基于fpga的sdn网络转发器设计

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4、这些资源由控制器统一控制，这样能够简化网络管理的流程，并且为应用层提供简单的、高效的配置与管理。本文研究了在此背景下新兴的SDN技术，创新性地提出了使用PC机作为SDN控制器，利用FPGA芯片所蕴藏的丰富资源作为SDN硬体层面转发器，实现ping通信的设计理念。本文以Ubuntu操作系统为实验操作系统，利用Mininet和Floodlight从软件角度搭建并模拟了SDN通信网络，测试并分析了SDN网络的工作流程。在进一步的研究中，利用FPGA芯片作为转发器的硬件中央处理器，结合电脑中的控制器软件及用户通信软件，通过使用VHDL硬件描述语言在FPGA芯片中完成了数据收

5、发模块、包头解析模块、流表更新模块、流表匹配模块、动作执行模块的设计，并利用Java语言在上位机电脑中完成了控制器软件中自定义流表、快速下发流表、获取底层设备消息的设计，进行了用户通信软件中的通信请求、消息收发功能的设计。该项目的研究对促进SDN技术的发展具有一定的参考价值。论文主要进行了如下的工作：首先，研究了国内外SDN技术的现状和最新成果，分析了传统网络存在哪些瓶颈，分析了SDN网络硬件设备的需求，进行了SDN网络基本架构及其关键技术的分析，包括南向网络控制技术、北向业务支撑技术，重点分析了SDN架构中的OpenFlow交换机的工作原理及协议标准。其次，研究了

6、软件模拟SDN网络的相关技术，对相关平台和软件进行对比和选择的基础上，在虚拟机中安装了两个Linux操作系统。并且利用Linux命令在两个系统中分别安装Floodlight和Mininet软件，利用Floodlight和Mininet搭建模拟的SDN网络，利用Python语言设计了一个具备4台主机、2台OpenvSwitch交换机、1台控制器的网络拓扑结构，在虚拟的SDN网络中进行了拓扑探测、ping通信测试，以此掌握SDN网络中各个主机、交换机、控制器之间的通信过程。之后，进行了控制软件的设计，PC机中控制的软件具备通过更改交换机流表项来更改转发路径功能，并可I成

7、都理工大学硕士学位论文由PC机软件将新的转发路径经串行数据线传送至转发器。此外还进行了用户通信软件的设计，电脑中的用户通信软件具备与其他用户通信，测试指定IP用户的连通性，收发来自其他设备的消息的功能。除此之外，还进行了FPGA转发器的设计，首先通过分析系统的需求来选择合适的FPGA芯片。其次利用VHDL语言，在Xilinx公司提供的ISE开发环境中进行FPGA转发系统的各个模块设计以及波形仿真测试。在Eclipse软件，利用Java语言设计控制软件和通信软件。最后，将整个系统软硬件连接在一起做整体ping通信、下发流表的测试。测试结果表明整体达到预定设计要求。