基于SDN下OpenFlow的控制器的多粒度的匹配规则研究

摘要

随着网络技术高速发展，诞生了许多的丰富多彩应用。传统网络体系结构已经不太能够满足快速增长的业务需求，特别是云计算的发展，需要对网络资源进行动态的管理优化配置，而SDN(Software Defined Network)和NV(Network Virtualization)为代表的技术正好可以满足这一系列需求。SDN将数据平面和控制平面分离，提供控制平面面向用户的可编程性，根据用户多元化的需求够提供各种应用。NV能够将底层设备抽象化，将物理资源变为逻辑资源，流量隔离，提高效率，弹性管理和降低成本，根据这些特性能够实现多租户业务需求之间的隔离。
　　本文将SDN和NV协同工作，利用SDN南向OpenFlow协议的提供的多粒度匹配规则实现多粒度的策略，在多个虚拟网络中进行网络流量隔离，集中控制避免策略冲突。用Floodlight作为控制器，Mininet建立拓扑，FlowVisor实现切片网络的建立，验证利用SDN和NV的思想实现对多用户的多粒度策略有效实施。
　　论文首先介绍了研究背景和国内外研究现状，介绍关于SDN的框架，OpenFlow协议从v1.0到v1.4的演进和控制器Floodlight，介绍关于网络功能虚拟化的基本概念和工具FlowVisor的介绍。其次，在sFlow工具的帮助下，提出基于SDN和NV协同工作的多粒度策略，详细介绍这个系统的框架和方案设计，通过Mininet模拟环境，测试控制层提供的多粒度匹配规则的策略和在网络虚拟化的环境中对多用户的多粒度匹配的策略的隔离性，验证作者提供的机制的有效性和可行性。最后，对本文工作作出总结，分析工作中的不足和需改进的地方。

目录

声明

摘要

英文摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 本文研究内容

1．3 本文的主要结构

第2章 相关技术的研究

2．1 SDN架构概述

2．1．1 SDN介绍

2．1．2 SDN的理念

2．1．3 SDN的架构

2．2 OpenFlow技术概述

2．3 OpenFlow技术的标准和规范

2．3．1 OpenFlow的工作的架构

2．3．2 OpenFlow端口

2．3．3 OpenFlow交换机

2．3．4 OpenFlow流表

2．3．5 OpenFlow的组表

2．3．6 OpenFlow计量表

2．3．7 OpenFlow计数器

2．3．8 OpenFlow指令

2．3．9 OpenFlow通道

2．4 OpenFlow控制器

2．5 Mininet

2．6 实验环境搭建

2．6．1 仿真实验软件Mininet

2．6．2 控制器Floodlight

2．6．3 仿真实验交换机内核

2．6．4 仿真版本OpenFlow 1．3

2．6．5 实验过程

2．7 本章小结

第3章 网络虚拟化

3．1 网络虚拟化概述

3．2 FlowVisor架构

3．2．1 流空间

3．2．2 FlowVisor的设计目标

3．2．3 FlowVisor特点

3．2．4 FlowVisor在SDN网络中的运用

3．3 FlowVisor的实现

3．3．1 到控制层的信息

3．3．2 来自转发层的信息

3．3．3 带宽隔离

3．3．4 设备CPU隔离

3．3．5 流表项隔离

3．4 FlowVisor处理流程

3．5 本章小结

第4章 OpenFlow多粒度匹配规则的详细设计

4．1 Linux工具TC介绍

4．1．1 Traffic Control介绍

4．1．2 Traffic Control的优点

4．1．3 Traffic Control的缺点

4．1．4 Traffic Control队列

4．2 Iptables介绍

4．3 OpenFlow流表

4．4 sFlow

4．4．1 流采样

4．4．2 计数器采样

4．4．3 sFlow数据报

4．4．4 sFlow的应用

4．5 网络切片

4．6 OpenFlow多粒度的匹配规则

4．7 方案中采用的算法

第5章 实验与性能分析

5．1 切片实验环境搭建

5．1．1 仿真实验软件Mininet

5．1．2 控制器Floodlight

5．1．3 仿真实验交换机内核

5．1．4 仿真版本OpenFlow1．0

5．1．5 网络拓扑隔离实验过程

5．2 多个切片性能实验过程

5．3 sFlow在Mininet下的实验

总结与展望

附录

致谢

参考文献