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2023年4月3日发(作者:一键ghost下载)
软件定义智能网络SDN控制器的设计及
技术应用
摘要:SDN的概念是将网络控制功能从网络中分离出来,使用可编程的网络
设备,增强网络控制管理的灵活性。传统网络的控制与转发为一个整体,进而压
缩了网络性能的提升空间,对网络架构提出了新的要求与新的标准,网络的延展
性、功能性、可操作性等都需进行改进与完善,直接增加了网络的运行成本。基
于此,通过软件定义智能网络SDN控制器的设计,构建网络的应用层、控制层与
转发层,促使控制与转发分离,并通过SDN技术的应用,打造分布式数据中心,
以实现网络资源的集约化、智能化、自动化管理。
关键词:软件定义网络;SDN控制器;SDN架构
互联网发展至现阶段,已经实现了普及化,而通信终端应用目标越加的多元
化,对互联网数据传输与接收质量的要求越来越高。网络设备跟随着互联网一起
发展,对功能性、配置要求也在大幅度的提升。因此,网络数据转发与控制管理
功能需要进行分离,使用SDN打造可编程网络,全面提高网络的运行效率与控制
的灵活性,最大程度上满足终端使用需求。
架构设计
基于SDN构建的智能网络主要有3层,实现了控制层与转发层的分离。一是
转发层,使用的是可编程网络交换机,支持OpenFlow协议;二是控制层,由
SDN控制器与网络操作系统组成,处于SDN架构的中间层,与下层基于Open
Flow协议连接,与上层使用API接口和各类应用建立连接;三是应用层,该层包
括多种应用软件,根据控制层传递的信息,执行设置好的算法,由控制器运行算
法生成控制指令,最后将控制指令下发至转发层。SDN详细架构如图1所示。
图1SDN架构
在构建的SDN架构中,控制层与转发层处于两个层次,控制层处于核心位置,
与上下两层构建了信息交互模式,具有管理、控制的功能,并向着集约化方向发
展,形成网络的全局视图,统一集中管控网络,动态监控网络的运行状态,可及
时发现网络中的故障,加快故障解决的速度。转发层具有执行、转发功能,向着
通用方向发展,两个层相对独立运行,智能化水平较高,从而达到提升网络性能
的目标。
控制器技术
2.1链路层发现协议
基于网络操作系统(NOS)可运行各类应用软件,控制器软件在NOS上的运
行,实现对转发层的管控,完成不同网络业务的操作,采用的是链路层发现协议
(LLDP),该协议可进行TLV编码,其中T为tag,描述数据类型,L为长度,
描述Value的长度,V是描述数据值,由一个值或多个值组成。采用TLV编码对
网络设备进行描述,然后封装成LLDP数据单元,将其发送给控制层的上层或下
层,上下层在接收数据单元后进行存储,为后续的数据利用提供方便。在数据包
发送中,由控制器向SDN交换机发送packet_out指令,要求其将数据包发送给
其他的OpenFlow交换机,其他交换机完成数据包的转发任务。OpenFlow交换
机执行上层策略首先查找流量表,完成流量表匹配后,发送packet_in命令,将
数据包传递至控制器中,控制器进行分析并保存该条记录。
2.2抽象建模
转发层作为SDN架构中的执行层,其抽象建模与虚拟文件系统(VFS)大致
相同,通过抽象生成文件系统,为上层与下层提供不同的功能支撑。软件定义智
能网络SDN架构转发层使用的是OpenFlow协议,抽象具有n流量表的Open
Flow协议转发模型。流量表由控制器统一下发给SDN交换机,以作为数据包处理
时的参照。
2.3拓扑管理
其管理的对象为SDN交换机,具有监控设备与链路的作用,控制器与SDN交
换机之间,定时交互packet_out与packet_in消息,确定交换机的工作状态,
同时控制器进行全网视图的更新。SDN在拓扑管理中,还实时采集存储组网信息。
当网络面临多用户的情况下,SDN拓扑管理根据不同用户的不同要求,虚拟化网
络资源,以满足用户的不同需求,最大限度的提高网络资源的利用率。
2.4限制条件下路由算法
A*算法属于路径查找与图形遍历算法,使用该算法对图G进行遍历,找到最
短路径树7,如果在其中发现目标节点1,那么可获取源头s至目标节点的最短
路径树T,即s~1路径,r=5()。运行A*算法遍历该路径上的所有节点,注意
起始节点不包含在内,获取第二条最短路径。算法遍历过程如,除S节点外的其
他节点V,及其边e,当e为sidetrackedge,{e}为一条候选边,组成路径集合
C,获取C中的最短路径。T构造过程与上述方法大体相同,遍历从next{r}到mu
的最后一条sidetrackedge边的头顶点的每个顶点y,所有指向v的边e,路径长
度L为l(r.)-4(v)+w(e)+4(iail(e)),通过算法的不断遍历,最终获取K条路径。
整个遍历过程是运行算法,获取L值,暂停遍历,获取第一条最短路径。然后接
着运行算法,获取1~k条最短路径。
3.运用SDN技术打造分布式数据中心
3.1数据中心特点
在数据中心网络中,应用SDN技术对网络资源进行集中管理、统一调度,实
现网络资源最大化的利用,一是统一集中管理多数据中心,管理方式、管理呈现
方式、运维流程等全部统一;二是云与非云统一管理,无论是物理还是虚拟设备
与资源,进行自动配置的同时,实行统一发放、统一管理、统一协调;三是服务
统一,分布式数据中心提供的所有服务,采用统一的服务周期,包括了计算、存
储、监控等;四是业务统一管理,在一个基础架构中,业务中心的产品管理、用
户管理、订阅管理、资源调度等,信息集约化、端到端可视化、业务全流程监控
管理;五是虚拟化资源池管理与物理设备管理并行,集成业务中心、服务管理中
心、服务中心、运维中心等平台,打造SDN分布式数据中心架构。
3.2数据中心功能
一是按需配置,分布式数据中心可根据网络用户的需要,进行网络服务的动
态配置,用户只需在终端提出申请就可完成服务配置;二是动态感知功能,数据
中心在迁移过程中,虚拟机跨区迁移,完成迁移后,网络自动感知且形成拓扑网
络;三是智能路由,实现路由智能适配,终端用户提出服务要求,路由智能化、
自动化进行网络资源调度,满足用户对网络服务低时延的要求。
结语:SDN控制器在网络中的运用,实现网络设备的通用化,统一集中管理
网络中的硬件资源与虚拟资源,生成覆盖全网络的拓扑结构。通过构建的虚拟化
网络资源池,按需动态调配与供给网络资源,使网络资源调配的更加合理,利用
效率更高,对于网络运维的发展非常有利。运用SDN控制器设计软件定义智能网
络,使网络控制管理更加的灵活,操作自由化程度更好,是未来网络结构发展的
重要方向之一。
参考文献:
[1]尚秋峰、李炎、黄尔杰.电力通信网中SDN控制器部署方法[J].电测与仪
表,2020,57(16):5.
[2]邱帆,郑乐,罗广军.有线,无线混合网络环境下的SDN控制器设计与实现
[J].光通信技术,2019,43(9):4.
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