SDN应用场景实践--指定业务带宽保障
--------------温州大学 12网络工程
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目录：
第一章 背景介绍.....................................................................................................2
1.1实验背景.......................................................................................................2
1.2实验目的.......................................................................................................2
1.3实验环境搭建...............................................................................................2
第二章 可行性分析.................................................................................................4
2.1 Floodlight对Openvswitch的控制................................,,,,...........................4
2.2 OpenvSwitch对QoS策略的支持.....................................,,....................... 4
第三章 实验方案设计.............................................................................................5
3.1 OpenFlow QoS总体方案设计.....................................................................5
3.2 控制平面功能设计 ...................................................................................... 7
3.3 转发平面功能设计 ...................................................................................... 7
第四章OpenFlow QoS实现.....................................................................................10
4.1 QoS控制器模块实现................................................................................... 10
4.2 CLI指令配置模块实现.................................................................................11
4.3 DiffServ流量控制模块实现..........................................................................12
第五章OpenFlow QoS功能测试 ............................................................................15
5.1 系统测试环境介绍.......................................................................................15
5.1.1 测试平台....................................................................................................15
5.1.2 实验拓扑....................................................................................................15
5.2 实验测试方法...............................................................................................16
5.2.1网络流量测试工具.....................................................................................16
5.2.2 流量控制功能验证方法............................................................................17
5.3 流量控制功能验证.......................................................................................17
5.3.1系统端口速率TCP限速测试......................................................................17
5.3.2系统端口TCP带宽保障测试......................................................................20
5.3.3系统视频流速率带宽保障测试.................................................................22
5.4 实验总结........................................................................................................23
附录 流量种类Map表................................................................................................25
第一章：背景介绍
1.1、实验背景
数据中心提供多种业务，但一般只进行尽力而为的转发，不单独为某一业务带宽提供额外的保障，这就造成某些关键性业务无法得到很好地保证（如视频业务），可能影响业务的正常运转（视频不流畅）。
近年来，随着网络技术的快速发展，网络业务种类日益多元化，网络带宽容量需求日益扩大。某些国内最大的海量视频数据流媒体，每天2-2.5亿视频播放量，千万级用户访问行为和视频播放需求，为了能够更好地满足用户对于视频流的播放需求，基于互联网架构的流媒体服务应该具有更好的QoS服务保证。新型网络业务的广泛应用，包括视频通话、电话会议、VOIP等，使得人们对服务质量（Quality of Service，QoS）要求越来越高。网络如何有效保障业务的服务质量受到越来越多人的关注。随着新型业务的多元化，传统网络体系架构暴露出了越来越多的弊病，例如网络结构复杂化和网络设备性能的饱和，对网络新业务的推广提出了严峻的考验，已经不能满足各种新型业务对服务质量的需求。
因此，一场新型网络体系架构的革命蓄势待发，软件自定义网络——一种可编程网络体系架构应运而生。OpenFlow是SDN的产物，是一种新型网络交换模型，该模型利用开放流表（FlowTable）实现用户对网络数据处理的可编程控制。针对当前 OpenFlow网络对 QoS管理的需求，结合对传统IP网络区分服务模（DiffServ）QoS技术的研究，设计并实现了一套基于 DiffServ模型和OpenFlow网络架构的QoS系统。按照预定的设计方案通过搭建小型网络拓扑对其进行验证，并对实验结果进行分析，验证设计的QOS系统显著的提高了对网络QoS 性能的全局掌控，降低了底层交换设备的工作负载。
1.2、实验目的
带宽保障属于QoS的一种，本实验包含多种QoS策略。下文统一称为QoS。对数据中心中提供的某种业务（如视频业务）进行带宽预留与保障，当总体流量大于链路承载能力时，优先保证指定业务的带宽。
针对视频传输控制，实时传输协议（RTP）、实时传输控制协议（RTCP）、实时流协议（RTSP）、资源预订协议（RSVP）等协议是基于TCP协议,且现在越来越多的视频流基于TCP协议传输。
本实验将完成TCP流量带宽限制、带宽保障和特定Video Packet（视频流）流量的保障。
1.3、实验环境搭建
为了验证网络流量控制的性能，搭建了一个简单的DiffServ的小型网络，如图所示：
图1.1实验拓扑图
其中OpenFlow控制器为运行Floodlight控制器程序的Linux(Ubuntu)主机，Floodlight和OVS为运行OpenFlow网络的控制器和交换机。OVS与控制器直连，提供多种服务的服务集群，PC1和PC2分别连接在右OVS上。实验结果通过数据流获得的网络带宽来验证和转发的速率来验证。从服务器向PC1发送2种优先级不同的TCP流A、B，网络总带宽为10Gbit/s。在PC1上通过对A、B流量的分析，得到实验数据。
从实验结果可知，QoS系统能够正确地区分不同的QoS等级的服务，并提供差别服务质量保证。QoS使用前，不同的流公平占用网络带宽，QoS使用后，不同的QoS等级的数据流获得的网络带宽不同。从而实现对数据中心中提供的某种业务（如视频业务）进行带宽预留与保障。
第二章：可行性分析
2.1 Floodlight对Openvswitch的控制
OpenFlow协议支持控制器到交换机消息交互，controller-to-switch消息由控制器发起，用来管理或获取交换机的状态，主要包括 6 种其子消息类型。Features 在建立传输层安全会话（Transport Layer Security Session）的时候，控制器发送 feature请求消息给交换机，交换机需要应答自身支持的功能。
（一）Configuration控制器设置或查询交换机上的配置信息。交换机仅需要应答查询消息。
（二）Modify-state控制器管理交换机流表项和端口状态等。
（三）Read-state控制器向交换机请求一些诸如流、网包等统计信息。
（四）Packet-out控制器通过交换机指定端口发出网包。
（五）Barrier控制器确保消息依赖满足，或接收完成操作的通知。
（六）asynchronous消息由switch发起，用来将网络事件或交换机状态变化更新到控制器。
交换机与控制器通过被动或主动的控制进行状态信息更新、流表更新，是得控制器对交换设备进行网络拓扑管理、路由控制等，实现控制端对全局网络的实时掌控。
2.2 OpenvSwitch对QoS策略的支持
QoS中的流量监管（Traffic Policing）就是对流量进行控制，通过监督进入网络端口的流量速率，对超出部分的流量进行“惩罚”（这个惩罚可以是丢弃、也可是延迟发送），使进入端口的流量被限制在一个合理的范围之内。例如可以限制TCP报文不能占用超过50%的网络带宽，否则QoS流量监管功能可以选择丢弃报文，或重新配置报文的优先级。
QoS流量监管功能是采用令牌桶（Token-Bucket）机制进行的。这里的“令牌桶”是指OpenvSwitch的内部
