【摘要】：基于OpenFlow的軟件定義網(wǎng)絡(Software-Defined Networking,SDN)是一種新型的網(wǎng)絡架構(gòu),可有效解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡中設備管理困難、網(wǎng)絡配置復雜和業(yè)務更新部署緩慢等問題。它通過控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、集中式管理與控制和開放可編程的網(wǎng)絡接口等特點大大提高了網(wǎng)絡的開放性和設備流量管控的靈活性。典型的單一控制器的SDN控制平面存在一些固有問題和挑戰(zhàn):一是控制平面性能瓶頸的可靠性及可擴展性問題;二是單一控制器單點失效的安全問題。SDN多控制器的分布式控制平面通過對網(wǎng)絡設備和流量的分域獨立管控,提高了控制平面的可靠性、可擴展性和安全性。然而,控制器和交換機之間的靜態(tài)匹配和不同網(wǎng)絡域流量模式的差異導致了多控制器之間的負載均衡無法實現(xiàn)。以交換機遷移方式來進行多控制器負載均衡成為了一個重要研究課題。本文主要針對SDN多控制器的負載均衡中控制器過載判斷較為粗放和負載均衡效率低、代價大等問題進行著重研究,并從不同方面提出了兩種SDN多控制器負載均衡方案:1)基于響應時間的多控制器負載均衡方案SMCLBRT(SDN Multi-Controller Load-Balancing based on Response Time)。該方案實時監(jiān)聽并統(tǒng)計控制器對Packet-in消息請求的平均響應時間,并通過多次測試平均響應時間隨控制器處理負載的變化特征來選擇出合適的響應時間閾值,從而更加準確和細粒度地實現(xiàn)了對控制器過載的判斷和處理。對于存在多個控制器同時過載的問題,該方案在一次負載不均衡判斷中實現(xiàn)多個過載控制器的同時處理,提高了多控制器過載的負載均衡處理效率。仿真結(jié)果表明,該方案可以有效均衡SDN控制平面負載,降低網(wǎng)絡延遲,且保證較低的均衡代價,實現(xiàn)了較高的整體負載均衡度。2)基于流量預測的多控制器負載均衡方案SMCLBFP(SDN Multi-Controller Load-Balancing based on Flow Prediction)。該方案結(jié)合Taylor展開公式和歷史負載值由預測算法來判斷出可能將要過載的控制器,并對它們進行交換機遷移的負載均衡預處理,以盡量避免過載控制器的產(chǎn)生和它們對網(wǎng)絡服務的影響。同時,該方案以“過載預處理”代替“過載后處理”的方式可以有效降低多控制器負載均衡的遷移代價。仿真結(jié)果表明,該方案可以有效均衡SDN控制平面負載,且降低了SDN控制平面的控制器過載率,可以實現(xiàn)對過載控制器的預處理,同時也降低了控制平面不均衡后的處理代價。
【圖文】：

據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，整合分布式的路由控制功能到集中的控制器中來實現(xiàn)對網(wǎng)絡資源的逡逑統(tǒng)一管和調(diào)配。同時，ＳＤＮ將分離后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能完全由二層ＯｐｅｎＦｌｏｗ交換逡逑機完成。ＳＤＮ的架構(gòu)如圖２．１所示，主要包括３個平面：應用平面、控制平面和逡逑數(shù)據(jù)平面，應用平面中包括ＳＤＮ應用編排及資源管理，應用平面與控制平面之逡逑９逡逑

２．２邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋協(xié)議逡逑在ＯｐｅｎＦｌｏｗ在２００８年提出后，ＯＮＦ邋—直致力于南向接口協(xié)議標準化的工逡逑作。ＯｐｅｎＦｌｏｗ也由最早的ｖｌ．Ｏ版本、支持多級流表和組表的ｖｌ．ｌ版本、支持多逡逑控制器的ｖｌ．２版本、長期穩(wěn)定維護的ｖｌ．３版本、支持流表同步機制的ｖｌ．４版本逡逑發(fā)展到最新的ｖｌ．５版本。本節(jié)將以長期穩(wěn)定的ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋ｖｌ．３版本為基準，對逡逑ＯｐｅｎＦｌｏｗ協(xié)議進行相關(guān)講解。逡逑ＯｐｅｎＦｌｏｗ的設計思想就是讓分離開的數(shù)據(jù)平面的轉(zhuǎn)發(fā)設備各自維護一個或逡逑者多個流表，所有接收到的數(shù)據(jù)分組均以數(shù)據(jù)流的形式根據(jù)流表進行轉(zhuǎn)發(fā)，沒有逡逑相應流表，就請求控制平面為該數(shù)據(jù)流路由并下發(fā)流表再進行處理。接下來，，本逡逑節(jié)將詳細講解此過程中涉及到的中間環(huán)節(jié)，包括協(xié)議消息類型、流表結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)逡逑分組具體處理流程。逡逑ＯｐｅｎＦｌｏｗ協(xié)議是通過對不同類型的數(shù)據(jù)流分別處理來實現(xiàn)控制平面對底層逡逑
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP393.02

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本文編號：2623289