[發明專利]基于FPGA的SDN網絡流量測量系統及方法

在審

• 申請號: 201810777561.0
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN108989147A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 劉乃安;朱芮碧;安豪政
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L12/26
• 分類號: H04L12/26;H04L12/801;H04L12/24
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

本發明提出了一種基于FPGA的SDN網絡流量測量系統及方法，用于解決現有技術中存在的測量效率和精度較低的技術問題。實現步驟為：1.控制器構造測量流表和測量流量數據包；2.交換機轉發測量流量數據包；3.流量采集模塊采集統計幀；4.流量存儲模塊存儲統計幀；5.地址映射模塊獲取統計幀的流號和分組長度；6.控制單元模塊解析流計數器地址解析；7.分組數計算模塊測量分組數；8.流容量計算模塊測量流容量和基本增量；9.流量分析模塊計算新的分組數和新的流容量；10.流量通告模塊將新的流計數器值返回給控制器，實現對網絡流量的實時測量。

技術領域

本發明屬于計算機網絡通信技術領域，涉及一種SDN網絡流量的測量方法，具體涉及一種基于FPGA的SDN網絡流量實時測量方法，可用于大規模網絡部署場景下及時了解網絡整體以及局部區域的性能狀態，排除網絡故障，為增加新的網絡業務收集決策信息。

背景技術

網絡流量測量是指捕獲網絡上的數據分組并對其進行分析的過程。網路流量測量捕獲通過網絡的數據分組，對所得數據集進行分析，處理，提取出反應網絡行為的活動特征、統計規律，監視網絡行為的變化，預測網絡流量特征的發展趨勢。針對網絡的流量特征、統計信息、異常事件等現象進行的測量和研究，對網絡問題的解決、協議的調試、性能評估等方面均有極大幫助。

軟件定義網絡SDN(software defined network)，將網絡的數據層和控制層分離,通過集中化控制和提供開放控制接口,簡化網絡管理,支持網絡服務的動態應用程序控制。通過對網絡數據的分析、預測和管理,實現網絡性能的優化。

SDN網絡流量測量的實現思路是控制器生成探測數據包并下發至指定的交換機節點，當測量進程結束時，相應的交換機需要觸發相應機制將探測包返回控制器，由控制器分析并計算得到測量結果。而表征網絡測量方法的評價指標有實時性、準確性(精度)、可擴展性、存儲復雜性、計算復雜性等。目前，SDN網絡流量測量最為關注的是實時性與準確性的評價指標。

已有的SDN網絡測量方案可分為三大類：基于性能的測量方案、基于資源利用的測量方案和基于實時性的測量方案。其中基于實時性的測量方案的關鍵因素之一是能否及時地收集流的統計信息，大規模的網絡流量可能會導致實時數據分析的可伸縮性問題，對于時間敏感的網絡應用因此無法獲得實時的測量結果。例如劉川，婁征等人在2015年11月《電信科學》第Z1期上發表了名為SDN環境下網絡流量監測與控制系統設計的期刊，公開了一種基于sFlow技術的SDN流量監測與控制系統。該系統包含控制器、多個交換機和基于sFlow的流量測量模塊，其中，基于sFlow的流量測量模塊包括流量采集模塊、流量存儲模塊、流量分析模塊和流量通告模塊，流量采集模塊采集監控腳本捕獲流量數據包信息，并把它們發送到流量存儲模塊進行存儲，然后通過流量分析模塊對存儲的流量數據進行分析處理，當發現交換機某個端口的流量超過已定義的閾值時，則通過腳本形成一個異常流量通告，流量通告模塊通過Open Flow協議向控制器提交流量通告。sFlow實時地向SDN控制器通告交換設備各端口的流量情況，SDN控制器根據通告修改流表規則并下發新的流表，從而對攻擊行為進行管控，實現了異常流量的攔截。該方法提高了網絡流量采集的實時性，但是，該方法的不足之處是：第一，因為網絡流實時性采樣會給SDN控制器帶來較大的負載與開銷，導致控制器的處理能力下降，控制器在SDN網絡中效率較低。第二，因為基于sFlow技術的網絡測量采用數據流隨機采樣，導致它的測量精度較低。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種基于FPGA的SDN網絡流量測量系統和方法，用于解決現有技術中存在的測量效率和精度較低的技術問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于FPGA的SDN網絡流量測量系統，包括控制器、交換機組和測量模塊，其中：

所述控制器，用于構造測量流表和測量流量數據包，并對自身的流量和交換機的流量進行管理；