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基于OpenFlow 的SDN 技术在IP 城域网中的应用探索

来源:创先论文发表网 2016-01-23
一、引言

 

  网络应用类型的不断丰富对IP 城域网的业务控制层和核心层提出了更高的要求,随着网络规模的不断扩大,新型网络体系架构难以部署这一缺点也逐渐凸显出来 [1],针对以上问题目前比较有代表性的研究组织有GENI、欧盟的FIRE、日本的 JGN2plus 和我国的 SOFIA 等,本文在研究上述组织提出的解决方案的基础上,对基于OpenFlow 的SDN技术进行了研究。

 

  二、基于OpenFlow 的SDN 网络架构

 

  SDN 的核心思想是将网络控制平面与数据平面分离,由软件驱动的中央控制节点来自动化控制整个网络。基于OpenFlow 的SDN 网络架构由控制器、OpenFlow 交换机和安全通信协议组成。OpenFlow 采用流表构造数据分组,数据分组按照流表进行转发,流表的生成、维护、配置则由中央控制器来管理[2]。

 

  流表(flow table) 有三个要素:数据包报头、操作和统计信息,这些流表由控制器控制。最新版本的OpenFlow v1.3标准定义了40 个领域,包括对IPv6 的协议的支持[2]。若输入流表的分组与控制器中的操作相匹配,则将分组转发到一个特定的端口,若输入流表的分组报头不匹配,则将分组发送到上述控制器,分析和处理后转发至相应的端口。OpenFlow 交换机和控制器之间的协议用于管理交换机的状态,包括切换消息、对称消息以及异步消息等三种。控制器接收来自OpenFlow 交换机的信息,并远程配置流表。

 

  三、基于OpenFlow 的SDN 在IP 城域网应用

 

  3.1 基于OpenFlow 的SDN 在IP 城域网网络架构

 

  目前IP 城域网由核心层和业务控制层组成,核心层负责城域网内数据流量交换并提供城域网到IP 骨干网的出口;业务控制层实现公众上网以及大客户互联网访问需求以及组播功能。

 

  随着IP 城域网承载业务类型多样化,如何快速实现业务部署和进行精细化流量管理成为IP 城域网亟待解决的问题。

 

  OpenFlow 协议1.0 版本ACTION 包括4 种类型:

 

  1、转发至相应的端口;

 

  2、压缩并转发至控制器;

 

  3、丢弃;

 

  4、送入正常处理模式。

 

  利用OpenFlow 交换机的处理特性,可以在城域网业务控制层分布式部署OpenFlow 交换机,从而实现传统的业务处理模式不变,而新开发的业务以及控制模型压缩并转发至控制器。

 

  3.2 新网络架构的应用

 

  3.2.1 新网络架构在业务控制层的应用

 

  传统的IPv6 业务在业务控制层或核心层部署相应的板卡后,需要对相应的支撑系统进行改造,不利于IPv6 业务推广,采用基于OpenFlow 的SDN 网络架构以后,开发人员可以利用SDN 控制器实现IPv6 业务快速部署。

 

  随着用户规模增加以及业务需求类型的多样化,基于OpenFlow 的SDN 网络可以满足用户智能提速的需求,同时第三方可以开发相应的控制模块,实现城域网多业务多元化承载需求。

 

  3.2.2 新网络架构在核心层的应用

 

  随着用户规模增长,CR 出口带宽需要不断扩容,这对设备的处理性能以及机房条件提出了更高的要求,文献[2]表明了在CR 侧部署RCP 控制器,能有效提升路由收敛性能,本文建议在RCP 控制器中增加数据中心负载状态模块,用于记录大流量数据中心的访问需求,交由控制器完成数据中心状态跟踪,并形成相应的优先级, 利用优先级合理选择出省路径,达到省干链路的最大化利用,有效减少省干链路的投资。

 

  四、结语

 

  本文首先总结了基于OpenFlow 的SDN 网络架构,然后分别对业务控制层以及核心层控制模型进行了分析,通过在业务控制层分布式部署OpenFlow 交换机以及在核心层增加RCP 数据中心负载状态模块,实现了城域网控制和转发分离。


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