之间的交互关系,对各子模块的实现进行了详细阐述；本文最后对系统进行了测试,对测试结果进行了分析,并总结全文提出建议和需要进一步研究和完善的地方。
【关键词】：软件定义网络 OpenFlow 子网隔离 资源分配
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.07
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12
• 1.3 论文主要工作12-13
• 1.4 论文组织与结构13-15
• 第二章 相关技术简介15-23
• 2.1 OPENFLOW技术概述15-20
• 2.1.1 SDN架构15-16
• 2.1.2 OpenFlow协议16-18
• 2.1.3 OpenvSwitch虚拟交换机18-19
• 2.1.4 OpenFlow控制器19-20
• 2.2 数据中心网络20-21
• 2.3 REST简介21-22
• 2.4 小结22-23
• 第三章 OPENFLOW网络子网隔离与资源分配系统需求分析23-30
• 3.1 系统在云环境中的位置23-24
• 3.2 功能性需求24-25
• 3.3 非功能性需求25-26
• 3.4 接口需求26-29
• 3.5 小结29-30
• 第四章 关键问题研究与解决30-38
• 4.1 网络隔离方案的选择30-33
• 4.1.1 网络隔离功能描述30
• 4.1.2 网络隔离方案对比30-31
• 4.1.3 方案的选择31-33
• 4.2 物理网络资源分配方案33-37
• 4.2.1 物理网络资源分配策略功能描述33
• 4.2.2 资源分配方案对比33-34
• 4.2.3 方案算法描述34-35
• 4.2.4 算法性能分析35-37
• 4.3 小结37-38
• 第五章 OPENFLOW网络子网隔离和资源分配系统总体设计38-43
• 5.1 系统总体设计38-39
• 5.2 系统模块间关系39-41
• 5.3 系统工作流程41-42
• 5.4 小结42-43
• 第六章 系统关键模块的设计与实现43-64
• 6.1 系统详细模块图43
• 6.2 用户鉴权和管理模块设计与实现43-47
• 6.2.1 用户鉴权和管理模块架构设计43-44
• 6.2.2 请求鉴权处理流程图说明44-45
• 6.2.3 用户鉴权和管理模块的典型场景说明45-46
• 6.2.4 类图及接口说明46-47
• 6.3 虚拟网络管理模块设计与实现47-54
• 6.3.1 虚拟网络管理模块架构设计47-48
• 6.3.2 路由器管理子模块状态转换说明48-49
• 6.3.3 虚拟网络管理模块的典型场景说明49-51
• 6.3.4 类图及接口说明51-54
• 6.4 物理网络管理模块设计与实现54-59
• 6.4.1 物理网络管理模块架构设计54-55
• 6.4.2 物理网络拓扑生成流程图说明55-56
• 6.4.3 物理网络管理模块的典型场景说明56-57
• 6.4.4 类图及接口说明57-59
• 6.5 资源分配策略模块设计与实现59-63
• 6.5.1 资源分配策略模块架构设计59-60
• 6.5.2 策略模块处理流程说明60-61
• 6.5.3 资源分配策略模块的典型场景说明61-62
• 6.5.4 类图及接口说明62-63
• 6.6 小结63-64
• 第七章 系统测试64-75
• 7.1 测试环境64-66
• 7.1.1 硬件环境64
• 7.1.2 软件环境64-65
• 7.1.3 部署方案65-66
• 7.2 主要模块测试用例66-67
• 7.2.1 用户鉴权和管理模块服务调用测试66
• 7.2.2 物理网络管理模块接口调用测试66-67
• 7.2.3 资源分配策略模块接口调用测试67
• 7.3 主要集成测试用例67-74
• 7.3.1 用户创建虚拟网络和路由器67-69
• 7.3.2 用户将虚拟主机加入到虚拟网络中69
• 7.3.3 用户将虚拟网络加入到路由器69-73
• 7.3.4 用户将公网IP绑定到路由器73-74
• 7.4 测试结果74
• 7.5 小结74-75
• 第八章 总结与展望75-77
• 8.1 论文总结75
• 8.2 研究展望75-77
• 参考文献77-79
• 致谢79-80
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 欧阳峥峥;;基于校园网的网络安全体系的构建[J];福建电脑;2008年04期

2 蔡森焱;徐畅;任勇毛;;云计算环境中的数据中心网络架构设计[J];科研信息化技术与应用;2012年03期

3 左青云;陈鸣;赵广松;邢长友;张国敏;蒋培成;;基于OpenFlow的SDN技术研究[J];软件学报;2013年05期

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本文编号：389265