آموزش شبیه سازی شبکه ‌های نرم افزار محور با ns-3 – پیش ثبت نام

طبق اعلام بنیاد شبکه های آزاد (ONF) با افزایش تعداد دستگاه های متصل، جهان شاهد تکامل سریع فناوری های ارتباطی است و اپراتورهای شبکه با چالش های جدیدی روبرو هستند که برآورده کردن نیازهای فعلی بازار با معماری شبکه های سنتی تقریبا غیرممکن است. امروزه، استفاده از الگوی جدید معماری شبکه های نرم افزار محور (SDN) به عنوان راه حلی برای غلبه بر محدودیت های شبکه های فعلی، شبکه های انعطاف پذیرتری ایجاد می کند.

پروتکل OpenFlow اولین فناوری استاندارد است که به طور اختصاصی برای SDN طراحی شده و توسط تعدادی از فروشندگان شبکه و توسط جامعه تحقیقاتی به تصویب رسیده است. همانطور که مشخص است برای اعتبارسنجی و تایید یک پروتکل خاص شبکه، استفاده از یک بستر (Testbed) کامل شامل: چندین کامپیوتر، مسیریاب، سوییچ و لینک های داده برای آزمایش و توسعه، بسیار پرهزینه است. در این شرایط ابزارهای نرم افزاری در انجام این کار باعث صرفه جویی زیاد در هزینه و زمان می شوند.

وقتی در مورد 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 مورد استفاده قرار می گیرد و به صورت نرم افزار رایگان توزیع می شود. شبیه ساز ns-3 می تواند سوییچ های OpenFlow را از طریق ماژول موجود در خود مدل 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 ارتقا ns-3 با پشتیبانی از فناوری OpenFlow نسخه ۱.۳ ارائه شده است.

این ماژول هم یک سوییچ OpenFlow 1.3 و هم یک رابط کاربری کنترل کننده را در اختیار قرار می دهد. با استفاده از این ماژول می توان گره های شبکه را برای ارسال و دریافت ترافیک با استفاده از کارت شبکه CSMA موجود در ns-3، متصل کرد. رابط کاربردی کنترل کننده را می توان برای پیاده سازی هر منطق کنترل مورد نظر جهت هماهنگی شبکه گسترش داد. همچنین می توان از ابزار کاربردی dpctl برای تولید پیام های OpenFlow از طریق خط فرمان به نحو ساده به جهت پیکربندی سوییچ استفاده کرد.

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.

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 سوییچ (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 یک شبکه SDN ساده با استفاده از سوییچ و کنترلر OpenFlow 1.3
  • بررسی Helper ها و Attribute های ماژول OFSwitch13
  • سفارشی کردن Datapath با استفاده از پارامترهای پیکربندی سوییچ
  • نحوه محاسبه و تحلیل خروجی شبیه سازی
• درس چهارم: شبیه سازی یک شبکه SDN با استفاده از چند کنترلر توزیع شده
  • وجود چند کنترلر برای یک دامنه
  • وجود چند کنترلر برای چند دامنه
• درس پنجم: شبیه سازی یک شبکه SDN سازمانی با پشتیبانی از مفاهیم کیفیت خدمات (QoS)
  • مفهوم تجمیع لینک (Link Aggregation)
  • مفهوم توازن بار (Load Balancing)
  • مفهوم معیارهای هر جریان

مفید برای رشته های

• مهندسی کامپیوتر
• مهندسی فناوری اطلاعات (IT)