Floodlight实现指定业务带宽保障

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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）。

本文针对当前OpenFlow网络对QoS管理的需求，结合对传统IP网络区分服务模（DiffServ）QoS技术的研究，设计并实现了一套基于 DiffServ模型和OpenFlow网络架构的QoS系统。按照预定的设计方案通过搭建小型网络拓扑对其进行验证，并对实验结果进行分析，验证设计的QOS系统显著的提高了对网络QoS 性能的全局掌控，降低了底层交换设备的工作负载。
带宽保障属于QoS的一种，本实验包含多种QoS策略。下文统一称为QoS。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。
针对视频传输控制，实时传输协议（RTP）、实时传输控制协议（RTCP）、实时流协议（RTSP）、资源预订协议（RSVP）等协议是基于TCP协议,且现在越来越多的视频流基于TCP协议传输。
本文中实验将完成TCP流量带宽限制、带宽保障和特定Video Packet（视频流）流量的保障。
为了验证网络流量控制的性能，搭建了一个简单的DiffServ的小型网络，如图所示：

其中OpenFlow控制器为运行Floodlight控制器程序的Linux(Ubuntu)主机，Floodlight和OVS为运行OpenFlow网络的控制器和交换机。OVS与控制器直连，提供多种服务的服务集群，PC1和PC2分别连接在右OVS上。实验结果通过数据流获得的网络带宽来验证和转发的速率来验证。从服务器向PC1发送2种优先级不同的TCP流A、B，网络总带宽为10Gbit/s。在PC1上通过对A、B流量的分析，得到实验数据。
从实验结果可知，QoS系统能够正确地区分不同的QoS等级的服务，并提供差别服务质量保证。QoS使用前，不同的流公平占用网络带宽，QoS使用后，不同的QoS等级的数据流获得的网络带宽不同。从而实现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。
本文内容组织以背景介绍、可行性分析、实验方案设计、OpenFlow QoS实现、OpenFlow QoS功能测试几个方面进行展开，并在附录中提供流量种类Map表。因篇幅关系，文章末尾将附上本文的详细介绍。
下面对本文的主要研究内容和成果做以下的总结：
（1）本文通过简要的分析OpenFlow和QoS技术，结合OpenFlow网络技术控制和转发分离的思想和对QoS服务质量系统性管理的缺乏，提出了一种适用于OpenFlow网络的QoS管理机制。
（2）通过开源软交换机上进行二次开发，实现基于 OpenFlow 协议的传统 DiffServ 模型流分类、标记和入队的流表控制机制，和基于HTB算法的队列管理和队列调度算法的流量控制机制。
（3）将控制器和交换机进行集中式控制分布式处理的方式进行部署，设计并实现了控制灵活、扩展性高的 QoS 系统。
创新点：设计并实现基于可编程网络流表控制QoS系统框架模型，限制基于TCP流量或者其他流量来保障服务级别高的带宽。直接保障基于TCP流量或者其他流量的带宽。还可以借助Floodlight控制器对视频流进行单独区分并且保障其带宽。
但该存在的不足是无法在Mininet上模拟视频流。控制平面缺乏对网络流量的实时监控和资源利用率等信息的采集，不能根据网络环境提供动态的 QoS 策略，缺乏自适应性，因此更加智能和自适应的 QoS 管理体系是下一步的主要研究方向。
作者简介：
蒋暕青@上海宽带技术及应用工程研究中心：SDN技术实践者，大四北上思博伦实习半年，现工作地点上海
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