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摘 要：当前已有的QoS流量控制方法大多存在对网络资源的利用率低、可扩展性差等问题。如何利用有限的网络资源进行有效的流量控制，从而保障业务的QoS已成为一个非常迫切的问题。为解决此类问题，通过软件定义网络提出的控制层与数据层分离新思想，提出了一种基于 OpenDayLight控制器的 QoS 流量控制方法，利用控制器约束QoS路由技术提高了QoS控制的灵活性与可靠性，实现了对网络资源的高效利用。
关键词：ODL控制器;SDN网络;QoS
1、概述
随着互联网进入 21 世纪，网络发展趋于扁平化，同时网络的规模也越来越大。传统网络的分布式控制体系架构已经难以满足现代的通信传输对网络的要求，并且在可扩展性、安全性、灵活性上存在不足。在这种情况下，SDN的概念得到了业界的广泛关注和认可。SDN 网络架构核心是在网络中引入一个SDN控制器，实现转控分离和集中控制。SDN控制器掌控全局网络并持有全局网络状态，向上提供API接口（北向接口）供SDN应用调用，实现其需要定义的各种功能;控制器向下通过南向接口跟数据平面的转发设备连接，实现控制管理。目前主流的南向接口例如OpenFlow协议，相对传统网络而言，SDN具有集中控制、转控分离、网络能力开放的特点。
随着新型网络应用的兴起，各种应用对网络的性能要求各有不同，例如，实时多媒体需要高比特率的吞吐量，VoIP 要求低的延时和低抖动。所以，如何利用现在有限的网络资源来提供更好的网络服务质量保证一直是网络研究热点。本文设计了一种基于OpenDayLight控制器的QoS 流量控制方法，从而达到了对网络资源的有效利用，其中OpenDayLight项目旨在加快创新、并促使SDN和NFV变得更加开发和透明。OpenDayLight项目是社区领导和企业支持的开源框架，任何个人和团队都可基于该框架进行SDN控制器的相关开发工作。
2、基于 OpenDayLight控制器的 QoS 流量控制方法
当网络发生拥塞时，所有的数据流都有可能被丢弃，网络必须根据业务的需求分配和调度资源，并为不同的数据流提供不同的QoS。具备QoS功能的网络，能够有效分配网络带宽，更加合理地利用网络资源。本文提出的流量控制方法主要是在 SDN 控制器进行设计与实现，基于开源的OpenDayLight控制器。作者在OpenDayLight控制器内添加QoS流量控制子项目，该子项目中主要包括资源监控、QoS要求解析、QoS路由计算与管理、资源分配三个模块，下面将分节对各个模块进行阐述。
2.1、资源监控模块
资源监视模块用来统计和监视当前网络链路状态信息，包括网络链路拥塞情况、链路的使用带宽、时延、抖动及丢包率信息。OpenDayLight控制器中能访问和过滤拓扑数据，资源监视模块可以创建聚合拓扑并且对聚合拓扑进行过滤，同时可以面向流表项，面向端口、面向队列等进行统计，统计信息包括收发的字节数、传输错误情况、传输持续时间等。SDN网络中交换机只对数据包进行转发处理，交换机根据控制器流表下发模块增添转发规则并依据更新的流表项进行流量的转发。
2.2、QoS策略及要求解析模块
QoS策略模块用于制定对QoS流的策略，包括针对特定应用或特定用户的策略，也可以是优先级策略、路由策略等。通过人为制定的策略对业务流进行控制，事先为对应数据流下发优先级高的流表。QoS 要求解析模块是通过对数据包中携带的QoS信息进行解析，用来获得业务流的带宽、延时或丢包率等QoS要求。目前 SDN 中控制器并没有对业务流QoS要求解析机制。在OpenDayLight控制器中创建QoS策略及要求解析模块，定义的流表匹配字段，能够很好地支持 L2 ～ L4 层大部分基础协议。因此可以通过端口号或对报文的应用层协议解析识别，在控制器与路由器之间建立 QoS 消息传递机制。
2.3、QoS 路由計算与管理与资源分配
QoS 路由管理模块用于QoS流资源分配流表的生成和QoS路由的状态包括延时、抖动、丢包率等的监视。一旦不满足QoS流传输要求则重新计算路由，通过直接删除对应路径交换机中的流表实现，在网络转发设备中进行这项工作会给网络转发设备造成大量的工作负担，QoS 路由计算与管理与资源分配模块将路径计算功能从网络设备中剥离出来，作为一个可独立的个体。因此资源分配模块从 QoS 路由管理模块获得路径及资源分配流表后，将流表信息传递给转发规则管理模块生成流表下发至底层设备，为 QoS 流创建高优先级的队列，保证传输带宽。
3、实验结果
通过物理机（linux ubuntu 14.04）安装OpenDayLight作为控制器;并在WM虚拟机上运行mininet系统用来模拟网络结构和交换机。从而在此平台上实现流量控制技术。使用传统网络、SDN 网络和基于流量控制的 SDN 网络的iperf 进行网络带宽和网络延迟的测试比较，通过使用 mininet的仿真获得结果。通过吞吐量和丢包率实验结果对比可以看出，在未采取QoS流量控制时，每条流之间相互竞争带宽，随机分配有限的带宽，导致每条流吞吐量低，网络资源没有得到有效的利用，进而导致丢包率严重，采用设计的QoS控制方法后，QoS 流传输得到了一定的保证，丢包率也降低了不少。
4、结束语
本文利用 OpenFlow 网络中控制器能够获取整个网络链路、节点状态的实时精确信息的特点，提出了基于OpenDayLight控制器的流量控制方法，提出的自适应多约束QoS路由技术实现了对QoS业务流的可靠传输和网络资源的高效利用。与其他 SDN 下的QoS流量控制方法相比，本文提出的方法具有较强的灵活性、可靠性、适应性及可扩展性。在今后的工作中，作者将在更复杂的网络环境中进行实验证明其有效性。
参考文献
[1] 阳凯 基于SDN的流量控制算法综述 通信技术 2019.4.10
[2] 孔德武 基于OpenFlow的SDN网络安全研究 企业科技与发展 2019.6.10
关键词：ODL控制器;SDN网络;QoS
1、概述
随着互联网进入 21 世纪，网络发展趋于扁平化，同时网络的规模也越来越大。传统网络的分布式控制体系架构已经难以满足现代的通信传输对网络的要求，并且在可扩展性、安全性、灵活性上存在不足。在这种情况下，SDN的概念得到了业界的广泛关注和认可。SDN 网络架构核心是在网络中引入一个SDN控制器，实现转控分离和集中控制。SDN控制器掌控全局网络并持有全局网络状态，向上提供API接口（北向接口）供SDN应用调用，实现其需要定义的各种功能;控制器向下通过南向接口跟数据平面的转发设备连接，实现控制管理。目前主流的南向接口例如OpenFlow协议，相对传统网络而言，SDN具有集中控制、转控分离、网络能力开放的特点。
随着新型网络应用的兴起，各种应用对网络的性能要求各有不同，例如，实时多媒体需要高比特率的吞吐量，VoIP 要求低的延时和低抖动。所以，如何利用现在有限的网络资源来提供更好的网络服务质量保证一直是网络研究热点。本文设计了一种基于OpenDayLight控制器的QoS 流量控制方法，从而达到了对网络资源的有效利用，其中OpenDayLight项目旨在加快创新、并促使SDN和NFV变得更加开发和透明。OpenDayLight项目是社区领导和企业支持的开源框架，任何个人和团队都可基于该框架进行SDN控制器的相关开发工作。
2、基于 OpenDayLight控制器的 QoS 流量控制方法
当网络发生拥塞时，所有的数据流都有可能被丢弃，网络必须根据业务的需求分配和调度资源，并为不同的数据流提供不同的QoS。具备QoS功能的网络，能够有效分配网络带宽，更加合理地利用网络资源。本文提出的流量控制方法主要是在 SDN 控制器进行设计与实现，基于开源的OpenDayLight控制器。作者在OpenDayLight控制器内添加QoS流量控制子项目，该子项目中主要包括资源监控、QoS要求解析、QoS路由计算与管理、资源分配三个模块，下面将分节对各个模块进行阐述。
2.1、资源监控模块
资源监视模块用来统计和监视当前网络链路状态信息，包括网络链路拥塞情况、链路的使用带宽、时延、抖动及丢包率信息。OpenDayLight控制器中能访问和过滤拓扑数据，资源监视模块可以创建聚合拓扑并且对聚合拓扑进行过滤，同时可以面向流表项，面向端口、面向队列等进行统计，统计信息包括收发的字节数、传输错误情况、传输持续时间等。SDN网络中交换机只对数据包进行转发处理，交换机根据控制器流表下发模块增添转发规则并依据更新的流表项进行流量的转发。
2.2、QoS策略及要求解析模块
QoS策略模块用于制定对QoS流的策略，包括针对特定应用或特定用户的策略，也可以是优先级策略、路由策略等。通过人为制定的策略对业务流进行控制，事先为对应数据流下发优先级高的流表。QoS 要求解析模块是通过对数据包中携带的QoS信息进行解析，用来获得业务流的带宽、延时或丢包率等QoS要求。目前 SDN 中控制器并没有对业务流QoS要求解析机制。在OpenDayLight控制器中创建QoS策略及要求解析模块，定义的流表匹配字段，能够很好地支持 L2 ～ L4 层大部分基础协议。因此可以通过端口号或对报文的应用层协议解析识别，在控制器与路由器之间建立 QoS 消息传递机制。
2.3、QoS 路由計算与管理与资源分配
QoS 路由管理模块用于QoS流资源分配流表的生成和QoS路由的状态包括延时、抖动、丢包率等的监视。一旦不满足QoS流传输要求则重新计算路由，通过直接删除对应路径交换机中的流表实现，在网络转发设备中进行这项工作会给网络转发设备造成大量的工作负担，QoS 路由计算与管理与资源分配模块将路径计算功能从网络设备中剥离出来，作为一个可独立的个体。因此资源分配模块从 QoS 路由管理模块获得路径及资源分配流表后，将流表信息传递给转发规则管理模块生成流表下发至底层设备，为 QoS 流创建高优先级的队列，保证传输带宽。
3、实验结果
通过物理机（linux ubuntu 14.04）安装OpenDayLight作为控制器;并在WM虚拟机上运行mininet系统用来模拟网络结构和交换机。从而在此平台上实现流量控制技术。使用传统网络、SDN 网络和基于流量控制的 SDN 网络的iperf 进行网络带宽和网络延迟的测试比较，通过使用 mininet的仿真获得结果。通过吞吐量和丢包率实验结果对比可以看出，在未采取QoS流量控制时，每条流之间相互竞争带宽，随机分配有限的带宽，导致每条流吞吐量低，网络资源没有得到有效的利用，进而导致丢包率严重，采用设计的QoS控制方法后，QoS 流传输得到了一定的保证，丢包率也降低了不少。
4、结束语
本文利用 OpenFlow 网络中控制器能够获取整个网络链路、节点状态的实时精确信息的特点，提出了基于OpenDayLight控制器的流量控制方法，提出的自适应多约束QoS路由技术实现了对QoS业务流的可靠传输和网络资源的高效利用。与其他 SDN 下的QoS流量控制方法相比，本文提出的方法具有较强的灵活性、可靠性、适应性及可扩展性。在今后的工作中，作者将在更复杂的网络环境中进行实验证明其有效性。
参考文献
[1] 阳凯 基于SDN的流量控制算法综述 通信技术 2019.4.10
[2] 孔德武 基于OpenFlow的SDN网络安全研究 企业科技与发展 2019.6.10