一种层次化SDN控制面架构的设计与实现

发布时间：2017-08-07 08:03

  本文关键词：一种层次化SDN控制面架构的设计与实现

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【摘要】：当前互联网已经成为世界上应用最广泛的基础设施之一,伴随着云计算、物联网、移动互联网等新兴业务的不断涌现,互联网的规模也在快速增长,而传统基于TCP/IP的网络体系由于其先天设计不足存在灵活性差、管控复杂,导致利用率低下等问题,已经无法满足互联网高速发展的需求,各个国家的企业与研究机构都已经开始着手新一代互联网的研究。在这种背景下软件定义网络(SDN)应运而生,作为一种新型网络部署架构,其最主要特点是将网络中的控制面与数据面分离,由SDN的控制面掌控全局网络资源,网络的拓扑收集、路由计算、流量管理等功能在控制器中完成,而数据面中的交换机只保留转发功能,控制器与交换机之间通过OpenFlow协议通信,实现对整个网络的控制。目前SDN多以单一集中式控制器为主,这种方式虽然简单易部署,但是在大规模网络环境中,控制器有限的资源与处理能力将造成网络的可扩展性问题,因此本文的研究工作重点在于设计实现能够改进SDN可扩展性的控制面架构。本文首先阐述了SDN的体系架构与特征,对OpenFlow技术相关的控制器、交换机以及OpenFlow协议做了深入了解,之后对业界主要的三类针对SDN可扩展性问题的解决方案进行了举例说明分析,理解了它们的技术特征与优缺点。然后以此为基础结合拓扑聚合的思想,提出了一种层次化控制面架构,该架构在控制面中以树状结构部署多控制器,通过分区与聚合将大规模复杂网络抽象成分层的小规模网络,限制每个控制器管理网络的规模,降低了控制面的决策代价,从而改进了SDN网络的可扩展性。最后改造了开源控制器Ryu使其支持层次化控制面架构,并利用Mininet网络仿真平台进行了层次化控制面架构的相关实验,验证了架构设计的可行性与合理性。
【关键词】：计算机网络 软件定义网络 OpenFlow 控制面 层次架构
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.02
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-16
• 1.1 研究背景11-14
• 1.2 本文主要研究工作14
• 1.3 本文的组织结构14-16
• 2 SDN/OpenFlow相关研究16-31
• 2.1 SDN概述16-18
• 2.2 OpenFlow概述18-25
• 2.2.1 控制器18-19
• 2.2.2 OpenFlow交换机19-22
• 2.2.3 数据分组的处理流程22-23
• 2.2.4 OpenFlow协议23-25
• 2.3 SDN可扩展性研究现状25-30
• 2.3.1 控制面多线程技术方案25-26
• 2.3.2 数据面引入逻辑控制方案26-27
• 2.3.3 分布式控制面解决方案27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 层次化控制面架构的设计31-47
• 3.1 层次化控制面架构概述31-34
• 3.2 网络拓扑管理设计34-41
• 3.2.1 拓扑发现设计34-37
• 3.2.2 区域划分与拓扑聚合策略37-39
• 3.2.3 拓扑同步设计39-41
• 3.3 数据流建立41-43
• 3.3.1 域内数据流建立过程41-42
• 3.3.2 域间数据流建立过程42-43
• 3.4 层次化控制面架构总结分析43-46
• 3.4.1 控制面的决策代价43-44
• 3.4.2 控制面的结构复杂度44
• 3.4.3 网络的可控性44-45
• 3.4.4 网络的可靠性45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 层次化控制面架构的实现47-58
• 4.1 Ryu控制器47-48
• 4.2 控制器总体设计48-49
• 4.3 拓扑管理模块49-54
• 4.3.1 拓扑发现与同步49-52
• 4.3.2 拓扑生成52-53
• 4.3.3 拓扑聚合53-54
• 4.4 路由管理模块54-57
• 4.4.1 数据流建立54-55
• 4.4.2 选路算法55-56
• 4.4.3 上层流表分析56-57
• 4.5 北向组件模块57
• 4.6 本章小结57-58
• 5 层次化控制面架构实验验证58-68
• 5.1 实验环境58-60
• 5.1.1 Mininet58
• 5.1.2 网络拓扑定义58-59
• 5.1.3 实验环境部署59-60
• 5.2 层次化控制面架构拓扑管理实验60-62
• 5.2.1 拓扑发现实验60-61
• 5.2.2 拓扑聚合实验61
• 5.2.3 拓扑同步实验61-62
• 5.2.4 拓扑管理实验小结62
• 5.3 层次化控制面架构通信实验62-66
• 5.3.1 网络域内验证实验63-65
• 5.3.2 网络域间验证实验65-66
• 5.3.3 通信实验小结66
• 5.4 层次化控制面架构性能实验66-67
• 5.5 本章小结67-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 论文总结68
• 6.2 工作展望68-70
• 参考文献70-72
• 作者简历72-74
• 学位论文数据集74

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本文编号：633570