基于SDN技术的VLAN管理系统设计与实现

摘要

随着业务应用的多样化和网络规模呈爆炸性增长，当前网络架构变得更为复杂，大规模网络配置变得更为困难，同时，管控能力呈减弱的趋势，网络核心设备承载越来越多功能，特别是在云计算、大数据等业务应用快速发展，传统网络已经很难满足更复杂的网络需求。
　　VLAN因其技术灵活而被广泛应用，但是VLAN技术在使用STP协议建立树形拓扑，比较费时且网络拓扑收敛性慢、VTP协议管理VLAN配置，但不适合大规模网络中所有网络设备，以及目前VLAN管理系统，缺乏可编程性和扩展性。因此，重新定义传统网络架构是一种可行的方法。
　　SDN是当前网络研究热点，其目标是解决当前统网络架构问题。具有三大特征:一是转发与控制分离;二是开放编程接口;三是网络虚拟化。本文提出以OpenFlow协议为通信标准，Ryu控制器提供的RESTAPI为基础，实现相同VLAN在不同IP地址段（即跨局域网）可以通信，并设计VLAN管理系统。论文的主要工作有:
　　(1)研究和总结了SDN网络相关技术。包括ONF组织提出的SDN架构、开源控制器和南向接口技术。
　　(2)确定系统需求分析和关键问题研究。根据传统VLAN管理系统需求和需要采集数据，确定本系统基本的功能;选取开源控制器Ryu作为VLAN管理系统设计的基础，并深入研究其重要组件和其提供的数据参数。
　　(3)设计并实现VLAN管理系统。主要包括三个大模块:网络拓扑管理、VLAN配置管理、动态管理VLAN，以及其它功能如日志管理和端口故障监测等。
　　(4)对系统各个功能模块进行测试工作。测试结果表明，利用SDN技术实现相同VLAN在不同IP地址段（即跨局域网）间可以通信，并设计VLAN管理系统具有很好的编程性和扩展性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．3 研究现状

1．4 研究目标和研究内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．5 论文组织结构

第二章 背景知识概述

2．1 SDN架构及控制器特性

2．1．1 SDN体系架构

2．1．2 SDN控制器特性

2．1．3 主流开源控制器

2．2 Open vSwitch交换机

2．2．1 OVS原理和架构

2．2．2 OVS组件功能

2．3 控制器南向接口技术

2．3．1 OpenFlow协议

2．3．2 OF-CONFIG协议

2．4 VLAN原理及相关技术

2．4．1 VLAN工作原理

2．4．2 VLAN最新研究

2．5 本章小结

第三章 系统需求分析及关键问题研究

3．1 传统网络管理系统需求研究

3．1．1 传统网络管理系统组成

3．1．2 传统网络信息获取

3．2 明确VLAN管理系统需求

3．2．1 系统需求分析

3．2．2 VLAN网络数据信息分析

3．3 Ryu控制器的研究

3．3．1 Ryu组件功能研究

3．3．2 Ryu控制器工作方式

3．4 OenFlow协议与VLAN

3．5 本章小结

第四章 VLAN管理系统设计与实现

4．1 系统整体设计

4．2 系统功能模块设计与实现

4．2．1 网络拓扑管理模块

4．2．2 添加与删除VLAN信息模块

4．2．3 查询VLAN信息模块

4．2．4 流表下发与查询功能模块

4．2．5 动态管理VLAN模块

4．2．6 用户界面的设计

4．3 系统工作流程

4．4 本章小结

第五章 VLAN管理系统测试

5．1 实验环境介绍

5．2 OpenFlow交换机转发表

5．3 系统主要功能测试

5．3．1 网络拓扑管理模块测试

5．3．2 创建和删除VLAN，并配置管理VLAN信息测试

5．3．3 流表下发与查询测试

5．3．4 动态管理VLAN测试

5．3．5 系统其他功能测试

5．4 测试结果分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献