關于軟件定義網絡的模型研究綜述論文
關于軟件定義網絡的模型研究綜述論文
軟件定義網絡是由Emulex提出的一種新型網絡創新架構，其核心技術OpenFlow通過將網絡設備控制面與數據面分離開來，從而實現了網絡流量的靈活控制，為核心網絡及應用的創新提供了良好的平臺。以下是學習啦小編今天為大家精心準備的：關于軟件定義網絡的模型研究綜述相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!
關于軟件定義網絡的模型研究綜述全文如下：
1 前言
隨著互聯網的快速發展，當前互聯網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、網絡安全難以根本解決、網絡管理手段匱乏等問題。設計新型網絡體系結構以解決當前網絡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。軟件定義網絡(Software DefinedNetworking, SDN)在此背景下被提出。
盡管SDN 是目前網絡界的研究熱點之一，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、產業界等對于SDN 網絡的設計缺乏理論支持：在SDN 網絡模型研究、SDN 控制平面抽象、SDN 數據平面抽象方面還需進一步研究。因此，對新型軟件定義網絡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 網絡抽象模型
軟件定義的網絡(SDN)是一種新型的網絡體系結構, 通過將網絡控制與網絡轉發解耦合，開放底層網絡設備為網絡提供高度的可編程性。為了使網絡設備的轉發和控制解耦合，網絡設備需要向控制層面提供可編程的接口，即一般所稱的南向接口(Southbound Interface)。目前的SDN 所默認的南向接口，同時也是第一個得到標準化的南向接口，即OpenFlow。
OpenFlow 在數據層面最為核心的特征是數據報文觸發事件和細粒度的流轉發。這兩個特征使得控制程序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于OpenFlow 的應用，如數據中心的流量調度，負載均衡，試驗床，移動，安全等等。中國論文網同時，由于SDN 采用邏輯集中的控制平面進行網絡的全局管理，為了使SDN 具有更好的可擴展性，研究者在此方面展開了大量的研究。
當前對軟件定義網絡的研究主要集中在技術設計方面，而對SDN 網絡模型的研究相對較少。基于SDN 網絡，面向移動云管理系統進行OpenFlow 控制器的設計，并采用面向對象的方法進行可編程網絡模型的建模，給出了OpenFlow控制器的具體設計方法。M. Jarschel 通過仿真的方法對采用OpenFlow 交換機的SDN 網絡進行了性能評價，并給出了數據包在SDN 網絡中的逗留時間以及數據包的丟失率等指標。A.Bianco 對軟件定義網絡的數據平面進行了性能評價，并對比了通過OpenFlow 交換、通過兩層以太網交換、以及通過三層IP路由進行交換的性能。F. Omar 提出了一個性能模型用于幫助選擇一個更好的映射而不會給網絡處理器帶來對所有映射進行比對的負擔。D. Alisa 針對當前ONF SDN 模型的弱點，通過控制SDN 的啟動設置以及對OpenFlow-config 進行擴展，提出了一個SDN 網絡的適用性模型。
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件實現、基于OpenFlow 封裝的北向接口(Northbound Interface)設計和基于網絡最大轉發效率的流調度。在控制器軟件實現方面，最重要的功能已經不再是簡單地對網絡中的設備和數據進行控制，而是轉而為網絡應用提供控制網絡的編程接口，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，比較明顯的區別在于后兩者提供了多線程的支持，但是NOX 也存在加入了支持多線程的開發分支。Hyperflow 是部署在集中式控制系統上的分布式擴展補丁，由于需要大量的控制通信，因此其應用規模受到了限制;Onix 是較新出現的分布式網絡操作系統，在規模化上具有較大的優勢;和前面幾類基于事件的控制系統不同，Onix 系統中應用程序需要主動拉取數據。
在以網絡為中心的轉發資源分配方面，以網絡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，相當于是一個控制應用處理不同流量。流量關心的流卸載(Traffic-aware Flow Offloading, TFO)利用流量的Zipf 特征，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，卸載大部分的流量利用交換機轉發，而小流從控制器轉發，實現數據平面處理流量的最大化。通過將控制和全局可視化解耦，DevoFlow 監測(detect)和控制“重要的流(significant flows)”，同時采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 數據平面抽象
斯坦福大學Nick McKeown 教授所在團隊于2008 年提出OpenFlow 協議。OpenFlow 是SDN 技術的一個實例。SDN 網絡主要由開放設備OpenFlow Switch、集中管控控制器Controller和它們之間的通信協議OpenFlow 協議三部分組成。
OpenFlow 的基本思想是將傳統網絡設備中的快速報文轉發部分(數據平面)和邏輯路由決策部分(控制平面)進行分離，數據平面駐留在網絡設備內部，而控制平面則從網絡設備移出集中至控制服務器，雙方通過標準化的消息接口來進行通信。中國論文網同時，在數據平面，設計了新的硬件形式---- 流表(FlowTable)，作為原網絡設備數據平面功能的一個微縮，提供給外界進行使用，外界可管控的數據平面統一為Flow Table 形式;在控制平面，網絡設備的控制邏輯采用集中式分析、計算和運行，通過標準化的消息方式將控制指令發送給設備，實現對設備的遠程控制，以完成傳統分布式網絡運行模式下的基本功能，如報文接收、報文轉發、修改轉發表、獲取設備狀態等。
IETF 定義的控制轉發分離協議ForCES(Forwarding andControl Element Separation) 是一種新型網絡設備的架構。它在一個網絡單元內分離控制平面和轉發平面，一個網絡單元內允許存在多個控制單元和轉發單元，并且定義了控制單元和轉發單元之間的標準通信接口。ForCES 的設計初衷在于設備的轉發控制分離，側重于現有功能的建模，而不是用來創造新的網絡特性。ForCES 中網絡架構沒有被改變，兩個ForCES 網絡單元間的接口仍然使用傳統的路由器間的接口，ForCES 網絡單元能夠透明地連接現在的路由器，且用分布式協議來實現控制功能。
為了在傳統路由器硬件基礎之上支持軟件定義網絡，清華大學提出了OpenFlow+ 數據平面轉發抽象技術。OpenFlow+ 針對OpenFlow 在IPv6 擴展、網絡感知能力等方面的不足，在OpenFlow 協議基礎上進行擴展使其支持IPv6 功能，同時在現有硬件基礎上實現，可以根據不同用戶的不同需求實現對報文和網絡狀態的感知。
國防科技大學提出的LabelCast 協議通過在傳輸層增加LabelCast 報頭，通過標簽機制在傳輸層建立點到多點的傳輸路徑，并可標識報文的優先級、預留帶寬等信息。該協議采用集中控制的方法，由調度中心管理用戶的加入和退出，維護和更新每個LabelCast 節點的標簽表，為每個節點分配標簽，建立轉發路徑。每個LabelCast 節點根據報文攜帶的標簽號確定本地的處理行為，查找轉發表確定下一跳節點。
3 仿真結果
本文通過matlab 軟件編程仿真實現，系統參數如下：
信道速率：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
仿真了節點數與丟包率的關系。為在最小沖突避免窗口為32 時，節點數與丟包率的關系，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，可以看出采用基本接入方式，信道最多可以支持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，分析仿真了話音業務下節點數與丟包率的關系。仿真結果表明，DCF 機制并不能有效支持無線局域網的話音業務。文章對于研究改進DCF 機制，支持無線局域網的實時話音業務的應用具有一定的借鑒意義。
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