重慶郵電大學(xué)——SDN技術(shù)在視頻業(yè)務(wù)帶寬保障中的應(yīng)用

1、SDN技術(shù)在視頻業(yè)務(wù)帶寬技術(shù)在視頻業(yè)務(wù)帶寬保障中的應(yīng)用保障中的應(yīng)用領(lǐng)隊(duì)：付強(qiáng)隊(duì)員：閆辰云隊(duì)員：王永超隊(duì)員：毛冉隊(duì)員：陳小鳳指導(dǎo)老師：尚鳳軍所屬學(xué)校：重慶郵電大學(xué)SDN技術(shù)在視頻業(yè)務(wù)技術(shù)在視頻業(yè)務(wù)帶寬保障中的應(yīng)用帶寬保障中的應(yīng)用應(yīng)用場景介紹應(yīng)用具體設(shè)計論述應(yīng)用實(shí)現(xiàn)過程應(yīng)用的簡介和摘要應(yīng)用的簡介和摘要隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的急劇膨脹和應(yīng)用類型的不斷豐富，因特網(wǎng)作為社會基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要的一部分，結(jié)構(gòu)和功能日趨復(fù)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(wù)，但一般只進(jìn)行盡力而為的轉(zhuǎn)發(fā)，不單獨(dú)為某一業(yè)務(wù)帶寬提供額外的保障，這就造成某些關(guān)鍵性業(yè)務(wù)無法得到很好地保證（如視頻業(yè)務(wù)），可能影響業(yè)務(wù)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)（視頻不

2、流暢）。應(yīng)用的簡介和摘要軟件定義網(wǎng)絡(luò)(software-defined networking，簡稱SDN)技術(shù)分離了網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)發(fā)分離架構(gòu)，為研發(fā)網(wǎng)絡(luò)新應(yīng)用和未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(luò)設(shè)備中遷移到可控的計算設(shè)備中，使得底層的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施能夠被上層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用程序所抽象，最終通過開放可編程的軟件模式來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動化控制功能?？刂萍刂萍D(zhuǎn)發(fā)件轉(zhuǎn)發(fā)件控制件控制件1、OpenFlow將控制功能從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中分離出來，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上維護(hù)流表(flow table)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)分組按照流表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而流表的生成、維護(hù)、配置

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

4、務(wù)。OpenFlow交換機(jī)根據(jù)流表來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，代表著數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面；控制器通過全網(wǎng)絡(luò)視圖來實(shí)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(luò)操作系統(tǒng)(network operating system,簡稱NOS)實(shí)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(yùn)行不同的應(yīng)用程序能夠?qū)崿F(xiàn)不同的邏輯管控功能。本設(shè)計采用Floodlight。應(yīng)用場景介紹背景介紹背景介紹 互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如電子郵件、搜索、網(wǎng)絡(luò)購物、社交網(wǎng)絡(luò)、在線視頻、網(wǎng)絡(luò)地圖等已經(jīng)成為人們生活的一部分。這些應(yīng)用往往要為上億用戶服務(wù)，意味著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已變成如電力一樣的社會公共服務(wù)，而支撐擁有海量用戶互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(chǔ)設(shè)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(jī)(PC)成為終端計算設(shè)備的主流，移動終端將計算與存儲轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)中心的需求也變得越來越強(qiáng)烈。因此數(shù)據(jù)中心作為基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)用服務(wù)質(zhì)量對互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以及云計算中心都至關(guān)重要。事實(shí)上，應(yīng)用服務(wù)質(zhì)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(biāo)之一。為了讓用戶有更好的體驗(yàn)，許多公司采用各種技術(shù)提高服務(wù)質(zhì)量。 QoS

6、 （服務(wù)質(zhì)量， Quality of Service ） 是指一個網(wǎng)絡(luò)能夠利用各種基礎(chǔ)技術(shù)，為指定的網(wǎng)絡(luò)通信提供更好的服務(wù)能力，是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制，是用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。它的應(yīng)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(wù)的傳輸帶寬，提高了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。 QoS能實(shí)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(yīng)用具體設(shè)計論述問題陳述 數(shù)據(jù)中心提供多種業(yè)務(wù)，但一般只進(jìn)行盡力而為的轉(zhuǎn)發(fā)，不單獨(dú)為某一業(yè)務(wù)帶寬提供額外的保障，這就造成某些關(guān)鍵性業(yè)務(wù)無法得到很好地保證（如視頻業(yè)務(wù)），可能影響業(yè)務(wù)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)（視頻不流暢）。 對數(shù)據(jù)中心中提供的某種業(yè)務(wù)（如視頻業(yè)務(wù)

7、）進(jìn)行帶寬預(yù)留與保障，當(dāng)總體流量大于鏈路承載能力時，優(yōu)先保證指定業(yè)務(wù)的帶寬。 采用上文數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)模型，在匯聚設(shè)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(jī)下各接入一臺業(yè)務(wù)服務(wù)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(wù)。 監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中各業(yè)務(wù)流量的狀態(tài)，一旦指定業(yè)務(wù)帶寬無法得到保證時，需要考慮將其他業(yè)務(wù)的流量進(jìn)行限流，或提高指定業(yè)務(wù)流量的帶寬。應(yīng)用具體設(shè)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(wù)和策略配置，并且可以根據(jù)策略對交換機(jī)進(jìn)行流表配置。l 為交換機(jī)設(shè)置具有帶寬控制的隊(duì)列，

8、每個隊(duì)列可以設(shè)置經(jīng)自己轉(zhuǎn)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(jī)的流表配置，并寫入交換機(jī)。應(yīng)用具體設(shè)計論述設(shè)計架構(gòu)QoS模塊在Floodlight控制器中主要與轉(zhuǎn)發(fā)模塊、核心服務(wù)和存儲服務(wù)協(xié)同工作，其作用是在控制器中控制QoS服務(wù)的運(yùn)行以及策略的管理，并將策略轉(zhuǎn)換為流表寫入交換機(jī)，提供一個可視化的QoS服務(wù)平臺。而在QoS實(shí)現(xiàn)的過程中，基于交換機(jī)中基于OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)的流表以及隊(duì)列成為關(guān)鍵點(diǎn)。交換機(jī)中的隊(duì)列可以配置每條隊(duì)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(wù)質(zhì)量保證的數(shù)據(jù)包，并且放入合適的隊(duì)列中。這樣在多臺交換機(jī)各自的匹配和轉(zhuǎn)發(fā)下，就可以實(shí)現(xiàn)QoS策略。預(yù)期目標(biāo)保障指定服務(wù)器到用戶終端的帶寬在任何情況下保持在設(shè)定數(shù)值以上。應(yīng)用具體設(shè)計論述程序流程應(yīng)用實(shí)現(xiàn)過程實(shí)驗(yàn)設(shè)計實(shí)驗(yàn)環(huán)境l 使用Floodlight（帶QoS模塊）作為實(shí)驗(yàn)的控制器，在windows 7環(huán)境下運(yùn)行l(wèi) 使用mininet作為網(wǎng)絡(luò)仿真工具，在ubuntu 14.04 server版虛擬機(jī)中運(yùn)行l(wèi) 使用putty作為連接虛擬機(jī)，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(luò)測試的工具應(yīng)用實(shí)現(xiàn)過程網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銺o