毕业设计论文基于sdn的数据包控制策略的研究.docx

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毕业设计论文基于sdn的数据包控制策略的研究

南京工程学院

毕业设计说明书（论文）

作者：

学号：

院系：

通信工程学院

专业：

通信工程（无线通信）

题目：

基于SDN的数据包控制策略

的研究

指导者：

教授

评阅者：

2014年6月南京

ThestrategyofDatapacketForward

basedonSDNController

ADissertationSubmittedto

NanjingInstituteofTechnology

FortheAcademicDegreeofBachelorofScience

By

YeJi

Supervisedby

ProfessorWeikangShen

CollegeofCommunicationEngineering

NanjingInstituteofTechnology

June2014

摘要

随着互联网的高速发展、业务的丰富多样以及用户的与日俱增，计算资源支撑不足、设备更新成本巨大成为互联网企业无法回避的问题。

软件定义网络（Software-DefinedNetworking，简称SDN）作为革命性的解决方案，提出了控制平面和数据平面解耦的思想，相较于传统网络的分布式架构有了质的飞跃。

软件定义网络为解决传统网络难题提供了新的思路，学术界和工业界也纷纷提出了基于SDN的网络新型应用。

流量工程作为传统网络面对的难题，一直是网络研究领域中的热点问题。

本课题在SDN流量工程的场景下，提出基于软件定义网络的流量调度系统。

通过对流量进行深度解析以确定网络的流量类型，进行链路信息统计以获取全网链路状态。

在此基础上针对确定的流量类型下发相应的的调度策略，以达到流量高效传输的目的，并提升带宽利用率、优化网络性能。

搭建相应的实验环境进行传统网络解决方案与本课题调度策略的对比测试，从多角度对该调度策略的效率进行分析。

本文的流量调度系统作为流量工程在软件定义网络的一个尝试，为后续流量工程解决方案的研究提供新的思路。

关键词：

软件定义网络；SDN；流量工程；路由策略；计算机网络

Abstract

WiththefastlydevelopmentofInternet,businessvariety,andtheuser'sgrowing,computingresourcestosupporttheinsufficiency,thehugecostofequipmentupdatebecometheInternetenterprisethequestionwhichisunabletoavoid.Software-DefinedNetworkingasarevolutionarysolution,putsforwardthecontrolplaneanddataplanedecouplingthoughts,comparedwiththetraditionalnetworkdistributedarchitecturehaveaqualitativeleap.Softwaredefinednetworkoffersanewwaytosolvetheproblemsoftraditionalnetwork,academiaandindustryhavealsoproposedanewnetworkapplicationsbasedonSDN.Facingtheproblemoftrafficengineeringasatraditionalnetwork,hasbeenahotissueinthefieldofnetworkresearch.

ThistopicinengineeringSDNflowscenarios,trafficdispatchingsystembasedonsoftwaredefinednetworkisputforward.Throughthestudyofthedepthofflowanalysistodeterminethetypeoftrafficnetwork,tolinkinformationstatisticsforentirenetworklinkstatus.Onthisbasistodeterminetheflowtypeissuedcorrespondingschedulingstrategy,inordertoachievethepurposeofflowefficienttransmission,andimprovethebandwidthutilization,optimizationofnetworkperformance.Structures,correspondingexperimentalenvironmentforthetraditionalnetworksolutionandthetaskschedulingstrategyofcontrasttest,frommultipleperspectivestoanalyzetheefficiencyoftheschedulingpolicy.Inthispaper,theflowschedulingsystemfortrafficengineeringinsoftwaredefinednetworkanattempt,forsubsequenttrafficengineeringsolutionresearchprovidesnewtrainofthought.

Keywords：

SoftwareDefineNetwork;SDN;TrafficEngineering;RoutingPolicy;ComputerNetwork.

第一章绪论

1.1背景及意义

现今，互联网掀起了创新的浪潮，无论是技术架构还是技术细节都呈现爆发式的创新。

因此互联网创新技术的发展已经上升至国家战略高度全球界诸多国家政府和企业均着手投入巨资，力争在未来互联网的技术革命中抢占制高点。

大数据、云计算和网络虚拟化网发展对现有互联网的可扩展性、安全性、网络管控能力、灵活性、和能耗都提出了巨大的挑战，以TCP/IP协议为主流网络协议的互联网正愈发力不从心。

依靠通过硬件填鸭式的增加带宽和慢条斯理渐进改进低效策略已无法满足互联网未来发展的需求，互联网创新的进程刻不容缓。

互联网作为现代社会生活的重要基础设施，在其发展过程中正面临诸多问题和挑战。

下面主要讲问题分为五个方面。

第一是可扩展性问题。

由于互联网流量爆炸式增长，路由表的增加速度已经超过了硬件摩尔定律所规定的性能提升速度。

硬件的可扩展性变小直接导致了高昂的设备迭代成本。

第二是灵活性问题。

互联网由于网络规模的不断扩大和应用场景的不断丰富造成了功能和架构的日趋复杂、网管的工作负担日益加重。

加之现有的网络架构下，网络应用的需求变化频繁，设备的配置需要大量的人力物力。

在云计算、大数据、网络虚拟化等技术的大环境下，网络对需求的变化响应速度缓慢，网络运营商无法提供新的业务，他们需要经过繁琐的网络设备提供商供应、网络标准的制定等流程，导致对市场无法进行迅速反应。

第三是安全性问题。

互联网被广泛称为海陆空之外的第四空间，美国专门成立网络司令部，有40支网络部队研究网络攻防。

美国的棱镜事件成为了网络安全领域关注的焦点。

中国也成立了网络安全方面的相关领导小组来应对全球恐慌的安全问题；

第四是网络管控能力弱，缺少服务质量保障。

由于互联网是一个分布式系统，缺少集中管控机制，所以很难进行服务质量保障。

第五是绿色节能。

互联网的耗电量约占全球总电量的5.4%，耗电的密集地往往集中在网络中间设备上，交换机、路由器等网络中间设备的节能问题成为能耗关注的焦点。

互联网从1969年诞生之初至今已经有40多年的历史，在2005年之前互联网技术的发展基本按照演进型思路去推动，对基于IP体系架构进行修修补补，例如IPv6技术主要解决地址不够的问题。

各个击破的解决方式并不能解决以上问题。

以革命性思维，重新设计新的网络架构，在保护网络现有投资的基础上积极鼓励未来网络领域的技术创新。

在当前的传统网络架构下，网络运营商无法快速的将新的业务应用到网络中，在经过设备提供商以及标准化组织的核准后，并且将新的功能纳入到特定的运行环境中方能真正得到应用。

这种慢速的流程已不适合互联网市场的需求。

随着通信业务的多样化，大量的应用和服务应用在互联网上，给网络的中间设备赋予了更为艰巨的使命，增加了网络设备的压力，这往往会增加网络协议的复杂度和网络设备的复杂度，也就变相的增加了成本，传统网络的分布式架构也就成为了众矢之的。

软件定义网络为解决这些问题提供了一个全新的思路，集中式的架构是对分布式网络架构的颠覆，将传统网络中网络中间设备的控制和转发功能进行了分离，在SDN的概念中不存在路由器和交换机的区别，网络中间设备只有交换机，其只需根据转发表对数据包进行转发，转发策略的制定均由控制器完成。

这样的集中式管理更利于控制器掌握网络全局的拓扑，在传统网络中存在的很多难题将更容易解决。

本课题研究的流量调度问题的解决方案便是软件定义网络解决传统网络难题的应用，为SDN应用的进一步拓展提供了参考。

1.2国内外研究现状

无论是在产业界还是学术研究机构，软件定义网络的研究和开发工作在国内外仍处于起步阶段，对软件定义网络的定位和特征基本确定。

软件定义网络的主要思想有别于传统网络的分布式解决方案，旨在实现网络传输设备数据与控制相分离的集中式解决方案。

软件定义网络的系统模型和结构尚未形成统一的标准。

在研究和开发阶段方向上存在一定程度的不确定性，在技术基础研究、技术开发、应用研究等方面仍然需要大量的时间进行积淀，并逐步走向成熟。

国内外的研究主要集中在支持多方面开放性核心技术的研究和建设大规模的网络创新试验平台。

其中有代表性的是美国的GENI项目、欧盟的FIRE项目、日本的JGN2plus项目、中国的SOFIA和CENI项目。

1.2.1国外研究现状

ITU、IETF、TRTF成立了关于未来互联网技术研究的标准工作组，从2011年开始，ONF开放网络联盟逐渐建立。

2012年国际顶尖电信运营商联合成立网络功能虚拟化组织NFV。

谷歌在2012开放网络峰会ONS上展示了100%基于Openflow网络的INTER-DC网络，雅虎、Facebook等科技公司也加大研究部署。

目前国外开发了基于OpenFlow协议的控制器Floodlight、OpenDaylight、RYU、Beacon等，但在流量工程领域均未有代表性的解决方案。

OpenDaylight由Linux协会联合业内18家企业在2013年初创立，旨在成为领先的软件定义网络技术、产品和解决方案。

其目标是作为SDN架构中的核心组件，使用户能减少网络运营的复杂度，延长网络架构中硬件设备的使用周期、减少设备更换的资金投入，并且能够具备高扩展性能够满足SDN领域的软件业务创新和性能提升的要求。

1.2.2国内研究现状

互联网技术创新在中国也掀起了热潮，中央、地方政府在互联网安全和创新上对于高校、科研院所以及企业给予大力支持