關(guān)于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的模型研究綜述論文
關(guān)于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的模型研究綜述論文
軟件定義網(wǎng)絡(luò)是由Emulex提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，其核心技術(shù)OpenFlow通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供了良好的平臺(tái)。以下是學(xué)習(xí)啦小編今天為大家精心準(zhǔn)備的：關(guān)于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的模型研究綜述相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
關(guān)于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的模型研究綜述全文如下：
1 前言
隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)面臨著許多重大技術(shù)挑戰(zhàn)，如地址空間瀕臨枯竭、服務(wù)質(zhì)量無法有效保證、網(wǎng)絡(luò)安全難以根本解決、網(wǎng)絡(luò)管理手段匱乏等問題。設(shè)計(jì)新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所存在的問題已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界、中國(guó)論文網(wǎng)產(chǎn)業(yè)界和運(yùn)營(yíng)商的迫切需要。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software DefinedNetworking, SDN)在此背景下被提出。
盡管SDN 是目前網(wǎng)絡(luò)界的研究熱點(diǎn)之一，但是當(dāng)前研究主要集中在SDN 技術(shù)設(shè)計(jì)方面而對(duì)SDN 的基礎(chǔ)理論研究較少，導(dǎo)致學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界等對(duì)于SDN 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)缺乏理論支持：在SDN 網(wǎng)絡(luò)模型研究、SDN 控制平面抽象、SDN 數(shù)據(jù)平面抽象方面還需進(jìn)一步研究。因此，對(duì)新型軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN 進(jìn)行模型研究十分重要且必要。
2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
2.1SDN 網(wǎng)絡(luò)抽象模型
軟件定義的網(wǎng)絡(luò)(SDN)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu), 通過將網(wǎng)絡(luò)控制與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)解耦合，開放底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)提供高度的可編程性。為了使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)和控制解耦合，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要向控制層面提供可編程的接口，即一般所稱的南向接口(Southbound Interface)。目前的SDN 所默認(rèn)的南向接口，同時(shí)也是第一個(gè)得到標(biāo)準(zhǔn)化的南向接口，即OpenFlow。
OpenFlow 在數(shù)據(jù)層面最為核心的特征是數(shù)據(jù)報(bào)文觸發(fā)事件和細(xì)粒度的流轉(zhuǎn)發(fā)。這兩個(gè)特征使得控制程序可以以一種非常簡(jiǎn)單直接的方式操作報(bào)文。這種模式激發(fā)了大量基于OpenFlow 的應(yīng)用，如數(shù)據(jù)中心的流量調(diào)度，負(fù)載均衡，試驗(yàn)床，移動(dòng)，安全等等。中國(guó)論文網(wǎng)同時(shí)，由于SDN 采用邏輯集中的控制平面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的全局管理，為了使SDN 具有更好的可擴(kuò)展性，研究者在此方面展開了大量的研究。
當(dāng)前對(duì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在技術(shù)設(shè)計(jì)方面，而對(duì)SDN 網(wǎng)絡(luò)模型的研究相對(duì)較少?；赟DN 網(wǎng)絡(luò)，面向移動(dòng)云管理系統(tǒng)進(jìn)行OpenFlow 控制器的設(shè)計(jì)，并采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行可編程網(wǎng)絡(luò)模型的建模，給出了OpenFlow控制器的具體設(shè)計(jì)方法。M. Jarschel 通過仿真的方法對(duì)采用OpenFlow 交換機(jī)的SDN 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，并給出了數(shù)據(jù)包在SDN 網(wǎng)絡(luò)中的逗留時(shí)間以及數(shù)據(jù)包的丟失率等指標(biāo)。A.Bianco 對(duì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平面進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)，并對(duì)比了通過OpenFlow 交換、通過兩層以太網(wǎng)交換、以及通過三層IP路由進(jìn)行交換的性能。F. Omar 提出了一個(gè)性能模型用于幫助選擇一個(gè)更好的映射而不會(huì)給網(wǎng)絡(luò)處理器帶來對(duì)所有映射進(jìn)行比對(duì)的負(fù)擔(dān)。D. Alisa 針對(duì)當(dāng)前ONF SDN 模型的弱點(diǎn)，通過控制SDN 的啟動(dòng)設(shè)置以及對(duì)OpenFlow-config 進(jìn)行擴(kuò)展，提出了一個(gè)SDN 網(wǎng)絡(luò)的適用性模型。
2.2SDN 控制平面建模與優(yōu)化
當(dāng)前SDN 控制平面的研究主要包括控制器軟件實(shí)現(xiàn)、基于OpenFlow 封裝的北向接口(Northbound Interface)設(shè)計(jì)和基于網(wǎng)絡(luò)最大轉(zhuǎn)發(fā)效率的流調(diào)度。在控制器軟件實(shí)現(xiàn)方面，最重要的功能已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單地對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備和數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，而是轉(zhuǎn)而為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供控制網(wǎng)絡(luò)的編程接口，以便根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行靈活的處理。NOX、Beacon 和Maestro 三個(gè)系統(tǒng)可以看作一類，它們是集中式控制的代表，功能上大同小異，比較明顯的區(qū)別在于后兩者提供了多線程的支持，但是NOX 也存在加入了支持多線程的開發(fā)分支。Hyperflow 是部署在集中式控制系統(tǒng)上的分布式擴(kuò)展補(bǔ)丁，由于需要大量的控制通信，因此其應(yīng)用規(guī)模受到了限制;Onix 是較新出現(xiàn)的分布式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，在規(guī)?；暇哂休^大的優(yōu)勢(shì);和前面幾類基于事件的控制系統(tǒng)不同，Onix 系統(tǒng)中應(yīng)用程序需要主動(dòng)拉取數(shù)據(jù)。
在以網(wǎng)絡(luò)為中心的轉(zhuǎn)發(fā)資源分配方面，以網(wǎng)絡(luò)資源利用最大化程度為目標(biāo)，將不同控制應(yīng)用生成的控制規(guī)則統(tǒng)一對(duì)待，相當(dāng)于是一個(gè)控制應(yīng)用處理不同流量。流量關(guān)心的流卸載(Traffic-aware Flow Offloading, TFO)利用流量的Zipf 特征，選擇不同時(shí)間尺度的最流行的流量(the most popular flows)下發(fā)到交換機(jī)中，卸載大部分的流量利用交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，而小流從控制器轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平面處理流量的最大化。通過將控制和全局可視化解耦，DevoFlow 監(jiān)測(cè)(detect)和控制“重要的流(significant flows)”，同時(shí)采用規(guī)則克隆和本地行為機(jī)制實(shí)現(xiàn)將控制轉(zhuǎn)移(devolve)到交換機(jī)，減少了控制的負(fù)載(overhead)。
2.3 SDN 數(shù)據(jù)平面抽象
斯坦福大學(xué)Nick McKeown 教授所在團(tuán)隊(duì)于2008 年提出OpenFlow 協(xié)議。OpenFlow 是SDN 技術(shù)的一個(gè)實(shí)例。SDN 網(wǎng)絡(luò)主要由開放設(shè)備OpenFlow Switch、集中管控控制器Controller和它們之間的通信協(xié)議OpenFlow 協(xié)議三部分組成。
OpenFlow 的基本思想是將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的快速報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)部分(數(shù)據(jù)平面)和邏輯路由決策部分(控制平面)進(jìn)行分離，數(shù)據(jù)平面駐留在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部，而控制平面則從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移出集中至控制服務(wù)器，雙方通過標(biāo)準(zhǔn)化的消息接口來進(jìn)行通信。中國(guó)論文網(wǎng)同時(shí)，在數(shù)據(jù)平面，設(shè)計(jì)了新的硬件形式---- 流表(FlowTable)，作為原網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)平面功能的一個(gè)微縮，提供給外界進(jìn)行使用，外界可管控的數(shù)據(jù)平面統(tǒng)一為Flow Table 形式;在控制平面，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制邏輯采用集中式分析、計(jì)算和運(yùn)行，通過標(biāo)準(zhǔn)化的消息方式將控制指令發(fā)送給設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，以完成傳統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式下的基本功能，如報(bào)文接收、報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)、修改轉(zhuǎn)發(fā)表、獲取設(shè)備狀態(tài)等。
IETF 定義的控制轉(zhuǎn)發(fā)分離協(xié)議ForCES(Forwarding andControl Element Separation) 是一種新型網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的架構(gòu)。它在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)分離控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)允許存在多個(gè)控制單元和轉(zhuǎn)發(fā)單元，并且定義了控制單元和轉(zhuǎn)發(fā)單元之間的標(biāo)準(zhǔn)通信接口。ForCES 的設(shè)計(jì)初衷在于設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)控制分離，側(cè)重于現(xiàn)有功能的建模，而不是用來創(chuàng)造新的網(wǎng)絡(luò)特性。ForCES 中網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)沒有被改變，兩個(gè)ForCES 網(wǎng)絡(luò)單元間的接口仍然使用傳統(tǒng)的路由器間的接口，F(xiàn)orCES 網(wǎng)絡(luò)單元能夠透明地連接現(xiàn)在的路由器，且用分布式協(xié)議來實(shí)現(xiàn)控制功能。
為了在傳統(tǒng)路由器硬件基礎(chǔ)之上支持軟件定義網(wǎng)絡(luò)，清華大學(xué)提出了OpenFlow+ 數(shù)據(jù)平面轉(zhuǎn)發(fā)抽象技術(shù)。OpenFlow+ 針對(duì)OpenFlow 在IPv6 擴(kuò)展、網(wǎng)絡(luò)感知能力等方面的不足，在OpenFlow 協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展使其支持IPv6 功能，同時(shí)在現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)不同用戶的不同需求實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)文和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的感知。
國(guó)防科技大學(xué)提出的LabelCast 協(xié)議通過在傳輸層增加LabelCast 報(bào)頭，通過標(biāo)簽機(jī)制在傳輸層建立點(diǎn)到多點(diǎn)的傳輸路徑，并可標(biāo)識(shí)報(bào)文的優(yōu)先級(jí)、預(yù)留帶寬等信息。該協(xié)議采用集中控制的方法，由調(diào)度中心管理用戶的加入和退出，維護(hù)和更新每個(gè)LabelCast 節(jié)點(diǎn)的標(biāo)簽表，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配標(biāo)簽，建立轉(zhuǎn)發(fā)路徑。每個(gè)LabelCast 節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文攜帶的標(biāo)簽號(hào)確定本地的處理行為，查找轉(zhuǎn)發(fā)表確定下一跳節(jié)點(diǎn)。
3 仿真結(jié)果
本文通過matlab 軟件編程仿真實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)參數(shù)如下：
信道速率：12.4kbit/s SIFS：20us ACK 長(zhǎng)度：112bit
話音速率：2.4kbit/s DIFS：50us 允許最大時(shí)延：150ms
分組到達(dá)速率：20 包/s
仿真了節(jié)點(diǎn)數(shù)與丟包率的關(guān)系。為在最小沖突避免窗口為32 時(shí)，節(jié)點(diǎn)數(shù)與丟包率的關(guān)系，可以看出隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加丟包率在增加，話音丟包率以0.01 為最高容忍值，可以看出采用基本接入方式，信道最多可以支持3 個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳輸話音。中國(guó)論文網(wǎng)當(dāng)傳輸話音節(jié)點(diǎn)數(shù)超過3 時(shí)，丟包率急劇增加。
4 結(jié)論
文中通過建立802.11 DCF 機(jī)制的馬爾科夫數(shù)學(xué)模型，分析仿真了話音業(yè)務(wù)下節(jié)點(diǎn)數(shù)與丟包率的關(guān)系。仿真結(jié)果表明，DCF 機(jī)制并不能有效支持無線局域網(wǎng)的話音業(yè)務(wù)。文章對(duì)于研究改進(jìn)DCF 機(jī)制，支持無線局域網(wǎng)的實(shí)時(shí)話音業(yè)務(wù)的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。
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