針對(duì)OpenFlow協(xié)議依賴(lài)的局限性,提出一種將協(xié)議無(wú)感知轉(zhuǎn)發(fā)（POF）技術(shù)應(yīng)用在軟件定義廣域網(wǎng)（SD-WAN）環(huán)境下的快速源路由轉(zhuǎn)發(fā)方案。該方案利用POF的高可編程性特征,通過(guò)重構(gòu)源路由包頭字段來(lái)封裝完整的轉(zhuǎn)發(fā)路徑,采用POF提供的流指令集實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的包處理算法,且在多級(jí)流表設(shè)計(jì)中采用流水線的方式。通過(guò)抽象和重用相同的匹配邏輯,減少了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的流表?xiàng)l目數(shù),提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)效率和擴(kuò)展性�；贛ininet搭建了POF實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并在單鏈路拓?fù)浜投嗖?shù)拓?fù)?種環(huán)境下通過(guò)泛洪流量進(jìn)行測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,將POF技術(shù)運(yùn)用在SD-WAN中能夠獲得更好的源路由轉(zhuǎn)發(fā)性能。 

【文章來(lái)源】：計(jì)算機(jī)工程. 2020,46(07)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

源路由數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)

基于OpenDaylight控制器的SD-WAN網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)可以從邏輯上描述數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)甚至計(jì)算出延遲區(qū)間、流表項(xiàng)量級(jí)等信息的白盒系統(tǒng)。在OpenDaylight控制器中添加POF擴(kuò)展,使控制器可以自由使用數(shù)據(jù)分組的元數(shù)據(jù)來(lái)臨時(shí)緩存轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中所需的數(shù)據(jù)。帶有圖形界面的POF模塊提供接口完成手動(dòng)配置轉(zhuǎn)發(fā)管道,配置文件也可以通過(guò)相同的接口加載到控制器中,同時(shí),可以使用API為POF管理器開(kāi)發(fā)其他應(yīng)用程序,這使得SD-WAN網(wǎng)元可以保持相當(dāng)多的軟件定義特性。圖2展示了POF控制器的框架。在SD-WAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,網(wǎng)絡(luò)通常會(huì)由不同的運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行管理和運(yùn)營(yíng),因此需要處理域間流量組成的流。但基于POF的域間操作的機(jī)制和實(shí)現(xiàn)還未得到解決,為了彌補(bǔ)丟失的性能,本文系統(tǒng)在POF控制器中還設(shè)計(jì)了一個(gè)域間模塊。該模塊通過(guò)JSON(JavaScript Object Notation)實(shí)現(xiàn)并幫助POF控制器交換域間信息。在該設(shè)計(jì)中,讓每臺(tái)控制器都將自己管理的自治系統(tǒng)(Autonomous System,AS)抽象成一臺(tái)大的交換機(jī),并生成一張域轉(zhuǎn)發(fā)表來(lái)描述AS與其鄰居之間的連接。當(dāng)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí),域轉(zhuǎn)發(fā)表將廣播至鄰居域中的協(xié)同控制器。從所有鄰居域中的協(xié)同控制器收集到域轉(zhuǎn)發(fā)表后,每個(gè)POF控制器會(huì)構(gòu)建一個(gè)全局虛擬拓?fù)洳⒈４嬗诒镜亍．?dāng)域間流量到達(dá)時(shí),其可以通過(guò)域轉(zhuǎn)發(fā)表數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算出正確的下一個(gè)域并根據(jù)域內(nèi)的拓?fù)湫畔⒃儆?jì)算出最優(yōu)路徑完成轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于需要特定QoS的流量,控制器還可以通過(guò)與其他控制器協(xié)作,在多個(gè)域間緩存端到端的路由路徑。

圖3顯示了WireShark在節(jié)點(diǎn)1捕獲到的數(shù)據(jù)分組。其中第1個(gè)和第4個(gè)是在交換機(jī)的左側(cè)端口捕獲,其余2個(gè)則是在右側(cè)端口捕獲�？梢钥闯�,第1個(gè)數(shù)據(jù)分組是從左側(cè)端口進(jìn)入的98 Byte的ICMP_Request數(shù)據(jù)包;第2個(gè)數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度變?yōu)?04字節(jié),這正好是一個(gè)TTL字段和4個(gè)出向端口字段的長(zhǎng)度,此外,以太幀中的類(lèi)型字段也變成了“unknown(0x0908)”,可見(jiàn)原始數(shù)據(jù)包已經(jīng)在POF控制器的指導(dǎo)下被封裝成了適用于POF傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組;第3個(gè)數(shù)據(jù)分組是來(lái)自s2的回包,由h2發(fā)出并且長(zhǎng)度為100 Byte即只剩下多出的TTL字段,這驗(yàn)證了POF中間幀在傳輸過(guò)程中會(huì)完成自減;第4個(gè)數(shù)據(jù)分組是長(zhǎng)度為98 Byte的ICMP_Reply數(shù)據(jù)包,驗(yàn)證了封裝了POF的報(bào)文在從SD-WAN的環(huán)境內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)完成之后變回了標(biāo)準(zhǔn)的原始格式。為了驗(yàn)證基于POF的SD-WAN轉(zhuǎn)發(fā)方案與OpenFlow方案的性能差別,利用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試工具iPerf來(lái)模擬網(wǎng)絡(luò)中的背景流量,接著進(jìn)行連通性測(cè)試來(lái)記錄每次實(shí)驗(yàn)ICMP請(qǐng)求到響應(yīng)所產(chǎn)生的延遲,然后逐漸添加拓?fù)渲械慕粨Q機(jī)數(shù)量并觀察延遲的變化。圖4(a)顯示了OpenFlow方案與POF方案的延遲結(jié)果對(duì)比,由此可見(jiàn),OpenFlow方案隨著交換機(jī)數(shù)量的增多延遲顯著提高,而本文提出的基于POF的轉(zhuǎn)發(fā)方案可以維持一個(gè)常數(shù)級(jí)的延遲時(shí)間。這是因?yàn)榛赑OF的方案在數(shù)據(jù)分組到達(dá)入口交換機(jī)時(shí)就對(duì)它進(jìn)行了封裝,后續(xù)的交換機(jī)不需要與控制器進(jìn)行信息交互而只需從POF中間幀中取出相應(yīng)的出向端口就可以正確的完成轉(zhuǎn)發(fā)。接著使用iPerf開(kāi)始泛洪ICMP流量,用來(lái)模擬POF在真實(shí)環(huán)境中流量負(fù)荷逐漸增多的情況并持續(xù)10 s左右,觀察流表?xiàng)l目數(shù)的變化情況,結(jié)果如圖4(b)所示。由此可見(jiàn),與OpenFlow方案相比,POF方案總的流表?xiàng)l目數(shù)大約減少了55%～67%,更重要的是隨著流表?xiàng)l目數(shù)的增加,本文提出的基于POF的轉(zhuǎn)發(fā)方案的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。這是因?yàn)槿肟诮粨Q機(jī)需要安裝基于每個(gè)流的流條目,而核心交換機(jī)可以共享流條目,且傳統(tǒng)的OpenFlow需要在轉(zhuǎn)發(fā)路徑的每一跳交換機(jī)上都安裝基于每個(gè)流的流條目才能使數(shù)據(jù)分組正確轉(zhuǎn)發(fā)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3301036