一個軟件定義網絡的仿真實踐

陳越

(天津大學電子信息工程學院，天津300100)

一個軟件定義網絡的仿真實踐

陳越

(天津大學電子信息工程學院，天津300100)

軟件定義網絡是一種新型的網絡架構，其核心思想是將網絡設備控制與數據傳送分離開來，通過軟件實現網絡流量的靈活控制，為核心網絡及應用提供了良好的平臺。文章主要介紹了基于OpenFLow的主流SDN實現方法，通過搭建一個簡單的仿真平臺，模擬基于OpenFlow的SDN架構，實現負載均衡的簡單功能，同時展望了該技術未來的發展，對人們了解和使用該技術提供了探索性幫助。

SDN OpenFlow 仿真實踐

1 引言

軟件定義網絡（Software-De ned Networking，SDN）作為一個新興的網絡架構，近年來熱度不斷提高[1]，2012年國際性研究機構Cartner將其列為未來五年內IT領域的十大關鍵技術之一。2011年開放網絡基金會（open networking foundation，ONF）成立，開始推動SDN的標準化進程。目前已有成員72家，包括Google、Facebook、NTT、Verizon，Microsoft、Yahoo等[2]，其中Google運用SDN技術架設了他的B4網絡，耗時3年，將原先的網絡完全切換到了OpenFlow網絡，引入了流量工程，完全靠OpenFLow協議來規劃流量路徑，對網絡流量進行了極大的優化[3]。

下面介紹一個利用Mininet、OVS、Ryu-manager3.6模擬實現OpenFlow環境，成功實現PC機不停的發出訪問請求時，控制層能夠控制網絡自動交替輪流將訪問請求轉發到2個服務器（即負載均衡）的實踐案例。

2 仿真環境

虛擬機為VMware Workstation，虛擬操作系統為Ubuntu 12.10，其中已經安裝了以下軟件：

Mininet可簡單理解為SDN網絡系統中的一種基于進程虛擬化平臺[4]。Open vSwitch（簡稱OVS）是由NiciraNetworks主導的，運行在虛擬化平臺（例如KVM，Xen）上的虛擬交換機[5]。Ryu是一個基于組件的軟件定義網絡架構。

3 仿真思想

拓撲結構如圖1所示。

圖1 拓撲結構

假定h1當做PC，不停發出訪問請求，h2和h3當做2臺服務器，c0為控制器。經查詢，h1、h2、h3的ip地址分別為10.0.0.1、10.0.0.2、10.0.0.3，mac地址分別為00:00:00:00:00:01、00:00:00:00:00:02、00:00:00:00:00:03。

同時設定一個virtual ip為10.0.0.4和一個virtual mac為00:00:00:00:00:04，對h1而言，其只會訪問virtual ip（10.0.0.4）而不直接訪問h2和h3的ip，通過Servers_exchange模塊實現控制網絡自動交替輪流將訪問請求轉發到2個服務器h2和h3上。

服務器h2提供靜態頁面的名稱為“Server1”，頁面內容為“From Server1”；h3服務器提供靜態頁面的頁面名稱為“Server2”，頁面內容為“From Server2”。在h1終端打開Firefox瀏覽器，并訪問10.0.0.4:8000，即可通過頁面內容判斷響應來自哪臺服務器。

4 仿真步驟

Step1：運行Ryu基礎模塊與servers_exchange.py模塊進入ryu文件夾，執行./bin/ryu-m–verboseryu/app/servers_exchange.py，運行Ryu基礎模塊與Servers_exchange模塊，此模塊是根據實驗要求并按照Ryu API編寫的模塊，核心算法是通過round robin（輪詢法）選擇受訪問的服務器，實驗結果如圖2所示。

圖2 運行servers_exchange模塊

Step2：建立拓撲

執行指令sudo mn--arp--topo single,3--mac--switch ovsk--controller remote，建立1個Controller、1個Switch和3個hosts的拓撲。指令中mn是mininet的縮寫，表示mininet指令，--arp選項表示設置所有節點對的arp條目；--mac選項表示自動設置host的mac地址（即h1的mac地址為00:00:00: 00:00:01）；--switch ovsk選項表示選用OVS做Switch，--controller remote（或--controller=remote）選項表示選用遠程控制器做controller，但由于實驗的環境是controller和Switch是在同一虛擬機內，所以此處不需要輸入遠程控制器的ip地址，結果如圖3所示。

圖3 建立拓撲

Step3：配置Web服務器

為配置服務器，執行如圖4所示的指令。

其中第一條指令為virtual ip和virtual mac設置靜態arp條目；第二條和第三條指令為h2配置服務器；第四條和第五條指令為h3配置服務器。

圖4 配置服務器

Step5:測試仿真結果

執行指令xterm h1，開啟h1終端模擬器。在新彈出的終端中輸入firefox，開啟Firefox瀏覽器，并在瀏覽器的地址欄輸入地址10.0.0.4:8000，即可發出訪問請求并獲得響應，刷新頁面即會輪流打開這2個不同的頁面，說明實驗成功，其結果如圖5和圖6所示。

圖5 Server1頁面

5 結束語

SDN研究進展得如火如荼，網絡設備商、網絡運營商以及互聯網服務商都在廣泛關注，但目前軟件定義網絡相關技術還不夠成熟，SDN在真實的網絡部署過程中可能存在的多種實際問題[6]。SDN還有很多問題需要進一步深入，包括OpenFlow標準的推進和控制軟件的開發，網絡管理和安全控制，數據中心網絡部署，面向大規模網絡的部署等一些未知問題。本文通過介紹一個成功的SDN仿真實踐，為大家了解和學習SDN技術提供了有益探索。

[1]趙慧玲,馮明,史凡.SDN—未來網絡演進的重要趨勢[J].電信科學,2012,28(11):1-5.

[2]舒文瓊.SDN領域兩大組織角力OpenFlow協議為共性特征[J].通信世界,2013,(25):44-44.

[3]張衛峰.走近Google基于SDN的B4網絡[J].程序員,2013 (11):100-104.

[4]李艷,郝志安,李寧等.基于mininet的SDN架構仿真研究[J].計算機與網絡,2014,40(5):57-59.

[5]李銳,葉家煒,何東杰,等.基于Open vSwitch的虛擬網絡訪問控制研究[J].計算機應用與軟件,2014,31(5):308-311.

[6]范偉.軟件定義網絡及應用[J].通信技術,2013,46(3):67-70.

A Simulation of Software Defined Network

CHEN YUE
（School of Electronic and Information Engineering，Tianjin University,Tianjin 300100,China）

Software Defined Network(SDN)is a new type of network structure,its core thought is to separate network control equipment and data transfer,and achieve flexible control of network flow via software,which provides a perfect platform for core network and its application.This paper mainly introduces the main stream technology to achieve SDN based on OpenFlow,gives a simulation practice to attain the simple function of load balance,and in the meantime it presents an outlook on the future development of the technology and provides exploratory help for people to understand and use the technology.

SDN;OpenFlow;simulation practice

TP393

A

1008-1739(2015)12-50-3

定稿日期：2015-05-26