基于容器的分布式SDN网络控制器技术研究

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软件定义网络(Software Defined Networking,简称SDN)以控制转发分离作为设计原则,将网络转发设备中的控制平面与数据平面分离,在控制平面采用逻辑集中式控制,并提出控制平面可编程,极大提高了网络控制的灵活性和高效性,但是目前的SDN控制平面依然面临着严重的可拓展性问题。同时,在SDN网络仿真领域最重要的是在仿真实验中模拟真实业务场景和动作,但是当前业界常用的SDN仿真方案却无法兼顾仿真节点的隔离性和仿真系统的性能。为了解决现有方案存在的问题,本文对容器虚拟化技术和SDN控制平面架构展开了详细研究,设计开发了基于容器的分布式SDN仿真平台,并提出了基于容器的分布式控制平面架构。首先,本文设计并实现了一个基于容器的分布式SDN仿真平台,以解决现有仿真系统方案中无法同时兼顾隔离性和性能的问题。首先通过Docker容器技术对SDN设备节点进行封装,利用容器的隔离性实现SDN设备节点之间的隔离,然后分别设计并实现了仿真系统中的管理网络和数据网络。管理网络由通过VXLAN技术实现的Overlay网络实现,数据网络则通过VXLAN技术和VETH技术实现。使用该仿真平台,研究人员能够通过控制数据网络中链路的创建与销毁来实现SDN数据平面网络拓扑的仿真,而且此仿真平台支持自定义SDN设备节点模型以及自定义拓扑。同时,分布式架构使得本平台能够支撑大规模SDN网络拓扑的仿真。其次,针对SDN控制平面架构,本文基于典型的两层分级分域架构设计了集群式分布式控制平面架构。本文将典型的两层分级分域架构作为一个基本的逻辑控制单元,将多个分级分域架构中的超级控制器组成一个集群,以实现控制平面管控能力的提升。针对超级控制器集群和域控制器的需求,本文设计并实现了相应的功能模块,如超级控制器集群中的集群管理模块、集群存储模块和跨域业务处理模块,域控制器的拓扑管理模块、域内业务处理模块和域间业务处理模块。同时,使用容器技术将相应的功能模块与控制器封装在容器中运行,不仅能够提升仿真系统的资源利用率,还能提高控制平面的可扩展性。最后,本文对基于容器的分布式SDN仿真平台以及基于容器的分布式SDN控制架构进行了实验测试。首先对主机内虚拟链路的连通性进行了验证,然后对完整的SDN仿真进行了连通性测试与性能测试分析,最后对基于容器的分布式SDN控制器进行了流量测试。实验结果表明,基于容器的分布式SDN仿真平台能够完成SDN网络仿真且可拓展性强,基于容器的分布式SDN网络控制架构能够实现对SDN网络的管控。
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