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基于OpenFlow的可控组播的研究与实现

作　者: 田金川
导　师: 兰少华
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: OpenFlow 可控组播 IGMP协议 Floodlight OFAMGP
分类号: TP393.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 36次
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内容摘要

在多媒体化、移动化、物联网和大数据的趋势下,当前的网络规模已经远超出了设计网络时的设想,当前传统网络,为了对网络进行管理,增加路由功能,出现了很多复杂的路由协议。然而,现行网络体系结构无法从根本上解决问题,与此同时,下一代互联网也在慢慢演进。Stanford的clean slate项目的最新研究成果OpenFlow提供了在真实网络环境中部署、测试,创新的网络体系和协议的平台,随着软件定义网络(Software Defined Network, SDN)的兴起,OpenFlow已经得到很多设备厂商如IBM,思科,NEC,HP, Netgear,华为等的支持,也在云计算,数据中心,网络安全等领域有了越来越广泛的应用和部署。组播一直是网络通信研究的重要课题,传统的IP组播是对互联网的“单播,尽力转发”模型的重要扩充,适用于在时间上具有集中性而在空间上具有分布性的应用。IP组播存在很多问题：所有路由器必须支持组播,必须为每个组播保存状态,扩展性差,不利于推广使用；用统一的模型来适应所有的应用,算法设计困难；组播组加入,退出和管理等开销很大；本论文的主要目的为研究如何利用OpenFlow技术的控制与数据转发分离的特点,设计并实现了新的组播组管理协议,并且结合OpenFlow能获取全局网络链路拓扑的特点,重点研究在OpenFlow网络中实现可控可认证的高效组播。论文首先对互联网以及组播的起源和发展做了介绍,并对发展中遇到的问题和挑战进行了分析,由此引出了对OpenFlow技术的研究,并对OpenFlow的起源、发展以及Floodlight控制器等关键技术做了详细的介绍；其次,对现有组播的组播组管理协议IGMP[13]和组播路由协议做出相关的研究,分析并总结了传统组播的优点以及需要改进之处,进一步分析OpenFlow网络中组播实现的方案；接下来,结合OpenFlow集中控制等特点,设计并实现了新的可认证的组播组管理协议,将传统的完全由路由器／交换机控制的报文转发过程转化为由具有OpenFlow功能的组播交换机和组播控制器来共同完成,从而实现基本的组播功能；然后,介绍Floodlight控制器的各个模块等关键技术,在其基础上完成了组播控制器的详细模块设计与实现,以及新的可认证的组播组管理协议；之后,通过实验对所提出的可认证的组播组管理协议进行了验证和分析。最后,对全文的工作作出总结,并分析了需要解决的问题和研究的不足之处,对未来的工作做出展望。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
1 绪论  8-12
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 课题研究内容  9
  1.3 本文主要工作  9-10
  1.4 论文结构安排  10-12
2 相关技术  12-29
  2.1 组播概述  12-16
    2.1.1 IP组播工作原理  12-13
    2.1.2 组播地址  13-14
    2.1.3 组播协议概述  14-16
  2.2 OpenFlow概述  16-28
    2.2.1 OpenFlow起源和发展  16-18
    2.2.2 OpenFlow交换机规范  18-23
    2.2.3 OpenFlow协议  23-26
    2.2.4 OpenFlow控制器  26-28
  2.3 本章小节  28-29
3 基于OpenFlow的可控组播的研究和设计  29-41
  3.1 实现组播认证的必要性  29-30
  3.2 组播认证机制  30-33
    3.2.1 基于OpenFlow的组播认证方法分析  30-31
    3.2.2 802.1X认证体系结构  31
    3.2.3 802.1X的认证过程  31-33
  3.3 基于OpenFlow的可控组播的设计  33-40
    3.3.1 组播控制器的设计  33-36
    3.3.2 主机经过认证并加入组播组  36-38
    3.3.3 主机退出组播组流程  38-39
    3.3.4 基于OpenFlow的可认证组播管理协议OFAGMP协议  39-40
  3.4 本章小结  40-41
4 基于OpenFlow的可控组播的详细设计与实现  41-49
  4.1 组播管理模块的详细设计与实现  41-45
    4.1.1 组播控制器中保存的数据表结构  41-42
    4.1.2 主机加入组播组的算法实现  42-43
    4.1.3 主机离开组播组的的算法实现  43-44
    4.1.4 组播组报文解析  44-45
  4.2 认证管理模块的详细设计与实现  45-48
    4.2.1 802.1x认证的详细设计与实现  45-46
    4.2.2 802.1x协议的报文解析的详细设计与实现  46-48
  4.3 本章小结  48-49
5 基于OpenFlow的可控组播的测试与分析  49-56
  5.1 测试环境和网络拓扑  49-52
    5.1.1 测试网络拓扑  49
    5.1.2 测试环境配置  49-51
    5.1.3 启动测试网络  51-52
  5.2 测试方案与结果分析  52-55
    5.2.1 连通性测试和ping流程包分析  52-53
    5.2.2 身份认证的测试与结果分析  53-54
    5.2.3 OFAGMP协议的测试与结果分析  54-55
  5.3 本章小结  55-56
6 总结与展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-61
附录  61

基于OpenFlow的可控组播的研究与实现

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