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        基于SDN的路徑優(yōu)化與仿真

        2020-04-01 20:15:56金海峰孔珊珊
        計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò) 2020年20期
        關(guān)鍵詞:軟件定義網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡路徑優(yōu)化

        金海峰 孔珊珊

        摘要:針對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)面臨的組網(wǎng)靈活性差、資源規(guī)模擴(kuò)展有限,以及星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)極易引發(fā)的單點故障問題,提出了基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)的冗余網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案。介紹了SDN技術(shù),詳細(xì)闡述了SDN數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)流表集中控制,以及數(shù)據(jù)選路優(yōu)化等,對SDN的實現(xiàn)提供了有效方法。

        關(guān)鍵詞:軟件定義網(wǎng)絡(luò);路徑優(yōu)化;負(fù)載均衡;OpenFlow

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

        0引言

        傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是分布式控制的架構(gòu),每臺設(shè)備都包含獨(dú)立的控制平面和數(shù)據(jù)平面。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)是在物理上將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離,控制平面控制多個設(shè)備,通過控制器中的軟件平臺去控制底層硬件,實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源靈活的按需調(diào)配[1]。在SDN中,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只負(fù)責(zé)單純的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。SDN架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有直接可編程、資源分配更合理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)更敏捷,以及統(tǒng)一控制、集中部署等優(yōu)點[2]。

        1 SDN

        SDN的目標(biāo)在于使得網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)者、運(yùn)維人員無需過多了解底層網(wǎng)絡(luò)的情況,只需通過集中化控制平臺對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速部署與實時調(diào)整,以迅速適應(yīng)變化的業(yè)務(wù)需求。SDN架構(gòu)由SDN應(yīng)用層、SDN控制器、SDN交換機(jī),以及SDN北向接口、SDN南向接口組成。SDN控制器是整個SDN網(wǎng)絡(luò)的核心,網(wǎng)絡(luò)管理員通過SDN控制器來控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行,如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、流量控制等。SDN控制器已經(jīng)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(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型及路徑優(yōu)化策略

        2.1網(wǎng)絡(luò)建模

        園區(qū)網(wǎng)接入設(shè)備選用RG-S2928G-E V3系列交換機(jī),支持千兆網(wǎng)絡(luò)和OpenFlow,可以和SDN Controller相互配合,搭建大規(guī)模二層架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。園區(qū)網(wǎng)核心層設(shè)備選用RG-S5750C系列交換機(jī),支持千兆網(wǎng)絡(luò)、VSU、OpenFlow、鏈路聚合等技術(shù),和SDN Controller相互配合搭建大規(guī)模二/三層架構(gòu)網(wǎng)絡(luò),2臺核心交換機(jī)分別與接入交換機(jī)互聯(lián)。園區(qū)網(wǎng)出口網(wǎng)關(guān)選用RG-EG2000,支持靜動態(tài)路由、二三層鏈路聚合,以及NAT、上網(wǎng)行為管理等技術(shù)。園區(qū)網(wǎng)SDN Controller選用RG-ONC系列智能開放網(wǎng)絡(luò)控制器,RG-ONC通知其采用Java OSGi模塊化技術(shù)架構(gòu),可支持整網(wǎng)數(shù)千個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)點的集中管理調(diào)度,上千條流表和上萬個子網(wǎng)可以適應(yīng)各種規(guī)模的SDN網(wǎng)絡(luò)控制需求。

        SDN網(wǎng)絡(luò)包括業(yè)務(wù)子網(wǎng)和管理子網(wǎng)兩部分,業(yè)務(wù)子網(wǎng)包括終端設(shè)備、接入交換機(jī)、核心交換機(jī)及出口網(wǎng)關(guān)等,主要實現(xiàn)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信、Internet互聯(lián)等。管理子網(wǎng)包括SDN控制器和SDN交換機(jī),主要功能包括SDN控制器下發(fā)流表給SDN交換機(jī),以及SDN交換機(jī)向SDN控制器請求數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則,具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

        2.2路徑優(yōu)化策略

        圖2描述了主機(jī)H1訪問H5時的數(shù)據(jù)走向,報文首先由sw1發(fā)送至sw3,再由sw3轉(zhuǎn)發(fā)給H5,H5響應(yīng)報文則由sw5轉(zhuǎn)發(fā)給了sw4,最終報文由sw4轉(zhuǎn)發(fā)給sw1。相應(yīng)地,交換機(jī)sw2上的主機(jī)報文參照此策略設(shè)計,整個傳送過程充分利用了鏈路,實現(xiàn)了鏈路的負(fù)載均衡。

        3在Mininet平臺中仿真測試

        3.1 Mininet平臺

        Mininet是一款網(wǎng)絡(luò)仿真平臺,是斯坦福大學(xué)Nick McKeown的研發(fā)小組基于Linux Container架構(gòu)研發(fā)而成,Mininet支持OpenFlow,Openv Switch,RYU,F(xiàn)loodlight,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?fù)?/p>

        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(jī)、交換機(jī),并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。

        3.3查看端口互聯(lián)信息

        查看方法:mininet> links。

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

        3.4設(shè)計數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則

        交換機(jī)sw1,sw3,sw5上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(jī)sw1的eth3上的數(shù)據(jù)包。

        (2)通過Wireshark軟件獲取交換機(jī)sw3的eth1上的數(shù)據(jù)包。

        (3)通過Wireshark軟件獲取交換機(jī)sw4的eth3上的數(shù)據(jù)包。

        分析圖3、圖4和圖5,可以得出主機(jī)H1 ping H5的數(shù)據(jù)包,從交換機(jī)sw1出發(fā)后,自交換機(jī)sw3轉(zhuǎn)發(fā)給交換機(jī)sw5;從交換機(jī)sw5返回的數(shù)據(jù)包,自交換機(jī)sw4轉(zhuǎn)發(fā)給交換機(jī)sw1,發(fā)送數(shù)據(jù)的選路與接收數(shù)據(jù)的選路不同路,實現(xiàn)了鏈路的負(fù)載均衡。

        4結(jié)束語

        在Mininet搭建的仿真網(wǎng)絡(luò)中,通過Python進(jìn)行仿真網(wǎng)絡(luò)建模,ODL控制器集中下發(fā)交換機(jī)流表,優(yōu)化數(shù)據(jù)包的鏈路選擇,一方面實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)控制平面和數(shù)據(jù)通信平面的分離,同時也實現(xiàn)了鏈路上數(shù)據(jù)的負(fù)載均衡,為后續(xù)SDN網(wǎng)絡(luò)的研究提供了良好的技術(shù)參考。

        參考文獻(xiàn)

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

        [2]劉果,陳凡,李劍鋒,等.構(gòu)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(xiàn)OpenFlow交換機(jī)流表控制[J].連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2019,32(1):22-24.

        [4]李寧,郝志安,李艷,等.OpenFlow網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)與仿真研究[J].計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),2014,40(17):60-62.

        [5]黃家瑋,劉敬玲,徐文茜,等.軟件定義網(wǎng)絡(luò)的實驗教學(xué)方案設(shè)計[J].計算機(jī)教育,2017(3):152-154.

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

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