發(fā)布時(shí)間：2020-07-29 16:41

【摘要】：隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及云服務(wù)的出現(xiàn),傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施變得越來越復(fù)雜,運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)發(fā)現(xiàn)他們的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)很難滿足新的服務(wù)需求。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)可以為運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)提供新的機(jī)制和工具,便于他們能夠輕松部署服務(wù),同時(shí)也可以降低資本支出和運(yùn)營(yíng)成本。因此,SDN受到了全球的關(guān)注。但是SDN控制器的集中控制方式使得控制平面承擔(dān)的負(fù)載過大,交換機(jī)大量的流請(qǐng)求以及交換機(jī)與控制器之間的消息交換很容易造成控制器過載或者負(fù)載不均衡。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)可以為各種應(yīng)用提供高性能通信,這也使得越來越多的計(jì)算和存儲(chǔ)資源從傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò),但是大規(guī)模帶寬密集型服務(wù)的部署導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的流量迅速增加,給數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。如何提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率,降低運(yùn)營(yíng)成本,并有效管控?cái)?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的流量,已成為一個(gè)急需解決的問題。SDN集中控制和可編程的特點(diǎn)對(duì)于流量的收集與管理具有重要的作用,因此SDN也越來越多的被運(yùn)用到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中。但是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)在流量沖突、鏈路擁塞等方面依然面臨著諸多挑戰(zhàn)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)針對(duì)SDN多控制器負(fù)載均衡過程中控制器之間通信開銷大以及控制器吞吐量低等問題,提出一種基于SDN的分層式控制器負(fù)載均衡機(jī)制LBMHC(Load Balancing Mechanism for Hierarchical Controllers based on SDN)。LBMHC采用分層式多控制器架構(gòu),通過超級(jí)控制器與域控制器協(xié)作完成負(fù)載均衡。在域控制器向超級(jí)控制器發(fā)送負(fù)載信息時(shí)提出一種負(fù)載信息傳輸抑制算法,該算法利用負(fù)載閾值分段以及定義信息收集間隔的方式來避免域控制器與超級(jí)控制器之間信息的周期性傳輸。同時(shí),LBMHC根據(jù)域控制器的負(fù)載輕重程度設(shè)置相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)調(diào)度機(jī)制,優(yōu)先處理過載最重的域控制器,并從該過載域控制器所控制的交換機(jī)中按照優(yōu)先級(jí)選取多個(gè)符合遷移標(biāo)準(zhǔn)的交換機(jī),然后將選中的交換機(jī)分別遷移到相對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)較高的目標(biāo)域控制器上,有效避免了多個(gè)過載域控制器的交換機(jī)被同時(shí)遷移到相同目標(biāo)域控制器上的情況。最后通過Mininet來模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景,仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提機(jī)制能夠有效降低通信開銷,并提高系統(tǒng)吞吐量,有更好的負(fù)載均衡效果。(2)針對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中存在的大象流散列到同一路徑導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞以及大象流與老鼠流在同一路徑中容易產(chǎn)生沖突等問題,提出一種基于SDN分層式控制器的大象流動(dòng)態(tài)重路由方案。該方案建立在LBMHC中提出的分層式多控制器架構(gòu)上,首先提出一種協(xié)作式大象流檢測(cè)方法,采用sFlow檢測(cè)與控制器統(tǒng)計(jì)流量檢測(cè)相結(jié)合的方式來識(shí)別大象流。然后通過Yen算法依據(jù)跳數(shù)得出K條短路徑,并利用成本函數(shù)模型根據(jù)鏈路帶寬利用率與網(wǎng)絡(luò)延遲計(jì)算出最低成本短路徑。接著利用流量平衡度判斷流量分布是否平衡,若不平衡,則根據(jù)鏈路帶寬利用率以及大象流所占帶寬比動(dòng)態(tài)為可能造成鏈路擁塞的大象流重新路由。最后利用Mininet模擬Fat-Tree拓?fù)溥M(jìn)行實(shí)驗(yàn),仿真實(shí)驗(yàn)表明,所提的協(xié)作式大象流檢測(cè)方法檢測(cè)精確且檢測(cè)效率高,數(shù)據(jù)中心大象流動(dòng)態(tài)重路由方案有效提高了鏈路利用率,并降低了傳輸延遲,達(dá)到了更好的網(wǎng)絡(luò)性能效果。
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP393.0
【圖文】：

圖２．邋１邋ＳＤＮ基本工作原理逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ＳＤＮ逡逑ＳＤＮ基本工作原理如圖２．１所示，應(yīng)用平面的ＡＰＰ業(yè)務(wù)平臺(tái)通過ｒｅｓｔｆｕｌ等逡逑北向接口與控制器進(jìn)行交互，ＳＤＮ控制器可以從數(shù)據(jù)平面的鏈路中實(shí)時(shí)收集并逡逑１０逡逑

術(shù)進(jìn)入到飛速發(fā)展的階段。逡逑２．１．２邋ＳＤＮ邋架構(gòu)逡逑如圖２．２所示，ＳＤＮ架構(gòu)的每個(gè)平面都有著不同的功能，但各個(gè)平面之間逡逑可以相互通信，相互關(guān)聯(lián)。轉(zhuǎn)發(fā)平面和控制平面之間通過南向接口進(jìn)行交互。逡逑南向接口可以為控制平面向轉(zhuǎn)發(fā)平面下發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則提供支撐，便于控制平面與逡逑轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行通信。最常用的南向接口為ＯｐｅｎＦｌｏｗ接口，它是由ＯｐｅｎＦｌｏｗ逡逑Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ邋ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ（ＯＮＦ）定義和維護(hù)的協(xié)議�？刂破骺梢酝ㄟ^ＯｐｅｎＦｌｏｗ接口逡逑將裝載數(shù)據(jù)流匹配規(guī)則的流表項(xiàng)下發(fā)給底層的ＯｐｅｎＦｌｏｗ交換機(jī)，并在端口或鏈逡逑接更改時(shí)生成基于事件的消息，同時(shí)可以生成基于流的統(tǒng)計(jì)信息，并將其傳遞逡逑給控制器。應(yīng)用平面與控制平面之間通過北向接口進(jìn)行交互，雖然沒有標(biāo)準(zhǔn)的逡逑北向接口，但大多數(shù)控制器都支持幾種不同的北向接口，例如Ｒｅｓｔｆｕｌ接口、ａｄ－ｈｏｃ逡逑接口等等�？刂破骺梢酝ㄟ^北向接口向上為開發(fā)者提供網(wǎng)絡(luò)的邏輯抽象功能

邐計(jì)數(shù)器邐動(dòng)作逡逑圖２．邋４邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ流項(xiàng)結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋ｆｌｏｗ邋ｔａｂｌｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑流水線：流水線是指若干張串聯(lián)在一起的流表結(jié)構(gòu)，在流表結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)逡逑分組可以依次從一張流表跳轉(zhuǎn)到下一張流表來完成流表項(xiàng)的匹配。逡逑圖２．５為ＯｐｅｎＦｌｏｗ交換機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理的主要流程，首先對(duì)逡逑接收到的數(shù)據(jù)包的頭部字段進(jìn)行解析，然后檢查數(shù)據(jù)包的頭部字段是否與一個(gè)逡逑或多個(gè)流表規(guī)則匹配。如果存在與該數(shù)據(jù)包相匹配的流表項(xiàng)，交換機(jī)則執(zhí)行與逡逑匹配的流條目相關(guān)聯(lián)的指令集或動(dòng)作。否則，如果流表查找過程不匹配，交換逡逑機(jī)將會(huì)執(zhí)行丟棄該數(shù)據(jù)包或者將數(shù)據(jù)包封裝成Ｐａｃｋｅｔ－ｉｎ消息發(fā)送給控制器等操逡逑作。逡逑數(shù)ＩＳ！達(dá)—＂撕？數(shù)字ｆ頭—實(shí)拖 逡逑否逡逑否逡逑通過安全通道逡逑發(fā)送給控制器逡逑圖２．邋５邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ交換機(jī)中的數(shù)據(jù)包處理流程逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｐａｃｋｅｔ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋ｓｗｉｔｃｈ逡逑２．１．４邋ＳＤＮ控制器逡逑控制器是ＳＤＮ的核心部分，掌控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。控制器的主耍功能乜括向川戶逡逑１４逡逑

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