本文選題：軟件定義網(wǎng)絡(luò) + OpenFlow　； 參考：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的迅猛發(fā)展,云計算、大數(shù)據(jù)也隨之興起,從而導(dǎo)致了對數(shù)據(jù)中心通信能力的需求大幅提升。在信息爆炸的網(wǎng)絡(luò)時代,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在通信性能與維護便捷性上已經(jīng)到達了瓶頸,用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來帶動互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展也已顯得捉襟見肘。特別是在巨型的數(shù)據(jù)中心中,大量的服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的構(gòu)成使得對數(shù)據(jù)中心的維護與管理變得極為困難,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在這種情況下暴露出了它已經(jīng)無法完全滿足時代發(fā)展需求的特性。為應(yīng)對當(dāng)前傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所擁有的一些弊端,本文在研究了軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)這種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)后發(fā)現(xiàn),采用SDN這種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以很好地解決當(dāng)前所面臨的這些困境,可以通過SDN將網(wǎng)絡(luò)的控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離,實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的管理便捷化,也有效地提高了轉(zhuǎn)發(fā)的速率。另外,SDN通過開放的北向接口使得今后運營和管理SDN網(wǎng)絡(luò)的人員能方便地獲取網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)信息,并且能夠方便地通過軟件來實現(xiàn)新協(xié)議及新業(yè)務(wù)的部署,極大地簡化了網(wǎng)絡(luò)運維的難度。所以本文就是利用SDN的這些特性來解決當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心所面臨的維護管理復(fù)雜和通信能力需求不足的問題。鑒于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)占據(jù)了所有的用戶群,而SDN還屬于研究發(fā)展階段,不具有非常廣泛的普適性,所以SDN網(wǎng)絡(luò)將在很長的一段時間內(nèi)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)共存。為實現(xiàn)SDN網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互通,需要在SDN架構(gòu)上能對傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的協(xié)議進行解析,互聯(lián)互通。由于SDN網(wǎng)絡(luò)中,控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的特性,使得SDN交換機不能對傳統(tǒng)的IP數(shù)據(jù)包進行解析并對其進行操作,只能由控制器對其進行解析,并對SDN交換機下發(fā)流表指導(dǎo)交換機的行為。所以為了實現(xiàn)SDN網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能夠互聯(lián)互通,就需要在SDN控制器端能實現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的二層交換和三層路由功能。為解決在SDN交換網(wǎng)絡(luò)中交換機連接形成環(huán)路可能發(fā)生的廣播風(fēng)暴,本文采用了 STP協(xié)議來解決這個問題。STP協(xié)議旨在交換機構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中消除網(wǎng)絡(luò)環(huán)路,避免廣播造成的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴,并在鏈路出現(xiàn)問題時還可提供備份鏈路。另外,為了提高網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)效率和帶寬利用率,本文在研究三層路由的過程中采用RIP協(xié)議的方法通過鏈路跳數(shù)來計算出最短轉(zhuǎn)發(fā)路徑來提高網(wǎng)絡(luò)的性能。本文選擇STP和RIP這兩個比較具有代表性的二層交換和三層路由協(xié)議進行了研究、設(shè)計與實現(xiàn)。本文在控制器中基于OpenFlow協(xié)議對STP與RIP進行了設(shè)計與實現(xiàn),使得在SDN網(wǎng)絡(luò)中控制器能解析一般交換機發(fā)送的封包,實現(xiàn)STP和RIP協(xié)議,也可在純SDN網(wǎng)絡(luò)中,完成STP和RIP的實現(xiàn)。在SDN架構(gòu)下,所有的協(xié)議的實現(xiàn)都由控制器完成,而交換機只負責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),這樣就使得實現(xiàn)STP和RIP的開銷較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)而言大幅減少。本文通過現(xiàn)行的開源控制器RYU對基于SDN網(wǎng)絡(luò)的STP協(xié)議和RIP協(xié)議做出了開發(fā)。最后,本文脫離虛擬模擬平臺,采用SDN物理交換機進行驗證平臺的搭建,對本文的設(shè)計進行了實驗與驗證。實驗結(jié)果表明,本文的設(shè)計及思路是有效且可行的,在SDN網(wǎng)絡(luò)中能很好地運行傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的STP和RIP協(xié)議,避免網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的生成,保障拓撲穩(wěn)定,通過RIP計算最短轉(zhuǎn)發(fā)路徑,能提高網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)效率。
[Abstract]:With the rapid development of the Internet industry, cloud computing and large data are also rising, which leads to a large increase in the demand for communication capability of the data center. In the era of information explosion, the traditional network has reached the bottleneck in communication performance and maintenance convenience, and the development of the Internet era with an integrated network has also appeared to appear. In a huge data center, in particular, a large number of servers and network devices make it difficult to maintain and manage the data center. In this case, the traditional network exposes the characteristics that it is unable to fully meet the needs of the development of the times. After studying the new network architecture of software defined network (SDN), this paper finds that the new network architecture using SDN can solve these difficulties very well. The control and forwarding of network can be separated by SDN, the management of network is convenient, and the rate of forwarding can be improved effectively. In addition, SDN passes through the network. The open north interface makes the people in the future operation and management of the SDN network easy to obtain the information of the network running state, and can easily realize the new protocol and the deployment of new services through the software, which greatly simplifies the difficulty of the network operation and maintenance. So this paper uses these features of SDN to solve the current Internet data. In view of the complexity of maintenance management and lack of demand for communication ability, in view of the fact that the traditional network has occupied all the user groups, and SDN is still in the stage of research and development, it does not have a very broad universality, so the SDN network will coexist with the traditional network for a long time. In order to realize the intercommunication between the SDN network and the traditional network, The protocol of the traditional network architecture needs to be parsed and interconnected in the SDN architecture. Because of the separation of control and forwarding in the SDN network, the SDN switch can not parse and operate the traditional IP packet, and can only analyze it by the controller, and guide the switch to the flow table of the SDN switch. So in order to interconnect the SDN network with the traditional network, it is necessary to implement the two layer switching and three layer routing functions of the traditional network at the SDN controller end. In order to solve the broadcast storm that may occur in the loop connection of the switch network in the SDN switching network, this paper uses the STP protocol to solve the.STP protocol of this problem. In order to eliminate the network loop in the network composed of switches, avoid the network storm caused by broadcasting, and provide a backup link when the link appears, in order to improve the network forwarding efficiency and bandwidth utilization, this paper uses the link hop count to calculate the shortest forwarding in the study of the three layer routing in the process of the study of the three layer routing. In this paper, two representative two layer switching and three layer routing protocols, such as STP and RIP, are studied, designed and implemented. In this paper, STP and RIP are designed and implemented based on OpenFlow protocol in the controller, so that the controller can parse the packets sent by the general switch in the SDN network. The implementation of the STP and RIP protocols can also complete the implementation of STP and RIP in a pure SDN network. Under the SDN architecture, the implementation of all protocols is completed by the controller, and the switch is only responsible for the forwarding of data. This makes the overhead of realizing STP and RIP substantially less than the traditional network. In this paper, the present open source controller RYU is based on the SDN network. The STP protocol and the RIP protocol have been developed. Finally, this paper, from the virtual simulation platform, uses the SDN physical switch to build the verification platform, and experiments and verifies the design of this paper. The experimental results show that the design and thought of this paper are effective and feasible, and the STP and RIP of the traditional network can be well run in the SDN network. The protocol avoids the generation of network storm, guarantees topology stability, and calculates the shortest forwarding path through RIP, which can improve network forwarding efficiency.

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP393.0

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本文編號：1781749