一種靈活精確的SDN交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試系統(tǒng)

張一凡，李津，虞紅芳 ，孫罡

1．中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050000

2．信息系統(tǒng)安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

3．電子科技大學(xué)，四川 成都 611731

引 言

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Networking, SDN）是一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[1]，它的核心思想是將傳統(tǒng)路由器、交換機(jī)中的控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，由集中式的控制平面對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和維護(hù)，通過(guò)控制平面提供可編程化的網(wǎng)絡(luò)接口為多樣化的網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)提供了易用性和可擴(kuò)展性。

與傳統(tǒng)交換機(jī)相比，SDN 交換機(jī)除了進(jìn)行數(shù)據(jù)平面的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)外還要通過(guò)南向協(xié)議接受來(lái)自控制器的配置和動(dòng)態(tài)指令。目前，針對(duì)傳統(tǒng)交換機(jī)數(shù)據(jù)平面的測(cè)試已經(jīng)有了相關(guān)的規(guī)范[2][3]，測(cè)試方法和測(cè)試工具都已經(jīng)比較成熟，而針對(duì)南向協(xié)議的測(cè)試目前還處于起步階段。所以本文的重點(diǎn)在于突破SDN交換機(jī)南向協(xié)議的性能測(cè)試技術(shù)，研究SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試系統(tǒng)。

SDN 南向協(xié)議發(fā)展迅速，除了最初提出的 OpenFlow[4]協(xié)議以外許多傳統(tǒng)配置協(xié)議如NETCONF[5]、 OVSDB[6]、PCEP[7]等協(xié)議也逐漸開(kāi)始作為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的SDN 過(guò)渡協(xié)議開(kāi)始使用。目前這些協(xié)議均處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，依托這些協(xié)議的技術(shù)仍然存在不足之處，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的南向協(xié)議擴(kuò)展能力提出了挑戰(zhàn)。協(xié)議測(cè)試技術(shù)一般分為一致性測(cè)試、互通性測(cè)試、性能測(cè)試和魯棒性測(cè)試四種類型[8]。其中性能測(cè)試通過(guò)某種特定的方式，按照一定的測(cè)試策略對(duì)被測(cè)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探測(cè)，獲取其各項(xiàng)性能指標(biāo)，評(píng)價(jià)其是否滿足用戶性能需求，用于確保被測(cè)實(shí)現(xiàn)可以穩(wěn)定高效地完成任務(wù)。SDN 交換機(jī)性能測(cè)試內(nèi)容多而雜，需要頻繁配置測(cè)試設(shè)備、測(cè)試環(huán)境和工具，生成不同的測(cè)試用例和環(huán)境，因此需要消耗大量的時(shí)間和人力。從國(guó)內(nèi)外對(duì)SDN 交換機(jī)性能測(cè)試的研究來(lái)看現(xiàn)有的無(wú)論是基于網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀還是基于開(kāi)源軟件的SDN 網(wǎng)元性能測(cè)試框架都不能兼顧靈活性和精確性。

1 相關(guān)工作

針對(duì)SDN 交換機(jī)性能測(cè)試目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了一些研究和測(cè)試活動(dòng)，但是這些研究和測(cè)試大多都是針對(duì)OpenFlow 協(xié)議開(kāi)展的，對(duì)于其他南向協(xié)議，目前大多的文章都是研究其在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的性能表現(xiàn)。

本古里安大學(xué)的Gelberger 等人[9]研究了SDN架構(gòu)所增加的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響。他們通過(guò)分析交換機(jī)延遲、吞吐量和抖動(dòng)三個(gè)指標(biāo)試圖探究網(wǎng)絡(luò)的可編程性與性能影響之間的關(guān)系。他們針對(duì)吞吐量，使用了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工具iperf 來(lái)建立一個(gè)TCP/IP 流，具有各種TCP 窗口大小，從5K 字節(jié)到10M 字節(jié)；針對(duì)延遲，使用不同幀大小生成合成幀，并使用額外的時(shí)間戳來(lái)計(jì)算延遲；針對(duì)抖動(dòng)，通過(guò)計(jì)算相鄰報(bào)文延時(shí)的變化來(lái)計(jì)算抖動(dòng)。最后發(fā)現(xiàn)SDN 網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和可編程性雖然會(huì)影響單個(gè)網(wǎng)元的性能，但是由于執(zhí)行復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)任務(wù)和應(yīng)用所需的設(shè)備和資源數(shù)目更少，SDN 架構(gòu)提高了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。但是文章同樣指出SDN 的具體實(shí)現(xiàn)對(duì)性能有很大的影響。

在劍橋大學(xué)、TU Berlin/T-Labs 和倫敦瑪麗王后大學(xué)的Rotsos C 等人[10]開(kāi)發(fā)的OFLOPS 項(xiàng)目中，針對(duì)SDN 交換機(jī)的性能測(cè)試，借鑒現(xiàn)代的多核環(huán)境，以多線程實(shí)現(xiàn)OFLOPS 平臺(tái)。針對(duì)并行輸入控制，設(shè)計(jì)多個(gè)測(cè)量模塊，包括數(shù)據(jù)包生成、數(shù)據(jù)包捕捉、控制信道、SNMP 信道和時(shí)間管理器五個(gè)線程。針對(duì)測(cè)量場(chǎng)景對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)平面的影響，OFLOPS 平臺(tái)與交換機(jī)之間除了控制信道之外，還嵌入了數(shù)據(jù)信道。針對(duì)數(shù)據(jù)包生成功能，OFLOPS 支持三種機(jī)制：用戶空間、通過(guò)pktgen 模塊的內(nèi)核空間和基于NetFPGA 數(shù)據(jù)包生成器擴(kuò)展進(jìn)行硬件加速。針對(duì)數(shù)據(jù)包捕捉和時(shí)間戳，OFLOPS 同時(shí)支持pacp 庫(kù)和修改的NetFPGA 設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，測(cè)試了行為處理、流表更新速度、流量監(jiān)控和消息之間的交互這四個(gè)指標(biāo)。

隨后，Rotsos C 等人[11]又在OFLOPS 的基礎(chǔ)上，加入OSNT[12]數(shù)據(jù)包生成器組成OFLOPS-Turbo 測(cè)試系統(tǒng)，使得端口的雙向速率增加到20Gbit/s。

卡爾頓大學(xué)的Kunz T 等人[13]在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中對(duì)OpenFlow 協(xié)議與NETCONF 協(xié)議進(jìn)行了對(duì)比。他們分別使用OpenFlow 協(xié)議和基于YANG 模型的NETCONF 協(xié)議連接OpenDayLight 控制器和兩臺(tái)跨數(shù)據(jù)中心的BIT7800 網(wǎng)元設(shè)備，通過(guò)請(qǐng)求不同的帶寬請(qǐng)求來(lái)測(cè)試兩個(gè)協(xié)議作為南向協(xié)議的性能。最后發(fā)現(xiàn)NETCONF 協(xié)議相對(duì)OpenFlow 協(xié)議速度更寬，所需的控制報(bào)文更少，但是OpenFlow 協(xié)議可以使數(shù)據(jù)面的鏈路利用率更高。

天地互連全球SDN 測(cè)試認(rèn)證中心[14]于2016年10月使用測(cè)試OpenFlow 交換機(jī)產(chǎn)品的性能測(cè)試工具OFsuite_performance，針對(duì)SDN 交換機(jī)的性能，以O(shè)pen vSwitch v2.8.0 為測(cè)試對(duì)象，測(cè)試了TABLEMISS 表項(xiàng)的PACKET IN 性能、非TABLE-MISS 表項(xiàng)的PACKET_IN 性能、流表更新和PACKET_OUT 消息吞吐/時(shí)延等多個(gè)性能指標(biāo)。

中國(guó)信息通信研究院穆琙博等人分別從接口級(jí)別和網(wǎng)元級(jí)別提出針對(duì)測(cè)試指標(biāo)。南向接口高性能測(cè)試檢驗(yàn)?zāi)舷蚪涌谠诟邩I(yè)務(wù)負(fù)載條件下的網(wǎng)絡(luò)接口能力，主要有兩個(gè)測(cè)試指標(biāo)：業(yè)務(wù)處理能力和緩存能力[15]。前者測(cè)試南向接口的最大業(yè)務(wù)吞吐量，后者測(cè)試最大緩存長(zhǎng)度。

臺(tái)灣交通大學(xué)，中原大學(xué)，臺(tái)灣科技大學(xué)的林盈達(dá)等人[16]針對(duì)OpenFlow 交換機(jī)性能首次提出精細(xì)內(nèi)部指標(biāo)的概念，并提出精細(xì)內(nèi)部指標(biāo)的測(cè)試方法：鏡像報(bào)文(Mirror-in-Process)、突發(fā)流量丟包(Burst-until-loss)、連續(xù)背靠背流量(Back-to-backtraffic)以及硬件超時(shí)計(jì)算空閑超時(shí)(Idle-timeoutderived-by-hard-timeout)。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)測(cè)試工具開(kāi)發(fā)的工具OFBench 使用五個(gè)測(cè)試用例測(cè)試了動(dòng)作時(shí)間(action time), 流水線時(shí)間（pipeline time），緩存大?。╞uffer size），流水線效率（pipeline efficiency）和超時(shí)準(zhǔn)確性（timeout accuracy）五個(gè)性能指標(biāo)。

長(zhǎng)沙理工大學(xué)的黎維[17]，熊兵[18]等人分別在軟件定義廣域網(wǎng)和軟件定義數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中針對(duì)OpenFlow 協(xié) 議中的PACKET_IN 和PACKET_OUT兩種消息延遲進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)。他們分別針對(duì)兩種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分析了控制器集群的PACKET_IN消息和數(shù)據(jù)分組的到達(dá)過(guò)程，分別建立了分組轉(zhuǎn)發(fā)性能模型。進(jìn)而針對(duì)廣域網(wǎng)環(huán)境應(yīng)用M/M/n/m、M/M/1/m 排隊(duì)模型，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下應(yīng)用L/M/n 和L/M/1 排隊(duì)模型，刻畫(huà)了軟件定義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的消息處理和分組處理性能。最后該項(xiàng)研究使用SDN測(cè)試認(rèn)證中心的OFsuite_Performance 測(cè)試工具和Cbench[19]進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證他們模型的結(jié)果，并對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下控制器集群的部署提出了部署要求和優(yōu)化建議。

國(guó)防科大的蔣越，楊翔瑞等人[20]提出了基于CPU+FPGA 架構(gòu)的可配置SDN 交換機(jī)測(cè)試方案ORTF。其核心思想是利用FPGA 設(shè)計(jì)了一條通用報(bào)文處理流水線，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和南向協(xié)議流量統(tǒng)一處理，從而達(dá)到數(shù)據(jù)和控制報(bào)文時(shí)鐘同步的目的。通過(guò)硬件標(biāo)記報(bào)文時(shí)間，使用軟件來(lái)將以太網(wǎng)報(bào)文重組，最終得到測(cè)試結(jié)果。在文中他們針對(duì)Pica8 P-3297 型交換機(jī)進(jìn)行了OpenFlow 協(xié)議中Barrier 消息延遲測(cè)試，驗(yàn)證了該交換機(jī)Barrier 機(jī)制實(shí)現(xiàn)正確。

2 SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試需求分析和方案設(shè)計(jì)

本節(jié)首先結(jié)合SDN 交換機(jī)南向協(xié)議的發(fā)展趨勢(shì)和公開(kāi)的測(cè)試結(jié)果總結(jié)SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試需求，明確測(cè)試方案設(shè)計(jì)難點(diǎn)；然后給出靈活精確的SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試方案。

2.1 SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試需求和難點(diǎn)

本節(jié)將通過(guò)分析SDN 交換機(jī)南向協(xié)議發(fā)展特點(diǎn)和已有的SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試結(jié)果來(lái)得到SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試需求，明確性能測(cè)試方案設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

首先是SDN 交換機(jī)南向協(xié)議的發(fā)展特點(diǎn)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1 所示，該架構(gòu)分為三層：網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層、控制決策層和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層。南向協(xié)議作為聯(lián)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層和控制決策層的紐帶，一方面向控制器傳遞交換機(jī)上報(bào)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，另一方面向交換機(jī)傳遞控制器下發(fā)的轉(zhuǎn)發(fā)策略。軟件定義網(wǎng)絡(luò)從架構(gòu)上確定了SDN 交換機(jī)控制決策和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)解耦，但是并沒(méi)有指定南向協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)方式。

圖1 SDN 架構(gòu)Fig.1 SDN architecture

在SDN 發(fā)展初期，OpenFlow 協(xié)議是唯一的南向協(xié)議。從文獻(xiàn)[21]中可以看到，OpenFlow 協(xié)議自2008年被提出，一直保持快速的迭代速度。開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)在2009年發(fā)布了OpenFlow 交換機(jī)規(guī)范 1.0 版本[22]，到2015年OpenFlow 已經(jīng)迭代到1.5.1版本[23]。

到了SDN 發(fā)展中后期，越來(lái)越復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景導(dǎo)致OpenFlow 協(xié)議流表的匹配項(xiàng)越來(lái)越繁雜，這給SDN 交換機(jī)硬件設(shè)計(jì)廠商帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了解決OpenFlow 協(xié)議帶來(lái)的問(wèn)題，一些廠商通過(guò)將傳統(tǒng)協(xié)議NETCONF、BGP-LS、PCEP 與傳統(tǒng)交換機(jī)結(jié)合，提出了具備一定軟件定義能力的SDN 解決方案。同時(shí)，很多廠商開(kāi)始發(fā)展自己的SDN 架構(gòu)。華為推出了Protocol-oblivious forwarding（POF）[24]架構(gòu)。思科推出了SDN 解決方案Cisco Application Centric Infrastructure（Cisco ACI）[25]并在2014年提出了自己的私有南向協(xié)議Opflex[26]。開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)也提出了自己的協(xié)議無(wú)關(guān)SDN 架構(gòu)P4[27]。

下面介紹一些SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試結(jié)果。劍橋大學(xué)的Rotsos C 等人使用OFLOPS[10]針幾種不同廠家的的OpenFlow 交換機(jī)進(jìn)行了一系列測(cè)試。在報(bào)文修改延遲測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)基于硬件實(shí)現(xiàn)的交換機(jī)延遲普遍小于10us，而基于軟件實(shí)現(xiàn)的交換機(jī)延遲普遍在幾百微秒；在流表更新延遲測(cè)試中發(fā)現(xiàn)想要精確感知交換機(jī)狀態(tài)的變化，必須基于數(shù)據(jù)面報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)行為來(lái)探測(cè)；在流表下發(fā)和修改延遲測(cè)試中，利用數(shù)據(jù)面的探針報(bào)文來(lái)感知流表生效的時(shí)刻，最快的交換機(jī)延遲為幾百微秒，最慢的交換機(jī)延遲為幾十毫秒；針對(duì)獲取交換機(jī)流表狀態(tài)時(shí)延測(cè)試發(fā)現(xiàn)流表狀態(tài)獲取嚴(yán)重依賴CPU 的性能，普遍的處理延遲大于1ms，部分交換機(jī)甚至達(dá)到了1s。

全球SDN 測(cè)試認(rèn)證中心聯(lián)合IXIA 等公司分別舉辦了2016、2017 春季SDNVF FEST 測(cè)試活動(dòng)[28]。在活動(dòng)中針對(duì)烽火通信、華為、Radisys、智邦科技等公司的SDN 交換機(jī)進(jìn)行了相關(guān)性能測(cè)試。在流表安裝速率的測(cè)試中，當(dāng)控制器以1Kpps 速率下發(fā)流表時(shí)，交換機(jī)的流表安裝速率最高為每秒500 條。將控制器發(fā)送速率提高到10Kpps 時(shí)，交換機(jī)的流表項(xiàng)安裝速率最高為每秒1666 條；在PACKET_IN 上報(bào)速率測(cè)試中得到最高速率為8000pps；組表轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試只有華為一家廠商支持，結(jié)果顯示交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)速率能夠達(dá)到網(wǎng)卡線速，轉(zhuǎn)發(fā)延遲為98810ns。

結(jié)合SDN 交換機(jī)南向協(xié)議的發(fā)展歷程和已有的SDN 交換機(jī)性能測(cè)試結(jié)果，可以看到SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試需求包含三方面：首先是良好的擴(kuò)展性。南向協(xié)議發(fā)展迅速、種類多、迭代快，測(cè)試方案必須能夠快速適配南向協(xié)議的快速發(fā)展；其次是方便靈活的流量構(gòu)造能力。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看吞吐量量級(jí)在每秒幾千報(bào)文，這表明南向協(xié)議性能測(cè)試對(duì)探針報(bào)文的發(fā)送能力要求并不嚴(yán)苛。但是從測(cè)試指標(biāo)來(lái)看測(cè)試過(guò)程中需要的流量場(chǎng)景靈活多變，這就要求測(cè)試方案必須具備方便靈活的突發(fā)流量構(gòu)造能力；最后是精確的時(shí)間測(cè)量能力。從延遲測(cè)試結(jié)果來(lái)看，結(jié)果量級(jí)大多在幾十微秒到幾十毫秒。這就要求測(cè)試方案必須具備亞微秒的時(shí)間測(cè)量精度，才能保證延遲測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

為了滿足上述測(cè)試需求，SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試方案設(shè)計(jì)面臨兩個(gè)難點(diǎn)：首先是良好的可擴(kuò)展性與系統(tǒng)復(fù)雜功能之間的矛盾。性能測(cè)試方案功能繁雜，需要包含方便靈活的控制面/數(shù)據(jù)面流量構(gòu)造、發(fā)送、捕獲和分析功能。如何使測(cè)試方案既能夠高效執(zhí)行復(fù)雜系統(tǒng)功能又保證良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性和易用性成為了系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)；其次是方便靈活的流量構(gòu)造能力與精確時(shí)間測(cè)量能力之間的矛盾。軟件方案可以輕松保證靈活方便的流量構(gòu)造能力，但會(huì)導(dǎo)致報(bào)文捕獲精確度嚴(yán)重降低。硬件方案可以極大提高報(bào)文的捕獲精度，卻使得流量構(gòu)造十分繁瑣。如何將系統(tǒng)功能進(jìn)行合理的軟硬件劃分成為了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的又一大難點(diǎn)。

2.2 靈活精確的SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試方案

圖2 靈活可擴(kuò)展的SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試方案Fig.2 Flexible and scalable SDN switch southbound protocol performance test scheme

為了滿足2.1 節(jié)中提出的良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性和方便靈活的突發(fā)流量構(gòu)造能力，本文提出了如圖2所示的靈活可擴(kuò)展的SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試方案。從測(cè)試流程來(lái)看，在進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，用戶通過(guò)控制臺(tái)用戶接口選擇測(cè)試?yán)?。每個(gè)測(cè)試?yán)ㄟ^(guò)自定義控制器模塊與待測(cè)交換機(jī)建立控制信道，通過(guò)流量生成模塊生成探針流量觸發(fā)交換機(jī)的行為，通過(guò)流量捕獲模塊將控制和數(shù)據(jù)信道的報(bào)文按需捕獲，被捕獲的數(shù)據(jù)探針報(bào)文被送回測(cè)試?yán)绦?，被捕獲的南向協(xié)議報(bào)文被報(bào)文重組模塊重組為應(yīng)用層報(bào)文后送往測(cè)試?yán)绦?，最終由測(cè)試?yán)绦蚍治鰣?bào)文得到測(cè)試結(jié)果由控制臺(tái)用戶接口展示。

在靈活可擴(kuò)展的SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試方案中具體包含6 個(gè)部分：控制臺(tái)用戶接口、測(cè)試?yán)?、自定義控制器模塊、流量生成模塊、流量捕獲模塊、自定義報(bào)文分析模塊。各個(gè)模塊詳細(xì)功能如下所述。

控制臺(tái)用戶接口：與測(cè)試用戶進(jìn)行交互的接口。在測(cè)試過(guò)程中，用戶首先在此選擇要進(jìn)行的測(cè)試并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置，然后系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)用對(duì)應(yīng)的測(cè)試?yán)绦蜻M(jìn)行實(shí)際測(cè)試，最后將測(cè)試結(jié)果展示給用戶。

測(cè)試?yán)赫麄€(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心模塊，驅(qū)動(dòng)整個(gè)測(cè)試流程的進(jìn)行。用戶可以按需編寫(xiě)自己的測(cè)試?yán)绦?。測(cè)試?yán)梢园葱鑴?chuàng)建控制器實(shí)例來(lái)與待測(cè)交換機(jī)進(jìn)行南向協(xié)議通信，可以通過(guò)流量生成模塊按照指定發(fā)送間隔產(chǎn)生指定類型的流量，可以通過(guò)流量捕獲模塊按需抓取測(cè)試過(guò)程中的控制/數(shù)據(jù)信道的流量，可以通過(guò)自定義報(bào)文分析模塊對(duì)南向協(xié)議流量進(jìn)行重組，從而得到精確的控制面事件。

自定義控制器模塊：負(fù)責(zé)與待測(cè)交換機(jī)進(jìn)行南向協(xié)議通信，包括維持協(xié)議連接，下發(fā)自定義配置等。此模塊包含兩部分，下層的不可變通信模塊主要負(fù)責(zé)提供TCP/UDP 通信接口，上層由用戶自行擴(kuò)展南向協(xié)議，最終實(shí)現(xiàn)靈活可變得自定義控制器模塊。

流量生成模塊：主要負(fù)責(zé)按照測(cè)試?yán)渲玫陌l(fā)送間隔生成一系列指定類型的數(shù)據(jù)流量。

流量捕獲模塊：負(fù)責(zé)按照測(cè)試?yán)呐渲脤?shù)據(jù)面探針報(bào)文和控制面南向協(xié)議報(bào)文全部抓取上來(lái)，然后將帶有時(shí)間信息的數(shù)據(jù)面探針報(bào)文發(fā)送給測(cè)試?yán)?，將帶有時(shí)間信息的控制面南向協(xié)議報(bào)文發(fā)送給自定義報(bào)文分析模塊。

自定義報(bào)文分析模塊：負(fù)責(zé)將帶有時(shí)間信息的南向協(xié)議以太網(wǎng)報(bào)文恢復(fù)為帶有時(shí)間信息的南向協(xié)議報(bào)文，然后發(fā)送給測(cè)試?yán)?。此模塊也包含兩部分，下層由不可變保溫重組模塊主要負(fù)責(zé)將物理層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層的頭部去掉，恢復(fù)為帶有時(shí)間戳的應(yīng)用層原生報(bào)文。上層由用戶自行擴(kuò)展南向協(xié)議分析模塊，最終獲得帶有時(shí)間信息的南向協(xié)議報(bào)文。

通過(guò)上面的設(shè)計(jì)，利用自定義控制器模塊和自定義報(bào)文分析模塊，本方案可以在不破壞整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試流程的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同南向協(xié)議的擴(kuò)展能力，同時(shí)利用基于libnet 的軟件流量生成模塊，可以方便靈活的按需構(gòu)造各種流量場(chǎng)景。至此，我們得到了一個(gè)靈活可擴(kuò)展的SDN 換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試方案。

為了提高測(cè)試方案的時(shí)間測(cè)量精度，本文在 圖2 所示測(cè)試方案的基礎(chǔ)上，采用軟硬件結(jié)合的流量捕獲方式，大幅度提高報(bào)文的捕獲時(shí)間精度得到如圖3 所示的靈活精確的SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試方案。

圖3 靈活精確的SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試方案Fig.3 Flexible and accurate SDN switch southbound protocol performance test scheme

為了提高流量捕獲模塊的測(cè)量精度同時(shí)不大幅度增加系統(tǒng)復(fù)雜度，本方案使用FAST[29]架構(gòu)開(kāi)發(fā)了一個(gè)硬件支撐平臺(tái)來(lái)輔助libpcap 最終實(shí)現(xiàn)精確度在納秒級(jí)的報(bào)文捕獲模塊。硬件支撐平臺(tái)主要完成南向協(xié)議/數(shù)據(jù)探針報(bào)文時(shí)間戳的獲取和回傳時(shí)間戳兩個(gè)功能。首先是報(bào)文時(shí)間戳的精確獲取，為了南向協(xié)議和數(shù)據(jù)探針報(bào)文的時(shí)間戳有可比性必須統(tǒng)一時(shí)鐘。因此控制面南向協(xié)議和數(shù)據(jù)面探針流量都要經(jīng)過(guò)同一條硬件流水線，同時(shí)在2.1 中分析得到南向協(xié)議性能測(cè)試對(duì)數(shù)據(jù)流量帶寬需求并不大。因此為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，本方案在測(cè)試機(jī)中將南向協(xié)議和數(shù)據(jù)探針的流量采用同一個(gè)網(wǎng)卡通信，從而簡(jiǎn)化報(bào)文時(shí)間戳的獲取。對(duì)于每一個(gè)進(jìn)入硬件支撐平臺(tái)網(wǎng)卡0 的報(bào)文，在其進(jìn)入的時(shí)刻獲取當(dāng)前時(shí)鐘計(jì)數(shù)即可。但是，當(dāng)南向協(xié)議和數(shù)據(jù)探針流量混合在一起進(jìn)入硬件支撐平臺(tái)后，硬件支撐平臺(tái)需要將二者區(qū)分開(kāi)，分別轉(zhuǎn)發(fā)給待測(cè)交換機(jī)的控制網(wǎng)卡和數(shù)據(jù)網(wǎng)卡。本方案將所有數(shù)據(jù)探針流量的目的MAC 地址設(shè)為特殊值，硬件支撐平臺(tái)在0 號(hào)網(wǎng)卡收到流量后，只需簡(jiǎn)單判斷報(bào)文的目的MAC 地址是否為特殊值即可將流量正確轉(zhuǎn)發(fā)到控制網(wǎng)卡（1 號(hào)網(wǎng)卡）和數(shù)據(jù)發(fā)送網(wǎng)卡（2 號(hào)網(wǎng)卡）。解決了報(bào)文時(shí)間戳的獲取問(wèn)題，下一步就是要解決時(shí)間戳的回傳問(wèn)題。同樣是為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，考慮到南向協(xié)議性能測(cè)試時(shí)對(duì)測(cè)試機(jī)網(wǎng)卡帶寬需求并不高，本方案在硬件支撐平臺(tái)收到每個(gè)報(bào)文時(shí)，截取其前64 字節(jié)生成一個(gè)新的以太網(wǎng)報(bào)文，并將硬件時(shí)間戳記錄到報(bào)文的源MAC 地址中，通過(guò)0號(hào)網(wǎng)卡回傳給測(cè)試機(jī)。當(dāng)硬件支撐平臺(tái)0 號(hào)網(wǎng)卡收到來(lái)自測(cè)試機(jī)的流量將摘要報(bào)文回傳給測(cè)試機(jī)時(shí)便得到了報(bào)文的發(fā)送時(shí)間戳，當(dāng)硬件支撐平臺(tái)1 號(hào)網(wǎng)卡收到來(lái)自待測(cè)交換機(jī)返回的流量將摘要報(bào)文回傳給測(cè)試機(jī)時(shí)，便得到了報(bào)文的接收時(shí)間。特別注意，由于數(shù)據(jù)面流量本身沒(méi)有意義，本方案僅關(guān)注其轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間，因此硬件支撐平臺(tái)3 號(hào)網(wǎng)卡在收到待測(cè)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)流量后，并沒(méi)有將數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到0 號(hào)網(wǎng)卡，而是只將數(shù)據(jù)摘要報(bào)文發(fā)送，這樣可以大幅度節(jié)約測(cè)試機(jī)和硬件支撐設(shè)備之間的通信帶寬。最終通過(guò)libpcap 和硬件支撐平臺(tái)相互配合得到了一個(gè)精確度為8ns 的流量捕獲模塊。

在圖3 中由于引入硬件支撐平臺(tái)，流量重組模塊和測(cè)試?yán)惨鄳?yīng)的變化。流量捕獲模塊獲取報(bào)文分為三類，第一類是南向協(xié)議報(bào)文；第二類是南向協(xié)議報(bào)文的摘要報(bào)文；第三類是數(shù)據(jù)探針報(bào)文的摘要報(bào)文。在實(shí)際測(cè)試中，前兩類報(bào)文被一同送入報(bào)文重組模塊，得到帶有精確時(shí)間戳的南向協(xié)議報(bào)文供測(cè)試?yán)治?，?shù)據(jù)探針的摘要報(bào)文被送入測(cè)試?yán)?/p>

3 關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

本節(jié)將以O(shè)penFlow 協(xié)議為例，介紹靈活精確的SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試方案中關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，包括自定義控制器、報(bào)文重組模塊、基于libnet 的流量生成模塊、基于libpcap 的流量捕獲模塊以及硬件支撐平臺(tái)。

3.1 自定義OpenFlow 控制器和報(bào)文重組模塊

自定義控制器的作用是與待測(cè)交換機(jī)建立南向協(xié)議通信，下發(fā)自定義配置信息，本節(jié)以O(shè)penFlow 1.3.5 協(xié)議為例闡述自定義控制器的實(shí)現(xiàn)流程。如圖4 所示，OpenFlow 協(xié)議工作的基本工作流程可以分為連接建立、連接維持、連接中斷三個(gè)階段。

圖4 OpenFlow 協(xié)議工作流程Fig.4 OpenFlow protocol workflow

在SDN 交換機(jī)性能測(cè)試中，需要自定義OpenFlow 控制器與交換機(jī)建立控制信道，在連接維持階段能夠根據(jù)測(cè)試?yán)男枨箪`活更改交換機(jī)配置。為了能夠達(dá)到上述目標(biāo)，本方案設(shè)計(jì)了如圖5 所示的雙線程結(jié)構(gòu)。在測(cè)試中，測(cè)試?yán)绦蚴紫葎?chuàng)建一個(gè)自定義OpenFlow 控制器實(shí)例，在創(chuàng)建時(shí)可以指定控制器實(shí)例對(duì)來(lái)自交換機(jī)消息的處理方式。控制器實(shí)例被創(chuàng)建后，開(kāi)啟如圖6 所示的單獨(dú)線程與交換機(jī)維持OpenFlow 控制信道。在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試?yán)绦蛘{(diào)用控制器實(shí)例提供的接口向交換機(jī)下發(fā)配置信息存在兩種方式：其一是異步消息，通過(guò)控制器提供的借口直接下發(fā)，不需要等待交換機(jī)回復(fù)；其二是調(diào)用控制器提供的接口發(fā)送消息的同時(shí)注冊(cè)一個(gè)事件，隨后測(cè)試?yán)€程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，當(dāng)控制器線程收到期望消息后喚醒測(cè)試?yán)€程。最后，當(dāng)測(cè)試完成后，測(cè)試?yán)€程通過(guò)控制器提供的接口通知并等待控制器線程退出。

圖5 自定義OpenFlow 控制器工作流程Fig.5 Customize OpenFlow controller workflowrule_

圖6 控制器邏輯Fig.6 Controller logic

自定義OpenFlow 報(bào)文重組模塊的主要任務(wù)是讀取流量捕獲模塊抓取的pcap 文件，將其中帶有時(shí)間戳的以太網(wǎng)報(bào)文轉(zhuǎn)換為帶有時(shí)間戳的OpenFlow報(bào)文。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本文設(shè)計(jì)了analysier 和node 兩個(gè)結(jié)構(gòu)體組成二級(jí)結(jié)構(gòu)。analysier 實(shí)例負(fù)責(zé)標(biāo)識(shí)一個(gè)重組原始文件，rule_node 實(shí)例標(biāo)識(shí)一個(gè)目標(biāo)文件。每個(gè)analysier 實(shí)例可以攜帶多個(gè)rule_node實(shí)例，每個(gè)rule_node 實(shí)例只能綁定到一個(gè)analysier實(shí)例中。報(bào)文重組的過(guò)程如圖7 所示，在啟動(dòng)重組接口之后會(huì)創(chuàng)建一個(gè)工作線程，該線程從pcap 文件中讀取以太網(wǎng)報(bào)文，提取報(bào)文中的IP 五元組信息與analysis_rule_node_t 的過(guò)濾規(guī)則相比較，將符合過(guò)濾規(guī)則的報(bào)文傳入對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，最終將帶有時(shí)間戳的報(bào)文信息存儲(chǔ)到指定的臨時(shí)文件中。

3.2 基于libnet 的流量生成模塊

流量生成模塊的主要任務(wù)是按照配置，通過(guò)指定的網(wǎng)卡產(chǎn)生一定速率的流量。在產(chǎn)生流量時(shí)，首先使用IP 五元組信息和發(fā)包間隔參數(shù)創(chuàng)建發(fā)包實(shí)例。創(chuàng)建實(shí)例默認(rèn)是沒(méi)有配置IP 五元組掩碼的，如果想要發(fā)送報(bào)文的IP 五元組隨機(jī)發(fā)生改變，可以調(diào)用接口進(jìn)行設(shè)置。然后調(diào)用啟動(dòng)接口創(chuàng)建如圖8 所示的工作線程。

圖7 報(bào)文重組邏輯Fig.7 Packet reorganization logic

3.3 基于libpcap 的流量捕獲模塊

流量捕獲模塊的主要任務(wù)是根據(jù)IP 五元組信息將流經(jīng)特定網(wǎng)卡的全部流量進(jìn)行捕獲。在捕獲流量時(shí)，首先使用IP 五元組信息和捕獲數(shù)量參數(shù)創(chuàng)建捕獲實(shí)例。然后調(diào)用啟動(dòng)接口創(chuàng)建如圖9 所示的抓包工作線程。如果需要測(cè)試線程等待抓包則調(diào)用等待接口，在工作線程結(jié)束時(shí)，會(huì)調(diào)用喚醒接口來(lái)喚醒等待線程。

圖8 發(fā)包邏輯Fig.8 Sending packet logic

3.4 南向協(xié)議性能測(cè)試硬件支撐平臺(tái)

如圖3 所示，南向協(xié)議性能測(cè)試硬件支撐平臺(tái)的主要任務(wù)包含兩方面：一方面是將每個(gè)進(jìn)入0 號(hào)、1 號(hào)和3 號(hào)網(wǎng)卡的報(bào)文產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的摘要報(bào)文，通過(guò)0號(hào)網(wǎng)卡發(fā)送給測(cè)試機(jī)。數(shù)據(jù)摘要的格式為以太網(wǎng)報(bào)文的前64 字節(jié)，將以太網(wǎng)協(xié)議類型修改為0xFF0X(最后的X 為原報(bào)文的輸入網(wǎng)卡號(hào))，將報(bào)文源MAC地址替換為當(dāng)前的硬件時(shí)鐘計(jì)數(shù)；另一方面將進(jìn)入硬件支撐平臺(tái)的報(bào)文根據(jù)入端口和報(bào)文類型分別轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的目的端口。具體為，進(jìn)入0 號(hào)網(wǎng)卡的報(bào)文，如果目的MAC 地址為0x0000C0000000 則認(rèn)為是數(shù)據(jù)流量，將報(bào)文從2 號(hào)網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)，其余報(bào)文認(rèn)為是南向協(xié)議報(bào)文，將報(bào)文從1 號(hào)網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)。進(jìn)入1號(hào)網(wǎng)卡的報(bào)文，從0 號(hào)網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)。進(jìn)入2 和3 號(hào)網(wǎng)卡的報(bào)文直接丟棄。

圖9 抓包邏輯Fig.9 Capturing packet logic

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，本方案使用FAST 架構(gòu)。FAST 是面向多核CPU+FPGA 平臺(tái)，支持互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)源項(xiàng)目。FAST 定義了硬件加速網(wǎng)絡(luò)接口與操作系統(tǒng)內(nèi)核以及用戶態(tài)程序數(shù)據(jù)交互的格式和協(xié)議，基于軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)平面快速實(shí)現(xiàn)。在FAST 架構(gòu)中自定義硬件模塊(UM)部分開(kāi)發(fā)了如圖10 所示的三個(gè)模塊。報(bào)文緩存模塊（PKT_FIFO）的作用是緩存進(jìn)入U(xiǎn)M 的報(bào)文，當(dāng)模塊傳來(lái)讀取信號(hào)時(shí)將數(shù)據(jù)讀出。摘要生成模塊(DGM)的作用是當(dāng)報(bào)文緩存模塊不為空時(shí)，從報(bào)文緩存模塊中讀取一個(gè)報(bào)文，生成該報(bào)文的摘要，待報(bào)文全部傳輸?shù)絼?dòng)作轉(zhuǎn)發(fā)模塊后，將摘要報(bào)文也傳輸?shù)絼?dòng)作轉(zhuǎn)發(fā)模塊。動(dòng)作轉(zhuǎn)發(fā)模塊(ACM)的作用是當(dāng)有報(bào)文到來(lái)時(shí)，判斷該報(bào)文是否是摘要報(bào)文，如果是則直接轉(zhuǎn)發(fā)；否則根據(jù)與報(bào)文對(duì)應(yīng)的元信息中的入網(wǎng)卡和目的MAC 決定該報(bào)文的輸出網(wǎng)卡。限于篇幅，本文不再詳細(xì)介紹各個(gè)模塊內(nèi)部的邏輯實(shí)現(xiàn)。

圖10 硬件支撐平臺(tái)總體設(shè)計(jì)Fig.10 Overall design of hardware support platform

4 SDN 交換機(jī)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)

本節(jié)首先介紹SDN 交換機(jī)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)的測(cè)試環(huán)境，包括測(cè)試機(jī)、硬件支撐平臺(tái)和待測(cè)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，然后針對(duì)待測(cè)交換機(jī)的OpenFlow 性能進(jìn)行了一系列測(cè)試。

4.1 測(cè)試環(huán)境

將測(cè)試機(jī)、南向協(xié)議性能測(cè)試硬件支撐平臺(tái)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試硬件支撐平臺(tái)三者相結(jié)合形成高速SDN 交換機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)，與待測(cè)交換機(jī)連接后得到如圖11 所示的測(cè)試環(huán)境。

在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試機(jī)采用浪潮英信服務(wù)器NF5170M4，運(yùn)行系統(tǒng)為Ubuntu16.04。南向協(xié)議性能測(cè)試硬件采用FAST 團(tuán)隊(duì)官方提供的OpenBox-S4平臺(tái)，其基本情況為：芯片組為Zynq-7000 芯片，內(nèi)置雙核Cortex-A9 處理器，內(nèi)存大小為為512MB，網(wǎng)卡接口為4 個(gè)千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口和1 個(gè)千兆以太網(wǎng)管理接口。待測(cè)交換機(jī)型號(hào)為新華三的S5560X-34S-EI 交換機(jī)。

圖11 測(cè)試環(huán)境示意圖Fig.11 Test environment diagram

4.2 OpenFlow 流表性能測(cè)試

OpenFlow 流表性能測(cè)試包括流表安裝延遲、修改以及刪除延遲。

流表安裝延遲測(cè)試的具體步驟為：

（1）刪除交換機(jī)中所有流表項(xiàng)；

（2）持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)探針報(bào)文（64 字節(jié)）到交換機(jī)的端口1，此時(shí)沒(méi)有報(bào)文從端口2 轉(zhuǎn)發(fā)出去；

（3）向0 號(hào)流表下發(fā)一條流表項(xiàng)，該流表項(xiàng)匹配端口1 的數(shù)據(jù)探針報(bào)文，動(dòng)作為轉(zhuǎn)發(fā)到2 號(hào)端口，記錄下發(fā)流表的時(shí)刻為T1；

（4）流表生效后會(huì)有報(bào)文從2 號(hào)端口轉(zhuǎn)發(fā)，此時(shí)停止發(fā)送報(bào)文，記錄第一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的時(shí)刻為T2；

（5）計(jì)算測(cè)試結(jié)果Tdelay=T2-T1。

使用上述方案分別在0 條無(wú)關(guān)流表項(xiàng)和500 條無(wú)關(guān)流表項(xiàng)的環(huán)境下進(jìn)行了100 次測(cè)試，得到圖12所示的結(jié)果。從圖12 中可以看到：交換機(jī)流表安裝延遲性能基本穩(wěn)定在6ms 左右，少數(shù)情況下交換機(jī)性能抖動(dòng)導(dǎo)致流表安裝延遲飆升到27ms。無(wú)關(guān)流表對(duì)流表安裝延遲沒(méi)有明顯的影響。

流表安裝延遲測(cè)試的具體步驟為：

（1）刪除交換機(jī)中所有流表項(xiàng)；

（2）向0 號(hào)流表下發(fā)一條流表項(xiàng)，該流表項(xiàng)匹配端口1 的數(shù)據(jù)探針報(bào)文，動(dòng)作為轉(zhuǎn)發(fā)到2 號(hào)端口；

（3）持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)探針報(bào)文（64 字節(jié)）到交換機(jī)的端口1，當(dāng)有報(bào)文從端口2 轉(zhuǎn)發(fā)出來(lái)時(shí)發(fā)送流表刪除報(bào)文，記錄時(shí)刻為T1；

（4）持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)探針報(bào)文一段時(shí)間（5 秒），記錄最后一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的時(shí)刻為T2；

（5）計(jì)算測(cè)試結(jié)果為Tdelay=T2-T1。

使用上述方案分別在0 條無(wú)關(guān)流表項(xiàng)和500 條無(wú)關(guān)流表項(xiàng)的環(huán)境下進(jìn)行了100 次測(cè)試，得到圖13所示的結(jié)果。

從圖13 中可以看到：從整體來(lái)看，交換機(jī)流表刪除延遲呈現(xiàn)出明顯的分層現(xiàn)象，在20%左右的情況下產(chǎn)生較長(zhǎng)的延遲是其余較短延遲的數(shù)倍；對(duì)比500 條無(wú)關(guān)流表和0 條無(wú)關(guān)流表的結(jié)果可以看到，無(wú)關(guān)流表在延遲較低部分會(huì)增加流表刪除延遲大約0.5ms，在延遲較高的部分影響更大，極端情況下延遲達(dá)到27ms。

圖12 流表安裝延遲結(jié)果Fig.12 Flow table installation delay result

圖13 流表刪除延遲結(jié)果Fig.13 Flow table delete delay results

流表修改延遲測(cè)試的具體步驟為：

（1）刪除交換機(jī)中所有流表項(xiàng)；

（2）向0 號(hào)流表下發(fā)一條流表項(xiàng)，該流表項(xiàng)匹配端口1 的數(shù)據(jù)探針報(bào)文，動(dòng)作為轉(zhuǎn)發(fā)到控制器;

（3）持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)探針報(bào)文（64 字節(jié)）到交換機(jī)的端口1，當(dāng)收到PACKET_IN 報(bào)文時(shí)，下發(fā)流表修改表項(xiàng)將轉(zhuǎn)發(fā)端口修改為端口2，記錄此時(shí)刻為T1；

（4）流表生效后會(huì)有報(bào)文從2 號(hào)端口轉(zhuǎn)發(fā)，此時(shí)停止發(fā)送報(bào)文，記錄第一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的時(shí)間為T2；

（5）測(cè)試結(jié)果為Tdelay=T2-T1。

使用上述方案分別在0 條無(wú)關(guān)流表項(xiàng)和500 條無(wú)關(guān)流表項(xiàng)的環(huán)境下進(jìn)行了100 次測(cè)試，得到圖14所示的結(jié)果。

從圖14 中可以看到：流表修改延遲表現(xiàn)出分層現(xiàn)象，在10%左右的情況下產(chǎn)生較長(zhǎng)的延遲是其余較短延遲的數(shù)倍；對(duì)比對(duì)比500 條無(wú)關(guān)流表和0 條無(wú)關(guān)流表的結(jié)果可以看到，無(wú)關(guān)流表項(xiàng)會(huì)導(dǎo)致流表修改延遲增加大約1.5ms。

圖14 流表修改延遲結(jié)果Fig.14 Flow table modification delay result

5 展望與下一步工作

本文圍繞SDN 交換機(jī)南向協(xié)議性能測(cè)試進(jìn)行研究，主要包括南向協(xié)議性能測(cè)試需求分析和方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面。最后通過(guò)針對(duì)新華三交換機(jī)進(jìn)行了OpenFlow 流表性能測(cè)試，客觀的評(píng)價(jià)了該交換機(jī)的實(shí)際性能，驗(yàn)證了測(cè)試方案的可行性。

本文主要針對(duì)單個(gè)交換機(jī)的性能指標(biāo)進(jìn)行了探討。但是隨著SDN 網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，單個(gè)設(shè)備的性能很難客觀的反映整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。后續(xù)可以繼續(xù)研究如何針對(duì)具體的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)場(chǎng)景制定普適的性能指標(biāo)，然后模擬出真實(shí)的SDN 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量，最終客觀的評(píng)價(jià)SDN 網(wǎng)絡(luò)的性能。

本文所提出的系統(tǒng)方案本質(zhì)上采用的是以中間人攻擊的方式將網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記，在測(cè)試端恢復(fù)出報(bào)文語(yǔ)義，根據(jù)報(bào)文語(yǔ)義中代表的網(wǎng)絡(luò)事件來(lái)得到測(cè)試結(jié)果，這就導(dǎo)致無(wú)法針對(duì)加密南向協(xié)議進(jìn)行測(cè)試。在越來(lái)越重視信息安全的今天，如何設(shè)計(jì)針對(duì)加密南向協(xié)議性能測(cè)試方案同樣值得進(jìn)一步研究。

利益沖突聲明

所有作者聲明不存在利益沖突關(guān)系。