آموزش شبیه سازی شبکه های نرم افزار محور (SDN) با ns-3

وقتی در مورد شبیه سازی شبکه های نرم افزار محور (SDN) و پروتکل OpenFlow صحبت می کنیم، یک ابزار نرم افزاری آسان به نام مینی نت (Mininet) مطرح می شود. مینی نت یک امولاتور (Emulator) منبع باز است که روشی سریع و آسان برای نمونه سازی و ارزیابی شبکه های SDN را فراهم می کند. با این حال، Mininet از حداکثر پهنای باند لینک محدود شده توسط توان پردازشی سخت افزار و عدم اتساع زمان (Time Dilation) رنج می برد که مانع از انجام عمل تقلید امولاتور هنگام تقاضای محاسباتی بالاتر از ظرفیت پردازش در زمان واقعی می شود.

وقتی صحبت از آزمایش پروتکل OpenFlow در شبکه های بی سیم می شود، این کاستی ها نگران کننده تر می شوند. بدین منظور، یک انتخاب منطقی، استفاده از یک محیط شبیه سازی شده مانند شبیه ساز ns-3 است. ns-3 یک شبیه ساز رویداد گسسته است که در درجه اول برای تحقیق و استفاده آموزشی به کار می رود و به صورت نرم افزار رایگان توزیع می شود. شبیه ساز ns-3 می تواند سوئیچ های OpenFlow را از طریق ماژول موجود در خود، مدل کند. ولی این مدل یک پروتکل OpenFlow بسیار قدیمی (نسخه ۰٫۸٫۹ سال ۲۰۰۸) را پیاده سازی می کند.

از آنجا که بسیاری از ویژگی های اصلی در جدیدترین نسخه پروتکل OpenFlow به شماره ۱.۳ معرفی شده است، بنابراین در دسترس بودن این ویژگی ها در شبیه ساز جالب توجه است. از میان این ویژگی های جدید، می توان به: جداول خط لوله، جداول گروهی، درگاه های مجازی، پشتیبانی از انطباق قابل توسعه، پشتیبانی از IPv6، معیارهای هر جریان و پشتیبانی از چندین کنترلر اشاره کرد. بنابراین، ماژول OFSwitch13 برای ارتقای ns-3 با پشتیبانی از فناوری OpenFlow نسخه ۱.۳ ارائه شده است.

جزییات مربوط به طراحی و پیاده سازی ماژول و ویژگی های جدید آن در این آموزش مورد بحث قرار گرفته است و از یک سناریوی مطالعه موردی برای نشان دادن برخی از ویژگی های موجود ماژول OFSwitch13 استفاده شده است. همچنین شبیه سازی شبکه SDN با کنترلر توزیع شده و پیاده سازی توازن بار، جهت ارائه کیفیت خدمات سرویس در این آموزش نشان داده شده است.

فهرست سرفصل ها و رئوس مطالب مطرح شده در این مجموعه آموزشی، در ادامه آمده است:

• درس یکم: مروری بر ماژول OFSwitch13
  • ساختار داخلی دستگاه سوئیچ (OFSwitch13 Device)
    • درگاه های ورودی / خروجی (OFSwitch13 Port)
    • جداول جریان، گروه و معیار
    • ظرفیت پردازنده، حافظه TCAM و صف
  • ساختار داخلی رابط کاربردی کنترل کننده (OFSwitch13 Controller)
    • ابزار dpctl
  • کانال OpenFlow
  • دامنه و محدودیت های ماژول OpenFlow
    • اتصالات کمکی
    • رمزگذاری کانال
    • کنترل باند
    • پشتیبانی پلتفرم
  • مقایسه ماژول OFSwitch13 با ماژول پیش فرض نسخه ۰٫۸٫۹
    • جداول چندگانه
    • گروه ها
    • درگاه های منطقی
    • پشتیبانی از انطباق قابل توسعه
    • پشتیبانی از IPv6
    • معیارهای هر جریان
• درس دوم: نصب و راه اندازی OFSwitch13 در ns-3
  • نصب پکیج های پیش نیاز، دانلود و کامپایل سورس کد (Source Code) مربوطه
• درس سوم: شبیه سازی شبکه SDN ساده با سوئیچ و کنترلر OpenFlow 1.3
  • بررسی Helper ها و Attribute های ماژول OFSwitch13
  • بررسی و اجرای یک مثال از یک شبکه SDN ساده
• درس چهارم: خروجی ترمینال شبیه ‌ساز
  • تحلیل خروجی ترمینال شبیه سازی
• درس پنجم: محاسبات آماری و سفارشی ‌سازی مسیر داده سوئیچ
  • تحلیل خروجی PCAP و محاسبات آماری
  • سفارشی کردن Datapath با استفاده از پارامترهای پیکربندی سوئیچ
  • مثالی از شبکه SDN با دو سوئیچ مختلف متصل به هم با یک کنترلر
• درس ششم: شبیه سازی شبکه SDN با چند کنترلر توزیع شده
  • وجود چند کنترلر برای یک سوئیچ و تعیین قوانین دلخواه برای کنترلرها جهت ارسال و دریافت بسته
  • وجود چند کنترلر برای چند سوئیچ مجزا در دامنه های مجزا
• درس هفتم: شبیه‌ سازی شبکه SDN سازمانی با پشتیبانی از مفاهیم کیفیت خدمات (QoS)
  • مفاهیم تجمیع لینک (Link Aggregation)، توازن بار (Load Balancing) و معیارهای هر جریان
  • پیاده سازی QoS جهت توازن بار با کنترلر
  • تحلیل خروجی PCAP
  • خروجی گرافیکی با NetAnim

مفید برای رشته های

• مهندسی کامپیوتر – نرم افزار
• مهندسی برق – مخابرات
• مهندسی فناوری اطلاعات (IT)