软件定义网络中可扩展的流表项处理机制

数据中心内部的流量特性和OpenFlow交换机流表的超时机制及其容量的限制为软件定义网络(SDN)的应用带来了可扩展性难题,即由于老鼠流频繁调用控制器以及流表超时机制带来的重复路由请求,导致控制器平面和OpenFlow信道成为SDN架构的性能瓶颈而无法根据业务的需求提供有QoS保证的服务。针对此问题从两个角度提出了改进措施。为交换机配置以目的地址为导向的高优先级的通配符流表项,使得大部分老鼠流能够被转发平面直接处理而不需要询问控制器;在控制器和转发平面之间增加一个动态索引哈希缓存层,当流表项因超时或者流表空间耗尽被流表丢弃时将其缓存在缓存层中,此时收到重复的路由请求时能够避免重复计算。实验结果表明,提出的通配符流表项能够有效降低网络的延迟和流表项装载数量,而基于动态索引哈希的缓存层有着较高的命中率和查找速度。

基于OpenFlow的软件定义网络虚拟化方案

软件定义网络(SDN)可以将网络控制平面与数据平面分离开来,为网络虚拟化提供了良好的平台。为了解决SDN中多租户下的虚拟化,提出了一种基于OpenFlow的网络虚拟化方案。通过一个中间代理来转换并匹配物理MAC地址与虚拟MAC地址,以及物理流表项和虚拟流表项,以此实现流量空间的虚拟化。其中,根据实际数据包的惰性计算,使用前缀或通配符来精确匹配流表项。另外,为了保障物理OpenFlow网络上不同租户之间的隔离,将单个虚拟MAC-通配符流表项映射为多个具有精确MAC地址的物理流表项。实验结果表明,该方案成功地实现了网络虚拟化,且虚拟化开销较小,具有可行性。

SDN动态停滞超时时间优化算法

针对当软件定义网络(SDN)数据量高峰时,SDN交换机有限的流表项资源会对网络性能有很大限制这一问题,提出了一种动态停滞超时时间优化(DTO)算法。先用动态指数平滑(DES)算法估计出下一时间周期内网络中的新增流表项数量,而后依据SDN中的实际负载状况,采用动态参数对流表项的停滞超时时间进行动态优化调整。经Mininet仿真证明:优化算法能有效提高流表匹配率、流表资源利用率以及网络平均吞吐量,提升整体网络性能。

一种快速的SDN规则冲突检测机制

软件定义网络架构中流表项的无意识性使攻击者可对其进行篡改,导致网络中出现规则冲突。针对现有规则冲突检测机制检测时间过长的问题,提出一种快速的规则冲突检测机制。通过压缩流表项,建立基于端口的规则拓扑,根据该拓扑计算端到端的可达性,从而快速检测网络中的规则冲突。仿真结果表明,在网络拓扑和流表项数量相同的条件下,相比现有的Netplumber检测机制,该机制的检测时间可降低约15%。

基于传统交换机实现OpenFlow功能

随着OpenFlow技术的发展,各大网络厂商相继研发OpenFlow交换机.由于OpenFlow协议版本快速更新,网络厂商不敢盲目定制硬件.立足现有商业交换机的硬件平台,不改变交换机硬件,采用软件方式统一有效的管理交换机现有的硬件存储表,实现OpenFlow超长的流表项匹配和复杂的行为,研发出一款支持多流表查找的交换机,并完成了多流表交换机模型建模,完成数据包多流表查找的时间延迟分析,得到多流表查找的延迟函数,并测量了多流表处理的性能,为后续OpenFlow多流表实现具有一定的指导意义.

基于动态混合超时的软件定义网络多目标优化

软件定义网络(SDN)中,流表项是由控制器创建并指导交换机处理数据包的转发规则。流表项保存在交换机的内存并有一定的超时时间,会影响SDN控制通道的带宽消耗、交换机的内存消耗以及系统资源和性能的管理。针对现有SDN性能优化方案大多为单一目标优化,未考虑流表项超时类型和时间对不同优化目标的影响,提出一种基于流表项动态混合超时的多目标优化方案,对大象流的侦测精度、流表项的交换机内存消耗和控制通道带宽占用进行三目标联合优化。动态混合超时将现有的两种流表项超时方式,即硬超时和空闲超时相结合,并对流表项的超时类型和时间进行双维度动态调节。通过NSGA-Ⅱ算法求解所提优化问题,评估不同超时方式和超时时间对三个优化目标的影响,并通过合并特定超时时间下的解集与贝叶斯多目标优化算法的解集对NSGA-Ⅱ算法的解集质量进行改进。结果表明,所提方案能提供更高的侦测精度、更低的带宽占用和更小的交换机内存消耗,明显提升了SDN的综合性能。

软件定义无人机自组网高效自适应路由维护机制

为解决软件定义无人机自组网路由维护存在的控制开销和数据包延迟偏大的问题,基于现有的OpenFlow协议提出了一种高效自适应的软件定义无人机自组网路由维护机制(Efficient and Adaptive Software-defined Unmanned Aerial Vehicle Ad Hoc Network Routing Maintenance Mechanism Based on OpenFlow Protocol,OpenFlow-EARM)。新机制采用基于距离估计的自适应转发策略,根据无人机节点的历史流表项信息估算并选择时延最低的方式转发流表项缺失数据包,降低数据包传输时延;同时在路由维护过程中采用了基于周期恢复的消息聚合策略,减少控制包的发包次数,从而降低网络控制开销。仿真结果表明,新机制的平均端到端时延、网络控制开销和丢包率等方面性能优于现有的最优化链路状态路由(Optimal Link State Routing,OLSR)协议和OpenFlow协议。

引入区块链的SDN路由一致性检测

为使软件定义网络(SDN)能满足复杂多样的应用层网络需求,SDN控制层采用多控制器结构,然而新制定的路由策略与已有路由策略间存在路由一致性问题,可能会导致数据层流表项存储冗余和网络流量的转发环路。提出一种基于区块链的SDN路由策略一致性检测方案RCDB-SDN,利用区块链不可篡改特性存储SDN流表项特征属性等网络信息,采用基于投票的实用拜占庭容错共识机制在控制层实现对流表项集的一致性验证,并降低路由策略一致性问题给网络带来的不良影响。通过验证输出端流表项的一致性,比较新制定的路由策略与已有策略的转发效果,检测造成存储冗余的重叠路径。根据有向图的环路检测算法及转发路径关键节点上的流表项,检测引起网络流量转发环路的环路路径。基于Multichain平台针对导致路径重叠和路径环路的流表项进行仿真实验,结果表明RCDB-SDN方案的检测精确率高于WedgeTail方案,达到95%以上,并且能在一定程度上减少控制层与数据层间的消息传递次数。

SDN中IP欺骗数据分组网络溯源方法研究

IP数据分组溯源方法是指从目的地址出发,逐跳找到源主机。该方法在软件定义网络(SDN,software defined network)框架下,通过控制器向网络中相关SDN交换机添加探测流表项,并根据目标数据分组触发的有效溯源Packet-in消息,找到目标数据分组的转发路径及源主机。所提方案可以为调试网络故障提供方便,使网络管理员可以得到任意一个数据分组的转发路径,应对IP地址欺骗等网络安全问题。实验证明,该溯源方法能够及时、准确地找到目标数据分组的转发路径,不影响网络中其他数据流转发,且无明显的系统开销。

基于OpenFlow的SDN技术

针对目前网络业务管理过程中存在的问题,分析了基于OpenFIow的SDN技术特性,并提出了具体应用的方式方法.其目的是为相关建筑者提供一些理论依据.研究结果表明,要想提高OpenFIow的SDN技术在市场环境中的应用普及程度,相关建设人员需要从现有技术应用的问题上,找出控制解决的方法以实现应用高效性目标.

基于SDN技术的网络入侵阻断系统设计

针对当前防火墙或入侵阻断设备进行网络攻击防御存在适应性差和成本高的问题,设计了基于OpenFlow的入侵阻断规则,实现了对攻击流量的过滤及对入侵阻断过程的灵活控制;分析并测量了基于入侵阻断规则生成OpenFlow流表项的性能;引入OpenFlow交换机(H3CS6300),测量了在生产环境下OpenFlow流表项的数量和单位时间内OpenFlow报文数量(OpenFlow PPS)对OpenFlow Channel的性能的影响,发现OpenFlow PPS对OpenFlow Channel的性能具有决定性作用,随着OpenFlow PPS的增加,OpenFlow Channel的性能急剧下降,响应时间呈指数级增长.设计并实现了基于SDN技术的网络入侵阻断系统,实现了对攻击流量的阻断、对恶意流量的样本采集,证明了使用SDN技术构建入侵防御系统的可行性.