一种POF控制器的实现与流量管理研究

摘要

传统的TCP/IP网络推动了互联网的高速发展，但随着网络服务模式的不断变化，高带宽需求应用急剧增长，现有网络承受了极大的压力。TCP/IP网络难以满足不同业务的服务质量(QoS)保障，同时由于其自身的路由策略，即使网络中存在可替代的转发路径，局部链路也会存在拥塞状况。通过多协议标签转换(MPLS)技术，能在网络入口实现对网络流的分类，通过分类标签可以实现快速转发、路径控制和服务质量保证。MPLS技术为优化网络资源利用提供了基础，但在当前分布式的网络架构下，MPLS网络的控制层不能及时掌控全局网络状况，因此无法动态地调整资源的分配，导致网络资源效率难以得到进一步提高。
　　软件定义网络(SDN)具有全局网络信息管理的能力，其可编程性也能使在不改变底层基础网络设施的情况下提供新的网络服务。通过SDN控制器能够简化MPLS控制层的实现，从而实现高效的流量管理。协议无感知转发(POF)协议是对Openflow协议的扩展，POF在网络灵活性上有很多的优势。
　　本文在POF原型控制器的基础上添加了设备发现、链路发现、拓扑管理、数据转发等基本功能。在完善网络基本功能的基础上，完成了业务带宽保障的功能。在POF控制器中开发了QoS模块，能够根据管理员配置优先满足特定业务的带宽需求，实现了针对特定业务或网络流的QoS保障。
　　进一步，本文在POF控制器中添加了流量管理模块，为POF控制器提供了路径规划和资源分配的功能。在POF控制器中对网络流路径规划问题进行研究，提出了一种基于分配算法解决了路径分配问题，通过路径标签实现网络流的多路径转发。在路径分配的基础上，实现了基于权重的带宽资源分配算法。算法根据分配份额和权值决定了网络流所应获取的带宽，为实现基于权重的区分服务提供了基础。
　　本文开发的POF控制器应用于POF网络环境，相关实验结果表明:(1)与基于最短路径的路径规划算法相比，提高了对非最短路径上的链路资源的利用效率，最终提高了网络的吞吐量;(2)网络流获取的带宽大小与其权值正相关，实现了基于权值的带宽资源管理功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 本文组织结构

第2章 SDN、POF及流量工程相关技术研究

2．1 SDN技术及研究现状

2．1．1 SDN概念与架构

2．1．2 OpenFlow协议

2．2 POF概念与原理

2．2．1 POF匹配域定义

2．2．2 POF处理流程

2．2．3 POF控制器与交换机

2．3 互联网流量工程相关研究

2．3．1 基于IP的流量工程

2．3．2 基于MPLS的流量工程

2．3．3 SDN流量工程

2．4 本章小结

第3章 POF控制器设计与实现

3．1 POF原型系统问题分析

3．2 POF控制器总体架构

3．2．1 扩展的POF控制器

3．2．2 POF交换机连接

3．2．3 POF消息处理过程

3．3 控制器关键模块实现

3．3．1 设备管理模块

3．3．2 链路发现模块

3．3．3 拓扑管理模块

3．3．4 数据转发模块

3．3．5 业务带宽保障模块

3．4 功能实验与分析

3．5 本章小结

第4章 基于POF控制器的流量管理应用

4．1 POF集中式流量工程架构

4．1．1 分配函数

4．1．2 问题描述

4．1．3 路径分配算法

4．2 POF流表与路径隧道

4．2．1 流量工程状态与POF协议

4．2．2 隧道转发示例

4．2．3 IP路由和流量工程结合

4．3 POF资源分配算法实现

4．3．1 带宽分配相关背景

4．3．2 问题描述

4．3．3 多路径带宽分配算法

4．4 实验与分析

4．4．1 路径分配实验

4．4．2 带宽分配实验

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 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