基于软件定义网络的STP和RIP协议的研究与实现

摘要

随着互联网行业的迅猛发展，云计算、大数据也随之兴起，从而导致了对数据中心通信能力的需求大幅提升。在信息爆炸的网络时代，传统网络在通信性能与维护便捷性上已经到达了瓶颈，用传统网络来带动互联网时代的发展也已显得捉襟见肘。特别是在巨型的数据中心中，大量的服务器与网络设备的构成使得对数据中心的维护与管理变得极为困难，传统网络在这种情况下暴露出了它已经无法完全满足时代发展需求的特性。为应对当前传统网络所拥有的一些弊端，本文在研究软件定义网络(SDN)这种新型的网络架构后发现，采用SDN这种新型网络架构可以很好地解决当前所面临的这些困境，可以通过SDN将网络的控制与转发分离，实现了网络的管理便捷化，也有效地提高了转发的速率。另外，SDN通过开放的北向接口使得今后运营和管理SDN网络的人员能方便地获取网络运行状态信息，并且能够方便地通过软件来实现新协议及新业务的部署，极大地简化了网络运维的难度。所以本文就是利用SDN的这些特性来解决当今互联网数据中心所面临的维护管理复杂和通信能力需求不足的问题。计算出最短转发路径来提高网络的性能。
　　本文选择STP和RIP这两个比较具有代表性的二层交换和三层路由协议进行了研究、设计与实现。本文在控制器中基于OpenFlow协议对STP与RIP进行了设计与实现，使得在SDN网络中控制器能解析一般交换机发送的封包，实现STP和RIP协议，也可在纯SDN网络中，完成STP和RIP的实现。在SDN架构下，所有的协议的实现都由控制器完成，而交换机只负责数据的转发，这样就使得实现STP和RIP的开销较传统网络而言大幅减少。本文通过现行的开源控制器RYU对基于SDN网络的STP协议和RIP协议做出了开发。最后，本文脱离虚拟模拟平台，采用SDN物理交换机进行验证平台的搭建，对本文的设计进行了实验与验证。实验结果表明，本文的设计及思路是有效且可行的，在SDN网络中能很好地运行传统网络的STP和RIP协议，避免网络风暴的生成，保障拓扑稳定，通过RIP计算最短转发路径，能提高网络转发效率。

目录

声明

摘要

缩略语简表

1．1 课题背景

1．2 研究现状

1．3 论文的主要内容

1．4 论文的组织结构

第二章 SDN网络基本原理与构成

2．1 SDN网络定义

2．2 SDN网络与传统网络的区别分析

2．3 SDN交换机

2．4 OpenFlow协议概述

2．4．1 OpenFlow表

2．3．2 OpenFlow通道

2．5 本章小结

第三章 基于RYU控制器的STP协议的设计

3．1 RYU控制器介绍

3．2 系统整体思路设计

3．3 STP生成树协议设计

3．3．1 BPDU报文设计

3．3．2 STP程序设计

3．3．3 控制器周期获取拓扑

3．4 STP函数设计

3．5 使用RYU实现STP

3．5．1．BPDU封包发送

3．5．3．故障侦测

3．5．4．STP计算

3．6 本章小结

第四章 测试平台搭建及STP协议测试

4．1 测试环境介绍

4．2 虚拟环境测试

4．2．1 测试拓扑创建

4．2．2 STP计算启动

4．2．3 网络发现故障时STP重计算

4．2．3 网路故障恢复时STP重计算

4．3 实体SDN交换机测试

4．4 本章小结

第五章 SDN网络中RIP路由协议研究与实现

5．1 RIP路由协议原理

5．2 基于SDN网络的RIP协议的实现过程

5．2．1 流表下发时间

5．2．2 流表下发方式

5．3 实现与验证

5．3．1 路由表的更新过程

5．3．2 下发流表的过程

5．3．3 同网段主机之间相互ping

5．3．4 不同网段主机之间相互ping

5．4 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间研究成果