Transcript 重庆邮电大学--sdn技术在视频业务带宽保障中的应用

SDN技术在视频业务带宽
保障中的应用
领队：付强
队员：闫辰云
队员：王永超
队员：毛冉
队员：陈小凤
指导老师：尚凤军
所属学校：重庆邮电大学
应用场
景介绍
应用的
简介和
摘要
应用具体
设计论述
SDN技术在视频业务
带宽保障中的应用
应用实现
过程
随着网络规模的急剧膨胀和应用
类型的不断丰富，因特网作为社
会基础设施至关重要的一部分，
结构和功能日趋复杂，管控能力
日趋减弱。数据中心提供着日渐
丰富的业务，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）
。
控制件
转发件
控制件
软件定义网络(software-defined networking，简称SDN)技
术分离了网络的控制平面和数据平面，提出了逻辑控制
和数据转发分离架构，为研发网络新应用和未来互联网
技术提供了一种新的解决方案。SDN将控制功能从传统的
分布式网络设备中迁移到可控的计算设备中，使得底层
的网络基础设施能够被上层的网络服务和应用程序所抽
象，最终通过开放可编程的软件模式来实现网络的自动
化控制功能。
1、OpenFlow将控制功能从网络设备中分离出来，在网络设
备上维护流表(flow table)结构，数据分组按照流表进行转发
，而流表的生成、维护、配置则由中央控制器集中管理，
灵活性和扩展性更高，从而加速网络部署周期。
2、可以通过中央控制器灵活地进行动态管理和配置，可在
不影响传统网络正常流量的情况下，在现有的网络中添加
规则，降低了网络复杂度。
3、使得网络具备集中协调点，因而能够通过软件形式达到
最优性能，从而加速网络创新周期。
使用一台PC作为宿主机来模拟SDN控制
器（Controller）；在宿主机中建立虚
拟机，并创建数据中心以及用户：3个
OpenFlow虚拟交换机，其中两个虚拟
交换机各连接一台虚拟业务服务器，
一台为Video Server，一台为FTP Server
，剩下的一台OpenFlow虚拟交换机连
接虚拟用户PC终端，用它分别访问两
个业务。OpenFlow交换机根据流表来
转发数据包，代表着数据转发平面；
控制器通过全网络视图来实现管控功
能，其控制逻辑表示控制平面。在控
制器中，网络操作系统(network
operating system,简称NOS)实现控制逻
辑功能。这里的NOS指的是SDN概念中
的控制软件，通过在NOS之上运行不同
的应用程序能够实现不同的逻辑管控
功能。本设计采用Floodlight。
背景介绍
互联网应用如电子邮件、搜索、网络购物、社交网络、在线视频、网络地图等已经成为人们
生活的一部分。这些应用往往要为上亿用户服务，意味着互联网应用已变成如电力一样的社会
公共服务，而支撑拥有海量用户互联网应用的数据中心也成为如同发电厂一样的社会核心基础
设施。
尽管目前互联网企业的数据中心已经颇具规模，但一个趋势是未来数据中心还将持续发展。
一方面，互联网用户数量仍在不断增长，这对数据中心的数量和规模的需求都将加大。另一方
面，移动终端已超越个人计算机(PC)成为终端计算设备的主流，移动终端将计算与存储转移到数
据中心的需求也变得越来越强烈。因此数据中心作为基础设施的重要性也会日益凸显，其地位
甚至可能上升到国家战略层面。
应用服务质量对互联网企业以及云计算中心都至关重要。事实上，应用服务质量也正是很多
互联网企业对数据中心考核的核心指标之一。为了让用户有更好的体验，许多公司采用各种技
术提高服务质量。
QoS （服务质量， Quality of Service ） 是指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络
通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种
技术。它的应用降低了传送时延、丢包率和时延抖动等，从而保障了业务的传输带宽，提高了
网络服务质量。 QoS能实现流量分类、流量监管、流量整形、接口限速、拥塞管理和规避等。
问题陈述
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）。
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。
采用上文数据中心组网模型，在汇聚设备之上使用一台 PC 模拟数据中心外用户；
在接入交换机下各接入一台业务服务器，一台为视频 Server，一台为 FTP Server，使用
PC 终端分别访问两个业务。
监视网络中各业务流量的状态，一旦指定业务带宽无法得到保证时，需要考虑将
其他业务的流量进行限流，或提高指定业务流量的带宽。
解决方法
 使用加入QoS模块的floodlight控制器，QoS模块可以读写控
制器的QoS服务和策略配置，并且可以根据策略对交换机进
行流表配置。
 为交换机设置具有带宽控制的队列，每个队列可以设置经
自己转发的包的最大最小带宽。
 配置QoS策略，控制器的QoS模块根据策略建立每个交换机
的流表配置，并写入交换机。
设计架构
QOS模块
QoS模块在Floodlight控制器中主要与转发模块、核心
服务和存储服务协同工作，其作用是在控制器中控制
QoS服务的运行以及策略的管理，并将策略转换为流
表写入交换机，提供一个可视化的QoS服务平台。
Flow Table
Flow Table
Flow Table
Queue
Queue
Queue
而在QoS实现的过程中，基于交换机中基于OpenFlow
标准的流表以及队列成为关键点。交换机中的队列可
以配置每条队列的最大、最小带宽，控制器基于QoS
策略生成的流表可以根据规则，匹配需要服务质量保
证的数据包，并且放入合适的队列中。这样在多台交
换机各自的匹配和转发下，就可以实现QoS策略。
QOS实现架构
Controller
Openflow
Switches
Packets
预期目标
……
保障指定服务器到用户终端的带宽在任何情况下保持在
设定数值以上。
程序流程
N
开始
等待Qos配置
请求
有配置请求
Y
加载QoS模块
将策略存入
控制器
解析请求
读取QoS服务
状态
N
Y QoS服务 N
开启请求
等待网络连
接
Qos策略
部署请求
Y
将策略存入
控制器
N
有连接请求
将流表写入
交换机
Y
读取网络配
置信息
开启QoS服务
结束
实验设计
实验环境
使用Floodlight（带QoS模块）作为实验的控制器，在windows 7环境下运
行
使用mininet作为网络仿真工具，在ubuntu 14.04 server版虚拟机中运行
使用putty作为连接虚拟机，打开多命令行窗口的工具
使用curl作为向控制器发送配置请求的工具
使用Xming作为在windows下使用linux图形界面的工具
使用iperf作为网络测试的工具
PC
网络拓扑
Openflow
Switch 1
Controller
Openflow
Switch 2
Video Server
QoS策略
Openflow
Switch 3
FTP Server
由于视频服务相对文件传输服务来说，对时延和丢包的要求较为严苛，所以需要保
障视频服务器到终端有足够的带宽。本次实验在链路带宽为100Mbit/s的情况下，保
障视频服务器到用户终端有一半以上的链路带宽，即50Mbit/s。
实验结果
开启QoS后带宽测试数据图
110
105
100
95
90
85
带宽（Mbit/s)
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
1
2
3
4
5
6
7
测试次数
h2→h1
h3→h1
同时h2→h1
同时h3→h1
8
9
10
关闭QoS后带宽测试数据图
100
95
90
85
80
75
70
65
带宽（Mbit/s)
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
测试次数
h2→h1
h3→h1
同时h2→h1
同时h3→h1
8
9
10
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