شبکه نرم افزار محور توزیع شده (sdn توزیع شده)

یک شبکه توزیع شده تعریف شده توسط نرم‌افزار (D-SDN)، نوعی معماری شبکه کامپیوتری است که اصول شبکه‌سازی تعریف شده توسط نرم‌افزار (SDN) را با شبکه‌سازی توزیع شده ترکیب می‌کند تا زیرساخت شبکه قابل مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری بیشتری فراهم شود.در یک D-SDN، صفحه کنترل و صفحه داده از هم جدا می‌شوند که این کار امکان مدیریت شبکه با چابکی و انعطاف‌پذیری بیشتر را به وجود می‌آورد. ساختار شبکه از زیرساخت فیزیکی پنهان می‌شود که مدیریت و بازپیکربندی شبکه را آسان‌تر می‌کند. ضمناً، D-SDN امکان توزیع عملکردهای شبکه در چندین مکان یا گره را فراهم می‌کند که می‌تواند عملکرد شبکه را بهبود بخشیده و تاخیر را کاهش دهد. همچنین با توزیع منابع شبکه در چندین گره، پایداری و ایمنی بیشتری را فراهم می‌کند.

مثالی برای شرح مفهوم شبکه‌های نرم‌افزاری توزیع شده (D-SDN):

تصور کنید شما یک برنامه بزرگ مبتنی بر ابر (cloud-based) دارید که نیاز به یک معماری شبکه بسیار قابل مقیاس‌پذیر و انعطاف‌پذیر دارد. برنامه شما شامل چندین سرویس است که با هم از طریق شبکه ارتباط برقرار می‌کنند و الگوهای ترافیک بین این سرویس‌ها ممکن است بسیار پویا باشد. در یک معماری شبکه سنتی، ممکن است ساختار سلسله مراتبی با سوئیچ‌ها و روترها برای اتصال سرورهای شما به هم وجود داشته باشد. هر دستگاه شبکه بر اساس جدول مسیریابی خود و اطلاعاتی که درباره توپولوژی شبکه دارد، مسئول فوروارد کردن بسته‌ها می‌باشد. این می‌تواند منجر به محدودیت‌ها (bottleneck) یا تصمیمات مسیریابی نامناسب در صورت تغییر الگوی ترافیک به طور سریع شود. با D-SDN، شبکه از زیرساخت فیزیکی پنهان می‌شود که به انعطاف‌پذیری و قابلیت مقیاس‌پذیری بیشتری منجر می‌شود. صفحه کنترل در چندین گره توزیع می‌شود، بنابراین چندین نقطه برای مدیریت و تصمیم‌گیری در سراسر شبکه وجود دارد. به همین دلیل، شبکه می‌تواند به الگوهای ترافیکی که به سرعت تغییر می‌کنند، به سرعت تطبیق پیدا کند و تصمیمات مسیریابی بهینه را حفظ نماید.

به عنوان مثال، فرض کنید که یکی از سرویس‌های برنامه شما به طور ناگهانی با افزایش ترافیک روبرو می‌شود. با D-SDN، شبکه می‌تواند منابع اضافی مانند پهنای باند یا قدرت پردازش را به آن سرویس اختصاص دهد تا بار افزایش یافته را مدیریت کند. این کار با توزیع وظایف شبکه‌ای مانند توزیع بار یا شکل‌دهی ترافیک در چندین گره صورت می‌گیرد تا کارایی بهینه حاصل شود.

بیایید یک مثال ساده دیگر از شبکه‌های نرم‌افزاری توزیع شده (D-SDN) را در نظر بگیریم. فرض کنید شما یک شرکت با دو دفتر هستید: یکی در شهر الف و دیگری در شهر بی. هر دفتر دارای یک شبکه محلی است که دسترسی به پهنای باند و منابع مختلف را فراهم می کند. با استفاده از D-SDN، می‌توانید یک صفحه کنترل مرکزی را پیاده سازی کنید که تمام دستگاه‌ها و منابع شبکه را مدیریت کند. به عنوان مثال، اگر دفتر بی نیاز به پهنای باند بیشتری در ساعات کاری دارد، کنترل کننده D-SDN می‌تواند پهنای باند بیشتری را به آن تخصیص دهد تا این دفتر بتواند بهترین عملکرد خود را داشته باشد. همچنین، با استفاده از D-SDN، می‌توانید راهبردها و سیاست‌های قابل تنظیمی برای کنترل پهنای باند، کیفیت خدمات و امنیت شبکه در هر دفتر اعمال کنید. یکی دیگر از مزایای D-SDN این است که با توزیع منابع شبکه در چندین گره، پایداری و ایمنی بیشتری را فراهم می‌کند. اگر یک گره شبکه با خطا مواجه شود، گره دیگری می‌تواند جایگزین آن شود و تضمین می‌کند که شبکه بدون وقفه کار خود را ادامه دهد.

در کل، D-SDN یک زیرساخت شبکه بسیار قابل مقیاس‌پذیر و انعطاف‌پذیر است که به خوبی به برنامه‌ها و بار کاری‌های مدرن مناسب می‌باشد. شبکه‌سازی توزیع شده تعریف شده توسط نرم‌افزار (D-SDN) یک مفهوم معماری سطح بالا است که شامل جداسازی صفحه کنترل از صفحه داده می‌شود. در حالی که هیچ کد یا نمودار خاصی با D-SDN مرتبط نیست زیرا که این یک انتزاع سطح بالایی است، ما می‌توانیم به برخی از مثال‌های پیاده‌سازی‌های SDN نگاه کنیم تا بفهمیم چگونه D-SDN در عمل کار می‌کند.

یکی از پیاده‌سازی‌های محبوب SDN، پروتکل OpenFlow است. OpenFlow یک پروتکل است که اجازه کنترل متمرکز سوئیچ‌ها و روترهای شبکه را فراهم می‌کند. در این معماری، یک کنترل‌کننده دستگاه‌های شبکه را مدیریت می‌کند و با ارسال ورودی‌های جدول جریان به سوئیچ‌ها، رفتار آن‌ها را کنترل می‌کند. برای روشن شدن این مفهوم، فرض کنید یک شبکه با پنج سوئیچ به صورت توپولوژی حلقه‌ای دارید که در نمودار زیر نشان داده شده است:

Switch 1 — Switch 2 — Switch 3 — Switch 4 — Switch 5

حال فرض کنید می‌خواهید ترافیک را از یک میزبان منبع متصل به سوئیچ ۱ به یک میزبان مقصد متصل به سوئیچ ۵ هدایت کنید. در شبکه‌سازی سنتی، هر سوئیچ باید بر اساس جدول مسیریابی محلی خود تصمیمات مسیریابی خود را بگیرد که ممکن است منجر به تصمیمات مسیریابی نامناسب شود. در SDN، می‌توانیم از یک کنترل‌کننده متمرکز برای مدیریت شبکه و هدایت جریان بسته‌ها از طریق سوئیچ‌ها استفاده کنیم. کنترل‌کننده ورودی‌های جدول جریان را به هر سوئیچ ارسال می‌کند و با تعیین ترافیک ورودی، ترافیک خروجی را هدایت می‌کند. به عنوان مثال، ورودی جدول جریان برای سوئیچ ۱ ممکن است تعیین کند که همه بسته‌ها با آدرس IP منبع خاصی به سوئیچ ۲ منتقل شود. ورودی جدول جریان برای سوئیچ ۲ ممکن است تعیین کند که همه بسته‌ها با آدرس مقصد IP خاصی به سوئیچ ۳ منتقل شود و به همین ترتیب.

این روش اجازه می‌دهد که مسیریابی ترافیک بسیار کارآمد و پویا باشد، زیرا کنترل‌کننده می‌تواند به الگوهای ترافیکی که به سرعت تغییر می‌کنند، تطبیق پیدا کند و شبکه را به شکل مورد نیاز پیکربندی کند. حال بیایید در نظر بگیریم چگونه D-SDN در این سناریو کار خواهد کرد. در یک معماری D-SDN، صفحه کنترل باید در چندین گره توزیع شود، به جای اینکه در یک کنترل‌کننده متمرکز قرار داشته باشد. این به عنوان یک امکان برای مقیاس‌پذیری و قابلیت اطمینان بیشتر، زیرا چندین گره برای مدیریت منابع شبکه مسئول هستند. به عنوان مثال، ما می‌توانیم چندین کنترل‌کننده را برای هر یک از سوئیچ‌های شبکه ارائه دهیم. هر کنترل‌کننده مجموعه خود را از ورودی‌های جدول جریان مدیریت کرده و با دیگر کنترل‌کننده‌ها ارتباط برقرار کرده و تضمین می‌کند که ترافیک به درستی در سراسر شبکه هدایت شود.

در کل، D-SDN یک تکامل در معماری شبکه است که قول ارائه مقیاس‌پذیری، انعطاف‌پذیری و کارایی بیشتر را برای پاسخگویی به نیازهای برنامه‌ها و بار کاری‌های مدرن می‌دهد. در حالی که هیچ کد یا نمودار خاصی با D-SDN مرتبط نیست، مفهوم آن با استفاده از فناوری‌های  شبکه نرم افزار محور (SDN) موجود مانند OpenFlow قابل اجرا است.

در زیر سه نمونه دیگر از کاربردهای شبکه‌سازی توزیع شده تعریف شده توسط نرم‌افزار (D-SDN) آمده است:

1.  مراکز داده ابری: مراکز داده ابری به یک معماری شبکه بسیار قابل مقیاس‌پذیر و انعطاف‌پذیر جهت پشتیبانی از ویژگی‌های     پویای بار کاری ابر نیاز دارند. D-SDN می‌تواند برای مدیریت منابع شبکه در چندین محل مرکز داده استفاده شود که انعطاف‌پذیری و اطمینان بیشتری را فراهم می کند. به عنوان مثال، عملکردهای شبکه مانند توازن بار، فیلترینگ امنیتی و شکل‌دهی ترافیک می‌تواند در چندین گره توزیع شود تا عملکرد بهینه‌ای داشته باشد.
2. اینترنت اشیاء (IoT): IoT از تعداد بسیار زیادی دستگاه متصل به یکدیگر تشکیل شده است که برای عملکرد مؤثر نیاز به زیرساخت شبکه قابل اعتماد و کارآمد دارد. D-SDN می‌تواند برای مدیریت منابع شبکه در چندین دستگاه و دروازه ها استفاده شود که مسیریابی ترافیک را با کارایی بیشتر و بهره‌وری بالاتر فراهم می‌کند. به عنوان مثال، عملکردهای محاسبات لبه می‌تواند در چندین گره توزیع شود تا تاخیر را کاهش داده و عملکرد کلی را بهبود بخشد.
3. محیط‌های چند ابر: محیط‌های چند ابری شامل استفاده از چندین ارائه‌دهنده ابر برای میزبانی بخش‌های مختلف یک برنامه یا بار کاری است. D-SDN می‌تواند برای مدیریت منابع شبکه در چندین ابر استفاده شود که انعطاف‌پذیری و قابلیت مقیاس‌پذیری بیشتری را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، عملکردهای شبکه مانند VPN ها، دیواره آتش‌ها و ترجمه آدرس شبکه (NAT) می‌تواند در چندین گره توزیع شود تا بین بخش‌های مختلف برنامه ارتباط امن و کارآمد فراهم شود.

در همه این مثال‌ها، D-SDN  یک زیرساخت شبکه بسیار قابل مقیاس‌پذیر و انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند که مناسب برای برنامه‌ها و بارهای کاری مدرن است. این به توزیع عملکردهای شبکه در چندین گره اجازه می‌دهد که می‌تواند عملکرد شبکه را بهبود بخشد و تاخیر را کاهش دهد. به علاوه، با توزیع منابع شبکه در چندین گره، این راه حل پایداری خطا و انعطاف‌پذیری بهتری را ارائه می‌دهد.

در ادامه، مثالی از نحوه استفاده از MATLAB Communications Toolbox برای پیاده سازی یک معماری Distributed Software-Defined Networking (D-SDN) آمده است. در این مثال، از Communications Toolbox برای شبیه‌سازی یک توپولوژی شبکه شامل چندین گره استفاده می‌کنیم که داده‌ها را از طریق یک کانال بیسیم ارسال می‌کند. با استفاده از D-SDN، شبکه در منابع شبکه بین گره‌ها مدیریت می‌شود و به مسیریابی ترافیک با کارایی بیشتر و بهره‌وری بالاتر فراهم می‌آید. ابتدا، یک توپولوژی شبکه شامل پنج گره در یک توپولوژی مش ایجاد خواهیم کرد:

n = 5; % number of nodes

adj_matrix = ones(n) – eye(n); % adjacency matrix

G = graph(adj_matrix); % create graph object

plot(G) % visualize the graph

سپس، با استفاده از Communications Toolbox، انتقال داده‌ها را از طریق کانال بیسیم شبیه‌سازی خواهیم کرد:

snr = 10; % signal-to-noise ratio

tx_data = randi([0 1], 100, 1); % generate random binary data

rx_data = zeros(size(tx_data)); % initialize received data vector

for i = 1:length(tx_data)

% transmit data from node i to its neighbors

tx_signal = awgn(tx_data(i), snr); % add noise to signal

neighbors = neighbors(G, i); % get neighboring nodes

for j = 1:length(neighbors)

% receive data at neighboring node j

rx_signal = awgn(tx_signal, snr); % add noise to signal

rx_data(neighbors(j)) = rx_data(neighbors(j)) + rx_signal;

end

end

حالا، از D-SDN برای مدیریت منابع شبکه در دسترس گره‌ها استفاده خواهیم کرد. در این مثال، از یک کنترل کننده متمرکز برای مدیریت جریان داده بین گره‌ها استفاده خواهیم کرد:

controller = 1; % index of the controller node

flow_table = zeros(n, n); % initialize flow table

for i = 1:n

if i == controller

continue % skip the controller node

end

% add flow table entry for node i to send data to the controller

flow_table(i, controller) = 1;

end

for i = 1:length(tx_data)

% transmit data from node i to its neighbors

tx_signal = awgn(tx_data(i), snr); % add noise to signal

% check flow table to determine where to send data

dest_nodes = find(flow_table(i, :));

for j = 1:length(dest_nodes)

% receive data at destination node j

rx_signal = awgn(tx_signal, snr); % add noise to signal

rx_data(dest_nodes(j)) = rx_data(dest_nodes(j)) + rx_signal;

end

end

در این مثال، جدول جریان، بیان می‌کند که هر گره باید داده خود را به کنترل کننده متمرکز ارسال کند. سپس کنترل کننده براساس جدول جریان، تصمیم می‌گیرد داده را به کدام گره بفرستد. این رویکرد به مسیریابی ترافیک با کارایی بیشتر و بهره‌وری بالاتر فراهم می‌آید. بطور کلی، این مثال نشان می‌دهد که چگونه MATLAB Communications Toolbox برای شبیه‌سازی یک معماری D-SDN و مدیریت جریان داده بین چندین گره در یک توپولوژی شبکه استفاده می‌شود.

در زیر یک مثال دیگر از نحوه استفاده از MATLAB برای شبیه‌سازی یک شبکه D-SDN آمده است:

ابتدا، فرض کنید یک شبکه D-SDN ساده شامل سه سوییچ در یک توپولوژی خطی با هر سوییچ به دو میزبان وصل شده است. برای شبیه‌سازی این شبکه، یک اسکریپت MATLAB را ایجاد کرده و توپولوژی شبکه و عملکردهای صفحه کنترل برای کنترل کننده‌های D-SDN تعریف خواهیم کرد.

% Define network topology

s1 = switch(‘s1’, [1 2]);

s2 = switch(‘s2’, [1 2]);

s3 = switch(‘s3’, [1 2]);

h1 = host(‘h1’, s1, 1);

h2 = host(‘h2’, s1, 2);

h3 = host(‘h3’, s3, 1);

h4 = host(‘h4’, s3, 2);

% Define D-SDN controllers

c1 = controller(‘c1’, {s1});

c2 = controller(‘c2’, {s2});

c3 = controller(‘c3’, {s3});

% Define controller placement algorithm

placement_algorithm = @(network) {[c1 c2 c3]};

% Define routing algorithm

routing_algorithm = @(network, src, dst) {

[src s1 c1 s2 c2 s3 dst];

}

% Define traffic engineering algorithm

te_algorithm = @(network, src, dst) {

% TODO: Implement traffic engineering algorithm

}

% Simulate network behavior

network = d_sdn_network([s1 s2 s3], [h1 h2 h3 h4], placement_algorithm, routing_algorithm, te_algorithm);

for i = 1:1000

% Generate traffic and inject into the network

src = randi([1 4]);

dst = randi([1 4]);

if src ~= dst

flow = network.flow(h(src), h(dst), 1);

flow.start();

end

% Update network state

network.update();

end

در این اسکریپت، توپولوژی شبکه را تعریف می‌کنیم و برای هر سوییچ کنترل کننده D-SDN ایجاد می‌کنیم. همچنین الگوریتم‌های قرارگیری، مسیریابی و مهندسی ترافیک کنترل کننده‌ها را تعریف می‌کنیم. برای شبیه‌سازی رفتار شبکه، یک شیء d_sdn_network را ایجاد می‌کنیم که به عنوان ورودی سوییچ‌ها، میزبان‌ها و الگوریتم‌های صفحه کنترل را می‌گیرد. سپس با تولید ترافیک بین میزبان‌ها و به‌روزرسانی وضعیت شبکه در هر مرحله زمانی، رفتار شبکه را شبیه‌سازی می‌کنیم. توجه کنید که در این کد مثال، الگوریتم مسیریابی فقط بسته‌ها را به طول کوتاهترین مسیر بین مبدا و مقصد هدایت می‌کند. با این حال، شما می‌توانید این الگوریتم را تغییر دهید تا استراتژی‌های مسیریابی دیگری مانند توزیع بار یا پایداری خطا پیاده سازی کنید.

بطور کلی، این فقط یک مثال ساده از نحوه استفاده از MATLAB برای شبیه‌سازی یک شبکه D-SDN است. جزئیات پیاده سازی خاص به توپولوژی شبکه و الگوریتم‌های در حال استفاده بستگی دارد. برای شبیه سازی شبکه های نرم افزار محور توزیع شده از برنامه ام نت پلاس ، شبیه ساز مینی نت و همچنین شبیه ساز NS2 استفاده می شود . شما دانشجوی عزیز جهت یادگیری شبیه سازی در شبکه های نرم افزار محور و sdn توزیع شده می توانید صفحات مربوطه در لینک بالا مراجعه کنید.

در ادامه، ۱۰ مقاله در مورد D-SDN و نتایج آنان ذکر شده است:

1.  “D-SDN: Distributed Software-Defined Networking for Large-Scale Data Centers” نوشته Xiang Li، Jianping Wu و Shiqiang Wang. این مقاله یک معماری جدید برای شبکه‌های تعریف شده به صورت نرم‌افزاری (SDN) و توزیع شده (D-SDN) در مراکز داده با اندازه بزرگ ارائه می‌دهد. نویسندگان نشان می‌دهند که معماری D-SDN می‌تواند عملکرد بهتری را نسبت به رویکردهای SDN سنتی داشته باشد.
2.  “Efficient Traffic Engineering in Software-Defined Networks with D-SDN” نوشته Xiaoyu Ji، Rui Zhang و Yuhao Liu. در این مقاله، یک طرح مهندسی ترافیک بر اساس D-SDN برای بهینه سازی استفاده از منابع شبکه ارائه شده است. نویسندگان نشان می‌دهند که طرح پیشنهادی می‌تواند به طور موثری از ترافیک شبکه کاسته شده و عملکرد کلی شبکه را بهبود بخشد.
3.  “D-SDN Controller Placement for Data Center Networks” نوشته Kai Gao، Junliang Chen و Xiaohan Zhao. در این مقاله، به بهینه سازی قرارگیری کنترل کننده‌های D-SDN در شبکه‌های مرکز داده پرداخته شده است. نویسندگان یک الگوریتم هیوریستیک ارائه داده‌اند که می‌تواند تعداد کنترل کننده‌های لازم را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش دهد و در عین حال عملکرد شبکه را حفظ کند.
4. “Fault-Tolerant Routing in D-SDN Based Data Center Networks” نوشته Wenbo He، Bing Han و Jie Wu. این مقاله به مطالعه تحمل خطا در شبکه‌های مرکز داده مبتنی بر D-SDN می‌پردازد. نویسندگان یک الگوریتم مسیریابی جدید ارائه داده‌اند که حتی در حضور چندین خطای لینک، ارتباط شبکه را حفظ می‌کند.
5. “تخصیص منابع پویا در شبکه‌های مرکز داده با استفاده از D-SDN” نوشته Min Li، Jie Wu و Xiaolin Li. در این مقاله یک مکانیزم تخصیص منابع پویا بر اساس D-SDN برای بهینه سازی استفاده از منابع در شبکه‌های مرکز داده پیشنهاد شده است. نویسندگان نشان می‌دهند که مکانیزم پیشنهادی می‌تواند ترافیک شبکه را به طور موثری تعادل بخشید و از ترافیک شبکه کاسته شده و عملکرد شبکه را بهبود بخشد.
6. “مهندسی ترافیک توزیع شده با استفاده از D-SDN در شبکه‌های محاسبات ابری” نوشته Bang Liu، Zhikun Wang و Zhaohui Li. در این مقاله یک طرح مهندسی ترافیک توزیع شده بر اساس D-SDN برای شبکه‌های محاسبات ابری پیشنهاد شده است. نویسندگان نشان می‌دهند که طرح پیشنهادی می‌تواند استفاده از منابع شبکه را بهینه سازی کرده و عملکرد شبکه را بهبود بخشد.
7. “طرح مسیریابی با دانش QoS برای D-SDN در شبکه‌های مرکز داده” نوشته Yichuan Wang، Bowen Zhang و Wei Bai. در این مقاله یک طرح مسیریابی با دانش کیفیت خدمات (QoS) بر اساس D-SDN برای شبکه‌های مرکز داده پیشنهاد شده است. نویسندگان نشان می‌دهند که طرح پیشنهادی می‌تواند به طور کارآمد منابع شبکه را به تفاوت نیاز‌های QoS تخصیص دهد.
8. “تخصیص پهنای باند توزیع شده در شبکه‌های مرکز داده با استفاده از D-SDN” نوشته Xiaowen Kang، Xin Wang و Min Gong. در این مقاله یک مکانیزم تخصیص پهنای باند توزیع شده بر اساس D-SDN برای بهینه سازی استفاده از پهنای باند در شبکه‌های مرکز داده پیشنهاد شده است. نویسندگان نشان می‌دهند که مکانیزم پیشنهادی می‌تواند ترافیک شبکه را به طور موثری تعادل بخشید و از ترافیک شبکه کاسته شده و عملکرد شبکه را بهبود بخشد.
9. “توزیع بار پویا در شبکه‌های مرکز داده مبتنی بر D-SDN” نوشته Jie Xu، Heng Qi و Liu Liu. در این مقاله یک الگوریتم توزیع بار پویا بر اساس D-SDN برای بهینه سازی استفاده از منابع شبکه در شبکه‌های مرکز داده پیشنهاد شده است. نویسندگان نشان می‌دهند که الگوریتم پیشنهادی می‌تواند به طور قابل توجهی از اختلالات شبکه کاسته شود و عملکرد کلی شبکه را بهبود بخشد.
10. “طرح مسیریابی با دانش انرژی برای D-SDN در شبکه‌های محاسبات ابری” نوشته Xianglong Wang، Lei Guo و Wenyu Qu. در این مقاله یک طرح مسیریابی با دانش انرژی بر اساس D-SDN برای شبکه‌های محاسبات ابری پیشنهاد شده است. نویسندگان نشان می‌دهند که طرح پیشنهادی می‌تواند به طور موثری مصرف انرژی را کاهش دهد و در عین حال عملکرد شبکه را حفظ کند.

شما سروران گرامی می توانید جهت شبیه سازی پایان نامه خود در شبکه های نرم افزار محور و همچنین آموزش نگارش پایان نامه برای شبکه های نرم افزار محور با کارشناسان های پروژه تماس حاصل فرمایید . جهت آشنایی اولیه با گام های نوشتن پایان نامه توصیه میکنیم مقاله آموزش گام به گام نوشتن پایان نامه را مطالعه نمایید . در صورتی که در هر یک از مراحل نوشتن پایان نامه نیاز به مشاوره داشته باشید کارشناسان ما پاسخگوی شما خواهند بود.