基于OpenFlow的SDN技术研究_左青云(5)

1092Journal of Software 软件学报 Vol.24, No.5, May 2013转发平面匹配字段,这进一步增加了未来 OpenFlow 交换机的硬件设计成本,在一定程度上也增加了控制平面维 护的复杂度,不利于 OpenFlow 的未来演进发展.在 OpenFlow 标准的不断演进中,是维持简单的硬件结构还是在 OpenFlow 硬件中继续增加更多的功能,需要学术界和产业界的共同关注.文献[43]考虑到目前数据平面的设计边缘控制器 结构控制器 源 主机 入口边缘 交换机 目的 主机 出口边缘 交换机复杂趋势,提出了一种新的概念:网络结构(network fabric). 如图 14 所示,网络结构将网络服务等诸多复杂功能(如过 滤、隔离或策略路由等功能)集中到边缘交换机,并通过边 缘控制器来管理.网络核心即结构元素则通过结构控制器 部署简单的路由机制(如 MPLS)来实现数据的转发功能.在 这种架构下,边缘交换机能够通过主机软件实现,结构元素 通过硬件成本更低的 MPLS 实现数据转发;同时,新协议的 应用只需要在边缘交换机通过软件更新来实现,有利于网 络的进一步升级和演化,符合目前网络边缘复杂、 网络核心结构元素Fig.14 图 14Network fabric 网络结构简单的设计原则.这种演进趋势意味着 OpenFlow 交换机需要划分为边缘和核心两个版本:边缘 OpenFlow 交换 机更通用,核心 OpenFlow 交换机更简单.当然,这种方式需要考虑边缘到核心转发平面的映射机制,同时,边缘交 换机的软件实现形式有可能产生性能瓶颈.4基于 OpenFlow 的 SDN 应用基于 OpenFlow 的 SDN 技术在解决当前存在的实际问题和开拓网络新应用等方面取得了不少成果,从部署的区域范围来看,它主要在校园网用于研究,在数据中心用于解决数据和控制密集型关键问题;从实现的功能来 讲,它主要面向网络管理和安全控制.下面我们以不同的侧重点分类简述这 4 种应用. 4.1 面向校园网的部署 在校园网中部署 OpenFlow 网络,是 OpenFlow 设计之初应用较多的场所.它为学校的科研人员构建了一个 可以部署网络新协议和新算法的创新平台,并实现了基本的网络管理和安全控制功能.目前,已经有包括斯坦福 大学在内的多所高校部署了 OpenFlow 网络,并搭建了应用环境. Plug-n-Serve[44]在斯坦福大学的计算机系大楼部署.它设计了一种新型的面向无结构网络的负载均衡算法, 向系统中动态添加和移除计算资源,增加了请求的传输率,改变了每个请求的 CPU 和网络负载,最终实现了网络 的负载均衡.OpenRoads[45]同时在斯坦福大学的计算机系和电机工程系大楼部署,利用 OpenFlow 和 SNMP 在异 构无线网络(如 WiFi,WiMAX 等)中实现了网络虚拟划分和移动管理,简化了网络管控的方法.Resonance[46]是佐 治亚理工大学的研究者在校园内部署的一整套 OpenFlow 网络动态接入控制系统,通过在高层部署安全策略和 分布式监控推断系统,实现了更细粒度的分布式安全接入功能. 4.2 面向数据中心的部署 随着云计算模式和数据中心的发展,将基于 OpenFlow 的 SDN 应用于数据中心网络已经成为研究热点.这 是由于数据中心的数据流量大,交换机层次管理结构复杂,服务器和虚拟机需要快速配置和数据迁移.如果不能 在庞大的服务器机群中进行高效的寻址和数据传输,则很容易造成网络拥塞和性能瓶颈.将 OpenFlow 交换机部 署到数据中心网络,可以实现高效寻址、优化传输路径、负载均衡等功能,从而进一步提高数据交换的效率,增 加数据中心的可控性. 文献[47]首次提出将 OpenFlow 技术引入到数据中心网络,并采用 NOX 控制器实现了两种比较典型的数据 中心网络 PortLand[48]和 VL2[49]的高效寻址和路由机制.Ripcord[50]同样实现了这两种数据中心的路由引擎原型 系统,并支持网络动态管理,增加了网络健康度监控和自动报警功能.ElasticTree[51] 设计了一个在数据中心部署 的能量管理器,动态调节网络元素(链路和交换机)的活动情况,在保证数据中心的流量负载平衡的情况下,达到 了节能的目的.Hedera[52]在 PortLand 的实验床上实现了一种可扩展的动态流调度系统,通过 OpenFlow 交换机获

左青云 等:基于 OpenFlow 的 SDN 技术研究1093取流的最新动态,采用全局最先匹配(global first fit)的贪婪算法和模拟退火(simulated annealing)算法实现了数 据中心的负载平衡.Virtue[53]利用 OpenFlow 交换机控制网络流量,实现了数据中心内不同的虚拟机布置算法的 比 较 , 并 通 过 真 实 的 数 据 中 心 和 模 拟 器 两 种 方 式 进 行 了 实 验 . 另 外 , 文 献 [34,36] 也 都 是 在 数 据 中 心 部 署 OpenFlow 网络的相关研究. 4.3 面向网络管理的应用 OpenFlow 网络的数据流由控制器做出转发决定,使得网络管理技术在 OpenFlow 网络中易于实现,尤其是 流量管理、负载平衡、动态路由等功能,通过配置控制器提前部署转发策略,将实现更加直观的网络管控模式. OpenPipes[54]实现了一个高速网络的原型系统.它可以通过硬件和软件两种方式来实现系统的功能模块,并 通过 OpenFlow 技术实现功能模块在网络运行时的动态划分.文献[55]通过 OpenFlow 来控制移动用户和虚拟机 之间的连接,并根据移动用户的位置进行重路由和移动管理,使得它们保持源 IP 不变并保证始终通过最短路径, 改变了传统移动 IP 的路由策略.OpenTM[56]利用 OpenFlow 控制器中的路由信息,分析了从不同交换机获取流统 计数据的网络负载问题,从而构建整个网络的流量矩阵.文献[57]在 NOX 上实现了多个应用程序,提供了收集数 据和配置 OpenFlow 网络的 API,并开发出 Web 界面对 OpenFlow 网络进行管理.文献[58]首次将 OpenFlow 技术 应用到无线 Mesh 网络中,并解决了移动管理和客户 IP 迁移的相关问题.文献[59]提出了一种基于 OpenFlow 技 术,支持 QoS 的可扩展流媒体应用优化框架,为视频数据流提供了非最短路径的动态重路由功能.文献[60]将 OpenFlow 应用于家庭网络管理当中,实现了新型的流测量和管理接口.文献[61]在 OpenFlow 交换机和 NOX 上 实现了 MPLS 流量工程和基于 MPLS 的 VPN 功能. 4.4 面向安全控制的应用 随着 OpenFlow 在网络管理方面的应用日益丰富,OpenFlow 的流管理功能很容易进行扩展,从而实现数据 流的安全控制机制.实际上,在面向校园网的部署环境里,有很多应用都是针对安全管控的. 文献[62]提出了一套轻量级的 DDOS 攻击检测方法.它通过提取 OpenFlow 流统计信息中与 DDOS 攻击相 关的六元组,采用人工神经网络方法 SOM(self organizing map)进行降维处理,从而识别 DDOS 攻击.文献[63]利 用 OpenFlow 交换机能够统计流数据的功能,采用 trie 的数据结构设计了一种识别大的聚集流量的功能,可应用 于网络的异常检测.文献[64]考虑到目前源地址验证标准(SAVI)的不足,通过 NOX 上开发的应用程序来获取全 局网络视图,从而决策 SAVI 设备的验证规则.5总结与展望基于 OpenFlow 的 SDN 技术是控制转发分离架构的延续和深化,在提出时就受到广泛关注,为未来互联网的发展提供了一种新的解决思路.目前的 SDN 主要由 OpenFlow 实现其设计思想,但在面向真实网络的部署过 程中,性能优化、可扩展性、安全性、分布式控制等需求都需要重新考虑.尽管已经取得了长足的进步,但从目 前的研究和应用来看,基于 OpenFlow 的 SDN 技术无论在学术界还是产业界都仍处于发展阶段,还有很多问题 需要深入研究.下面对其未来研究重点和发展趋势进行探讨. (1) OpenFlow 标准的推进和控制软件的开发 OpenFlow 标准取决于业界共识,其决定了未来的发展方向,将是各大网络设备厂商关注的焦点.应当以实 际的功能需求和演进趋势为导向来决定流表结构设计需要支持哪些功能.对于核心部件控制器,其控制软件的 …… 此处隐藏：5353字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……