金海峰 孔珊珊

摘要：針對傳統網絡面臨的組網靈活性差、資源規(guī)模擴展有限，以及星型拓撲網絡極易引發(fā)的單點故障問題，提出了基于軟件定義網絡（SDN）的冗余網絡架構方案。介紹了SDN技術，詳細闡述了SDN數據選路優(yōu)化策略，借助Mininet仿真軟件和ODL控制器。仿真研究了SDN建模和網絡流表集中控制，以及數據選路優(yōu)化等，對SDN的實現提供了有效方法。

關鍵詞：軟件定義網絡；路徑優(yōu)化；負載均衡；OpenFlow

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2020）20-71-3

0引言

傳統網絡是分布式控制的架構，每臺設備都包含獨立的控制平面和數據平面。軟件定義網絡（SDN）是在物理上將網絡的控制平面與數據轉發(fā)平面進行分離，控制平面控制多個設備，通過控制器中的軟件平臺去控制底層硬件，實現對網絡資源靈活的按需調配[1]。在SDN中，網絡設備只負責單純的數據轉發(fā)。SDN架構的網絡具有直接可編程、資源分配更合理、數據轉發(fā)更敏捷，以及統一控制、集中部署等優(yōu)點[2]。

1 SDN

SDN的目標在于使得網絡的開發(fā)者、運維人員無需過多了解底層網絡的情況，只需通過集中化控制平臺對網絡進行快速部署與實時調整，以迅速適應變化的業(yè)務需求。SDN架構由SDN應用層、SDN控制器、SDN交換機，以及SDN北向接口、SDN南向接口組成。SDN控制器是整個SDN網絡的核心，網絡管理員通過SDN控制器來控制網絡的運行，如數據轉發(fā)、流量控制等。SDN控制器已經比較成熟，種類繁多，主流的SDN控制器包括開源控制器和商業(yè)控制器，常見開源SDN控制器有RYU、Floodlight、OpenDaylight等。其中OpenDaylight最具影響力、活躍度最高，不少商業(yè)控制器由ODL改造生成[3]。

2雙核心網絡架構模型及路徑優(yōu)化策略

2.1網絡建模

園區(qū)網接入設備選用RG-S2928G-E V3系列交換機，支持千兆網絡和OpenFlow，可以和SDN Controller相互配合，搭建大規(guī)模二層架構網絡。園區(qū)網核心層設備選用RG-S5750C系列交換機，支持千兆網絡、VSU、OpenFlow、鏈路聚合等技術，和SDN Controller相互配合搭建大規(guī)模二/三層架構網絡，2臺核心交換機分別與接入交換機互聯。園區(qū)網出口網關選用RG-EG2000，支持靜動態(tài)路由、二三層鏈路聚合，以及NAT、上網行為管理等技術。園區(qū)網SDN Controller選用RG-ONC系列智能開放網絡控制器，RG-ONC通知其采用Java OSGi模塊化技術架構，可支持整網數千個網絡設備節(jié)點的集中管理調度，上千條流表和上萬個子網可以適應各種規(guī)模的SDN網絡控制需求。

SDN網絡包括業(yè)務子網和管理子網兩部分，業(yè)務子網包括終端設備、接入交換機、核心交換機及出口網關等，主要實現園區(qū)網絡業(yè)務數據通信、Internet互聯等。管理子網包括SDN控制器和SDN交換機，主要功能包括SDN控制器下發(fā)流表給SDN交換機，以及SDN交換機向SDN控制器請求數據轉發(fā)規(guī)則，具體網絡拓撲如圖1所示。

2.2路徑優(yōu)化策略

圖2描述了主機H1訪問H5時的數據走向，報文首先由sw1發(fā)送至sw3，再由sw3轉發(fā)給H5，H5響應報文則由sw5轉發(fā)給了sw4，最終報文由sw4轉發(fā)給sw1。相應地，交換機sw2上的主機報文參照此策略設計，整個傳送過程充分利用了鏈路，實現了鏈路的負載均衡。

3在Mininet平臺中仿真測試

3.1 Mininet平臺

Mininet是一款網絡仿真平臺，是斯坦福大學Nick McKeown的研發(fā)小組基于Linux Container架構研發(fā)而成，Mininet支持OpenFlow，Openv Switch，RYU，Floodlight，OpenDaylight等多種控制器，與Linux完全兼容，因此在Mininet上開發(fā)和測試的代碼可快捷遷移到真實的硬件平臺上[4]。

3.2定制仿真拓撲

①建立腳本文件mytopo.py

②編輯腳本文件[5]，參照下列方法，定義類、主機、交換機，并實現網絡互連。

3.3查看端口互聯信息

查看方法：mininet> links。

執(zhí)行命令links后，可以得知網絡端口互聯信息。比如，“h1-eth0<->sw1-eth3 （OK OK）”代表含義是：主機h1的端口eth0與交換機sw1的端口eth3互聯，并且鏈路正常。

3.4設計數據轉發(fā)規(guī)則

交換機sw1，sw3，sw5上的數據轉發(fā)規(guī)則如表1、表2和表3所示。

3.5測試驗證

（1）通過Wireshark軟件獲取交換機sw1的eth3上的數據包。

（2）通過Wireshark軟件獲取交換機sw3的eth1上的數據包。

（3）通過Wireshark軟件獲取交換機sw4的eth3上的數據包。

分析圖3、圖4和圖5，可以得出主機H1 ping H5的數據包，從交換機sw1出發(fā)后，自交換機sw3轉發(fā)給交換機sw5；從交換機sw5返回的數據包，自交換機sw4轉發(fā)給交換機sw1，發(fā)送數據的選路與接收數據的選路不同路，實現了鏈路的負載均衡。

4結束語

在Mininet搭建的仿真網絡中，通過Python進行仿真網絡建模，ODL控制器集中下發(fā)交換機流表，優(yōu)化數據包的鏈路選擇，一方面實現了網絡控制平面和數據通信平面的分離，同時也實現了鏈路上數據的負載均衡，為后續(xù)SDN網絡的研究提供了良好的技術參考。

參考文獻

[1]程麗明.SDN環(huán)境部署與OpenDaylight開發(fā)入門[M].北京：清華大學出版社，2018.

[2]劉果，陳凡，李劍鋒，等.構建SDN仿真實驗平臺的探討與實踐[J].軟件，2015，36（6）：103-108.

[3]滕步煒.Mininet模擬環(huán)境中實現OpenFlow交換機流表控制[J].連云港職業(yè)技術學院學報，2019，32（1）：22-24.

[4]李寧，郝志安，李艷，等.OpenFlow網絡架構實現與仿真研究[J].計算機與網絡，2014，40（17）：60-62.

[5]黃家瑋，劉敬玲，徐文茜，等.軟件定義網絡的實驗教學方案設計[J].計算機教育，2017（3）：152-154.

[6]張俊.基于Mininet和Open Day Light的SDN構建[J].無線互聯科技，2015（18）：5-7.