軟件定義網絡(SDN)實現了網絡控制平面和數據平面的分離,使得網絡的可編程性越來越高。OpenFlow是SDN中最早的實現技術,OpenFlow將數據平面設備的行為抽象為“匹配+動作”的處理范式,并基于該抽象設計了與控制平面的協議接口。然而,OpenFlow的數據平面采用協議依賴的設計,仍1舊限制了網絡的可編程性。近年來,隨著互聯網應用的不斷發(fā)展,新協議新業(yè)務不斷出現,協議無關轉發(fā)(PIF)技術的研究得到了越來越多的人的關注。協議無感知轉發(fā)(POF)是首個基于PIF思想提出的技術,旨在使數據平面可以擺脫對特定協議的依賴,支持任意協議字段的匹配和處理。然而,當前POF作為新型網絡技術,在發(fā)展上仍1舊面臨著如下問題:1)缺乏完善的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境支持。支持POF的控制器和交換機極少。2)交換機流表資源有限。SDN交換機的中的流表匹配可以實現非常精確的細粒度的流量管控,然而通常實現表的硬件資源(TCAM等)較為昂貴且能耗高,如何在細粒度的流量控制下減少流表資源開銷是一個有待進一步研究的方向。3)缺乏支持協議無關的網絡虛擬化技術。根據底層物理網絡資源向租戶提供支持自定義協議匹配和處理的虛擬網絡有著非常誘人的前景。本文針對以上POF面臨的問題,逐一設計了解決方案。具體的研究內容和貢獻如下:·在控制平面上,我們設計并實現了一個具有完整POF功能的控制器。該控制器可以實現對POF交換機的管控,并且提供了 POF相關的北向接口,有利于協議無關的應用開發(fā)。在數據平面上,我們通過利用DPDK技術加速了 POF軟件交換機的數據包處理能力。并且,我們還搭建了跨廣域網的POF網絡實驗床,并在其中部署了所研制的POF控制器和交換機�！せ赑OF設計了一套源路由轉發(fā)方案,即POSR。該方案設計了專用的源路由首部,并使用POF提供的流指令集設計和實現了交換機的包處理流程。相比較傳統(tǒng)方案,POSR可有效減少首部封裝開銷,并減少交換機中流表項的使用�！ぬ岢霾崿F了基于協議無關概念下的SDN網絡虛擬化平臺,即SR-PVX。在SR-PVX中,通過源路由轉發(fā)和流表虛擬化技術,可以高效地為租戶提供支持POF編程的虛擬SDN網絡服務。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP393.02
【部分圖文】：

封閉的生態(tài)環(huán)境同時也抑制了網絡技術的革新。逡逑軟件定義網絡（Ｓｏｆｔｗａｒｅ－Ｄｅｆｉｎｅｄ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＳＤＮ）是針對以上問題提出的一逡逑種新型網絡架構類型。如圖１．１所示是ＳＤＮ網絡架構圖［１０，邋１１］。這種架構以控制逡逑平面和數據平面分離為基本原則，采用開放且標準化的控制面數據面之間的通逡逑信協議（南向通信接口），使得網絡的控制和管理不依賴于特定的網絡硬件，并逡逑能夠提供一套靈活的網絡應用程序編程接口（北向通信接口），方便網絡管理員逡逑通過一個邏輯集中的控制平面使用軟件靈活的對數據面轉發(fā)行為進行編程。逡逑ＯｐｅｎＦｌｏｗ［１２］是最著名的ＳＤＮ實現技術，其誕生于斯坦福大學的Ｃｌｅａｎ邋Ｓｌａｔｅ逡逑項目，由Ｎｉｃｋ邋ＭｃＫｅｏｗｎ教授等人提出。如圖１．２所示，ＯｐｅｎＦｌｏｗ采用了數據平逡逑面和控制平面分離的設計，其數據平面采用“Ｍａｔｃｈ－ａｎｄ－Ａｃｔｉｏｎ”的行為抽象，網逡逑絡設備的控制平面功能被抽取到一個遠程集中式的控制器中，只保留了數據轉逡逑發(fā)路徑（ｄａｔａｐａｔｈ）和簡單的控制支撐功能�？刂破骱徒粨Q機之間的通信接口采逡逑１逡逑

圖１．３協議無關轉發(fā)［２］逡逑

圖１．２邋ＯｐｅｎＦＩｏｗ交換機［１】逡逑

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本文編號：2815630