VLAN دینامیکی MAC با OpenFlow شبکه WLAN

VLAN دینامیکی MAC با OpenFlow شبکه WLAN – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

برچسب زنی VLAN دینامیکی مبتنی بر MAC با OpenFlow برای شبکه های دسترسی WLAN

 چکیده

بسیاری از فروشندگان ادوات و سیستم های شبکه اقدام به ارائه راه حل های دسترسی مبتنی بر – VLAN خاص برای کلاینت ها یا مشتریان WLAN نموده اند. این سیستم های کاربردی به اپراتورهای شبکه امکان می دهد تا قابلیت مشخص سازی ابزاره های WLAN را داشته باشند. این ویژگی سبب شده است تا به صورت اتوماتیک راه به سمت بهره گیری از شبکه های خاص مرتبط هموار شده و اجازه دسترسی آسان به منابع محلی همانند چاپگر فراهم می شود. پیکربندی این نگاشت های VLAN عمدتا به وسیله تولید کنندگان اعمال می گردد و به علاوه منوط به خط مشی های VLAN محلی نیز می باشد. با این حال، رویکرد اپن فلو (OpenFlow) ارائه شده نیز از طرف دیگر مشخص کننده راه حلی برای کپسوله سازی یا بهره گیری از این قابلیت به عنوان یک فرایند کاربردی شبکه می باشد. بر این مبنا، در این مبحث نوعی معماری خاص در ارتباط با کاربرد پذیری این مقوله ارائه می شود تا آن که قابلیت مشخص سازی این موضوع فراهم شود که آیا مشخصه و کاربرد پذیری خاص را می توان به صورت آسانی در سیستم های کاربردی شبکه اپن فلو محقق ساخت یا خیر.

کلمات کلیدی: شبکه بندی تعریف شده با نرم افزار/ نرم افزار محور، اپن فلو، برچسب زنی VLAN.

VLAN دینامیکی MAC با OpenFlow شبکه WLAN

۱- مقدمه

شبکه بندی تعریف شده با نرم افزار یا نرم افزار محور SDN به صورت پیوسته ای سیر تکاملی خود در شبکه ها و سیستم های کاربردی متعلق به شبکه را می پیماید. محققین و اپراتورهای شبکه بر روی یکپارچه سازی راه حل های متعارف شبکه با استفاده از این فناوری نوآورانه تمرکز یافته اند. یکی از چالش های اصلی برنامه های کاربردی برای محیط های مولد و خلاقانه می باشد، بر این مبنا فروشندگان به صورت فزاینده و بیشتری اقدام به ارتقای سیستم های کاربردی SDN و محصولات مرتبط برای شبکه های شرکتی نموده اند. SDN ارائه دهنده یک فرصت اصلی جهت ارتقای این شبکه ها به طور کلی می باشد، چرا که کلیه پاکت ها هم اکنون به وسیله یک هویت مدیریت متمرکز تحت پردازش قرار می گیرند. این مکانیزم سبب ارائه فرصتی برای سیستم های کاربردی متعدد جدید شبکه شده است تا از این طریق کلیه توابع مدیریتی شبکه را تحت پوشش قرار دهند، توابعی که مولفه هایی نظیر پیاده سازی مسیر بدون حلقه تا جداسازی شبکه محلی مجازی (VLAN) را در بر دارند.

…

ادامه این مقاله به شرح ذیل سازماندهی شده است. بخش ۲ تشریح کننده سابقه این تحقیق می باشد. در بخش ۳ به صورت مختصر این موضوع تشریح می شود که چگونه مفهوم نگاشت MAC به VLAN پیشنهادی می تواند مفید باشد و چگونگی کارکرد آن نیز تشریح خواهد شد. در مقابل، در بخش ۵ یک ارزیابی تفصیلی بر مبنای مینی نت (Mininet) ارائه می شود. در نهایت بخش ۶ نتیجه گیری های مفهومی و ارزیابی های مرتبط ارائه خواهد شد.

VLAN دینامیکی MAC با OpenFlow شبکه WLAN

 ۳- سوابق

الگوی SDN به صورت پیش فرض ارائه دهنده جدایش کنترل – و صفحه داده برای المان های ارسال پاکت می باشد. این سیستم قابلیت ایجاد نوعی جدایش منطقی بین سخت افزار ارسال پاکت و لاجیک کنترلی را خواهد داشت. این مفهوم متعاقبا از طریق ارائه یک هویت کنترل متمرکز تحت عنوان کنترل کننده یا سیستم عامل شبکه (NOS) سبب تعمیم چنین رویکرد کنترلی شده است. چنین موردی دنبال کننده یک رویکرد مشابه همانند سیستم های عامل میزبان مبنا می باشد، که در آن لاجیک تجاری بر روی بخش فوقانی اجرا می شود. چنین مولفه ای را می توان به عنوان یک فرصت ممتاز جهت کپسوله سازی کلیه توابع و عملکردهای شبکه در توابع شبکه مجازی (NFV) در نظر گرفت.

برچسب زنی VLAN دینامیکی مبتنی بر – MAC به عنوان راهکاری به شمار می آید که در آن سوئیچ مربوطه به صورت معمول قابلیت تشخیص وابستگی VLAN یک میزبان، که به یکی از پورت های آن متصل می باشد، را خواهد داشت. این وابستگی VLAN بر مبنای آدرس MAC میزبان ها تشخیص داده می شود. فرایندهای پیاده سازی سیسکو از یک مکانیزمی تحت عنوان سرور خط مشی عضویت VLAN (VMPS) استفاده می نمایند. چنین موردی به صورت اصلی به عنوان یک بانک اطلاعاتی به شمار می آید که قابلیت ذخیره سازی اطلاعات نگاشت MAC / VLAN وارد شده به وسیله اپراتور NOC را خواهد داشت. در صورتی که یک ابزاره جدید به یک پورت سوئیچ وابسته به سوئیچ های دسترسی متصل شود، سوئیچ مربوطه اقدام به انجام پرس و جوی VMPS برای آدرس MAC میزبان جدید می نماید. بر این مبنا، VMPS اقدام به مرور نمودن بانک اطلاعاتی خود با استفاده از آدرس MAC حاصله برای یافتن شناسه VLAN متناظر می نماید. متعاقبا این سوئیچ پیکربندی پورت داخلی خود را بر مبنای ویژگی تخصیص یافته VLAN جدید اعمال می دارد. این انعطاف پذیری سبب می شود تا ‌VLAN دینامیکی به عنوان یک راه حل ایده آل برای شبکه هایی به شمار آید که ترکیب آن ها غالباً در حال تغییر می باشد.

VLAN دینامیکی MAC با OpenFlow شبکه WLAN

۳- معماری

همانگونه که در بخش قبلی ذکر شد، یک راه حل سخت افزاری اختصاصی وجود دارد که قابلیت ارائه برچسب زنی ‌VLAN دینامیکی را خواهد داشت. با این حال، در ادامه این مبحث یک راه حل متن باز ارائه می شود که فراهم آوردنده ویژگی های یکسان بر روی سخت افزار اپن فلوی اجتماعی است.

شکل ۱ نشان دهنده راه حل مبتنی بر اپن فلوی پیشنهادی برای یک شبکه نوعی دانشگاهی می باشد. این مورد معرف شبکه ای است که به صورت اساسی متشکل از دو سوئیچ توارثی و سوئیچ اپن فلو با بهره گیری از یک نقطه دسترسی به سیم (VAP) می باشد. این مشخصه در حقیقت به عنوان شبکه ترکیبی میراثی –SDN نوعی محسوب می شود. سوئیچ های میراثی از VLAN های مبتنی بر پورت جهت جداسازی ایستگاه های کاری، پرینتر ها و سرورهای فایل در یک سطح دپارتمانی دانشگاهی استفاده می نمایند. این ابزاره ها به صورت مکرر تغییر ننموده و دارای یک نگاشت VLAN ثابت می باشند. در تعارض با سیستم های سیار، نظیر لپ تاپ ها، چنین مشخصه ای قابل توجه است. این سیستم ها عمدتا موقعیت های خود را در داخل ناحیه دانشگاهی تغییر می دهند. با این حال، ایستگاه های کاری مبتنی بر لپ تاپ های سیار می بایست به VLAN دپارتمان خود متصل شوند تا قابلیت دسترسی به خدمات و سخت افزار عادی خود را داشته باشند. بنابراین، نمونه پیشنهادی از سوئیچ های اپن فلو در VAP استفاده نموده تا قابلیت مدیریت برچسب زنی دینامیکی VLAN به منظور تغییر مسیر ترافیک شبکه ایستگاه کاری سیار به سمت VLAN مورد نظر بوجود آید. بنابراین، تابع شبکه برچسب زنی VLAN مبتنی بر –MAC (NF) قابلیت انجام این نوع از فرایند مرتبط را داشته و بر این مبنا می تواند نسبت به اضافه سازی یا حذف تگ ها یا برچسب های VLAN اقدام نماید. این NF به عنوان یک سیستم کاربردی شبکه ای بر مبنای API جاوای داخلی فودلایت عمل می نماید. تنها ضروریت مرتبط داشتن یک سوئیچ تجمیع WAP با قابلیت فعال شدگی اپن فلو می باشد.

VLAN دینامیکی MAC با OpenFlow شبکه WLAN

۴- پیاده سازی

پیاده سازی متشکل از دو ویژگی کاربردی می باشد، یک ابزار کمک کننده و یک سوئیچ NF در ارتباط با لاجیک تجاری. ابزار کمک کننده یک برنامه کاربردی کوچک جاوا می باشد که به منظور ذخیره نمودن اطلاعات نگاشت MAC / VLAN کلاینت در داخل یک فایل XML توسعه یافته است. به علاوه، به منظور محقق سازی برچسب گذاری VLAN دینامیکی مبتنی بر – MAC، یک NF جاوا مبنا با استفاده API جاوای داخلی فودلایت به کار گرفته شده است. این NF قابلیت بهره گیری از پروتکل اپن فلو و استفاده از فلولایت جهت پوشش دهی فرایند برچسب زنی VLAN و برچسب برداری آن به طور مستقیم در پس WAP را خواهد داشت.

VLAN دینامیکی MAC با OpenFlow شبکه WLAN

۵- ارزیابی

این بخش در ارتباط با ارزیابی NF پیاده سازی شده و محیط به کار گرفته شده جهت این ارزیابی
می باشد. شکل ۲ نشان دهنده شبکه ارزیابی است که به وسیله پیاده سازی دو نمونه مینی نت ایجاد شده است. هر نمونه مینی نت در ماشین مجازی خاص خود اجرا می شود. اولین نمونه از یک Open Switch در مد اپن فلو با یک کنترل کننده خارجی استفاده می نماید که در میزبان فیزیکی قرار دارد. سوئیچ فعال کننده اپن فلو به سه میزبان مجازی متصل می باشد. برچسب زنی VLAN دینامیکی متعاقبا با استفاده از این سوئیچ و با بهره گیری از دستورالعمل های حاصله از NF اعمال شده در حال اجرا بر روی کنترل کننده فودلایت حاصل می شود. در نمونه دوم مینی نت، یک شبکه میراثی ایجاد گردیده که متشکل از یک سوئیچ Open vSwitch که در یک MAC عادی است و در یک مد سوئیچ فراگیری با پورت های برچسب زده شده VLAN، همانگونه که در شکل ۲ نشان داده شده است، کار می کند. این سوئیچ همچنین متصل به سه میزبان مجازی می باشد. به علاوه، هر دو نمونه مینی نت متصل به یکدیگر با استفاده از تابع گیت وی و یک تونل GRE می باشند. این اتصال برای ترافیک برچسب VLAN به کار گرفته می شود.

۵-۱٫ ارتباطات شبکه WLAN بدون برچسب

در این سناریوی ارزیابی اولیه یک درخواست ICMP از میزبان ۱ (۱۰٫۰٫۰٫۱) به میزبان ۲ (۱۰٫۰٫۰٫۲) جهت نشان دادن ارتباطات بدون برچسب داخلی “بی سیم” مورد استفاده قرار گرفته است.

۵-۲٫ WLAN بدون برچسب و ارتباطات VLAN

به منظور ارزیابی MAC جهت نگاشت به VLAN، یک درخواست ICMP از میزبان ۱ (۱۰٫۰٫۰٫۱) به میزبان ۴ (۱۰٫۰٫۰٫۴) ارسال می شود. شکل ۴ نشان دهنده ورودی های جریانی ایجادی می باشد. به هنگامی که چنین درخواستی حاصل شد، در ابتدا سوئیچ NF در تعامل با ویژگی های نگاشت VLAN می باشد و قابلیت مشاوره مشخصه های مرتبط با سوئیچ اپن فلو جهت ارسال بدون تغییر درخواست ARP به کلیه پورت های سوئیچ (پورت ۲) را خواهد داشت که البته به عنوان بخشی از لینک اصلی به حساب نمی آید. متعاقبا، این مورد قابلیت ایجاد یک ورودی جریان (مرز قرمز) برای نگاشت VLAN به منظور مشخص سازی لایه سوم آدرس شبکه یک میزبان با یک اتصال VLAN می نماید. چنین موردی از طریق ارسال درخواست های ARP از میزبان ۱ حاصل می شود. بنابراین این فرایند اقدام به حاصل آوردن آدرس MAC و آدرس انتشار L2 (ff: ff: ff: ff: ff: ff) با مبدا لایه لینک داده و آدرس مقصد به عنوان فیلدهای تطبیقی می نماید. متعاقباً، این سیستم اقدام به اضافه نمودن MAC متناظر به برچسب VLAN نموده و آن را مجددا به VLAN ID متناسب بر روی پورت با توجه به لینک اصلی ارسال می نماید.

به هنگامی که کنترل کننده و NF پیاده سازی شده پاسخ را دریافت داشتند، کلیه اطلاعات ضروری جهت اعمال دو هویت دیگر برای تبادل داده به وجود خواهد آمد. بنابراین، جعبه های با رنگ خاکستری و زرد در کناره ها به عنوان ورودی های جریان مسئول برای عبور دهی پاسخ ARP و پاکت های ICMP به حساب می آیند.

مجدداً، اولین جریان (کرانه قرمز) برای ارسال درخواست های ARP می باشد. جریان دوم (کرانه خاکستری) مسئول ارسال پاکت های ICMP از میزبان ۱ به میزبان ۴ می باشد. این جریان نه تنها قابلیت ارسال پاکت ها را خواهد داشت، بلکه اقدام به برچسب زنی آن ها با توجه به برچسب VLAN نیز خواهد نمود. متعاقباً، پاکت برچسب خورده از طریق پورت اصلی (خروجی شماره ۴) ارسال می شود. جریان سوم (کرانه پورتقالی رنگ) مسئول ارسال پاکت های پاسخ ARP و ICMP می باشد. از آن جایی که آن ها دارای یک آدرس مقصد بدون برچسب هستند، ورودی جریان دارای یک رویه (Pop vlan) VLAN می باشد. در نتیجه، این پاکت به پورت سوئیچ ۱ (خروجی ۱) ارسال می شود.

در این پاراگراف برخی از دستورالعمل های اپن فلوی به کار گرفته شده به صورت مثال و خلاصه تشریح شده اند. بنابراین، دستورالعمل های مختلفی را می توان در این زمینه در نظر گرفت. با توجه به این موضوع دستورالعمل مترادف با برچسب Ethernet جهت اصلاح هدر اترنت (۰x8100) می باشد و نهایتا اقدام به اضافه نمودن برچسب VLAN به فریم اترنت خواهد نمود. مقدار هگزادسیمال ۰x8100 خود معرف یک نوع اترنت برچسب زده شده VLAN می باشد. دستورالعمل خروجی نیز متعاقبا قابلیت ارسال مشخصه ها به سمت خروجی با استفاده از سوئیچ مرتبط را داشته و با توجه به این مورد پاکت ها را به پورت فیزیکی متناظر با آن ها (خروجی ۱) ارسال می نماید. دستورالعمل pop vlan متناظر با حذف برچسب های VLAN می باشد. بنابراین، فیلد تطبیقی dl vlan را می بایست به منظور اطمینان از این موضوع که پاکت دارای یک برچسب VLAN حقیقی می باشد کنترل نمود.

۵-۳٫ چکیده ارزیابی

رویکرد ارائه شده در تعامل با سناریو های ارزیابی شده و عملکرد برچسب زنی VLAN دینامیکی بر مبنای – MAC می باشد. مینی نت به عنوان یک شبیه ساز منطقی جهت ارزیابی زیرساختار پیشنهادی در نظر گرفته شده است. بر این مبنا این مشخصه ارزیابی شد که فلوها یا جریان های ایجادی بر مبنای انتظار مورد پردازش قرار گرفته است. به علاوه، وایرشارک و مشخصه های حاصله از آن نیز موکد جداول جریان و فرضیه های منتج شده می باشد. بر این مبنا مشخصه های قبلی و بعدی مربوط به ساختار پاکت ها اثبات شدند. این بدان معنا می باشد که برچسب زنی دینامیکی VLAN به صورت موفقی مورد ارزیابی و تصدیق قرار گرفته است.

VLAN دینامیکی MAC با OpenFlow شبکه WLAN

۶- نتیجه گیری

نمونه ارائه شده به عنوان یک ویژگی اثباتی و مفهومی کامل مد نظر است که نشان دهنده رویه های کاربردی مختلف SDN می باشد. این فرایند در حوزه کاربرد SDN و در ارتباط با شبکه های دانشگاهی و شرکتی توسعه یافته و مورد ارزیابی قرار گرفته است. این سیستم کاربردی ارائه شده معرف ویژگی های مختلف و مشترک SDN می باشد و بر این مبنا می توان آن را به صورت آسان بر روی تقریبا هر نوع پلت فرم کنترل کننده موجود اعمال داشت، چرا که این سیستم قابلیت بهره گیری از مکانیزم ساده اپن فلو را دارد.