基于Open vSwitch的無線網(wǎng)關訪問控制設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的普及，越來越多無線網(wǎng)絡設備出現(xiàn)在我們生活場景中，無線網(wǎng)絡越來越重。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡有ZigBee網(wǎng)絡，藍牙網(wǎng)絡，WIFI，Z-Wave網(wǎng)絡等。任何無線網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)都需要上傳后臺管理系統(tǒng)存儲，研究。網(wǎng)關作為連接無線網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術設備發(fā)揮重要作用。網(wǎng)關集成多種網(wǎng)絡接口，采用不同技術實現(xiàn)各種無線網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)通信的網(wǎng)關技術層出不窮。現(xiàn)有傳統(tǒng)網(wǎng)關方案主要是針對特定領域需求，實現(xiàn)基于特定兩種指定協(xié)議互聯(lián)的網(wǎng)關方案，對于這種網(wǎng)

2、關方案具有滿足特定領域需求，使用場景局限性，不具有擴展性特點，很難適應當前越來多樣化的無線網(wǎng)絡發(fā)展趨勢。本文研究新SDN網(wǎng)絡(軟件定義網(wǎng)絡)架構重要技術OpenFlow協(xié)議，及SDN架構下重要產(chǎn)品Open vSwitch交換機以及傳統(tǒng)網(wǎng)關核心工作機制基礎上，研究新形勢下網(wǎng)關面對多種無線網(wǎng)絡如何賦予網(wǎng)關更多擴展性；基于軟件定義網(wǎng)絡的思想，將網(wǎng)關系統(tǒng)邏輯上劃分為數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模塊和控制邏輯模塊并分離這兩個模塊；在網(wǎng)關系統(tǒng)中使用Open vSwi

3、tch軟件交換機橋接網(wǎng)關中所有的網(wǎng)絡接口，構成一個虛擬交換網(wǎng)絡，構成網(wǎng)關系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模塊；Floodlight控制器作為網(wǎng)關系統(tǒng)控制邏輯模塊，利用Open vSwitch支持openFlow協(xié)議的特點，F(xiàn)loodlight控制器基于OpenFlow協(xié)議下發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)策略實現(xiàn)軟件定義網(wǎng)關數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模版的數(shù)據(jù)包處理邏輯。
　　傳統(tǒng)網(wǎng)關方案不具有擴展性的能力，往往只針對特定領域需求實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡協(xié)議間協(xié)議轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關功能；網(wǎng)絡接口間交互沒有統(tǒng)一

4、管理，功能固化在網(wǎng)關系統(tǒng)中，不具有擴展性?；诖吮菊撐奶岢鰹閷崿F(xiàn)在網(wǎng)關系統(tǒng)中實現(xiàn)多網(wǎng)絡接口橋接，網(wǎng)關系統(tǒng)中定義一個多種網(wǎng)絡接口間交互的虛擬網(wǎng)絡橋接層，所有網(wǎng)絡接口通過Open vSwitch軟件交換機橋接在一個虛擬網(wǎng)絡下；網(wǎng)關下網(wǎng)絡間通信轉(zhuǎn)變成軟件交換機下兩個端口之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)。新的網(wǎng)絡接口需要加入，只需要加入到Open vSwitch軟件交換機構建的虛擬網(wǎng)絡實現(xiàn)對新的無線網(wǎng)絡協(xié)議的擴展。Open vSwitch軟件交換機支持Ope

5、nFlow協(xié)議，引入OpenFlow協(xié)議管理網(wǎng)關下多個網(wǎng)絡接口，簡化網(wǎng)絡的管理?；贠penFlow協(xié)議可以設置流表策略部署多網(wǎng)絡接口間通信規(guī)則，對外部節(jié)點訪問網(wǎng)關網(wǎng)絡接口下節(jié)點可以設置基于流表的安全訪問控制策略，控制器下發(fā)訪問控制策略立即生效，具有簡單，快速部署的特點。
　　網(wǎng)關具有多個網(wǎng)絡接口，是不同網(wǎng)絡間通信的中轉(zhuǎn)站。每個網(wǎng)絡具有不同的協(xié)議格式，數(shù)據(jù)包封裝格式。阻礙了網(wǎng)關中不同網(wǎng)絡間的通信?；谶@個需求，參考現(xiàn)有研究方案，定

6、義了基于節(jié)點標識的數(shù)據(jù)統(tǒng)一封裝協(xié)議。屏蔽網(wǎng)關下網(wǎng)絡間的差異性。各個網(wǎng)絡間數(shù)據(jù)在應用層以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式交互。數(shù)據(jù)協(xié)議節(jié)點標識部分以網(wǎng)關下網(wǎng)絡接口IP地址和無線傳感網(wǎng)下節(jié)點ID兩級地址結(jié)構唯一標識一個節(jié)點。數(shù)據(jù)載荷部分基于TLV(Type,Length,Value)格式封裝一個數(shù)據(jù)單元，基于TLV格式的數(shù)據(jù)單元具有自解釋特性，便于解析。
　　本文在Floodlight控制器基礎上實現(xiàn)了基于Open vSwitch的無線網(wǎng)關系統(tǒng)方案?；?/p>

7、于Open vSwitch和Floodlight以及他們之間的通信協(xié)議OpenFlow協(xié)議構建了一個網(wǎng)關系統(tǒng)仿真模型。Floodlight作為控制器；Open vSwitch橋接網(wǎng)關下不同的網(wǎng)絡接口，Open vSwitch作為網(wǎng)關下多個網(wǎng)絡接口橋接的虛擬網(wǎng)絡交換機?；谶@個模型進行了三個不同類型實驗表明基于Open vSwitch網(wǎng)關方案設計在靈活性和可擴展性方面展現(xiàn)優(yōu)勢。本文創(chuàng)新點有如下三個方面：第一基于Floodlight控制器部