基于SDN的实时路径规划的设计与实现

1、    基于sdn的实时路径规划的设计与实现    宋文文+杨森+薛莱摘 要：伴随网络信息化科技的迅猛发展与普及，当前的互联网控制技术面临诸多不可控制的难题，软件定义网络（sdn）符合趋势的发展需求，其核心思想的“分组转发和数据控制分离”处理方法已逐渐被广大研究人员接受。本文在sdn视角下，针对诸多不可控的元素讨论基于floodlight + mininet的仿真测试平台的相关问题，利用v-switch交换机构建虚拟平台的相关网络节点设计，后台使用java平台设计软件进行控制，最终模拟实现实验目标sdn网络结构，并完成基于sdn的实施路径规划流程的设计。

2、关键词：sdn；openflow；mininet；floodlightdoi：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.2291 引言伴随网络信息技术的迅猛发展，传统的基于ethernet和tcp/ip的网络因为其设计的松散性和简单性的特征，使得其在internet得到了规模化应用和快速发展，然而随着internet的应用日益深入和广泛和使用规模的不断扩大，internet的结构和功能日趋复杂，传统网络与生俱来的缺陷逐渐呈现并且爆发起来。传统网络架构设计的数据中心网络中，由于传统网络的纯分布式控制特点，管理者无法从全局角度指定数据包的整体路径，只能通过包头标识符的方式对数据包

3、进行有限约束或优化。sdn（software define network 软件定义网络）作为一种新的网络架构概念，具有控制和转发分离实现了逻辑集中控制、开放式编程接口，从而解决传统网络中的问题，为这些路径控制不明确的问题提供了新的解决思路和方案。本文的目的是通过在sdn新网络架构下使用openflow技术来研究低负载条件的数据中心网络架构中的sdn实时路径规划问题。2 基于sdn的实时路径规划的设计2.1 网络拓扑采用对称的fat-tree网络模型来分析问题，对称的fat-tree网络模型简便易行，胖树架构下，网络带宽不收敛，胖树网络则更像是真实的树，越到树根，枝干越粗，即：从叶子到树根，网

4、络带宽不收敛，适合用来说明和解决问题。2.2 系统设计思路根据系统的功能性与非功能性需求分析，将本系统划分为4大功能模块：控制器交互模块、人机交互模块、路径选择模块、流量分析模块。控制器交互模块：控制器交互模块分为三个子模块：topo信息获取、topo信息处理、转发控制。人机交互模块：人机交互模块可分为图形界面设计、topo显示、用户输入、转发路径输出共四个子模块。路径选择模块：路径选择模块是本系统的计算核心，实现对数据包转发路径的计算。本模块可以划分为最短路径选择、最优路径选择两个子模块。流量分析模块：流量分析模块必须具备如下两个核心功能：第一个是验证转发层是否在ryu控制器的控制下按照路径

5、选择模块计算出的转发路径转发数据包；第二个是监控整个fat-tree网络topo中的流量。2.3 软件体系结构其中使用了跨平台的b/s结构，实现了pc/mobile的平台兼容性，后台使用flask作为web框架，利用nginx来进行py文件的渲染。在ryu/ryu和mininet的环境下搭建拓扑，并读取数据，application端的软件完全采用面向对象的方式来实现，极大的提高了靈活性和可扩展性，为软件功能的扩充带来了方便。2.4 应用场景介绍和特性总结通过平台搭建和后台编程，最终实现了基于sdn的实时路径规划，总结起来应用场景有如下两个特征：第一个是openflow将控制功能从网络设备中分离

6、出来，在网络设备上维护流表（flow table）结构，数据分组按照流表进行转发，而流表的生成、维护、配置则由中央控制器集中管理，灵活性和扩展性更高，从而加速网络部署周期。第二个是可以通过中央控制器灵活地进行动态管理和配置，可在不影响传统网络正常流量的情况下，在现有的网络中添加规则，降低了网络复杂度。综上所述，本文提出的实时路径规划需要加入动态路径规划（dp）模块的ryu控制器，dp模块可以读取整个网络的流量分布，并且可以根据策略对交换机进行流表配置。为交换机设置具有带宽控制的队列，每个队列可以设置经自己转发的包的最大最小带宽，以及对链路的占用时间。配置路径选择策略，控制器的dp模块根据策略建

7、立每个交换机的流表配置，并写入交换机。3 小结本文分析和总结sdn相关的发展历程，分析基于sdn的实时路径规划中的各个核心问题，基于sdn的数据中心网络实现逻辑和控制分离，结合本文相关工作总结sdn有如下三个优点：1.集中高效的网络管理和运维维护；2.灵活的组网和多路径转发；3.智能虚拟机部署和迁移，解决当前数据中心网络集中自动化管理，多路径转发，绿色节能问题。概而言之，sdn网络能力是开放和虚拟化有效实现数据中心容量提升，虚拟机智能部署和迁移，大规模虚拟租户需求，目前sdn技术还不成熟，多控制器控制机制的研究也将是下一个重要研究领域。参考文献：1范伟.软件定义网络及应用j.成都：中国电子科技集团，2013.2罗正华.可编程的网络软件定义网络d.成都：成都大学，2013.3毕军.sdn体系结构与未来网络体系结构创新环境d.北京 ：清华大学，2013.4张弘.软件定义的新型网络节点设计研究d.成都：电子科技大学，2013.5彭阳.基于openflow的网络安全技术研究d.北京：中国人民公安大学，2013. 山东