基于OpenFlow的SDN技術(shù)在IP城域網(wǎng)中的應(yīng)用

周麗娜 陳元謀

【摘要】 本文在分析OpenFlow的SDN技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用分布式部署OpenFlow交換機(jī)，集中式部署控制器方式將SDN技術(shù)引入IP城域網(wǎng)，業(yè)務(wù)由SDN控制器完成。在城域網(wǎng)流量控制方面，改進(jìn)了RCP控制器，增加了RCP控制器與數(shù)據(jù)中心的關(guān)聯(lián)模塊，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)綜合考慮數(shù)據(jù)中心的負(fù)載狀態(tài)，動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)出省流量均衡。

【關(guān)鍵詞】 OpenFlow SDN IP城域網(wǎng) 應(yīng)用研究

一、引言

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類型的不斷豐富對(duì)IP城域網(wǎng)的業(yè)務(wù)控制層和核心層提出了更高的要求，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)難以部署這一缺點(diǎn)也逐漸凸顯出來(lái) [1]，針對(duì)以上問(wèn)題目前比較有代表性的研究組織有GENI、歐盟的FIRE、日本的 JGN2plus和我國(guó)的 SOFIA等，本文在研究上述組織提出的解決方案的基礎(chǔ)上，對(duì)基于OpenFlow的SDN技術(shù)進(jìn)行了研究。

二、基于OpenFlow的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

SDN的核心思想是將網(wǎng)絡(luò)控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，由軟件驅(qū)動(dòng)的中央控制節(jié)點(diǎn)來(lái)自動(dòng)化控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。基于OpenFlow的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由控制器、OpenFlow交換機(jī)和安全通信協(xié)議組成。OpenFlow采用流表構(gòu)造數(shù)據(jù)分組，數(shù)據(jù)分組按照流表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，流表的生成、維護(hù)、配置則由中央控制器來(lái)管理[2]。

流表（flow table）有三個(gè)要素：數(shù)據(jù)包報(bào)頭、操作和統(tǒng)計(jì)信息，這些流表由控制器控制。最新版本的OpenFlow v1.3標(biāo)準(zhǔn)定義了40個(gè)領(lǐng)域，包括對(duì)IPv6的協(xié)議的支持[2]。若輸入流表的分組與控制器中的操作相匹配，則將分組轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)特定的端口，若輸入流表的分組報(bào)頭不匹配，則將分組發(fā)送到上述控制器，分析和處理后轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的端口。OpenFlow交換機(jī)和控制器之間的協(xié)議用于管理交換機(jī)的狀態(tài)，包括切換消息、對(duì)稱消息以及異步消息等三種?？刂破鹘邮諄?lái)自O(shè)penFlow交換機(jī)的信息，并遠(yuǎn)程配置流表。

三、基于OpenFlow的SDN在IP城域網(wǎng)應(yīng)用

3.1基于OpenFlow的SDN在IP城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

目前IP城域網(wǎng)由核心層和業(yè)務(wù)控制層組成，核心層負(fù)責(zé)城域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)流量交換并提供城域網(wǎng)到IP骨干網(wǎng)的出口；業(yè)務(wù)控制層實(shí)現(xiàn)公眾上網(wǎng)以及大客戶互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)需求以及組播功能。

隨著IP城域網(wǎng)承載業(yè)務(wù)類型多樣化，如何快速實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)部署和進(jìn)行精細(xì)化流量管理成為IP城域網(wǎng)亟待解決的問(wèn)題。

OpenFlow 協(xié)議1.0版本ACTION包括4種類型：

1、轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的端口；

2、壓縮并轉(zhuǎn)發(fā)至控制器；

3、丟棄；

4、送入正常處理模式。

利用OpenFlow交換機(jī)的處理特性，可以在城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層分布式部署OpenFlow交換機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理模式不變，而新開發(fā)的業(yè)務(wù)以及控制模型壓縮并轉(zhuǎn)發(fā)至控制器。

3.2新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的應(yīng)用

3.2.1新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在業(yè)務(wù)控制層的應(yīng)用

傳統(tǒng)的IPv6業(yè)務(wù)在業(yè)務(wù)控制層或核心層部署相應(yīng)的板卡后，需要對(duì)相應(yīng)的支撐系統(tǒng)進(jìn)行改造，不利于IPv6業(yè)務(wù)推廣，采用基于OpenFlow的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以后，開發(fā)人員可以利用SDN控制器實(shí)現(xiàn)IPv6業(yè)務(wù)快速部署。

隨著用戶規(guī)模增加以及業(yè)務(wù)需求類型的多樣化，基于OpenFlow的SDN網(wǎng)絡(luò)可以滿足用戶智能提速的需求，同時(shí)第三方可以開發(fā)相應(yīng)的控制模塊，實(shí)現(xiàn)城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)多元化承載需求。

3.2.2新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在核心層的應(yīng)用

隨著用戶規(guī)模增長(zhǎng)，CR出口帶寬需要不斷擴(kuò)容，這對(duì)設(shè)備的處理性能以及機(jī)房條件提出了更高的要求，文獻(xiàn)[2]表明了在CR側(cè)部署RCP控制器，能有效提升路由收斂性能，本文建議在RCP控制器中增加數(shù)據(jù)中心負(fù)載狀態(tài)模塊，用于記錄大流量數(shù)據(jù)中心的訪問(wèn)需求，交由控制器完成數(shù)據(jù)中心狀態(tài)跟蹤，并形成相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)，利用優(yōu)先級(jí)合理選擇出省路徑，達(dá)到省干鏈路的最大化利用，有效減少省干鏈路的投資。

四、結(jié)語(yǔ)

本文首先總結(jié)了基于OpenFlow的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，然后分別對(duì)業(yè)務(wù)控制層以及核心層控制模型進(jìn)行了分析，通過(guò)在業(yè)務(wù)控制層分布式部署OpenFlow交換機(jī)以及在核心層增加RCP數(shù)據(jù)中心負(fù)載狀態(tài)模塊，實(shí)現(xiàn)了城域網(wǎng)控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]左青云.基于OpenFlow的SDN技術(shù)[J].軟件學(xué)報(bào)，2013，24（5）：1076-1084.

[2] ángel Leonardo Valdivieso Caraguay， Alberto Benito Peral，Lorena Isabel Barona López， and Luis Javier García Villalba. SDN： Evolution and Opportunities in the Development IoT Applications[J].International Journal of Distributed Sensor Networks，2014，Article ID 735142：4-8.