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基于软件定义网络的应用层能力虚拟化方法设计与验证

张铖  
【摘要】:互联网络构架经过多年的发展,逐渐从一个应用范围单一的专用网络转变为包罗万象、连接世界的庞然大物。时至今日,互联网用户越来越丰富的网络应用需求以及爆发式增长的网络流量与互联网“老旧”构架间的矛盾愈发明显。 软件定义网络(Software-Defined Networking,简称SDN)便是斯坦福大学的研究者针对这一问题的解答。经过多年发展,软件定义网络的概念从简单的实验新型协议发展为控制转发分离、软硬件分离、网络虚拟化等一系列网络能力软化重构的代名词,它不仅是对旧问题的回答,更是对未来网络组织形式的展望。 OpenFlow协议是软件定义网络的核心技术之一,作为控制器与转发设备间的桥梁,其现行的1.X版本仅支持三层以下的网络控制,需要转发设备的智能支持,无法做到真正的控制与转发分离。考虑到软件定义网络的设计初衷及OpenFlow协议的潜力,将OpenFlow协议的控制范围拓展至四层以上是完全可行的。 ZOpenFlow协议是笔者基于OpenFlow协议改进而成,该协议以{“偏移量”,“长度”}定位机制为基础,数据包操作为工具,真正实现了转发设备协议无感知以及智能最小化,达成了网络中控制与转发的分离。ZOpenFlow协议不仅更好的实现了软件定义网络的初衷,还为软件定义网络提供了一种基于“控制器决策,流表承载,转发设备操作”模式的网络功能实现方法。为验证ZOpenFlow协议框架下的软件定义网络,笔者通过对Pyretic控制器以及Open vSwitch转发设备进行修改,在Mininet网络实验环境中完成了基于ZOpenFlow协议的软件定义网络搭建。 笔者选取应用层网关作为网络应用层能力的代表,不借助第三方设备,仅依靠ZOpenFlow协议机制在实验环境中实现了应用层网关功能,并通过改造后的Mininet网络实验环境对该功能的可行性及性能进行了测试与评估,验证了基于ZOpenFlow协议框架的软件定义网络对四层以上网络功能的控制能力。


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