重慶郵電大學——SDN技術在視頻業(yè)務帶寬保障中的應用

1、SDN技術在視頻業(yè)務帶寬技術在視頻業(yè)務帶寬保障中的應用保障中的應用領隊：付強隊員：閆辰云隊員：王永超隊員：毛冉隊員：陳小鳳指導老師：尚鳳軍所屬學校：重慶郵電大學SDN技術在視頻業(yè)務技術在視頻業(yè)務帶寬保障中的應用帶寬保障中的應用應用場景介紹應用具體設計論述應用實現(xiàn)過程應用的簡介和摘要應用的簡介和摘要隨著網(wǎng)絡規(guī)模的急劇膨脹和應用類型的不斷豐富，因特網(wǎng)作為社會基礎設施至關重要的一部分，結構和功能日趨復雜，管控能力日趨減弱。數(shù)據(jù)中心提供著日漸豐富的業(yè)務，但一般只進行盡力而為的轉發(fā)，不單獨為某一業(yè)務帶寬提供額外的保障，這就造成某些關鍵性業(yè)務無法得到很好地保證（如視頻業(yè)務），可能影響業(yè)務的正常運轉（視頻不

2、流暢）。應用的簡介和摘要軟件定義網(wǎng)絡(software-defined networking，簡稱SDN)技術分離了網(wǎng)絡的控制平面和數(shù)據(jù)平面，提出了邏輯控制和數(shù)據(jù)轉發(fā)分離架構，為研發(fā)網(wǎng)絡新應用和未來互聯(lián)網(wǎng)技術提供了一種新的解決方案。SDN將控制功能從傳統(tǒng)的分布式網(wǎng)絡設備中遷移到可控的計算設備中，使得底層的網(wǎng)絡基礎設施能夠被上層的網(wǎng)絡服務和應用程序所抽象，最終通過開放可編程的軟件模式來實現(xiàn)網(wǎng)絡的自動化控制功能。控制件控制件轉發(fā)件轉發(fā)件控制件控制件1、OpenFlow將控制功能從網(wǎng)絡設備中分離出來，在網(wǎng)絡設備上維護流表(flow table)結構，數(shù)據(jù)分組按照流表進行轉發(fā)，而流表的生成、維護、配置

3、則由中央控制器集中管理，靈活性和擴展性更高，從而加速網(wǎng)絡部署周期。2、可以通過中央控制器靈活地進行動態(tài)管理和配置，可在不影響傳統(tǒng)網(wǎng)絡正常流量的情況下，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡中添加規(guī)則，降低了網(wǎng)絡復雜度。3、使得網(wǎng)絡具備集中協(xié)調點，因而能夠通過軟件形式達到最優(yōu)性能，從而加速網(wǎng)絡創(chuàng)新周期。使用一臺PC作為宿主機來模擬SDN控制器（Controller）；在宿主機中建立虛擬機，并創(chuàng)建數(shù)據(jù)中心以及用戶：3個OpenFlow虛擬交換機，其中兩個虛擬交換機各連接一臺虛擬業(yè)務服務器，一臺為Video Server，一臺為FTP Server，剩下的一臺OpenFlow虛擬交換機連接虛擬用戶PC終端，用它分別訪問兩個業(yè)

4、務。OpenFlow交換機根據(jù)流表來轉發(fā)數(shù)據(jù)包，代表著數(shù)據(jù)轉發(fā)平面；控制器通過全網(wǎng)絡視圖來實現(xiàn)管控功能，其控制邏輯表示控制平面。在控制器中，網(wǎng)絡操作系統(tǒng)(network operating system,簡稱NOS)實現(xiàn)控制邏輯功能。這里的NOS指的是SDN概念中的控制軟件，通過在NOS之上運行不同的應用程序能夠實現(xiàn)不同的邏輯管控功能。本設計采用Floodlight。應用場景介紹背景介紹背景介紹 互聯(lián)網(wǎng)應用如電子郵件、搜索、網(wǎng)絡購物、社交網(wǎng)絡、在線視頻、網(wǎng)絡地圖等已經(jīng)成為人們生活的一部分。這些應用往往要為上億用戶服務，意味著互聯(lián)網(wǎng)應用已變成如電力一樣的社會公共服務，而支撐擁有海量用戶互聯(lián)網(wǎng)應用

5、的數(shù)據(jù)中心也成為如同發(fā)電廠一樣的社會核心基礎設施。 盡管目前互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)頗具規(guī)模，但一個趨勢是未來數(shù)據(jù)中心還將持續(xù)發(fā)展。一方面，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量仍在不斷增長，這對數(shù)據(jù)中心的數(shù)量和規(guī)模的需求都將加大。另一方面，移動終端已超越個人計算機(PC)成為終端計算設備的主流，移動終端將計算與存儲轉移到數(shù)據(jù)中心的需求也變得越來越強烈。因此數(shù)據(jù)中心作為基礎設施的重要性也會日益凸顯，其地位甚至可能上升到國家戰(zhàn)略層面。 應用服務質量對互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以及云計算中心都至關重要。事實上，應用服務質量也正是很多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)對數(shù)據(jù)中心考核的核心指標之一。為了讓用戶有更好的體驗，許多公司采用各種技術提高服務質量。 QoS

6、 （服務質量， Quality of Service ） 是指一個網(wǎng)絡能夠利用各種基礎技術，為指定的網(wǎng)絡通信提供更好的服務能力，是網(wǎng)絡的一種安全機制，是用來解決網(wǎng)絡延遲和阻塞等問題的一種技術。它的應用降低了傳送時延、丟包率和時延抖動等，從而保障了業(yè)務的傳輸帶寬，提高了網(wǎng)絡服務質量。 QoS能實現(xiàn)流量分類、流量監(jiān)管、流量整形、接口限速、擁塞管理和規(guī)避等。應用具體設計論述問題陳述 數(shù)據(jù)中心提供多種業(yè)務，但一般只進行盡力而為的轉發(fā)，不單獨為某一業(yè)務帶寬提供額外的保障，這就造成某些關鍵性業(yè)務無法得到很好地保證（如視頻業(yè)務），可能影響業(yè)務的正常運轉（視頻不流暢）。 對數(shù)據(jù)中心中提供的某種業(yè)務（如視頻業(yè)務

7、）進行帶寬預留與保障，當總體流量大于鏈路承載能力時，優(yōu)先保證指定業(yè)務的帶寬。 采用上文數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)模型，在匯聚設備之上使用一臺 PC 模擬數(shù)據(jù)中心外用戶；在接入交換機下各接入一臺業(yè)務服務器，一臺為視頻 Server，一臺為 FTP Server，使用 PC 終端分別訪問兩個業(yè)務。 監(jiān)視網(wǎng)絡中各業(yè)務流量的狀態(tài)，一旦指定業(yè)務帶寬無法得到保證時，需要考慮將其他業(yè)務的流量進行限流，或提高指定業(yè)務流量的帶寬。應用具體設計論述解決方法l 使用加入QoS模塊的floodlight控制器，QoS模塊可以讀寫控制器的QoS服務和策略配置，并且可以根據(jù)策略對交換機進行流表配置。l 為交換機設置具有帶寬控制的隊列，

8、每個隊列可以設置經(jīng)自己轉發(fā)的包的最大最小帶寬。l 配置QoS策略，控制器的QoS模塊根據(jù)策略建立每個交換機的流表配置，并寫入交換機。應用具體設計論述設計架構QoS模塊在Floodlight控制器中主要與轉發(fā)模塊、核心服務和存儲服務協(xié)同工作，其作用是在控制器中控制QoS服務的運行以及策略的管理，并將策略轉換為流表寫入交換機，提供一個可視化的QoS服務平臺。而在QoS實現(xiàn)的過程中，基于交換機中基于OpenFlow標準的流表以及隊列成為關鍵點。交換機中的隊列可以配置每條隊列的最大、最小帶寬，控制器基于QoS策略生成的流表可以根據(jù)規(guī)則，匹配需要服務質量保證的數(shù)據(jù)包，并且放入合適的隊列中。這樣在多臺交換機各自的匹配和轉發(fā)下，就可以實現(xiàn)QoS策略。預期目標保障指定服務器到用戶終端的帶寬在任何情況下保持在設定數(shù)值以上。應用具體設計論述程序流程應用實現(xiàn)過程實驗設計實驗環(huán)境l 使用Floodlight（帶QoS模塊）作為實驗的控制器，在windows 7環(huán)境下運行l(wèi) 使用mininet作為網(wǎng)絡仿真工具，在ubuntu 14.04 server版虛擬機中運行l(wèi) 使用putty作為連接虛擬機，打開多命令行窗口的工具l 使用curl作為向控制器發(fā)送配置請求的工具l 使用Xming作為在windows下使用linux圖形界面的工具l 使用iperf作為網(wǎng)絡測試的工具應用實現(xiàn)過程網(wǎng)絡拓撲Qo