随着互联网技术的迅猛发展,因特网已经渗入到人们生活的方方面面,对人们的生活和工作产生了积极深远的影响。然而,随着网络技术的发展,当今的网络变得愈来愈复杂并越来越难以管理,这严重阻碍了网络技术的创新与发展。软件定义网络(Software-Defined NetWorking, SDN)通过将网络设备的控制平面和数据平面相分离,形成逻辑集中的网络体系架构,这极大地简化了网络的管理、促进了网络技术的创新。由于传统网络的封闭性,传统的网络故障诊断技术通常将测量的网络参数和特定的网络故障诊断模型相结合,然后,进行网络故障的诊断及定位。但这种方法具有故障诊断周期长、诊断结果不准确的缺点。SDN将原本封闭的“网络黑盒”变得透明可编程,这为网络故障诊断提供了新的契机,如何在SDN网络中进行网络故障的诊断、定位及恢复是目前的研究热点。本文围绕以上研究目标研究了基于OpenFlow的网络故障诊断,论文的主要内容如下：1.基于OpenFlow的网络故障诊断：网络故障诊断对于很多网络应用和协议有着至关重要的作用。目前的故障诊断多以传统网络测量的结果作为分析对象,但是,传统网络测量的结果多为端到端的性能指标,这种测量结果对于网络故障的诊断过于粗糙。本文提出了一种基于OpenFlow的网络故障诊断机制。利用SDN控制平面与转发平面分离的特性,使用OpenFlow协议对网络各个节点进行信息采集,从拓扑管理、丢包、吞吐量、延迟、路径追踪5个方面进行网络故障的诊断。实验结果表明,该方法能够准确获取网络链路参数。此外,结合网络拓扑信息,能够对网络故障点进行精确的定位。2.基于OpenFlow的链路故障快速恢复：网络灾备和故障恢复是网络故障诊断的重要组成部分,一直受到研究人员的广泛关注。由于传统网络将控制平面和数据平面紧密耦合,使网络变成了一个分布式的系统,当网络链路发生故障时,无法进行快速的网络故障定位及恢复。然而,SDN使网络变得更加灵活、可控。本文提出了一种基于OpenFlow的链路故障快速恢复方法,该方法使用OpenFlow协议,在控制器中实现网络拓扑管理、环路广播风暴避免、网络流路由管理、链路故障快速恢复4个功能模块。实验表明,该方法能够有效地避免网络环路广播风暴,并在链路发生故障时,及时地发现和恢复链路故障,增强网络的自主保障性。3.基于NetMagic的路径追踪实现：NetMagic是基于FPGA的SDN交换设备,其克服了NetFPGA在设备形态、可编程性、性能等方面的局限性,具有软件和硬件易于修改、设计案例充分等优点。本文在NetMagic平台上实现了网络数据包路径追踪的方法,该方法采用主动测量的方式,通过在SDN网络设备--NetMagic上添加3条流表项来完成网络拓扑测量及数据包路径追踪的任务。同时,为了节省NetMagic上的内存空间,在控制器端和NetMagic端采用相同的哈希函数,将数据报文头部信息进行哈希,并将哈希的值作为NetMagic的内存地址索引,然后将相关的路径信息存入索引对应的内存空间,从而有效节省NetMagic的内存空间,支持大规模的并发数据流路径探测任务。实验表明,该方法能够正确的追踪网络流在网络中的传输路径,进而可以有效验证SDN控制平面和数据平面的逻辑一致性。