基于软件定义网络的应用层能力虚拟化方法设计与验证

发布时间：2017-07-16 19:07

  本文关键词：基于软件定义网络的应用层能力虚拟化方法设计与验证

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【摘要】：互联网络构架经过多年的发展,逐渐从一个应用范围单一的专用网络转变为包罗万象、连接世界的庞然大物。时至今日,互联网用户越来越丰富的网络应用需求以及爆发式增长的网络流量与互联网“老旧”构架间的矛盾愈发明显。 软件定义网络(Software-Defined Networking,简称SDN)便是斯坦福大学的研究者针对这一问题的解答。经过多年发展,软件定义网络的概念从简单的实验新型协议发展为控制转发分离、软硬件分离、网络虚拟化等一系列网络能力软化重构的代名词,它不仅是对旧问题的回答,更是对未来网络组织形式的展望。 OpenFlow协议是软件定义网络的核心技术之一,作为控制器与转发设备间的桥梁,其现行的1.X版本仅支持三层以下的网络控制,需要转发设备的智能支持,无法做到真正的控制与转发分离。考虑到软件定义网络的设计初衷及OpenFlow协议的潜力,将OpenFlow协议的控制范围拓展至四层以上是完全可行的。 ZOpenFlow协议是笔者基于OpenFlow协议改进而成,该协议以{“偏移量”,“长度”}定位机制为基础,数据包操作为工具,真正实现了转发设备协议无感知以及智能最小化,达成了网络中控制与转发的分离。ZOpenFlow协议不仅更好的实现了软件定义网络的初衷,还为软件定义网络提供了一种基于“控制器决策,流表承载,转发设备操作”模式的网络功能实现方法。为验证ZOpenFlow协议框架下的软件定义网络,笔者通过对Pyretic控制器以及Open vSwitch转发设备进行修改,在Mininet网络实验环境中完成了基于ZOpenFlow协议的软件定义网络搭建。 笔者选取应用层网关作为网络应用层能力的代表,不借助第三方设备,仅依靠ZOpenFlow协议机制在实验环境中实现了应用层网关功能,并通过改造后的Mininet网络实验环境对该功能的可行性及性能进行了测试与评估,验证了基于ZOpenFlow协议框架的软件定义网络对四层以上网络功能的控制能力。
【关键词】：软件定义网络 OpenFlow 应用层网关 虚拟化
【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】：TP393.04
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 传统网络面临的问题9-10
• 1.1.2 软件定义网络的发展10-11
• 1.1.3 OpenFlow协议的实现与不足11-12
• 1.2 研究工作12-16
• 1.2.1 OpenFlow协议的改造13-14
• 1.2.2 基于拓展OpenFlow协议的ALG实现14-15
• 1.2.3 基于Mininet的实验平台搭建15
• 1.2.4 基于Mininet的ALG评测15-16
• 1.3 创新点16-17
• 1.4 论文组织结构17-19
• 第二章 SDN网络结构及OpenFlow协议介绍19-25
• 2.1 软件定义网络的理论与构架19-21
• 2.1.1 软件定义网络的基础理论与目标19-20
• 2.1.2 软件定义网络的标准结构20-21
• 2.2 OpenFlow协议的功能与实现21-22
• 2.2.1 OpenFlow协议在软件定义网络中的功能21-22
• 2.2.2 以OpenFlow协议为基础的“四元素”构架22
• 2.3 相关工作22-25
• 2.3.1 协议独立性转发22-23
• 2.3.2 拓展软件定义网络构架23-24
• 2.3.3 协议无感知转发24-25
• 第三章 OpenFlow协议的改造与实现25-44
• 3.1 OpenFlow协议改造25-30
• 3.1.1 原协议实现方式25-26
• 3.1.2 改造目的26-27
• 3.1.3 改造方案设计27-30
• 3.2 控制器改造30-35
• 3.2.1 Pyretic介绍及使用方式说明30-32
• 3.2.2 改造目的32
• 3.2.3 具体改造方案32-35
• 3.2.3.1 PPOX原有功能的重编写33-35
• 3.2.3.2 应用层网关辅助模块35
• 3.3 交换设备改造35-40
• 3.3.1 Open vSwitch介绍36
• 3.3.2 改造目的36-37
• 3.3.3 具体改造方案37-40
• 3.3.3.1 数据包识别功能改造37-38
• 3.3.3.2 Open vSwitch包操作功能增强38-40
• 3.4 基于ZOpenFlow协议的应用层网关实现40-44
• 3.4.1 传统应用层网关实现方式40-41
• 3.4.2 基于ZOpenFlow协议的ALG过程41-44
• 第四章 测试环境的搭建与应用44-59
• 4.1 Mininet介绍44-47
• 4.1.1 Mininet功能44-45
• 4.1.2 Mininet代码结构45-47
• 4.2 测试方案47-48
• 4.2.1 可行性测试47-48
• 4.2.2 性能测试48
• 4.2.3 压力测试48
• 4.3 Mininet的改写与插件编写48-51
• 4.4 测试环境设计与搭建51-53
• 4.4.1 测试环境设计51-52
• 4.4.2 测试环境搭建52-53
• 4.5 测试过程53-56
• 4.5.1 可行性测试54
• 4.5.2 性能测试54-55
• 4.5.3 压力测试55-56
• 4.6 测试结果56-59
• 第五章 结语59-61
• 5.1 工作总结59
• 5.2 未来工作的展望59
• 5.3 结束语59-61
• 参考文献61-63
• 致谢63-64
• 攻读学位期间发表的学术论文目录64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 蒋培成;陈鸣;李兵;;OpenFlow软交换机的性能测量[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2013年01期

2 吴许俊;王永利;;基于POX的软件定义网络的研究与实践[J];计算机测量与控制;2013年12期

3 周烨;李勇;王芳;杨旭;苏厉;金德鹏;曾烈光;;基于OpenFlow的网络实验平台技术[J];清华大学学报(自然科学版);2012年11期

4 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：550101