發(fā)布時(shí)間：2020-06-13 22:53

【摘要】：近年來,隨著各大網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)商相繼采用SDN架構(gòu),SDN逐漸成為網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不同,SDN將網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與轉(zhuǎn)發(fā)控制相分離,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的集中控制。由于控制器承擔(dān)著SDN網(wǎng)絡(luò)中大量的處理任務(wù),在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中,通常采用多控制器部署方式,以滿足處理請(qǐng)求,但多控制部署方式同時(shí)帶來了控制器負(fù)載不均衡的問題。本文針對(duì)SDN中控制器負(fù)載不均衡問題,進(jìn)行了如下工作:首先,提出了一種基于改進(jìn)模糊多目標(biāo)粒子群算法的交換機(jī)遷移策略(FMOPSO-DSMS)。通過對(duì)SDN控制器負(fù)載均衡問題建模,將其轉(zhuǎn)換成交換機(jī)遷移策略的選擇問題,并構(gòu)建了以控制器集群負(fù)載均衡度,平均傳輸時(shí)延和交換機(jī)遷移開銷作為優(yōu)化目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化模型。針對(duì)該多目標(biāo)優(yōu)化模型,采用改進(jìn)后的模糊多目標(biāo)粒子群算法進(jìn)行求解。在求解過程中,為了提高外部檔案中粒子種群的多樣性,對(duì)模糊多目標(biāo)粒子群算法進(jìn)行改進(jìn),引入了基于小生境數(shù)的外部檔案更新策略。然后,設(shè)計(jì)了一種基于交換機(jī)遷移的三層結(jié)構(gòu)的負(fù)載均衡框架MCD。通過在控制器集群之上添加一個(gè)控制器管理層,對(duì)整個(gè)控制器集群的負(fù)載均衡進(jìn)行管控。其中的負(fù)載監(jiān)測模塊主要負(fù)責(zé)收集控制器集群的負(fù)載信息,并決定是否執(zhí)行交換機(jī)遷移,決策模塊負(fù)責(zé)使用模糊多目標(biāo)粒子群算法計(jì)算出最優(yōu)的交換機(jī)遷移策略,動(dòng)作模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行具體的交換機(jī)遷移動(dòng)作。為了避免交換機(jī)遷移過程中,控制器之間因同步而產(chǎn)生大量通信開銷,同時(shí)設(shè)計(jì)了一種適合該負(fù)載均衡框架的交換機(jī)無縫遷移機(jī)制。最后,通過Mininet仿真平臺(tái)和Floodlight控制器搭建的SDN多控制器網(wǎng)絡(luò),對(duì)改進(jìn)的FMOPSO、FMOPSO-DSMS和設(shè)計(jì)的負(fù)載均衡框架MCD進(jìn)行驗(yàn)證,最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:基于小生境數(shù)的外部檔案更新策略能較好的維持外部檔案的種群多樣性和分布均勻性能;提出的FMOPSO-DSMS與DSMA和M-DSMA相比,在有效實(shí)現(xiàn)控制器負(fù)載均衡的同時(shí),能減少網(wǎng)絡(luò)中的平均傳輸跳數(shù)及交換機(jī)遷移數(shù)量,降低網(wǎng)絡(luò)的傳輸延時(shí)和執(zhí)行交換機(jī)遷移的代價(jià);所設(shè)計(jì)的三層負(fù)載均衡框架MCD能有效實(shí)現(xiàn)控制器集群負(fù)載均衡,提高網(wǎng)絡(luò)的性能。
【圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文機(jī)組成。數(shù)據(jù)層中的交換機(jī)主要負(fù)責(zé)根據(jù)控制層下發(fā)的流表項(xiàng)，對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的統(tǒng)計(jì)信息收集[21]。隨著云計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)虛基礎(chǔ)設(shè)施層中的交換機(jī)已不僅局限于物理交換機(jī)，也可以是支持 Op交換機(jī)，如 Open vSwitch。上面是控制層，也稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)層或控制平面，是整個(gè) SDN 的核是由一系列運(yùn)行特定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的服務(wù)器組成，這些服務(wù)器稱為控制理來自數(shù)據(jù)平面的請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)與管理，負(fù)責(zé)控制邏輯策略發(fā)路徑，并向上層提供開放的編程接口。轉(zhuǎn)發(fā)層與控制層之間通過者之間通過 OpenFlow 協(xié)議和 TCP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信[23]�？刂破骺梢酝ǖ慕粨Q機(jī)下發(fā)流表項(xiàng)和各種控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)層中的 OpenFlo

據(jù)平面分析 中的數(shù)據(jù)平面，通常是由 OpenFlow 交換機(jī)組成，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的 交換機(jī)中存儲(chǔ)著多條流表，每條流表中包括多個(gè)流表項(xiàng)。多條流表序，其中優(yōu)先級(jí)最高的是流表 0，在匹配時(shí)首先匹配該流表中的流的流表項(xiàng)都不匹配時(shí)，則繼續(xù)按照優(yōu)先級(jí)順序依次匹配其余的流表 2.2 所示，流表項(xiàng)中包括匹配字段、優(yōu)先級(jí)字段、計(jì)數(shù)器字段、指和 cookie 等字段[26]。其中匹配字段用于數(shù)據(jù)包和流表項(xiàng)的匹配，，其P 中的常用的包頭域，如 MAC 地址、IP 地址、TCP/UDP 端口等；流表項(xiàng)的優(yōu)先匹配順序；計(jì)數(shù)器字段用于與該流表項(xiàng)匹配的流的相與該流表項(xiàng)匹配時(shí)，流表項(xiàng)中的計(jì)數(shù)器字段就會(huì)更新；超時(shí)字段用時(shí)時(shí)間 ，在流表項(xiàng)超時(shí)后，該流表項(xiàng)就會(huì)失效，需要重新添加；指如何對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理；cookie 是由控制器使用的不透明值，在控息，流添加，修改，刪除時(shí)使用。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP393.0;TP18

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本文編號(hào)：2711861