OpenFlow网络中数据包解析方法的优化与实现

发布时间：2017-09-06 23:21

  本文关键词：OpenFlow网络中数据包解析方法的优化与实现

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【摘要】：近年来,伴随着互联网的不断发展,它已经成为人们日常生活中不可或缺的获取即时信息的平台。而且现有技术在多年的积累和发展之后,现有的网络设备和协议栈基础可能会阻碍网络创新试验的正常数据通信，，成为网络创新型试验进行的瓶颈。这个问题成为新型网络协议在实际网络中推广使用的一大障碍,使得新型网络协议很难再实际应用中产生大的影响。 OpenFlow作为一种基于SDN的新型网络交换模型它以控制平面和数据转发平面相分离为核心思想,使得网络控制权集中化管理,并且它是一种协议无关的交换模型,能够实现底层网络结构对上层应用是透明的。另外,从软件定义网络的命名就可以看出,它有天生的可编程性,因此在灵活性、可扩展性方面具有很大优势,这也使得网络的自动化管理和可控性得到了极大的提高。它展现出来的各种特性能够很好地解决目前网络架构所面临的规模扩展性差、网络结构灵活性差的问题,并且能够适应高速网络中的各种业务需求。 虽然经过近些年的不断发展,OpenFlow已经成为SDN领域中非常重要的南向标准接口之一,但它在现实应用中仍然存在着问题和挑战。(1)转发性能不高。OpenFlow网络中所有报文处理均由流表规则决定,而不是采用传统网络协议栈分层进行。在一组流表中同时包含了传统协议栈中二层、三层、四层的协议信息,而这就会造成单条流表项包含多层协议栈的字段,当数据报文在OpenFlow网络中流转时,需要参与匹配的字段相对于传统交换设备要大很多。这虽然在一定程度上保证了网络的灵活程度,但是却造成转发性能下降的问题。(2)流表规模。在传统的交换设备中,采用TCAM作为存储器的匹配字段长度均按照字段本身长度进行存储,并通过设定最大值的方式获取较小的存储消耗。而在OpenFlow网络中,对于协议字段长度不再进行区分,一律采用最大长度作为存储单元。在OpenFlow VI.0中,流表项匹配字段长度就达到252bit,而在传统网络中中通常只有60bit到80bit。而在现有的OpenFlow版本中,匹配字段不断增加,使得流表规模也相应增大。 本文对于OpenFlow网络中存在的上述问题进行了较为深入的研究。首先,在了解OpenFlow网络中软件交换机报文解析过程和传统的软件报文解析方法的基础上,提出了一种针对OpenFlow网络的报文解析结构,实现了对于OpenFlow软件交换机报文解析性能的提升。其次,研究了OpenFlow软件交换机的流表结构及流表匹配详细流程,设计出了一种流表快速匹配模型,通过该模型可以简化数据报文在流表中的匹配流程,提升从报文解析到报文转发的速率。最后,针对多核平台的特点,提出了整个报文解析模型的软件并行化实施方案。通过实验结果表明,本文提出的改进模型对于数据报文在OpenFlow网络中转发性能的提升具有很大的作用。
【关键词】：OpenFlow 报文解析 流表匹配 多核平台
【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4-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题背景及意义10-13
• 1.1.1 未来网络的要求11
• 1.1.2 对未来网络架构的研究11-13
• 1.2 研究内容及意义13-15
• 1.3 本文创新点15
• 1.4 论文内容以及结构综述15-17
• 第二章 OpenFlow相关研究17-24
• 2.1 OpenFlow概述17
• 2.2 OpenFLow网络架构17-22
• 2.2.1 OpenFlow控制器17-18
• 2.2.2 OpenFlow交换机18-22
• 2.3 报文分类及原理22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 OPENFLOW网络数据报文解析机制24-30
• 3.1 引言24-25
• 3.2 总体设计结构25-26
• 3.3 协议解析二叉树模型26-29
• 3.3.1 协议解析二叉树的构建27-28
• 3.3.2 数据报文解析模块解析过程28-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第四章 解析结果与流表快速匹配模型30-40
• 4.1 引言30
• 4.2 解析结果特征码提取30-31
• 4.3 流表快速匹配模型31-39
• 4.3.1 流表快速匹配模型的构建33-34
• 4.3.2 匹配模型的动态调整策略34-38
• 4.3.3 流表快速匹配模型的操作方案38-39
• 4.4 本章小结39-40
• 第五章 多核平台软件并行优化技术40-48
• 5.1 软件并行化概述40
• 5.2 系统线程分配40-42
• 5.2.1 线程类别的定义40-41
• 5.2.2 系统工作模式定义41
• 5.2.3 并行工作模式分解41-42
• 5.3 数据报文解析模型的架构42-44
• 5.3.1 模型架构概述42-43
• 5.3.2 模块之间的关系分解43
• 5.3.3 系统模块在多核平台下优化43-44
• 5.4 解析结构在多核平台下的优化44-46
• 5.4.1 解析结构的数据分解44-46
• 5.4.2 解析结构的任务分解46
• 5.5 流表快速匹配模型在多核平台下的优化46-47
• 5.3.1 流表快速匹配模型的数据分解46-47
• 5.4.2 快速匹配模型的任务分解47
• 5.6 本章小结47-48
• 第六章 实验及结果分析48-54
• 6.1 实验环境和平台48-49
• 6.2 实验流程49-51
• 6.2.1 报文解析结构与现有结构对比实验49
• 6.2.2 流表快速匹配模型与现有多级流表对比试验49-50
• 6.2.3 软件并行性优化前后模型性能对比实验50-51
• 6.3 结果及分析51-54
• 6.3.1 报文解析结构与现有结构对比实验51
• 6.3.2 流表快速匹配模型与现有多级流表对比实验51-52
• 6.3.3 软件并行性优化前后模型性能对比实验52-54
• 第七章 总结和展望54-56
• 7.1 本文工作总结54-55
• 7.2 未来工作展望55-56
• 参考文献56-58
• 致谢58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘中金;李勇;苏厉;金德鹏;曾烈光;;弹性协议可定制的网络数据平面结构及其映射算法[J];电子与信息学报;2014年07期

2 吕昭;李韬;;基于OpenFlow的报文分类算法研究与实现[J];计算机工程与科学;2014年05期

3 董永吉;郭云飞;;面向转发的双向高速报文解析结构[J];西安交通大学学报;2013年02期

4 吴承治;罗正华;;可编程的网络——软件定义网络(续)[J];现代传输;2013年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 杨帆;基于多核平台的网络流量监测研究与优化[D];北京邮电大学;2011年

本文编号：806032