基于OpenFlow的網(wǎng)絡(luò)故障診斷研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，因特網(wǎng)已經(jīng)滲入到人們生活的方方面面，對人們的生活和工作產(chǎn)生了積極深遠(yuǎn)的影響。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)變得愈來愈復(fù)雜并越來越難以管理，這嚴(yán)重阻礙了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software-Defined NetWorking，SDN)通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面和數(shù)據(jù)平面相分離，形成邏輯集中的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，這極大地簡化了網(wǎng)絡(luò)的管理、促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新。由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的封閉性，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)故障診斷

2、技術(shù)通常將測量的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和特定的網(wǎng)絡(luò)故障診斷模型相結(jié)合，然后，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)故障的診斷及定位。但這種方法具有故障診斷周期長、診斷結(jié)果不準(zhǔn)確的缺點。SDN將原本封閉的“網(wǎng)絡(luò)黑盒”變得透明可編程，這為網(wǎng)絡(luò)故障診斷提供了新的契機，如何在SDN網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)故障的診斷、定位及恢復(fù)是目前的研究熱點。本文圍繞以上研究目標(biāo)研究了基于OpenFlow的網(wǎng)絡(luò)故障診斷，論文的主要內(nèi)容如下:
　　1.基于OpenFlow的網(wǎng)絡(luò)故障診斷:網(wǎng)絡(luò)故障診斷對于很多網(wǎng)

3、絡(luò)應(yīng)用和協(xié)議有著至關(guān)重要的作用。目前的故障診斷多以傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測量的結(jié)果作為分析對象，但是，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測量的結(jié)果多為端到端的性能指標(biāo)，這種測量結(jié)果對于網(wǎng)絡(luò)故障的診斷過于粗糙。本文提出了一種基于OpenFlow的網(wǎng)絡(luò)故障診斷機制。利用SDN控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面分離的特性，使用OpenFlow協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點進(jìn)行信息采集，從拓?fù)涔芾怼G包、吞吐量、延遲、路徑追蹤5個方面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)故障的診斷。實驗結(jié)果表明，該方法能夠準(zhǔn)確獲取網(wǎng)絡(luò)鏈路參數(shù)。此外，結(jié)合網(wǎng)

4、絡(luò)拓?fù)湫畔?，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)故障點進(jìn)行精確的定位。
　　2.基于OpenFlow的鏈路故障快速恢復(fù):網(wǎng)絡(luò)災(zāi)備和故障恢復(fù)是網(wǎng)絡(luò)故障診斷的重要組成部分，一直受到研究人員的廣泛關(guān)注。由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將控制平面和數(shù)據(jù)平面緊密耦合，使網(wǎng)絡(luò)變成了一個分布式的系統(tǒng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)鏈路發(fā)生故障時，無法進(jìn)行快速的網(wǎng)絡(luò)故障定位及恢復(fù)。然而，SDN使網(wǎng)絡(luò)變得更加靈活、可控。本文提出了一種基于OpenFlow的鏈路故障快速恢復(fù)方法，該方法使用OpenFlow協(xié)議，在控制器

5、中實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?、環(huán)路廣播風(fēng)暴避免、網(wǎng)絡(luò)流路由管理、鏈路故障快速恢復(fù)4個功能模塊。實驗表明，該方法能夠有效地避免網(wǎng)絡(luò)環(huán)路廣播風(fēng)暴，并在鏈路發(fā)生故障時，及時地發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)鏈路故障，增強網(wǎng)絡(luò)的自主保障性。
　　3.基于NetMagic的路徑追蹤實現(xiàn):NetMagic是基于FPGA的SDN交換設(shè)備，其克服了NetFPGA在設(shè)備形態(tài)、可編程性、性能等方面的局限性，具有軟件和硬件易于修改、設(shè)計案例充分等優(yōu)點。本文在NetMagic平臺上實現(xiàn)

6、了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包路徑追蹤的方法，該方法采用主動測量的方式，通過在SDN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備--NetMagic上添加3條流表項來完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錅y量及數(shù)據(jù)包路徑追蹤的任務(wù)。同時，為了節(jié)省NetMagic上的內(nèi)存空間，在控制器端和NetMagic端采用相同的哈希函數(shù)，將數(shù)據(jù)報文頭部信息進(jìn)行哈希，并將哈希的值作為NetMagic的內(nèi)存地址索引，然后將相關(guān)的路徑信息存入索引對應(yīng)的內(nèi)存空間，從而有效節(jié)省NetMagic的內(nèi)存空間，支持大規(guī)模的并發(fā)數(shù)據(jù)流路徑探測任務(wù)