本文是一篇计算机论文范文，本文基于现有的 SD-WAN 架构提出了一种融合 SD-WAN 架构作为研究对象，分析研究了该架构的各部分组成特点以及适用场景，并设计了一种面向融合 SD-WAN 的系统软件结构。文章从 SD-WAN 控制层和转发层两个层面阐述该设计所实现的功能以及交互过程，接着详细地从控制器的选择、南向接口协议、OVS 这三个方面交代了控制层与数据转发层的互联设计，体现了控制转发分离的思想。CPE 是任何 SD-WAN 架构中必不可少的设备，同 SD-WAN 控制器一样，是整个软件定义广域网的核心。本文的第三章以及第四章分别介绍了 CPE 的部署、详细的内置功能模块。在第三章的最后，介绍了 SD-WAN 中的逻辑网以及基于分段路由的流量转发。
1 绪论
1.1 研究背景及意义
随着现代互联网的大范围普及和公司的发展，其结构也是日渐复杂，从局部地区发展到跨区域甚至更大的规模。据统计信息显示，不仅仅是大型企业，很多中小型企业在业务需求的情况下，都会在不同的地区设置自己的分支机构。这些分支机构和总部需要保持信息的共享和实时的通信，就需要依赖广域网。广域网中数据传输的效率关系着企业工作能否保持高效性。近些年来，光纤技术[1]的发展使得广域网的带宽得到了很大的提高，但是这并未从根本上改善广域网传输效率低的问题。究其原因是复杂的广域网环境造成的，而环境的影响因素是多样的，因此优化广域网的传输显得尤为重要。
广域网是因特网的核心部分，它的作用范围通常为几十甚至几千公里，其任务是长距离运送数据。对于许多存在分支的企业，存在着异地总部与分支互联的需求，综合时延、安全等方面考虑，企业通常会采用运营商 MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换）[2]专线的方式进行通信。专线通常采用虚拟化技术以保证网络层面的安全性，QoS（Quality of Service，服务质量）[3]机制保障了广域网预设的 SLA（ServiceLevel Agreement，服务等级协议）[4]，但是专线不可避免地存在着成本代价高，业务开通缓慢的缺陷。传统专线网络模型如图 1.1 所示。
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1.2 国内外研究现状
所谓时势造英雄，互联网行业也是如此。据统计大约每十年互联网行业就会迎来一场巨大的变革，其中 SDN[8]（Software Defined Network，软件定义网络）就是这样产生的。
SDN 是一种新型的网络架构，是网络虚拟化的一种体现。SDN 的目的是改变现有僵化的网络架构，利用其核心技术将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而达到灵活控制网络流量的目的，这样不仅为网络应用提供了良好的平台，也为新型网络的发展指明了方向。
在 SDN 网络中，可以通过业务层对控制层进行可视化操作。SDN 的可编程性使得用户可以根据需求自定义网络路由和传输策略，所以 SDN 网络更加灵活和智能。在对网络进行 SDN 改造后，无需对网络中每个节点的路由器进行反复配置。网络中的设备本身就是自动化连通的，仅需要在使用时定义好简单的网络规则即可。我们也可以通过编程的方式对路由器内置协议进行修改，以实现更好的数据交换性能[9]。在传统的广域网中，网络设备根据业务的需求完成上线后，当有客户提出新的需求，就需要对相应的网络设备进行重新配置，耗费巨大的工作量。在动态的互联网业务环境下，灵活性和敏捷性反而比高性能显得更为关键。SDN 所做的事是将网络设备上的控制权分离出来，由集中的控制器管理，与底层的设备没有任何的依赖关系，相互独立[10]。
后来随着云计算、大数据等业务的发展，NFV（Network Function Virtual，网络功能虚拟化）[11]技术的出现，广域网正面临着融合、开放、智能化等需求的挑战，更多的企业开始将业务转向云服务。在 SDN 处于发展平稳期的时候，运营商开始将 SDN 运用在广域网中，提高了业务的部署速度，降低了网络成本，SD-WAN 由此诞生了。所谓SD-WAN[12]，是一系列技术的集合，包括路由、安全、广域网加速等众多传统技术，主要概念是将 SDN 技术应用在管理广域网上，简化了企业级广域网的维护。类似于 SDN通过虚拟化技术，增强对于数据中心的管理与维护，简化资料中心的管理及运维工作，简化企业级用户对于广域网络的管控。SD-WAN 使网络设备的控制与转发功能相分离，并利用云计算等新技术对传统架构对进行改造。使其包含连接、安全以及其他增值服务，使企业可以利用低成本的网络组网方式建立高效能的网络。
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2 相关概念和技术
2.1 传统广域网
传统广域网有以下特点：
（1）接入节点的数量繁多，部署周期长：由于传统广域网网点分布广、数量大，现场缺乏有效的 Internet 支持能力，加上传统的路由器采用命令行的配置方式，因此会造成部署周期长，维护能力差，配置难度大、风险高等诸多问题。且随着业务向公有云、混合云的迁移，如何实现分支机构与云中虚拟数据中心的高效连接，将成为网络架构师面临的新难题。
（2）传统网络简单但僵化、难以满足业务敏捷性的要求：传统的路由方式如 OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先）[22]，只能僵化地基于目标 IP 地址（Internet Protocol Address，网际协议地址）[23]进行路径的选择，而不能根据业务内容进行路径选择。传统方式只选择所谓的最优路径，更无法根据 QoS 的需求信息对传输路径进行智能化的流量调度。企业都在为传统广域网的价格、性能和灵活性而苦苦挣扎，而公有云应用程序的激增更是加剧了这种情况的恶化。46%以上用户的网络架构仍旧遵循全网统一的互联网出口模式，这不仅占据了大量的专线带宽，另一方面也严重制约了对公有云应用的访问性能。
（3）用户的要求高，网络成本不断增加：不断增长的带宽需求是一把双刃剑。虽然需求的增加可以提升传输效率，但也会严重加剧 IT（Internet Technology，互联网技术）的运维成本，尤其是对于一些长途、甚至跨地域的广域网而言。所以拓展网络带宽，优化传输数据流或者传输机制已经成了公司必须关注的一个问题。
（4）不能够对网络进行实时的可视化监控：在传统的方式下，要实现对网络流量的实时监测与管理，需要部署大量的广域网探针或大范围地启用 Netflow[24]技术。这样一来部署的成本就会成倍的增加，并加重网络设备的工作负担，严重制约了广域网管理水平与效率。
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2.2 软件定义网络 SDN
SD-WAN，其实质上可以理解为软件定义网络技术与一系列广域网知识的融合。通俗来说，也可以理解为 SDN 在广域网中的应用。研究 SD-WAN 我们首先需要熟悉什么是 SDN。SDN 是近些年兴起的一种网络架构，它的核心理念是将网络的控制与转发能力相独立，通过控制器中的可编程能力去控制底层的交换机等硬件设备，从而实现网络资源的按需调度分配，解决了传统网络功能严重耦合的问题，为网络应用提供了平台保障。图 2.1 所示为 SDN 的分层架构图。
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3 一种融合 SD-WAN 的广域网接入设计与实现............................19
3.1 融合 SD-WAN 架构设计....................................19
3.2 基于融合 SD-WAN 的系统软件结构设计..............................20
4 基于融合 SD-WAN 的广域网加速技术研究与实现................................34
4.1 现有广域网加速策略分析对比........................................34
4.1.1 算术编码..........................................34
4.1.2 基于内容的变长分块算法...................................34
5 实验原型系统的搭建...............................46
5.1 实验平台的搭建...................................46
5.1.1 测试环境.....................................46
5.1.2 实验目的及平台的搭建................................46
5 实验原型系统的搭建
5.1 实验平台的搭建
5.1.1 测试环境
硬件环境：宿主机硬件：处理器 Intel Xeon(R) CPU E5-2650 0 @ 2.00GHz × 32、内存 94.4GB、图形 llvmpipe (LLVM 6.0, 256 bits)、硬盘 692GB。
软件环境：Open vSwitch 2.5.5 版本、一个宿主机系统 Ubuntu 16.04 LTS 64 位、2个虚拟机系统 Ubuntu 16.04 LTS 64 位（模拟客户主机、服务端主机）。
5.1.2 实验目的及平台的搭建
本章的测试目的主要有两个，一是对第四章所提出的面向融合 SD-WAN 架构的广域网加速机制做一个综合的测评；二是对第三章所提出的基于 SR 的流量工程对于数据流转发的效果验证。
本文的研究内容是一种面向融合 SD-WAN 的广域网接入设计及其加速技术研究，所以本节搭建了
