【摘要】：隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的飛速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)流量急劇增長(zhǎng),為了避免網(wǎng)絡(luò)擁塞,提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的容錯(cuò)性以及魯棒性,對(duì)于負(fù)載均衡技術(shù)的研究變得至關(guān)重要。負(fù)載均衡技術(shù)可以在一定程度上改善網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)流最分配不均,部分節(jié)點(diǎn)過(guò)載,而其他節(jié)點(diǎn)處于空閑狀態(tài)的情況。由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)配置復(fù)雜,實(shí)施負(fù)載均衡靈活性差,而且無(wú)法充分利用全局網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行流量調(diào)度。因此,亟待提出一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行革新�；贠penFlow協(xié)議的軟件定義網(wǎng)絡(luò),其核心理念就是控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面的分離。SDN架構(gòu)打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的層次化概念,以扁平化的方式實(shí)現(xiàn)全局的網(wǎng)絡(luò)控制。OpenFlow控制器位于控制平面,主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中化管理,制定轉(zhuǎn)發(fā)策略。其向上提供API供應(yīng)用程序調(diào)用,向下通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的南向接口協(xié)議下發(fā)流表。OpenFlow交換機(jī)位于轉(zhuǎn)發(fā)平面,主要根據(jù)控制器下發(fā)的轉(zhuǎn)發(fā)決策機(jī)制進(jìn)行高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面的解耦,可以靈活把控全局網(wǎng)絡(luò),提升負(fù)載均衡的有效性。為此,本文提出了一種基于OpenFlow的負(fù)載均衡改進(jìn)方案。本文針對(duì)數(shù)據(jù)中心中典型的胖樹(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),首先確定影響負(fù)載均衡的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:業(yè)務(wù)請(qǐng)求分配和尋找最短路徑。然后針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,進(jìn)而提出新的負(fù)載均衡方案。首先根據(jù)全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒁约胺⻊?wù)器負(fù)載情況,設(shè)計(jì)出一種通配符規(guī)則AWR對(duì)業(yè)務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行分配,進(jìn)而獲取到請(qǐng)求主機(jī)和處理服務(wù)器之間的配對(duì)信息。該規(guī)則的核心思想即根據(jù)服務(wù)器權(quán)重優(yōu)先級(jí)進(jìn)行請(qǐng)求聚合,實(shí)現(xiàn)流規(guī)則最小化。然后,根據(jù)得到的配對(duì)信息,提出一種基于原始Dijkstra算法的改進(jìn)算法AD,對(duì)多條路徑進(jìn)行選路,找出最短路徑。該算法改進(jìn)的關(guān)鍵在于綜合考慮路徑瓶頸帶寬及權(quán)重等信息來(lái)作出選路策略,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)帶寬利用率和時(shí)延的優(yōu)化。本文最后采用在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Mininet上搭建Fat-Tree拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分別針對(duì)多種不同場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試,得出實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)。然后根據(jù)帶寬利用率和數(shù)據(jù)包往返時(shí)延兩項(xiàng)性能指標(biāo),驗(yàn)證本文提出的負(fù)載均衡方案的優(yōu)越性。
[Abstract]:With the rapid development of big data, cloud computing and network virtualization technology, traffic in the network has increased dramatically. In order to avoid network congestion and improve the fault tolerance and robustness of network system, It is very important for the research of load balancing technology. Load balancing technology can improve the situation that the network node flow is most unevenly distributed, some nodes are overloaded, and other nodes are idle. Because of the complexity of network configuration in traditional network architecture, the flexibility of load balancing is poor, and the global network resources can not be fully utilized for traffic scheduling. Therefore, it is urgent to propose a new network architecture for innovation. The core idea of the software definition network based on OpenFlow protocol is to separate the control plane from the forwarding plane. The SDN architecture breaks the hierarchical concept of traditional network. The OpenFlow controller is located in the control plane, which mainly realizes the centralized management of the network and formulates the forwarding strategy. The OpenFlow switch is located in the forwarding plane, which is mainly based on the forwarding decision mechanism of the controller to carry out high-speed data forwarding. The decoupling of control plane and forwarding plane can flexibly control the global network and enhance the effectiveness of load balancing. Therefore, an improved load balancing scheme based on OpenFlow is proposed in this paper. In this paper, two key problems affecting load balancing are first identified for the typical fat tree network topology in the data center: traffic request allocation and finding the shortest path. Then the two problems are improved and optimized, and a new load balancing scheme is proposed. Firstly, according to the global network topology information and server load, a wildcard rule AWR is designed to allocate business requests, and then the matching information between the request host and the processing server is obtained. The core idea of this rule is to aggregate requests according to the weight priority of the server to minimize the flow rules. Then, according to the pairing information, an improved algorithm based on the original Dijkstra algorithm, AD, is proposed to select paths and find the shortest path. The key to the improvement of the algorithm is to consider the path bottleneck bandwidth and weight information to make the routing strategy, and then to optimize the bandwidth utilization and delay. In the end, the Fat-Tree topology is built on the virtual experimental platform Mininet, and the experimental data are obtained by testing the different scenarios. Then according to the bandwidth utilization and packet round-trip delay, the superiority of the proposed load balancing scheme is verified.
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP393.0

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本文編號(hào)：2330652