基于OpenFlow的SDN技術在IP城域網中的應用

周麗娜 陳元謀

【摘要】 本文在分析OpenFlow的SDN技術的基礎上，采用分布式部署OpenFlow交換機，集中式部署控制器方式將SDN技術引入IP城域網，業務由SDN控制器完成。在城域網流量控制方面，改進了RCP控制器，增加了RCP控制器與數據中心的關聯模塊，在轉發時綜合考慮數據中心的負載狀態，動態實現出省流量均衡。

【關鍵詞】 OpenFlow SDN IP城域網 應用研究

一、引言

網絡應用類型的不斷豐富對IP城域網的業務控制層和核心層提出了更高的要求，隨著網絡規模的不斷擴大，新型網絡體系架構難以部署這一缺點也逐漸凸顯出來 [1]，針對以上問題目前比較有代表性的研究組織有GENI、歐盟的FIRE、日本的 JGN2plus和我國的 SOFIA等，本文在研究上述組織提出的解決方案的基礎上，對基于OpenFlow的SDN技術進行了研究。

二、基于OpenFlow的SDN網絡架構

SDN的核心思想是將網絡控制平面與數據平面分離，由軟件驅動的中央控制節點來自動化控制整個網絡。基于OpenFlow的SDN網絡架構由控制器、OpenFlow交換機和安全通信協議組成。OpenFlow采用流表構造數據分組，數據分組按照流表進行轉發，流表的生成、維護、配置則由中央控制器來管理[2]。

流表（flow table）有三個要素：數據包報頭、操作和統計信息，這些流表由控制器控制。最新版本的OpenFlow v1.3標準定義了40個領域，包括對IPv6的協議的支持[2]。若輸入流表的分組與控制器中的操作相匹配，則將分組轉發到一個特定的端口，若輸入流表的分組報頭不匹配，則將分組發送到上述控制器，分析和處理后轉發至相應的端口。OpenFlow交換機和控制器之間的協議用于管理交換機的狀態，包括切換消息、對稱消息以及異步消息等三種。控制器接收來自OpenFlow交換機的信息，并遠程配置流表。

三、基于OpenFlow的SDN在IP城域網應用

3.1基于OpenFlow的SDN在IP城域網網絡架構

目前IP城域網由核心層和業務控制層組成，核心層負責城域網內數據流量交換并提供城域網到IP骨干網的出口；業務控制層實現公眾上網以及大客戶互聯網訪問需求以及組播功能。

隨著IP城域網承載業務類型多樣化，如何快速實現業務部署和進行精細化流量管理成為IP城域網亟待解決的問題。

OpenFlow 協議1.0版本ACTION包括4種類型：

1、轉發至相應的端口；

2、壓縮并轉發至控制器；

3、丟棄；

4、送入正常處理模式。

利用OpenFlow交換機的處理特性，可以在城域網業務控制層分布式部署OpenFlow交換機，從而實現傳統的業務處理模式不變，而新開發的業務以及控制模型壓縮并轉發至控制器。

3.2新網絡架構的應用

3.2.1新網絡架構在業務控制層的應用

傳統的IPv6業務在業務控制層或核心層部署相應的板卡后，需要對相應的支撐系統進行改造，不利于IPv6業務推廣，采用基于OpenFlow的SDN網絡架構以后，開發人員可以利用SDN控制器實現IPv6業務快速部署。

隨著用戶規模增加以及業務需求類型的多樣化，基于OpenFlow的SDN網絡可以滿足用戶智能提速的需求，同時第三方可以開發相應的控制模塊，實現城域網多業務多元化承載需求。

3.2.2新網絡架構在核心層的應用

隨著用戶規模增長，CR出口帶寬需要不斷擴容，這對設備的處理性能以及機房條件提出了更高的要求，文獻[2]表明了在CR側部署RCP控制器，能有效提升路由收斂性能，本文建議在RCP控制器中增加數據中心負載狀態模塊，用于記錄大流量數據中心的訪問需求，交由控制器完成數據中心狀態跟蹤，并形成相應的優先級，利用優先級合理選擇出省路徑，達到省干鏈路的最大化利用，有效減少省干鏈路的投資。

四、結語

本文首先總結了基于OpenFlow的SDN網絡架構，然后分別對業務控制層以及核心層控制模型進行了分析，通過在業務控制層分布式部署OpenFlow交換機以及在核心層增加RCP數據中心負載狀態模塊，實現了城域網控制和轉發分離。

參 考 文 獻

[1]左青云.基于OpenFlow的SDN技術[J].軟件學報，2013，24（5）：1076-1084.

[2] ángel Leonardo Valdivieso Caraguay， Alberto Benito Peral，Lorena Isabel Barona López， and Luis Javier García Villalba. SDN： Evolution and Opportunities in the Development IoT Applications[J].International Journal of Distributed Sensor Networks，2014，Article ID 735142：4-8.