مسیریابی در شبکه مبتنی بر نرم افزار

در مقاله شبکه های مبتنی بر نرم افزار SDN به صورت مختصر این نوع شبکه توضیح داده شده است. واحد شبکه و زیر ساخت چای هوشمند (SmartTEA) در این مقاله به نحوه مسیریابی در شبکه های مبتنی بر نرم افزار می پردازد.

با پیشرفت روز افزون علم تکنولوژی این بستر فراهم شده است تا ما بتوانیم از ابزار هایی که در اختیار داریم به شکل هوشمندانه تر و کاربرپسند تر استفاده نماییم. SDN و یا همان شبکه های مبتنی بر نرم افزار یکی از همان ابزارهایی می باشد که در علم شبکه کاربرد فراوانی برای مهندسان شبکه به وجود آورده است. این شبکه باعث بهبود در عملکرد ارسال و دریافت داده ها شده و کنترل ، خطایابی را نیز برای متخصصان راحت کرده است. و به صورت کلی باید گفت برای رفع مدیریت دشوار و پیچیدگی شبکه های امروزی ابداع شد.  همچنین ما برای اعمال سیاست ها و الگریتم هایی که میخواهیم برای سازمان و مجموعه خود به کار بگیرم در شبکه های کنونی و یا به اصطلاح IP مشکلات فراوانی خواهیم داشت و  تا حد مشخص محدود خواهیم بود چرا که ممکن است دستگاه ها و ابزارهای کنونی (IP Base)  صرفا از سیاست ها و یا ویژگی های منحصر به فردی که ما میخواهیم پشیبانی نکند. از این رو ما از شبکه SDN برای انعطاف پذیری,  خطایابی بهتر, دسترسی آسان تر و همچنین کاهش چشمگیر ترافیک شبکه استفاده می کنیم.

معرفی و بررسی پروتکل هایی که در ارتباط با سه سطح شبکه های SDN کاربرد دارند

در مبحث قبل به چگونگی ارتباط سطح های Management Plane ،  Control Plane و Data Plane با یکدیگر پرداختیم و تا حد مطلوبی نحوه کارکرد و ارتباط یکدیگر را بررسی کردیم حال باید بدانیم که این ارتباط ها که توسط سطح از طریق رابط و یا Interface ها صورت می گیرد از یک Protocol و یا قرارداد استفاده می کنند. در ارتباط بین سطح هایData Plane  و Control Plane که عنوان کردیم توسط رابط Southbound API با یکدیگر ارتباط مستقیم دارند از پروتکل های مختلفی پشتیبانی می کند که معروف ترین آن ها Open flow  می باشد اسامی پروتکل های دیگر  POF: ، forCES و OVSDB می باشد . در ارتباط بین سطوح Control Plane و Management Plane که توسط رابط Northbound API صورت می گیرد از پروتکل هایی نظیر REST که معروف ترین آن ها می باشد استفاده خواهد کرد.

  (Dynamic routing for SDN) DRFS

پروژه ای است که توسط آزمایشگاه BELL LABs راه اندازی و مبحث آن مربوط به بخش routing و بهینه سازی در مسیریابی به کمک SDN می باشد.

HP & AMAZON این دو کمپانی نیز از متد شبکه SDN در دیتا سنترهای خود استفاده کرده اند.

ONF (Open Networking Foundation)

سازمانی است که هدف آن همگانی کردن و شناخت شبکه SDN به متخصصان و افرادی که در مورد علم شبکه در حال پژوهش هستند. همچنین ایجاد استاندارد های مورد نیاز که برای ایجاد شبکه های SDN در شرکت های مختلف مورد استفاده قرارخواهد گرفت.

نمای كلی معماری سرویس مسیریاب در محیط شبکه مبتنی بر نرم افزار

شبکه مبتنی بر نرم افزار ساختاری داده محور دارد که پیاده سازی مسیریابی های بهینه از جمله محاسبات مربوط به پیدا کردن کوتاه ترین مسیر را ساده تر می سازد.ضمن اینکه این مدل ساختاری پیچیدگی ها و کنترل تعاملات بین دامنه ای درمقایسه با پروتکل های سنتی مانند iBGP را کاهش می دهد.

شکل زیر ساختار یک سرویس مسیریاب در معماری SDN و بر پایه پروتکل OF را نشان می دهد.

این سرویس از سه جزء اصلی تشکیل شده است :

• کاشف لینک
• مدیر توپولوژی
• موتور مسیریاب مجازی

كاشف لینک

ماژول کاشف لینک وظیفه پیدا نمودن و نگهداشت وضعیت ارتباطات فیزیکی شبکه را بر عهده دارد. دو نوع لینک داریم :

لینک های بین نودهای OF: وضعیت لینک های بین نودهای OF (راهیاب ها ،مسیریابها و…) توسط پروتکل سنتیLLDP(802.4AB) بررسی می شوند.

لینک های نود های مرزی (لبه ای) و میزبان: این بخش مسئول ارتباط میان نودهای مرزی OF با هر میزبان فیزیکی در شبکه می باشد. این فرآیند توسط کنترلر و با ورود ترافیک ناشناخته آغاز می گردد. کنترلر ممکن است از درخواستهای همگانی و یا مکانیزم ACK مانند ARP جهت تعیین در دسترس بودن میزبان مقصد استفاده نماید.

از اطلاعات جمع آوری شده توسط ماژول کاشف لینک جهت ایجاد یک پایگاه داده در کنترلر استفاده می شود.

مدیر توپولوژی

مدیر توپولوژی اطلاعات مربوط به توپولوژی شبکه را نگهداری می کند و محاسبات مربوط به مسیریابی را بر عهده دارد. این ماژول از اطلاعات موجود در پایگاه داده و جمع آوری شده توسط کاشف لینک تغذیه می کند.

مدیر توپولوژی یک توپولوژی منطقی از شبکه ایجاد می کند و کوتاه ترین مسیر بین نودهای OF و میان نودها و میزبانها را مشخص می کند و سپس پایگاه داده ای متشکل از کوتاه ترین مسیر ها و مسیرهای جایگزین ایجاد می نماید.

موتور مسیریابی مجازی

این ماژول یک توپولوژی مجازی شامل ماشین های مجازی ایجاد و پروتکل های سنتی مسیریابی را بر روی آنها اجرا می نماید. عناصر شبکه شامل راهیاب ها و مسیریاب هایی که از پروتکل های سنتی مانند OSPF/BGP استفاده می نمایند توسط این ماژول با کنترلر SDN تعامل دارند.این ماژول نزدیک ترین مسیر را در شبکه های غیر OF مشخص می کند، همچنین مسیریاب مرزی را بعنوان مقصد بعدی به سمت شبکه OF مشخص می کند. این ماژول همواره پایگاه داده توپولوژی را جهت نگهداری کوتاهترین مسیر و مسیرهای جایگزین به روزرسانی می کند.

مسیریابی در محیط OF/SDN

این بخش مسیریابی را در شبکه SDN شامل کنترلر و سخت افزار مبتنی بر OF بررسی می نماید و توابعی که کوتاه ترین مسیر بین دو مسیر داده ای را ایجاد می کنند معرفی می شوند.

عملیات كشف لینک

در یک شبکه مبتنی بر OF عملیات اکتشاف لینک های ارتباطی می تواند توسط LLDP صورت پذیرد. یک فریمLLDP آدرس MAC و فیلد Ether type مقصد مشخصی دارد که ارسال آن بصورت چند پخشی صورت می پذیرد.

ماژول کاشف لینک شروع کننده عملیات اکتشاف شبکه است. این ماژول بسته های LLDP را از طریق پیام

Packet Out به تمامی راهیاب های متصل ارسال می نماید.

زمانی که راهیاب پیام Packet Out را دریافت می نماید بسته های LLDP را بر روی تمامی پورتهای خود ارسال می کند. اگر دستگاه مجاور یک راهیاب OF باشد عملیات جستجو جریان را آغاز می کند، چنانچه هیچ ورودی جریان برای پیام LLDP وجود نداشته باشد، راهیاب بسته را از طریق پیام Packet In به کنترلر ارسال می کند.کنترلر با دریافت پیام Packet In بسته را تحلیل و یک ارتباط برای دو راهیاب در جدول اکتشاف ایجاد می نماید.

با دریافت بسته های Packet In از سوی سایر راهیاب ها،کنترلر توپولوژی کاملی از شبکه را در اختیار خواهد داشت. بر اساس این توپولوژی سرویس مسیریاب بسته به ترافیک موجود اقدام به ارسال جریان مناسب به هر راهیاب می نماید.

فرآیند كشف لینک

اگر راهیاب مجاور OF و تحت کنترل کنترلر نباشد عملیات اکتشاف لینک می تواند توسط مکانیزم پخش همگانی بسته صورت پذیرد. در این حالت راهیاب سنتی لایه 2 فرض را بر این می گیرد که بسته LLDP از راهیاب OF ارسال شده و هیچ پیام پاسخ Packet In به کنترلر ارسال نمی کند. کنترلر می تواند به راهیاب های OF اعلام نماید تا بسته های پخش همگانی که از سوی سایر راهیاب ها دریافت می نمایند را در قالب پیام Packet In به کنترلر ارسال نمایند. بدین ترتیب یک ارتباط همگانی میان دو پورت تحت نظارت کنترلر ایجاد می گردد.

فرآیند محاسبه مسیر

مدیر توپولوژی کوتاه ترین مسیر در شبکه OF را محاسبه می نماید.این ماژول مسیریابی را بر اساس توپولوژی شبکه و اطلاعات دریافت شده از فرآیند اکتشاف انجام می دهد

مدیر توپولوژی با استفاده از الگوریتم دایک استرا درخت مسیریابی شامل کوتاه ترین مسیر بین راهیاب های OF را محاسبه می نماید.