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(duì)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(lái)愈復(fù)雜并越來(lái)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(guò)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(jiǎn)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(cè)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(zhǎng)、診斷結(jié)果不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。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(jī)，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(diǎn)。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(duì)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(cè)量的結(jié)果作為分析對(duì)象，但是，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的結(jié)果多為端到端的性能指標(biāo)，這種測(cè)量結(jié)果對(duì)于網(wǎng)絡(luò)故障的診斷過(guò)于粗糙。本文提出了一種基于OpenFlow的網(wǎng)絡(luò)故障診斷機(jī)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(duì)網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息采集，從拓?fù)涔芾?、丟包、吞吐量、延遲、路徑追蹤5個(gè)方面進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)故障的診斷。實(shí)驗(yàn)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ⅲ軌驅(qū)W(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)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(gè)分布式的系統(tǒng)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)鏈路發(fā)生故障時(shí)，無(wú)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾怼h(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(gè)功能模塊。實(shí)驗(yàn)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(shí)，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)鏈路故障，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的自主保障性。
　　3.基于NetMagic的路徑追蹤實(shí)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(jì)案例充分等優(yōu)點(diǎn)。本文在NetMagic平臺(tái)上實(shí)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(dòng)測(cè)量的方式，通過(guò)在SDN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備--NetMagic上添加3條流表項(xiàng)來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錅y(cè)量及數(shù)據(jù)包路徑追蹤的任務(wù)。同時(shí)，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(bào)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(duì)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(cè)任務(wù)