重庆邮电大学——SDN技术在视频业务带宽保障中的应用

1、SDN技术在视频业务带宽技术在视频业务带宽保障中的应用保障中的应用领队：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SDN技术在视频业务技术在视频业务带宽保障中的应用带宽保障中的应用应用场景介绍应用具体设计论述应用实现过程应用的简介和摘要应用的简介和摘要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

2、流畅）。应用的简介和摘要软件定义网络(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。控制件控制件转发件转发件控制件控制件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

3、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

4、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。应用场景介绍背景介绍背景介绍 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

5、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

6、 （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。应用具体设计论述问题陈述 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

7、）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。应用具体设计论述解决方法l 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。l 为交换机设置具有带宽控制的队列，

8、每个队列可以设置经自己转发的包的最大最小带宽。l 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。应用具体设计论述设计架构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。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

9、机各自的匹配和转发下，就可以实现QoS策略。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。应用具体设计论述程序流程应用实现过程实验设计实验环境l 使用Floodlight（带QoS模块）作为实验的控制器，在windows 7环境下运行l 使用mininet作为网络仿真工具，在ubuntu 14.04 server版虚拟机中运行l 使用putty作为连接虚拟机，打开多命令行窗口的工具l 使用curl作为向控制器发送配置请求的工具l 使用Xming作为在windows下使用linux图形界面的工具l 使用iperf作为网络测试的工具应用实现过程网络拓扑QoS策略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。应用实现过程303540455055606570758085909510010511012345678910带宽（Mbit/s)测试次数开启Qo