【摘要】：軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)適應(yīng)能力差、靈活性低以及部署效率低下等難題。然而,受限于控制器的處理性能和單點(diǎn)失效問題,單一且集中式的控制器已成為整個SDN網(wǎng)絡(luò)的瓶頸,為此,研究者們提出了由多控制器協(xié)同構(gòu)成的分布式控制平面。但與此同時,由于網(wǎng)絡(luò)流量的時變性和突發(fā)性,分布式控制平面又引起了多控制器的負(fù)載不均衡問題,造成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能下降,且無法最大限度地發(fā)揮控制器的性能。基于上述背景,本文重點(diǎn)研究了多控制器在主從共存和對等共存模式下的負(fù)載均衡問題,主要工作如下:(1)提出一種基于交換機(jī)遷移效率感知的動態(tài)負(fù)載均衡算法(Dynamic Load Balancing Algorithm Based on Efficiency-Aware Switch Migration,DLB-EASM)。本文在控制器主從共存模式下,首先從交換機(jī)請求、網(wǎng)絡(luò)域管理、全局網(wǎng)絡(luò)視圖同步和流表下發(fā)四個方面對控制器負(fù)載進(jìn)行量化,同時引入負(fù)載通知抑制算法以降低系統(tǒng)的通信開銷;然后,針對傳統(tǒng)基于交換機(jī)遷移的負(fù)載均衡算法中,遷移對象選取僵化導(dǎo)致負(fù)載均衡效益低和多次遷移的問題,綜合交換機(jī)遷移產(chǎn)生的系統(tǒng)開銷和遷移后對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生的影響,建立交換機(jī)遷移的效率模型,并根據(jù)該效率模型設(shè)計交換機(jī)遷移對象的選取策略;最后,通過一種四階段遷移協(xié)議完成控制器與交換機(jī)之間的重映射過程。實(shí)驗結(jié)果表明,DLB-EASM能夠有效實(shí)現(xiàn)多控制器的負(fù)載均衡,降低控制器的響應(yīng)時延,同時提升系統(tǒng)的吞吐量。(2)提出一種基于非合作博弈的自適應(yīng)流量調(diào)度算法(Adaptive Traffic Scheduling Algorithm Based on Non-Cooperative Game Theory,ATS-NCGT)。在多控制器對等共存模式下,根據(jù)交換機(jī)與控制器間的交互特性,將多控制器的負(fù)載均衡問題轉(zhuǎn)化交換機(jī)的非合作博弈問題;然后,為提升博弈求解過程的尋優(yōu)精確度和收斂速度,提出一種基于模擬退火的混合遺傳優(yōu)化算法,并以交換機(jī)請求期望響應(yīng)時間作為收益函數(shù),尋求流量分配策略的最優(yōu)解,實(shí)現(xiàn)基于非合作博弈的流量調(diào)度過程,達(dá)到多控制器負(fù)載均衡的目的。實(shí)驗結(jié)果表明,ATS-NCGT能夠更均衡的對數(shù)據(jù)流量進(jìn)行分配,相比于其它同類算法,可以獲得更高的負(fù)載均衡度,而在控制器響應(yīng)時延和控制器資源利用率方面,也擁有更好的綜合性能。
【圖文】：

控制平面采用集中式的單一控制器來對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，，如圖1-1 所示。控制平面的控制器作為整個 SDN 網(wǎng)絡(luò)的核心，掌握全局網(wǎng)絡(luò)視圖并對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動態(tài)管理，處理來自交換機(jī)的請求。這種采用集中式方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制的架構(gòu)雖然能夠提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和管理效率，但隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，底層交換機(jī)數(shù)量的增長，流入控制平面的流量會顯著增多，引起 SDN 控制器負(fù)載的增加。由于單一控制器受到性能和容量的限制，使得整個網(wǎng)絡(luò)的性能和可靠性受到了極大的影響，具體表現(xiàn)為：一，單一控制器無法及時處理數(shù)據(jù)平面大量的數(shù)據(jù)并發(fā)請求，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)延時增大；二，控制器發(fā)生故障而宕機(jī)將會導(dǎo)致整個 SDN網(wǎng)絡(luò)的癱瘓；三，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漭^大時，控制器和遠(yuǎn)距交換機(jī)之間的雙向通訊無法得到有效的保障。因此，單一集中式的控制器難以滿足云數(shù)據(jù)中心等大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的性能需求，并在可拓展性及可靠性等方面存在固有的問題，成為 SDN 網(wǎng)絡(luò)中的低效節(jié)點(diǎn)[3,4]。

S1S3S4S5H1圖 2-3 數(shù)據(jù)包跨域轉(zhuǎn)發(fā)圖上圖中，若主機(jī)1H 需要將數(shù)據(jù)包 f 發(fā)送至主機(jī)2H ，數(shù)據(jù)包，1S 收到數(shù)據(jù)包 f 并發(fā)現(xiàn)沒有與之匹配的流表項，此時，1S 一個攜帶有數(shù)據(jù)包信息的 PACKET_IN 請求。1C 根據(jù) PACK
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP393.02

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本文編號：2654664