【正文】 。OpenFlow可視化管理系統(tǒng)的構(gòu)成可以分為兩個(gè)主要部分，OpenFlow工作信息解析與存儲(chǔ)模塊和OpenFlow工作信息前端展示模塊。文章將依次對(duì)兩模塊進(jìn)行概要說(shuō)明和詳細(xì)說(shuō)明，介紹模塊的結(jié)構(gòu)組成、設(shè)計(jì)邏輯、定義的主要函數(shù)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第五章將展示本次畢設(shè)的設(shè)計(jì)效果，包括顯示節(jié)點(diǎn)的OpenFlow流表信息、查詢?nèi)我鈨晒?jié)點(diǎn)間最短路徑，顯示其中OpenFlow隧道部分等。第六章結(jié)束語(yǔ)是本作者在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的心得體會(huì)。第二章 課題背景及技術(shù)簡(jiǎn)介2 OpenFlow技術(shù)背景 互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀及OpenFlow的誕生[1]當(dāng)今，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用迅速發(fā)展，由于剛開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有考慮到互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模會(huì)如此龐大，承載的應(yīng)用會(huì)如此復(fù)雜，地位會(huì)變得如此重要，導(dǎo)致現(xiàn)代的互聯(lián)網(wǎng)在過(guò)重的壓力下已經(jīng)凸顯出太多亟待解決的問(wèn)題：1. 互聯(lián)網(wǎng)很危險(xiǎn)，惡意攻擊、病毒、木馬每年都會(huì)造成上千億美元的損失；2. 互聯(lián)網(wǎng)太脆弱，無(wú)標(biāo)度（ScaleFree）的特性讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以在少數(shù)精心設(shè)計(jì)的攻擊下即可宣告崩潰；3. 互聯(lián)網(wǎng)太隨意，p2p等應(yīng)用的出現(xiàn)一度造成各大ISP網(wǎng)絡(luò)堵塞，嚴(yán)重影響傳統(tǒng)正常的訪問(wèn)；4. 互聯(lián)網(wǎng)太遲鈍，現(xiàn)代臃腫的路由機(jī)制不能支持快速的更新，即便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題也無(wú)法快速反應(yīng)。這一切的問(wèn)題都隱隱的指向了互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)龐然大物最關(guān)鍵的軟肋——可控性。是否有可行的手段來(lái)提高互聯(lián)網(wǎng)的可控性？ OpenFlow正是美國(guó)斯坦福大學(xué)為解決這個(gè)問(wèn)題于2007年提出的一種支持網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究的新型網(wǎng)絡(luò)交換模型，該模型通過(guò)開(kāi)放的流表支持用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)處理行為進(jìn)行控制，從而為新型互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究提供新的實(shí)驗(yàn)途徑，因此OpenFlow提出后得到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。 OpenFlow的技術(shù)特點(diǎn)(1) OpenFlow技術(shù)將完全打破現(xiàn)有的IP承載架構(gòu)[3]。OpenFlow的流表（Flow Table）由很多流表項(xiàng)組成，每個(gè)流表項(xiàng)就是一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包通過(guò)查詢流表來(lái)獲得轉(zhuǎn)發(fā)的目的端口。OpenFlow的流表中每一個(gè)流表?xiàng)l目支持3個(gè)部分：規(guī)則、操作、狀態(tài)。規(guī)則用來(lái)定義流表，OpenFlow里的流表定義十分寬泛，支持10個(gè)域（除了傳統(tǒng)的7元組之外增加了交換端口、以太網(wǎng)類(lèi)型、Vlan ID，見(jiàn)圖21），頭域是個(gè)十元組，是流表項(xiàng)的標(biāo)識(shí)；操作就是轉(zhuǎn)發(fā)、丟棄等行為，操作標(biāo)明了與該流表項(xiàng)匹配的數(shù)據(jù)包應(yīng)該執(zhí)行的操作；狀態(tài)部分則是主要用來(lái)做流量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，OpenFlow最關(guān)鍵的特性就是支持遠(yuǎn)端的控制，試想如果要改變流表?xiàng)l目就必須跑到交換機(jī)前重新編程寫(xiě)入有多麻煩，如果想獲知網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，就可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制得到。有了統(tǒng)一的控制機(jī)制，我們的網(wǎng)絡(luò)才能變得真正智能、可控起來(lái)。 圖21 OpenFlow 流表項(xiàng)包頭域示意圖 從這個(gè)意義上說(shuō)，OpenFlow將傳統(tǒng)的物理固定的硬件定義互聯(lián)網(wǎng)改造成為了動(dòng)態(tài)可變的軟件定義互聯(lián)網(wǎng)。一個(gè)軟件定義的、可控的互聯(lián)網(wǎng)，除了更加靈活以外，毫無(wú)疑問(wèn)，通過(guò)恰當(dāng)?shù)目刂扑惴?，將大大提高網(wǎng)絡(luò)自身的健壯性、運(yùn)行效率以及安全性。 (2) OpenFlow的思想對(duì)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新有巨大意義由于現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)暴露出了越來(lái)越多的弊病，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的需求也日趨提高，研究人員不得不把很多復(fù)雜功能加入到路由器的體系結(jié)構(gòu)當(dāng)中，例如OSPF、BGP、組播、區(qū)分服務(wù)、流量工程、NAT、防火墻、MPLS等等，這就使得路由器、交換機(jī)等交換設(shè)備越來(lái)越臃腫而且性能提升的空間越來(lái)越小。 然而與網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的困境截然不同的是，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了日新月異的發(fā)展。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的專(zhuān)業(yè)人士認(rèn)為：網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)復(fù)制計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的成功來(lái)解決現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)所遇到的所有問(wèn)題。在這種思想的指導(dǎo)下，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)必將是這樣的：底層的數(shù)據(jù)通路（交換機(jī)、路由器）是“啞的、簡(jiǎn)單的、最小的”，并定義一個(gè)對(duì)外開(kāi)放的、關(guān)于流表的公用的API，同時(shí)采用控制器來(lái)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)的研究人員就可以在控制器上自由的調(diào)用底層的API來(lái)編程，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新。 OpenFlow正是這種網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新思想的強(qiáng)有力的推動(dòng)者。OpenFlow交換機(jī)將原來(lái)完全由交換機(jī)\路由器控制的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，轉(zhuǎn)化為由OpenFlow交換機(jī)和控制服務(wù)器來(lái)共同完成，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和路由控制的分離，控制器可以通過(guò)事先規(guī)定好的接口操作來(lái)控制OpenFlow交換機(jī)中的流表，從而達(dá)到控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的目的。 OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的基本組成[4]OpenFlow網(wǎng)絡(luò)由OpenFlow交換機(jī)、Flow Visor和Controller三部分組成。從功能上說(shuō)，OpenFlow交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā)；FlowVisor對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化；Controller對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制，從而實(shí)現(xiàn)控制層的功能。OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖22所示： 圖22 OpenFlow網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖(一) OpenFlow交換機(jī) OpenFlow交換機(jī)是整個(gè)OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的核心部件，主要管理數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā)。每個(gè)of 交換機(jī)都有一張流表，進(jìn)行包的查找和轉(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)可以采用of協(xié)議,經(jīng)一個(gè)安全通道連接到外部控制器，從而對(duì)流表進(jìn)行查詢和管理。OpenFlow交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)包以后，首先在本地的流表上查找轉(zhuǎn)發(fā)目標(biāo)端口，如果沒(méi)有匹配，則把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給Controller，由控制層決定轉(zhuǎn)發(fā)端口。 OpenFlow交換機(jī)由流表、安全通道（Secure Channel）和OpenFlow協(xié)議三部分組成。如圖23所示：圖23 OpenFlow交換機(jī)結(jié)構(gòu)圖流表是交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)策略控制的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。交換芯片通過(guò)查找流表表項(xiàng)來(lái)決策對(duì)進(jìn)入交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)流量采取怎樣的行為，每個(gè)表項(xiàng)包括三個(gè)域，包頭域（header field），計(jì)數(shù)器（counters），行動(dòng)（actions）。header fieldcountersactions安全通道是連接OpenFlow交換機(jī)到控制器的接口，所有安全通道必須遵守OpenFlow協(xié)議。控制器通過(guò)安全通道控制和管理交換機(jī)，同時(shí)控制器接收來(lái)自交換機(jī)的事件并向交換機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包。交換機(jī)和控制器通過(guò)安全通道進(jìn)行通信，而且所有的信息必須按照OpenFlow協(xié)議規(guī)定的格式來(lái)執(zhí)行。 OpenFlow協(xié)議用來(lái)描述控制器和交換機(jī)之間交互所用信息的標(biāo)準(zhǔn)，也是控制器和交換機(jī)的接口標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)議的核心部分是用OpenFlow協(xié)議信息結(jié)構(gòu)的集合。 OpenFlow協(xié)議支持三種信息類(lèi)型：ControllertoSwitch，Asynchronous和Symmetric，每一個(gè)類(lèi)型都有多個(gè)子類(lèi)型。ControllertoSwitch信息由控制器發(fā)起并且直接用于檢測(cè)交換機(jī)的狀態(tài)；Asynchronous信息由交換機(jī)發(fā)起并通常用于更新控制器的網(wǎng)絡(luò)事件和改變交換機(jī)的狀態(tài)；Symmetric信息可以在沒(méi)有請(qǐng)求的情況下由控制器或交換機(jī)發(fā)起。以下為協(xié)議執(zhí)行流程：(1) 鏈接建立階段通過(guò)安全通道建立連接，所有流量都不經(jīng)過(guò)交換機(jī)流表檢查。因此交換機(jī)必須將安全通道認(rèn)為是本地連接。當(dāng)連接建立起來(lái)以后，兩邊必須先發(fā)送OFPT_HELLO消息給對(duì)方，該消息攜帶支持的最高協(xié)議版本號(hào)，接受方將采用雙方都支持的最低協(xié)議版本進(jìn)行通信。一旦發(fā)現(xiàn)兩者擁有共同的協(xié)議版本，則建立連接，否則發(fā)送OFPT_ERROR消息（類(lèi)型為OFPET_HELLO_FAILED，代碼為OFPHFC_COMPATIBLE），描述失敗原因，并終止連接。(2) 連接中斷當(dāng)連接發(fā)生異常時(shí)，交換機(jī)應(yīng)嘗試連接備份的控制器，當(dāng)多次嘗試均失敗后，交換機(jī)將進(jìn)入緊急模式，并重置所有的TCP 連接。此時(shí)，所有包將匹配指定的緊急模式表項(xiàng)，其他所有正常表項(xiàng)將從流表中刪除。此外，當(dāng)交換機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，默認(rèn)進(jìn)入緊急模式。(3) 加密安全通道采用TLS（Transport Layer Security）連接加密。當(dāng)交換機(jī)啟動(dòng)時(shí)，嘗試連接到控制器的6633 TCP 端口，雙方通過(guò)交換證書(shū)進(jìn)行認(rèn)證。因此，每個(gè)交換機(jī)至少需配置兩個(gè)證書(shū)，一個(gè)是用來(lái)認(rèn)證控制器，一個(gè)用來(lái)向控制器發(fā)出認(rèn)證。(4) 生成樹(shù) 生成樹(shù)協(xié)議，如果支持，所有相關(guān)包在查找流表之前應(yīng)該先在本地進(jìn)行傳統(tǒng)處理。支持生成樹(shù)協(xié)議的交換機(jī)在OFPT_FEATURES_REPLY消息的pabilities 域需要設(shè)置OFPC_STP 位，并且需要在所有的物理端口均支持生成樹(shù)協(xié)議，但無(wú)需在虛擬端口支持。生成樹(shù)協(xié)議會(huì)設(shè)置端口狀態(tài)，來(lái)限制發(fā)到OFP_FLOOD 的網(wǎng)包僅被轉(zhuǎn)發(fā)到生成樹(shù)指定的端口。需要注意指定出口的轉(zhuǎn)發(fā)或OFP_ALL 的網(wǎng)包會(huì)忽略生成樹(shù)指定的端口狀態(tài)，按照規(guī)則設(shè)置端口轉(zhuǎn)發(fā)。 生成樹(shù)協(xié)議，則必須允許控制器指定泛洪時(shí)的端口狀態(tài)。(二) 支持網(wǎng)絡(luò)虛擬化的FlowVisor 類(lèi)比計(jì)算機(jī)的虛擬化，F(xiàn)lowVisor就是位于硬件結(jié)構(gòu)元件和軟件之間的網(wǎng)絡(luò)虛擬層。FlowVisor允許多個(gè)控制器（controller）同時(shí)控制一臺(tái)OpenFlow交換機(jī)，但是每個(gè)控制器僅僅可以控制經(jīng)過(guò)這個(gè)OpenFlow交換機(jī)的某一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)（即slice）。因此通過(guò)FlowVisor建立的試驗(yàn)平臺(tái)可以在不影響商業(yè)流的轉(zhuǎn)發(fā)速度的情況下，允許多個(gè)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)在不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)進(jìn)行。FlowVisor與一般的商用交換機(jī)是兼容的，不需要使用FPGA和網(wǎng)絡(luò)處理器等可編程硬件。 (三) Controller OpenFlow實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)層和控制層的分離，其中OpenFlow交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā)，而Controller實(shí)現(xiàn)了控制層的功能。Controller通過(guò)OpenFlow協(xié)議這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)OpenFlow交換機(jī)中的流表進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制。Controller的一切功能都要通過(guò)運(yùn)行NOX來(lái)實(shí)現(xiàn)，NOX就像是OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)。此外，在NOX上還可以運(yùn)行Plugnserve、OpenRoads以及OpenPipes等應(yīng)用程序。 PlugnServe 通過(guò)規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸路徑來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)以及服務(wù)器上的負(fù)載，從而使得負(fù)載均衡并降低響應(yīng)時(shí)間。 OpenRoads 是支持OpenFlow無(wú)線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性研究的框架。OpenPipes 可以在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中通過(guò)移動(dòng)每個(gè)子模塊來(lái)測(cè)試每個(gè)子模塊，并可以決定如何劃分設(shè)計(jì)單元。 PMS系統(tǒng)簡(jiǎn)介涉私密，留空 主要開(kāi)發(fā)技術(shù)簡(jiǎn)介[6] [7] JDBCJDBC，全稱Java Data Base Connectivity，即Java數(shù)據(jù)庫(kù)連接的意思，它是用于java程序執(zhí)行SQL語(yǔ)句的API接口。不同廠商出產(chǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)不同，而JDBC提供了一種共同的基準(zhǔn)，數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)人員可以構(gòu)建更高級(jí)的工具和接口，從而編寫(xiě)更復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序。簡(jiǎn)單地說(shuō)，JDBC主要完成三件是：與數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接、發(fā)送操作數(shù)據(jù)庫(kù)的語(yǔ)言、處理返回的結(jié)果。其中“與數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接”的過(guò)程，由于不同廠商出產(chǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)