OpenFlow网络冗余控制报文消除机制研究

OpenFlow网络数据平面将未匹配流表的数据包发送给控制器,其中的无连接突发流量将产生冗余控制报文,对网络性能造成不良影响,而目前的OpenFlow协议并未对此进行处理.研究了在控制平面和数据平面分别消除冗余控制报文的方法 ERCMC(eliminating redundant control messages on the control plane)和ERCMD(eliminating redundant control messages on the data plane),分别在NOX和Open vSwitch上进行实现,并进行性能评价.实验结果表明,ERCMC方法能够消除冗余控制报文,但增加了额外的处理开销;ERCMD方法在减少冗余控制报文数量的情况下能够减小控制器和OpenFlow交换机负载.

基于OpenFlow网络的数据中心服务器负载均衡策略

目前基于虚拟机迁移的服务器负载均衡研究多数只考虑服务器端的资源使用情况,忽略了网络状况以及服务器之间的通信关联等因素,导致虚拟机迁移后网络拥塞而影响系统性能。针对该问题,结合OpenFlow网络控制器可通过网络状态信息集中管理整个网络的特点,设计基于OpenFlow网络的数据中心服务器负载均衡策略。综合考虑系统资源、网络拓扑以及网络链路可用带宽,根据服务器负载状况和虚拟机之间通信对网络资源的需求评估虚拟机迁移后的运行和通信开销,以及迁移过程带来的网络资源开销,选择开销最小的主机作为迁移目标的目的主机。实验结果表明,该策略能实现服务器的负载均衡,保证虚拟机上运行业务的服务质量。

面向OpenFlow网络的访问控制规则自动实施方案

针对OpenFlow网络数据平面频繁改变导致网络难以实时满足访问控制策略要求的问题,提出了面向OpenFlow网络的访问控制规则自动实施方案。首先,由实时构建的转发路径获得可达空间,并通过规则集动态合成算法消除访问控制规则间的冲突;之后,采用规则空间分割算法将合成后访问控制规则的拒绝空间与可达空间比较,以检测直接和间接违反访问控制规则的非法转发路径;在此基础上,结合网络更新事件与违反检测结果灵活采取自动的违反解决方法,包括规则更新拒绝、规则序列移除、基于线性规划(LP)的近源端规则部署和末端规则部署4种;最后转换访问控制规则形式。理论分析和仿真结果表明,方案可用于控制器上运行多个安全应用程序和交换机内存受限的情况,并且基于LP的近源端规则部署方法可以降低网络中的不期望流量。

基于MapReduce的OpenFlow网络属性验证技术

针对OpenFlow网络中由程序自动改变数据平面状态方式引起的流表配置错误问题,提出1种基于MapReduce的OpenFlow网络属性验证技术.首先,利用OpenFlow网络控制转发分离的特点,设计支持实时与非实时2种验证方式的技术架构.其次,提出基于MapReduce模型的非实时验证算法,在Map阶段划分规则等价类,在Reduce阶段构建基于交换机端口谓词的网络转发图并分析可达性,以实现对网络属性的并行验证.与此同时,利用原子谓词消除谓词集合冗余项和规则匹配域转换的方法,提高可达性分析效率.此外,在非实时验证算法的基础上,结合网络更新事件提出实时验证算法,实现网络状态改变时的增量式网络属性验证.最后,理论分析和仿真实验验证了该技术的运行效率和存储开销,并分析了其对TCP连接建立时间的影响.

基于启发式调度的OpenFlow网络规则一致更新方案

针对OpenFlow网络在状态转换过程中会暂时性出现转发回路、路由黑洞和违反访问控制策略等问题,提出了一种基于启发式调度的规则一致更新方案.首先,设计基于谓词的更新分解算法,利用并行网络属性验证技术得到子更新依赖图;其次,采用任务图生成算法对子更新依赖图进行分割,降低更新调度的复杂度;之后,设计启发式更新调度算法,采用规则增删操作交替执行策略,减少交换机的规则存储开销,并通过建立更新实施和监听并发执行机制,提升更新效率.仿真实验从更新时间开销和更新过程中交换机规则存储开销两方面验证了方案的有效性.

一种基于MapReduce的OpenFlow网络属性并行验证算法

针对OpenFlow网络中流表配置错误引起的转发回路、路由黑洞和访问控制规则失效等问题,提出一种并行的基于MapReduce的OpenFlow网络属性验证算法。通过在map阶段划分规则等价类,在reduce阶段为规则等价类构建基于交换机端口谓词的网络转发图并分析可达性,实现对网络属性的并行验证。同时,通过采用原子谓词将传统可达性分析中的规则匹配域多维集合运算转换为整数集合运算,以进一步提高可达性分析效率;此外,基于原子谓词的谓词表达方式可消除交换机端口谓词集合中的冗余项,降低存储开销。最后,通过理论分析和仿真实验验证了算法的正确性及在时间和存储开销方面的优越性。

基于Openflow网络的可分级视频流分发方法

为了提高多媒体云计算中视频流分发效率和重建图像质量,提出了一种用于多媒体云计算中基于Openflow网络的视频码流高效分发方法。建立了基于Openflow网络视频传输模型,在此模型基础上给出了分级视频流的分发模型、失真计算方法和分发方法步骤。在一定信道带宽的限制下,采用率失真优化的方法恰当地选择可分级码流,保证传输和接收的可分级码流率失真性能较好。仿真结果表明,与已有的典型方法相比,在不同信道带宽条件下均获得更好的重建图像质量。

OpenFlow网络架构实现与仿真研究

OpenFlow网络架构克服了传统互联网体系结构"僵化"的问题,成为目前网络技术发展的重点。为了能有效地研究OpenFlow网络架构的组成、功能以及信息流程,采用Mininet底层网络模拟软件和Floodlight控制器软件,实现了OpenFlow网络环境。首先阐述了OpenFlow技术原理,其次给出了OpenFlow网络环境搭建方法,最后通过Mininet和OpenFlow软件实现了OpenFlow网络的仿真建模,对网络架构及相关功能进行了仿真实现,对OpenFlow网络的实现提供了有效的方法。

基于openflow网络的虚拟网络映射研究

基于多个openflow网络自治域提出各域共同合作完成虚拟网络映射,由于各域公开的信息有限,传统的单域映射方法不适用于虚拟网络跨域映射,文章提出一种竞价机制的跨域虚拟网络映射框架(bidding multi-domain virtual network mapping,B-MDVNM),在框架内针对虚拟节点映射采用启发式均衡算法(balancing heuristic algorithm,BHA),并通过仿真实验和现有的虚拟节点映射算法从效率、开销、性能等方面进行对比来验证BHA的有效性。

Nimble:一种适用于OpenFlow网络的快速流调度策略

突发流量是导致网络拥塞和丢包的重要原因之一.减少网络拥塞的一种方法是在多条可达路径间均衡网络流量,如等价多路径(Equal-Cost Multi-Path,ECMP)路由.然而,大多数等价多路径路由或者静态地将不同的流/数据包哈希到不同的路径,或者依赖于局部的/过时的路径状态信息.OpenFlow技术利用集中式控制器控制网络行为,为控制器根据全局网络状态信息进行动态的数据流优化提供了可能.然而,采用基于轮询的网络状态探测机制在处理突发流量问题上面临诸多困难.文中提出一种用于OpenFlow网络的快速流调度策略,称为Nimble.Nimble架构扩展了OpenFlow协议的packet-in消息,由网络设备自主监测设备状态,并在网络出现拥塞时通过扩展的packet-in消息主动向控制器通告拥塞信息.模拟结果显示Nimble策略能够以近于零的时延检测网络链路拥塞,从而有效提高网络性能.

OpenFlow网络测量分析系统的设计实现

OpenFlow网络目前缺少支持定量测量分析各种创新应用或机制的有效手段。以升级OpenFlow网络设备为具有本地日志功能的OpenFlow测量实体为基础,设计了一种基于集中式服务器控制测量实体进行分布式测量的机制,制定了其间的通信规程OpenFlow测量控制协议(OMCP),同时基于正则表达式、散列技术和可扩展的统计函数库等方式设计了一种分析测量日志的功能。原型系统的实验表明,OpenTrace服务器能够灵活部署和控制分布式测量任务,OpenTrace系统不仅能够定量地重现数据平面的数据流传输过程而且能够重现控制平面的控制事件交互过程,从而可为量化分析OpenFlow网络应用和新型机制提供广泛的性能数据。

OpenFlow网络数据流路径建立开销的量化分析

OpenFlow采用数据平面与控制平面分离的架构,以软件实现的OpenFlow控制器作为控制平面对网络进行集中控制。在这种分离架构中,由于交换机需要与控制器进行交互,因此必然会产生一定的时间开销。经实验,数据流建立过程中的信息交互导致数据包传输时延至少增长2倍,严重降低了网络性能。因此,量化分析OpenFlow网络中流建立开销具有重要意义。分析流建立开销产生的原因,对导致数据包传输时延增长的影响因素进行量化分析。评估流建立开销对网络性能的影响是量化分析数据流路径建立开销的重点。

OpenFlow网络环境中的路由技术研究

起源于Stanford大学的OpenFlow技术为互联网的创新带来了一场革命,OpenFlow技术将传统网络中的控制和转发功能分离,采用了集中式的控制方式和基于流的转发机制,使得物理设备在部署之后仍然可以通过编程改变其工作方式,亦即"软件定义网络"。由于OpenFlow技术的这些优点,它被认为是未来互联网技术的有力竞争者。路由功能作为网络的一项基础功能,无疑具有重要的作用。而OpenFlow到目前为止还没有一个完整的路由解决方案,使得在OpenFlow网络中,子网的部署、管理极为复杂。本文正是看到了这一空白,提出了一种路由解决方案,并且初步实现了原型系统,进行了部署测试。

一种OpenFlow网络的动态负载均衡方法

在交换节点数量庞大的传统二层网络中,最小生成树算法存在收敛慢、整网资源利用率低等问题。为此,在软件定义网络架构的基础上,提出一种基于Open Flow协议的动态网络最小生成树构建方法。控制器可根据当前网络流量的分布情况,实时对底层网络的无环转发拓扑进行动态调整,以实现全网负载均衡。仿真结果表明,该方法可使全网流量分布更均衡,同时降低业务流延时抖动和丢包率。

OpenFlow网络软件路由研究

在OpenFlow控制器的基础上,利用F1oodlight控制器进行路由数据包的路由处理,通过实验测试证实实现了OpenFlow网络与IP网络路由层的互联互通.

基于OpenFlow网络的流媒体传输QoS研究与设计

Open Flow是软件定义网络(Software Definded Network,SDN)的产物,是一种新型的网络结构,且发展十分迅速。但Open Flow网络的Qo S功能仍待优化,针对于Open Flow网络中流媒体传输Qo S的不足,在现有网络Qo S模式基础上提出了Open Qo S,它应用于Open Flow网络的控制器上,采用动态路由的方式,使得流媒体在网络端到端传输时,能够根据网络状况,动态改变路由路径,进而提高网络Qo S。最后,通过一个小的拓扑网络对本研究进行了试验验证。

云计算环境下OpenFlow网络研究与实验探索

为了解决现阶段网络暴露出数据传输过程中存在弊病而引发的数据传输安全问题,设计了应用OpenFlow协议构建云计算环境下的校园网络虚拟化实验室平台,并运用该实验平台进行数据信息的传输安全性研究。并且运用该实验平台对OpenFlow创新网络进行数据传输实验测试,数据传输安全可控。通过对OpenFlow网络工作情况的实验测试,探索OpenFlow的工作原理,验证了该创新网络可以实现远程控制网络转发,提高云计算架构下网络数据信息传输的安全性。

基于OpenFlow网络的弹性服务质量保障方法

传统网络主要依靠固定的优先级标签机制为业务提供服务质量(QoS)保障。针对该方法没有考虑不同交换节点中负载差异性及无法及时应对网络中的拥塞与故障等问题,在OpenFlow网络中提出一种弹性QoS保障方法。对于新加入的业务流软件定义网络(SDN)控制器依据当前网络负载情况,通过空间排序快速搜索算法计算其在不同交换节点中的映射优先级,该算法可有效缩小搜索空间并得出近似最优解,所得结果在满足新加业务流端到端时延及带宽要求的同时,最低限度地影响系统其他业务流。通过仿真验证,在所提方法生效后,可使具有严格延迟指标要求业务流的保障精度大幅提升,并使业务流获得端到端的QoS保障。所提方法可应用于网络拥塞避免及网络故障自我修复等领域。

云计算平台下OpenFlow网络资源动态算法研究

随着互联网的迅猛发展，各种网络数据量激增，提高云计算平台各方面性能和效率的研究日益重要。资源调度优化是云平台整体性能得到优化的重点。利用OpenFlow优秀的网络资源配置能力，结合云计算平台本身的业务和任务特质，研究了云计算平台下的异构资源联合调度优化方法，从而实现云计算平台资源的优化配置。

基于OpenFlow网络数据处理模型的研究

随着计算机网络的不断发展以及人们对网络性能要求的不断提高,现有网络很难满足人们的需要。Open Flow的出现能够很好地解决现有网络的不足,但存在网络会话识别效率不高,网络报文转发路径选择不佳等问题。针对匹配算法和路径转发进行了研究,提出了GODP(GPU Open Flow data processing)模型。该模型通过融合GPU计算与生物序列算法和机器学习方法,提出了GPTWF网络会话匹配算法和网络会话转发算法,有效提升了匹配效率,优化了网络环境。实验表明网络会话匹配算法加速比提升近290,网络会话转发算法使得链路丢包率低于5%,延时小于20 ms,网络会话丢包率和延时分别平均下降62.71%和73.88%。