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基於 OpenFlow 的 SDN 技術 (論文筆記)

基於 OpenFlow 的 SDN 技術

  • 左青雲, 陳 鳴, 趙廣鬆, 邢長友, 張國敏, 蔣培成

背景

當今網路結構缺陷

  • 網路規模的急劇膨脹和應用型別的不斷豐富,傳統網路結構日趨複雜,管理能力減弱。路由器最初定義的“啞的、簡單的”資料轉發單元已經變得臃腫不堪.
  • 研究人員難以在網路中實驗和部署新型網路體系結構和網路技術

基於openflow的SDN技術的提出

  • 邏輯控制和資料轉發分離的這種管控思想是 SDN 技術的研究基礎,前期已經在學術界引起較大關注,典型工作包括 ForCES、4D架構、RCP、 SANE和 Ethane。

  • OpenFlow[1]技術概念最早由斯坦福大學的 Nick McKeown 教授2008 年提出

    ,將控制功能從網路裝置中分離出來,在網路裝置上維護流表(flow table)結構,資料分組按照流表進行轉發,而流表的生成、維護、配置則由中央控制器來管理.OpenFlow 的流表結構將網路處理層次扁平化,使得網路資料的處理滿足細粒度的處理要求

  • 邏輯控制和資料轉發分離,網路的邏輯控制功能和高層策略可以通過中央控制器靈活地進行動態管理和配置,可在不影響傳統網路正常流量的情況下,在現有的網路中實現和部署新型網路架構.

基於 OpenFlow 的 SDN 關鍵元件及架構

openflow 交換機

  • 流表
  • 安全通道
  • openflow 協議

控制器

各種控制器的比較

SDN
這裡寫圖片描述

SDN目前存在的問題

  • SDN 轉發平面的設計問題.OpenFlow 交換機作為 SDN 轉發平面抽象的實際載體,協議標準處在不斷
    更新當中.隨著 OpenFlow 規約的不斷髮布,OpenFlow 交換機流表從最初的單表結構變為多表結構,
    流表項匹配欄位從最初的十元組到支援 IPv6,MPLS 等,這些都表明 SDN 轉發平面功能的逐漸擴充套件,
    意味著 OpenFlow 交換機結構設計的複雜化,因此必須認識到由此帶來的新的問題和挑戰

  • 控制平面的可擴充套件性.OpenFlow 設計之初,僅需要通過單控制器來實現網路的管控功能.很顯然,隨著
    網路規模的增大和業務需求的增加,需要研究控制平面的可擴充套件性解決方案,即多控制器解決方案.
    而控制單元的數量和它們之間網路狀態(包括拓撲、傳輸能力、路由限制等)的協同和互動應該如何
    實現,以保證網路狀態的一致性和可擴充套件性,還需要進行大量深入的研究

  • SDN 控制邏輯的一致性.雖然控制平面能夠將控制邏輯集中部署到整個網路,但資料平面轉發裝置
    仍然是一個分散式系統.控制邏輯的先後配置順序,控制平面和資料平面之間可能存在的時延,將難
    以保證控制邏輯更新的一致性,有可能造成網路出現斷路、丟包、環路等現象

  • 同時也對傳統的網路裝置製造商提出了挑戰.同時,OpenFlow 自身設計標準的不穩定性和轉發裝置硬體的複雜化趨勢,也為 OpenFlow 的演進趨勢帶來了不確定性

    目前來看, 基於 OpenFlow 的 SDN 可擴充套件性研究的主要思路有如下兩點:
    1)修改 OpenFlow交換機的處理流程或硬體架構,或者給 OpenFlow交換機增加部分控制功能,從而減少
    控制器和 OpenFlow 交換機之間的資訊互動,分擔控制器的處理開銷,提高控制器的可擴充套件效能.
    2)多控制器的分散式管控平面,通過分域管理網路

基於 OpenFlow 的 SDN 應用

  • 面向校園網的部署
  • 面向資料中心的部署
  • 面向網路管理的應用
  • 面向安全控制的應用

Braga R, Mota E, Passito A. Lightweight DDoS flooding attack detection using NOX/OpenFlow. In: Proc. of the 35th Conf. onLocal Computer Networks (LCN). Denver: IEEE Press, 2010. 408−415.提出了一套輕量級的 DDOS 攻擊檢測方法,它通過提取 OpenFlow 流統計資訊中與 DDOS 攻擊相關的六元組,採用人工神經網路方法 SOM(self organizing maps)進行降維處理,從而識別 DDOS 攻擊.

Jose L, Yu M, Rexford J. Online measurement of large traffic aggregates on commodity switches. In: Proc. of the 1st USENIXWorkshop on Hot Topics in Management of Internet, Cloud, and Enterprise Networks and Services (Hot-ICE). Boston: USENIX Association, 2011利用 OpenFlow 交換機能夠統計流資料的功能,採用 trie 的資料結構設計了一種識別大的聚集流量的功能,可應用於網路的異常檢測

總結與展望

我認為,SDN中與安全相關的問題有重大研究意義。 SDN為我們提供了一種可程式設計可控制的網路,我們可以便捷地控制flow, 通過控制器對網路流量進行監控和排程,是實現未來網際網路網路管理和安全控制功能的易行方法.當前,基於 OpenFlow 實現的網管和安全功能主要集中在接入控制、流量轉發和負載均衡等方面,而在安全性機制設計、異常檢測和惡意攻擊防護等方面都可以進行更深入的研究.此外,在 OpenFlow自身設計中安全性問題考慮還不夠,特別應當關注控制器結點和 OpenFlow 交換機結構的安全防護問題

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6.4常見的Hint《基於Oracle的優化學習筆記

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