软件定义网络数据平面的可扩展性问题研究

发布时间：2021-01-31 14:16

　　当前网络存在互联网用户规模持续增长、互联网应用领域日益广阔、网络基础设施建设越发庞大三个显著特征。在这种情况下,传统网络架构暴露出体系结构复杂、资源冗余度高、网络管理受限三大缺陷。而网络体系架构是支撑网络工程设计的基本原则。在这种状态下,软件定义网络（Software Defined Networking,SDN）的概念应运而生。SDN通过控制与转发分离,可以有效的简化网络体系结构,提高资源利用率,实现细粒度网络管理。经典软件定义网络架构实质上是一种响应式的（Reactive）流处理方式。控制平面根据新到来的流信息,计算路径并下发表项,交换机根据存储在流表项中的规则来转发流量。而在实际网络中,一方面,随着网络规模不断扩大,这种控制与转发分离的响应式的流处理方式,会造成极大的数据平面与控制平面之间的通信负载、数据平面流转发的等待延迟和控制平面的计算负载;另一方面,交换机的流表项资源非常有限,如果每条流都需要消耗大量流表项资源,则会造成数据平面表项资源不足。响应式的流处理方式和有限的流表项资源给软件定义网络的数据平面的可扩展性带来了极大的挑战,因此本文致力于解决不同应用场景下软件定义网络数... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１本论文研究动机与思路??６??

本章主要介绍本论文会涉及到的相关软件定义网络的基础知识。首先介绍??软件定义网络的基本架构，然后介绍ＳＤＮ交换机的流表与组表，接着介绍ＳＤＮ??交换机中多级流表的流水线工作流程，最后介绍网络中两种主流的转发模式：响??应式转发与前摄式转发。??２．１软件定义网络架构??软件定义网络是将网络的控制平面与数据平面分离开来的一种新型网络架??构。其主要包括应用平面、控制平面、数据平面，以及连接应用平面和控制平面??的北向接口和连接控制平面和数据平面的南向接口（如图２．１所示）。??

第２章相关基础知识??Ｆｌｏｗ?Ｔａｂｌｅ?ｏｆ?Ｖｉ??ａ?＾?Ｄｓｔ?Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ??■———??３．０．０．１?Ｇｒｏｕｐ：５５６６??Ｇｒｏｕｐ?Ｔａｂｌｅ?ｏｆ?Ｖｊ??Ｉ?Ｉ?Ｇｒｏｕｐ?Ａｃｔｉｏｎ??Ｕ２＾＾〇．〇．ｌ?Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ?Ｂｕｃｋｅｔｓ???ｆｉ＼Ｕｌ?Ｕ３?５５６６?Ｂｕｃｋｅｔｌ：ｏｕｔｐｕｔ＝２，Ｗｅｉｇｈｔ＝０．４??＿１＜＾??Ｌｂ——．６｜??图２．２流表与组表间的交互示意图??实现负载均衡，我们在交换机Ｗ上安装了如下图所示的流表项和组表项。具体??来说，对于目的地为３．０．０．１?（主机ｕ３）的流，交换机＾通过流表项将其导向组表??项５５６６，组表项５５６６通过设置动作桶，可以实现多径加权转发，从而达到负载??均衡的效果。在该图中，我们将４０％的流量转发至端口?２?（即交换机ｕ２），６０％的??流量转发至端口?３?（即交换机吻）。数据流通过匹配流量表条目导向组表项，再??通过设置组表条目的动作桶的动作以及权重，实现数据流的多径加权转发。需要??注意的是，多径转发一般是根据五元组信息，通过ｈａｓｈ来实现。因此，一般是??对宏流实现多径转发，对每条微流依然进行单径转发，从而避免了数据包重排序??的问题。??２．３?ＳＤＮ交换机中的流水线处理流程??根据ＯｐｅｎＦｌｏｗ协议［５￡）］可知，ＳＤＮ／ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机包含多张转发表，而且??这些转发表可以以流水线的形式与数据包包头信息依次进行匹配。现在主流的??ＳＤＮ交换机（比如Ｐｉｃａ８?３２９７交换机［５１］、ｂａｒｅｆｏｏｔ交换机［５２］）也同样包含多张??


本文编号：3011031