软件定义光网络及OpenFlow扩展研究

发布时间：2020-07-17 07:53

【摘要】：随着大数据和云计算的飞速发展,传统网络架构日渐僵化,数据平面和控制平面的紧耦合设计导致在网络设备中新增一个功能需要一个漫长的周期。为了改善当前TCP/IP网络架构,软件定义网络(SDN)应用而生。得益于大容量、远距离、低成本等优点,光网络已取代传统传输网络,被广泛应用于现网之中。软件定义光网络(SDON)将光传输网络集成在SDN架构内,以利用光传输的优点。运营商可根据自身业务要求对网络的架构和功能进行动态编排,为光层资源提供统一的调度和控制能力。OpenFlow作为主要的SDN南向接口协议,对其进行光扩展可满足光网络的相关特性。本文结合光网络通用技术属性和光传送网案例,对OpenFlow协议扩展进行设计与实现,主要的工作如下:(1)分析了OpenFlow协议的技术实现,提出了基于TLV格式的OpenFlow扩展模型。具体到光网络业务配置,提出了新增消息类型Topo_Request/Reply和修改消息类型Flow_Mod/Multipart_Reply。新增消息类型用于获取光网络拓扑资源,修改已有消息类型用于添加光传输端口扩展和匹配字段扩展,匹配字段扩展实现了对底层光路径的创建、拆除和修改功能。(2)提出了基于OpenFlow代理的SDON架构,借助于OpenFlowJ-Loxi库,在Floodlight控制器上做扩展开发。对于作为代理设备的Open vSwith,本文设计了相应的光扩展模块,在与上层控制器通信的模块添加了所涉及的扩展代码,而在与底层光网络通信部分,选择用Mininet来模拟光网络。(3)通过自定义拓扑结构产生底层光网络,搭建了4个经过修改后的Open vSwith,使用Wireshark网络检测工具进行抓包,通过对数据包中的字节进行分析,验证了OpenFlow向光网络扩展的可行性。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1
【图文】：

丢弃数据包Table-miss的流表项？执行行动集* 下一表 大于之前的表号否图 3.2 OpenFlow v1.3 流表匹配流程图首先，数据包通过某端口进入交换机，交换机中的协议解析模块完成对数据包头的分根据分析结果选择对应的流表进行处理。在流表内部，解析出来的数据包内容会与各流表项进行比较。如果数据包匹配到流表的某一项，则交换机需要对该数据包执规定的处理操作；如果没有匹配成功，则会按照某种特定的指令来处理，比如丢弃给控制器。.3 控制器与交换机之间的消息类型OpenFlow 消息类型包含在 OpenFlow 头中，OpenFlow 头定义如下图 3.3 所示：

交换机连接的活跃性，也可用于测量其延迟或带宽，在接收方收送方回复消息；Error 消息在交换机或控制器发生错误时出现，主Experimenter 是为 OpenFlow 交换机提供附加功能的消息，可作为型。LV 格式的 OpenFlow 扩展方案imenter 消息字段enter 消息为 OpenFlow 协议的扩展提供了一种标准的方式。OF v1配字段，改为具有 TLV（Type-Length-Value）结构的可扩展匹配，使消息可以支持Experimenter消息扩展。可以说正是有了Experimen议才可以实现向光网络扩展。Experimenter 消息结构体如定义如图

仅仅有 Experimenter 消息还无法实现协议的扩展，还需要基于 TLV 结构的可扩展XM）。在 OpenFlow 流表定义中，控制器下发的每一个流表表项都会包含一到多个报文进入交换机时会和这些匹配项比较，若是匹配成功，表项中的动作也相应的被文上。不难想象，网络中的报文种类繁多，想要能够匹配每一种报文，匹配项的列增长。在 OF v1.1 之前，使用长度固定的数据结构来表述所有的匹配项，把所有的包括其中。这种设计方式有两个弊端，一是匹配结构体固定，所有的匹配都包含在一流表的时候即是不需要这个匹配项，控制器也要一并下发至交换机，增加了网络开糕的是，这样的设计毫无扩展性，若想要增加新的匹配项就只能更新一遍 OpenFlo从 OF v1.2 开始，OXM 匹配结构体被设计出来，用来替代之前版本的固定长度的体，它采用 Type-length-value 结构，所以也被称作 OXMTLV。新版本中的匹配结如下图 3.5 所示：

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;软件定义卫星已成卫星制造商必备品[J];中国航天;2019年11期

2 尤政;;“软件定义”塑造软件产业新格局[J];金融电子化;2018年07期

3 黎英;余杰;吴丹;王叶茵;张中阳;;软件定义应用于“星融网”的初步构想[J];卫星应用;2019年03期

4 袁志;向雄;;软件定义网络异常流量抑制方法仿真研究[J];计算机仿真;2019年07期

5 肖辰;;软件定义存储的优势及具体实现[J];数字通信世界;2019年09期

6 李嘉麒;孙恩昌;王卓;王金京;张延华;;软件定义无线网络-综述与展望[J];中国电子科学研究院学报;2017年06期

7 无忌;;从“软件定义”产业到“软件定义产业链”[J];高科技与产业化;2017年12期

8 徐康庭;;软件定义网络关键技术及相关问题[J];通讯世界;2018年01期

9 赵世佳;;汽车产业进入“软件定义”时代[J];中国工业评论;2018年Z1期

10 陈建光;王聪;梁晓莉;;国外软件定义卫星技术进展[J];卫星与网络;2018年04期

相关会议论文 前10条

1 陈建光;王聪;梁晓莉;;国外软件定义卫星技术进展[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

2 闫迪;焦义文;刘培杰;吴涛;史学书;;软件定义测控基带关键技术[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

3 任勃;张明昆;刘建平;吴涛;胡科飞;;软件定义卫星公共服务平台的设计与实现[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

4 王竹刚;孙冬雪;周玉婷;;软件定义模拟地面站构架设计[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

5 赵军锁;吴凤鸽;刘光明;李丹;潘晏涛;;发展软件定义卫星的总体思路与技术实践[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

6 汪花;;软件定义网络技术在广电监测系统中的应用研究[A];中国新闻技术工作者联合会2017年学术年会论文集（优秀论文篇）[C];2017年

7 严国强;张杰勇;雷鸣;;基于软件定义网络的抗毁网络仿真研究[A];第四届中国指挥控制大会论文集[C];2016年

8 吕争;蔺祥宇;徐明明;麻丽香;朱宇;;一种基于软件定义的通导遥一体化有效载荷架构设计[A];第四届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2017年

9 王玮;吉彦超;陈有梅;张科科;高源;;软件定义卫星硬件模块化设计研究[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

10 张杰;赵永利;;软件定义移动核心网[A];全国第17次光纤通信暨第18届集成光学学术会议——SDN、网络架构、技术经济和设计权衡专辑[C];2015年

相关重要报纸文章 前10条

1 中国信息通信研究院技术与标准研究所 徐云斌 孟海军 赵星;软件定义光网络迈向何方？[N];人民邮电;2019年

2 谢静;我国软件定义存储和超融合市场增速加快[N];人民邮电;2019年

3 中国工业报记者 孟凡君;苗圩：强化软件定义在新兴领域融合应用[N];中国工业报;2019年

4 沈春蕾 高子越;我国首颗软件定义卫星成功发射[N];中国科学报;2018年

5 谢静;为用户减负是软件定义存储领域新挑战[N];人民邮电;2019年

6 中国信息通信研究院技术与标准研究所 徐云斌 孟海军 赵星;5G时代，软件定义光网络不断进化[N];人民邮电;2019年

7 本报记者 计红梅;软件定义汽车成发展趋势[N];中国科学报;2019年

8 记者 王大鹏 范开元 许晓;2019软件定义卫星高峰论坛在我市举办[N];日照日报;2019年

9 本报记者 许晓 范开元;逸兴壮思飞 蓄力向九天[N];日照日报;2019年

10 时报记者 张文弟;软件定义互连环境时代开启[N];滨海时报;2019年

相关博士学位论文 前10条

1 保金桢;软件定义光电混合数据中心网络关键技术研究[D];国防科技大学;2017年

2 任双印;基于网络演算的软件定义网络服务质量研究[D];国防科技大学;2018年

3 陈嘉成;软件定义无线网络中面向业务的资源管理技术研究[D];上海交通大学;2018年

4 刘宇泽;软件定义光网络资源虚拟化与控制方法研究[D];北京邮电大学;2018年

5 赵婵婵;软件定义网络中若干安全问题研究[D];北京交通大学;2018年

6 李国志;软件定义网络的数据流调度策略研究[D];西南大学;2018年

7 费宁;无线环境下软件定义网络服务质量优化算法研究[D];南京航空航天大学;2017年

8 宋健;基于软件定义的移动网络传输优化研究[D];清华大学;2017年

9 袁斌;云数据中心软件定义网络数据层可生存性保障机制研究[D];华中科技大学;2018年

10 于笑;软件定义星座通信系统关键技术研究[D];东北大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 姚杰;软件定义网络中控制器部署策略研究[D];重庆邮电大学;2019年

2 朱叶;基于软件定义存储的OpenStack云平台设计与实现[D];南京师范大学;2019年

3 彭岩;软件定义卫星网络安全增强关键技术研究[D];国防科技大学;2017年

4 白子秋;基于NVMeOF的软件定义存储设计与实现[D];中国电子科技集团公司电子科学研究院;2019年

5 谭阿才;软件定义光收发机中均衡与复用技术研究[D];上海大学;2019年

6 王莅晟;基于流请求的软件定义网络负载优化问题研究[D];战略支援部队信息工程大学;2019年

7 陶佩莹;SDN中基于SVM的异常流量识别技术研究[D];南京邮电大学;2019年

8 吴阕;基于软件定义广域网的协议无感知路由转发[D];南京邮电大学;2019年

9 胡留峗;软件定义网络中流表优化及攻击检测机制研究与应用[D];南京邮电大学;2019年

10 陈子建;软件定义光网络及OpenFlow扩展研究[D];南京邮电大学;2019年

本文编号：2759170