關於軟體定義網路的模型研究綜述論文

　　軟體定義網路是由Emulex提出的一種新型網路創新架構，其核心技術OpenFlow通過將網路裝置控制面與資料面分離開來，從而實現了網路流量的靈活控制，為核心網路及應用的創新提供了良好的平臺。以下是小編今天為大家精心準備的：關於軟體定義網路的模型研究綜述相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　關於軟體定義網路的模型研究綜述全文如下：

　　1 前言

　　隨著網際網路的快速發展，當前網際網路面臨著許多重大技術挑戰，如地址空間瀕臨枯竭、服務質量無法有效保證、網路安全難以根本解決、網路管理手段匱乏等問題。設計新型網路體系結構以解決當前網路所存在的問題已經成為學術界、中國論文網產業界和運營商的迫切需要。軟體定義網路Software DefinedNetworking, SDN在此背景下被提出。

　　儘管SDN 是目前網路界的研究熱點之一，但是當前研究主要集中在SDN 技術設計方面而對SDN 的基礎理論研究較少，導致學術界、產業界等對於SDN 網路的設計缺乏理論支援：在SDN 網路模型研究、SDN 控制平面抽象、SDN 資料平面抽象方面還需進一步研究。因此，對新型軟體定義網路SDN 進行模型研究十分重要且必要。

　　2 國內外研究現狀分析

　　2.1SDN 網路抽象模型

　　軟體定義的網路SDN是一種新型的網路體系結構, 通過將網路控制與網路轉發解耦合，開放底層網路裝置為網路提供高度的可程式設計性。為了使網路裝置的轉發和控制解耦合，網路裝置需要向控制層面提供可程式設計的介面，即一般所稱的南向介面Southbound Interface。目前的SDN 所預設的南向介面，同時也是第一個得到標準化的南向介面，即OpenFlow。

　　OpenFlow 在資料層面最為核心的特徵是資料報文觸發事件和細粒度的流轉發。這兩個特徵使得控制程式可以以一種非常簡單直接的方式操作報文。這種模式激發了大量基於OpenFlow 的應用，如資料中心的流量排程，負載均衡，試驗床，移動，安全等等。中國論文網同時，由於SDN 採用邏輯集中的控制平面進行網路的全域性管理，為了使SDN 具有更好的可擴充套件性，研究者在此方面展開了大量的研究。

　　當前對軟體定義網路的研究主要集中在技術設計方面，而對SDN 網路模型的研究相對較少。基於SDN 網路，面向移動雲管理系統進行OpenFlow 控制器的設計，並採用面向物件的方法進行可程式設計網路模型的建模，給出了OpenFlow控制器的具體設計方法。M. Jarschel 通過模擬的方法對採用OpenFlow 交換機的SDN 網路進行了效能評價，並給出了資料包在SDN 網路中的逗留時間以及資料包的丟失率等指標。A.Bianco 對軟體定義網路的資料平面進行了效能評價，並對比了通過OpenFlow 交換、通過兩層乙太網交換、以及通過三層IP路由進行交換的效能。F. Omar 提出了一個性能模型用於幫助選擇一個更好的對映而不會給網路處理器帶來對所有對映進行比對的負擔。D. Alisa 針對當前ONF SDN 模型的弱點，通過控制SDN 的啟動設定以及對OpenFlow-config 進行擴充套件，提出了一個SDN 網路的適用性模型。

　　2.2SDN 控制平面建模與優化

　　當前SDN 控制平面的研究主要包括控制器軟體實現、基於OpenFlow 封裝的北向介面Northbound Interface設計和基於網路最大轉發效率的流排程。在控制器軟體實現方面，最重要的功能已經不再是簡單地對網路中的裝置和資料進行控制，而是轉而為網路應用提供控制網路的程式設計介面，以便根據不同的應用需求進行靈活的處理。NOX、Beacon 和Maestro 三個系統可以看作一類，它們是集中式控制的代表，功能上大同小異，比較明顯的區別在於後兩者提供了多執行緒的支援，但是NOX 也存在加入了支援多執行緒的開發分支。Hyperflow 是部署在集中式控制系統上的分散式擴充套件補丁，由於需要大量的控制通訊，因此其應用規模受到了限制;Onix 是較新出現的分散式網路作業系統，在規模化上具有較大的優勢;和前面幾類基於事件的控制系統不同，Onix 系統中應用程式需要主動拉取資料。

　　在以網路為中心的轉發資源分配方面，以網路資源利用最大化程度為目標，將不同控制應用生成的控制規則統一對待，相當於是一個控制應用處理不同流量。流量關心的流解除安裝Traffic-aware Flow Offloading, TFO利用流量的Zipf 特徵，選擇不同時間尺度的最流行的流量the most popular flows下發到交換機中，解除安裝大部分的流量利用交換機轉發，而小流從控制器轉發，實現資料平面處理流量的最大化。通過將控制和全域性視覺化解耦，DevoFlow 監測detect和控制“重要的流significant flows”，同時採用規則克隆和本地行為機制實現將控制轉移devolve到交換機，減少了控制的負載overhead。

　　2.3 SDN 資料平面抽象

　　斯坦福大學Nick McKeown 教授所在團隊於2008 年提出OpenFlow 協議。OpenFlow 是SDN 技術的一個例項。SDN 網路主要由開放裝置OpenFlow Switch、集中管控控制器Controller和它們之間的通訊協議OpenFlow 協議三部分組成。

　　OpenFlow 的基本思想是將傳統網路裝置中的快速報文轉發部分資料平面和邏輯路由決策部分控制平面進行分離，資料平面駐留在網路裝置內部，而控制平面則從網路裝置移出集中至控制伺服器，雙方通過標準化的訊息介面來進行通訊。中國論文網同時，在資料平面，設計了新的硬體形式---- 流表FlowTable，作為原網路裝置資料平面功能的一個微縮，提供給外界進行使用，外界可管控的資料平面統一為Flow Table 形式;在控制平面，網路裝置的控制邏輯採用集中式分析、計算和執行，通過標準化的訊息方式將控制指令傳送給裝置，實現對裝置的遠端控制，以完成傳統分散式網路執行模式下的基本功能，如報文接收、報文轉發、修改轉發表、獲取裝置狀態等。

　　IETF 定義的控制轉發分離協議ForCESForwarding andControl Element Separation 是一種新型網路裝置的架構。它在一個網路單元內分離控制平面和轉發平面，一個網路單元內允許存在多個控制單元和轉發單元，並且定義了控制單元和轉發單元之間的標準通訊介面。ForCES 的設計初衷在於裝置的轉發控制分離，側重於現有功能的建模，而不是用來創造新的網路特性。ForCES 中網路架構沒有被改變，兩個ForCES 網路單元間的介面仍然使用傳統的路由器間的介面，ForCES 網路單元能夠透明地連線現在的路由器，且用分散式協議來實現控制功能。

　　為了在傳統路由器硬體基礎之上支援軟體定義網路，清華大學提出了OpenFlow+ 資料平面轉發抽象技術。OpenFlow+ 針對OpenFlow 在IPv6 擴充套件、網路感知能力等方面的不足，在OpenFlow 協議基礎上進行擴充套件使其支援IPv6 功能，同時在現有硬體基礎上實現，可以根據不同使用者的不同需求實現對報文和網路狀態的感知。

　　國防科技大學提出的LabelCast 協議通過在傳輸層增加LabelCast 報頭，通過標籤機制在傳輸層建立點到多點的傳輸路徑，並可標識報文的優先順序、預留頻寬等資訊。該協議採用集中控制的方法，由排程中心管理使用者的加入和退出，維護和更新每個LabelCast 節點的標籤表，為每個節點分配標籤，建立轉發路徑。每個LabelCast 節點根據報文攜帶的標籤號確定本地的處理行為，查詢轉發表確定下一跳節點。

　　3 模擬結果

　　本文通過matlab 軟體程式設計模擬實現，系統引數如下：

　　通道速率：12.4kbit/s SIFS：20us ACK 長度：112bit

　　話音速率：2.4kbit/s DIFS：50us 允許最大時延：150ms

　　分組到達速率：20 包/s

　　模擬了節點數與丟包率的關係。為在最小衝突避免視窗為32 時，節點數與丟包率的關係，可以看出隨著節點數的增加丟包率在增加，話音丟包率以0.01 為最高容忍值，可以看出採用基本接入方式，通道最多可以支援3 個節點同時傳輸話音。中國論文網當傳輸話音節點數超過3 時，丟包率急劇增加。

　　4 結論

　　文中通過建立802.11 DCF 機制的馬爾科夫數學模型，分析模擬了話音業務下節點數與丟包率的關係。模擬結果表明，DCF 機制並不能有效支援無線區域網的話音業務。文章對於研究改進DCF 機制，支援無線區域網的實時話音業務的應用具有一定的借鑑意義。