【摘要】：近年來(lái),網(wǎng)絡(luò)規(guī)模迅速擴(kuò)大,互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的飛速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流對(duì)鏈路帶寬提出了越來(lái)越大的需求。作為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能的重要手段,網(wǎng)絡(luò)鏈路的負(fù)載均衡技術(shù)正受到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商越來(lái)越多的重視。當(dāng)前使用OSPF協(xié)議的IP網(wǎng)絡(luò),一般都是利用優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)鏈路權(quán)重來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流的均衡分布。鏈路權(quán)重優(yōu)化屬于局部?jī)?yōu)化,在網(wǎng)絡(luò)的瓶頸鏈路容易形成擁塞,造成很大的延遲,從而無(wú)法滿(mǎn)足不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求。SDN是一個(gè)最新出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),把傳統(tǒng)網(wǎng)路的控制層和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層進(jìn)行了解耦。SDN控制器可以整合全網(wǎng)的鏈路狀態(tài)信息,從全局優(yōu)化的角度為網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流計(jì)算最優(yōu)的路由路徑,滿(mǎn)足各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的QoS需求,實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)的集中控制,提高網(wǎng)絡(luò)的鏈路帶寬利用率,從而更加充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源。將傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)全部替換成SDN設(shè)備成本太高,而且SDN技術(shù)還不成熟,還需要長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展。在未來(lái)的發(fā)展進(jìn)程中,SDN設(shè)備逐漸替換傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)路由器,在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)SDN設(shè)備和傳統(tǒng)路由器共存的場(chǎng)景,也就是混合SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。針對(duì)當(dāng)前SDN研究中,SDN控制器在進(jìn)行流量?jī)?yōu)化時(shí),仍然使用單路徑路由的問(wèn)題,本文提出了一種新的不相交多路徑路由算法,并將其部署在SDN控制器上。結(jié)合SDN設(shè)備可以任意多路徑轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)點(diǎn),該路由算法可以使網(wǎng)絡(luò)流量在全網(wǎng)更均衡的分布。針對(duì)混合SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的負(fù)載均衡問(wèn)題,本文接下來(lái)進(jìn)行了深入的研究,提出了一種新的完全多項(xiàng)式時(shí)間近似算法(Fully Polynomial Time Approximation Scheme,FPTAS)。實(shí)際上,混合SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的負(fù)載均衡問(wèn)題,與傳統(tǒng)的多商品流問(wèn)題中的最大并行流問(wèn)題非常相似,通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)中流量分布的特點(diǎn),我們?yōu)樵搯?wèn)題建立了數(shù)學(xué)模型,然后根據(jù)最大并行流問(wèn)題的啟發(fā)式算法,并結(jié)合SDN設(shè)備的多路徑路由,我們提出了混合SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的SDN網(wǎng)絡(luò)流轉(zhuǎn)發(fā)的負(fù)載均衡算法。在對(duì)混合SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)鏈路負(fù)載均衡算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和分析后,發(fā)現(xiàn)該算法相對(duì)于傳統(tǒng)基于OSPF協(xié)議和現(xiàn)有SDN的負(fù)載均衡優(yōu)化效果更好,最大網(wǎng)絡(luò)鏈路利用率更小,網(wǎng)絡(luò)資源得到了更充分的利用。
[Abstract]:In recent years, with the rapid expansion of network scale and the rapid development of Internet applications, network traffic has put forward a growing demand for link bandwidth. As an important means to optimize network performance, network link load balancing technology is being paid more and more attention by network operators. At present, in IP networks using OSPF protocol, the optimal network link weights are generally used to realize the balanced distribution of network traffic. The link weight optimization belongs to the local optimization, and it is easy to form congestion in the bottleneck link of the network, resulting in great delay, which can not meet the needs of different network applications. SDN is a new network architecture. The traditional network control layer and data forwarding layer are decoupled. The SDN controller can integrate the link state information of the whole network and calculate the optimal routing path for the traffic flow of the network from the perspective of global optimization. To meet the QoS requirements of various Internet applications, the centralized control of the whole network is realized, and the utilization of link bandwidth is improved, so that the network resources can be utilized more fully. It is too expensive to replace the traditional IP network with SDN equipment, and the SDN technology is not mature and needs a long time development. In the process of future development, SDN devices gradually replace the traditional IP network routers. In the network, SDN devices and traditional routers coexist, that is, hybrid SDN network architecture. In view of the problem that SDN controller still uses single path routing in current SDN research, a new disjoint multipath routing algorithm is proposed and deployed on SDN controller. Combined with the advantage of arbitrary multipath forwarding in SDN devices, the routing algorithm can distribute network traffic more evenly across the network. To solve the load balancing problem in hybrid SDN networks, a new complete polynomial time approximation algorithm (Fully Polynomial Time Approximation Scheme,FPTAS) is proposed in this paper. In fact, the load balancing problem under the hybrid SDN network architecture is very similar to the maximum parallel flow problem in the traditional multi-commodity flow problem. By analyzing the characteristics of the traffic distribution in the network, we establish a mathematical model for the problem. Then, according to the heuristic algorithm of the maximum parallel flow problem and the multipath routing of SDN devices, we propose a load balancing algorithm for SDN network flows under the hybrid SDN network architecture. After the simulation and analysis of the network link load balancing algorithm under the hybrid SDN network architecture, it is found that the algorithm is better than the traditional load balancing algorithm based on OSPF protocol and existing SDN, and the maximum network link utilization ratio is smaller. Network resources have been more fully utilized.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP393.0

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本文編號(hào)：2334620