首页> 中文学位 >广域网下一种基于OpenFlow的标签路由设计与标签分配研究
【6h】

广域网下一种基于OpenFlow的标签路由设计与标签分配研究

代理获取

目录

声明

摘要

插图索引

表格索引

第1章 绪论

1.1 软件定义网络(SDN)的发展背景

1.1.1 软件定义网络(SDN)的定义

1.1.2 基于OpenFlow的SDN

1.2 SDN在广域网中的应用研究

1.3 本文主要研究的问题

1.4 论文主要内容与结构

第2章 OpenFlow相关技术

2.2 OpenFlow控制器

2.3 OpenFlow交换机

2.4 流表

2.4.1 匹配域(Match Fields)

2.4.2 计数器(Counters)

2.4.3 行动(Actions)

2.4.4 匹配流程

2.5 安全通道

2.5.1 OpenFlow协议消息类型

2.5.2 连接建立

2.5.3 连接中断

2.6 本章小结

第3章 基于OpenFlow的标签路由设计与分析

3.1 引言

3.2 标签路由设计

3.2.1 对路径进行标识

3.2.2 标签存储位置

3.2.3 链路失效保护

3.2.4 对比常规的OpenFlow提前下发流表项

3.3 标签路由性能优化分析

3.3.1 状态分发分析

3.3.2 控制器放置位置敏感度

3.4 标签路由的性能损耗分析

3.4.1 增加的比特数分析

3.4.2 压入与弹出标签性能损耗分析

3.5 OPNET仿真平台建模

3.5.1 Mininet仿真平台简介与限制

3.5.2 OPNET仿真平台简介

3.5.3 交换机节点建模

3.5.4 控制器节点建模

3.6 标签路由性能仿真验证

3.6.1 仿真拓扑

3.6.2 不同混合比例下性能对比

3.6.3 不同流表超时时间的影响

3.6.4 不同控制器放置位置的影响

3.7 本章小结

4.1 引言

4.2.2 下游按需分配标签

4.2.3 上游分配标签

4.2.4 MPLS标签分配与本文标签分配的区别

4.3 路径标签的分配架构与模块设计

4.3.1 路径标签分配架构

4.3.2 标签分配机制模块设计

4.4 管理标签信息模块设计

4.4.1 管理未分配标签模块

4.4.2 管理已分配标签模块

4.5 标签分配与删除模块设计

4.5.1 标签分配模块

4.5.2 标签删除模块

4.5.3 信息收集与指令下发模块

4.6 标签分配机制原型系统搭建

4.6.1 硬件设备介绍

4.6.2 基于盛科EX2000的拓扑控制软件

4.6.3 基于Python实现标签分配

4.6.4 系统实现与实验结果

4.7 本章小结

第5章 基于流量矩阵和标签分配实现负载均衡

5.1 引言

5.2.1 流量矩阵的定义

5.2.2 传统网络流量矩阵测量与估计

5.2.3 基于SDN的流量矩阵测量方法现状

5.2.4 基于OpenTM的改进测量方法

5.2.5 标签路由对测量流量矩阵的影响分析

5.3 基于流量矩阵的标签分配

5.3.1 选取流量矩阵

5.3.2 负载均衡的优化目标

5.3.3 基于流量矩阵负载均衡算法(TM-LB)

5.3.4 改进的负载均衡算法(ITM-LB)

5.3.5 比较基准Base-LB算法

5.3.6 标签分配流程

5.4 基于真实流量矩阵仿真验证

5.4.1 仿真拓扑

5.4.2 仿真参数与数据收集设置

5.4.3 某天的链路使用率对比

5.4.4 不同算法下链路使用率标准差对比

5.4.5 算法效率对比

5.5 基于随机流量矩阵仿真验证

5.5.1 仿真拓扑与参数设置

5.5.2 链路使用率对比

5.5.3 链路使用率极值与标准差对比

5.5.4 算法效率对比

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

展开▼

摘要

软件定义网络(SDN/OpenFlow)是一种新型的网络架构,将传统网络的封闭体系分离为数据平面和控制平面,具有良好的可控性和灵活性。SDN开始被引入到许多场景下的网络,其中包括广域网。将SDN/OpenFlow应用于广域网中存在以下技术挑战:受限于链路物理距离,控制器与交换机之间通信时延长,导致新流到达时,新建数据流路径时间长的问题。目前的研究主要使用源路由(如SlickFlow)的方案解决这个问题。这些方案存在问题:数据包需要携带较大且变长的包头信息,不利于硬件实现;修改了OpenFlow协议,不利于推广应用。
  本文对上述问题进行了深入研究,提出了对应的解决方案,论文的主要贡献如下:
  (1)提出了基于OpenFlow的标签路由机制,并且在不修改OpenFlow协议前提下,给出了一个实现该标签路由的方案。本文将标签信息存放在QinQ的VLAN包头域中,与SlickFlow相比,压入的包头信息短小且定长。论证了本文的标签仅会增加0.26-6.25%的传输时延和少于0.52us的操作时延。从分析和实验结果表明,新流到达时,可以减少交换机与控制器之间的通信量,从而降低网络平均时延。
  (2)设计了一个基于OpenFlow的标签分配机制,讨论了如何分配和管理标签路由的标签。基于Ryu控制器、MongoDB等技术,设计了一个可以分配、管理、存储和下发标签的系统,同时该系统具有良好的扩展性。最后,在盛科V150交换机和EX2000拓扑连接器上,搭建了标签分配机制的原型系统。实验结果表明,原型系统可以有效地分配下发标签以及删除网络中的标签信息。
  (3)基于流量矩阵,讨论了如何利用标签分配实现网络链路负载均衡。首先讨论了目前SDN中测量流量矩阵的研究,并给出了测量流量矩阵的一般方法。然后基于流量矩阵负载均衡算法(TM-LB)进行改进,提出了ITM-LB算法。本文使用真实的和随机的流量矩阵进行两次仿真实验,实验结果表明,使用ITM-LB和TM-LB算法下发标签都能实现链路负载均衡。但是,无论是负载均衡能力还是算法运行效率,本文提出的ITM-LB算法都要优于TM-LB算法。

著录项

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号