發(fā)布時(shí)間：2020-07-29 18:26

【摘要】：由于流的動(dòng)態(tài)性,一個(gè)軟件定義網(wǎng)絡(luò)通常需要頻繁地對(duì)它的數(shù)據(jù)平面做路由更新,來(lái)優(yōu)化如負(fù)載均衡等性能指標(biāo)。大部分已有的解決方法都是基于當(dāng)前的流的狀態(tài)來(lái)確定一個(gè)新的路由方案,然后為當(dāng)前的流更新轉(zhuǎn)發(fā)路徑。然而,由于TCAM(三態(tài)內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器)流表上的更新操作速率較慢,在一個(gè)大規(guī)模且頻繁更新的網(wǎng)絡(luò)中,路由更新可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的延遲。根據(jù)最近的研究結(jié)果,大部分?jǐn)?shù)據(jù)流的持續(xù)時(shí)間都較短,且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載在一段時(shí)間之后通常會(huì)顯著變化,因此如果一次路由更新耗時(shí)過(guò)長(zhǎng),那么新的路由方案很可能已經(jīng)不再高效了。除了路由更新外,流統(tǒng)計(jì)收集操作的效率也嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中,控制器需要頻繁地收集數(shù)據(jù)平面上交換機(jī)的流統(tǒng)計(jì)信息作為一些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(如路由更新、攻擊檢測(cè)等)的輸入。然而已有的流統(tǒng)計(jì)收集方法可能會(huì)產(chǎn)生很高的延遲開銷,進(jìn)而會(huì)影響這類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能。在本文中,我們針對(duì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)中路由更新和流統(tǒng)計(jì)收集兩大重要場(chǎng)景,對(duì)延遲優(yōu)化展開研究。本文的主要貢獻(xiàn)為:提出了實(shí)時(shí)路由更新方法,結(jié)合控制平面上的路由選擇和數(shù)據(jù)平面上的更新調(diào)度來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。我們形式化地給出延遲滿足的路由更新(DSRU)問(wèn)題,并證明了它是NP-難的。我們提出了基于隨機(jī)舍入的更新算法,并分析了算法的近似性能比。最后,我們將提出的方法部署在SDN實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和仿真平臺(tái)上。實(shí)驗(yàn)與仿真的結(jié)果表明,與已有路由更新算法相比,我們的算法可以在保證得到非常接近的路由性能(只增加大約3%的鏈路負(fù)載率)的前提下,減少約60%的路由更新延遲。針對(duì)流統(tǒng)計(jì)收集的延遲優(yōu)化提出了基于掩碼收集的延遲代價(jià)最優(yōu)流統(tǒng)計(jì)收集(CO-FSC)方式。我們給出了一個(gè)近似比為f(f為每條流經(jīng)過(guò)的交換機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)的最大值)的基于舍入的算法,以及一個(gè)基于對(duì)偶轉(zhuǎn)化的貪心算法。我們對(duì)提出的算法進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明與已有算法相比,我們的算法可減少45%以上的延遲開銷。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP393.0
【圖文】：

狀態(tài)改變作出反應(yīng)，從而保證上層的控制邏輯不受影響；最后，ＳＤＮ控制器對(duì)逡逑網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的全局視圖大大減小了各種網(wǎng)絡(luò)功能、應(yīng)用、服務(wù)的開發(fā)難度。逡逑如圖２．２所示，普遍的ＳＤＮ架構(gòu)可以自下而上分為基礎(chǔ)設(shè)施層（數(shù)據(jù)平面），逡逑控制層（控制平面），和應(yīng)用層。其中控制層的南向接口連接基礎(chǔ)設(shè)施層，北向逡逑接口連接應(yīng)用層。這樣的架構(gòu)設(shè)計(jì)讓網(wǎng)絡(luò)管理員可以在應(yīng)用層完成大部分的網(wǎng)逡逑絡(luò)管理工作，也使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的部署變得簡(jiǎn)單和不易出錯(cuò)。逡逑應(yīng)用層邐（ｆｒ逡逑ＳＤＮ應(yīng)用逡逑Ｖ

（ａ）當(dāng)前路由配置邐＜ｂ）目標(biāo)路由配置逡逑圖３．１邋—個(gè)路由更新的例子：每條鏈路的容量為丨０個(gè)單位，為了避免瞬時(shí)擁塞，應(yīng)該逡逑先更新７３再更新７２，否則鏈路％你上會(huì)產(chǎn)生擁塞。（ａ）當(dāng)前路由情況；（ｂ）目標(biāo)逡逑路由配置逡逑３．２．４．邐＿致性約束逡逑在網(wǎng)絡(luò)更新過(guò)程中，數(shù)據(jù)包／流的一致性需要得到保證：每個(gè)數(shù)據(jù)包（或數(shù)據(jù)逡逑流）所被轉(zhuǎn)發(fā)的路徑可以是按照更新之前的路由配置，也可以是按照更新之后的逡逑路由配置，但是不允許是二者的混合［２］［３］。這個(gè)強(qiáng)約束對(duì)于如ＨＴＴＰ負(fù)載平衡器逡逑等應(yīng)用是十分重要的。在許多己有的算法中，兩階段更新機(jī)制〖２】［３］己經(jīng)被提出，逡逑并被較為廣泛地采納。兩階段更新可以提供一個(gè)簡(jiǎn)單，高效，且滿足一致性的路逡逑由更新方式。因此我們的路由更新方式也會(huì)建立在兩階段更新機(jī)制的基礎(chǔ)之上。逡逑為了保證數(shù)據(jù)包（或數(shù)據(jù)流）的一致性，兩階段更新機(jī)制需要滿足以下限制：逡逑定義３．１邋（—致性更新順序（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ邋ｕｐｄａｔｅ邋ｏｒｄｅｒ））給定一條數(shù)據(jù)流７，假逡逑

汜（７）到兄％：）的路由更新需要滿足以下三個(gè)限制：逡逑？無(wú)擁塞約束：在路由更新期間，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)逡逑度更新順序，網(wǎng)絡(luò)中不應(yīng)出現(xiàn)瞬時(shí)擁塞（如圖３．１所示）。逡逑？一致性約束（／％？如切７0冰－＜：０？也如７￡＞＞｜￡；０似／／＊出＞７／）：對(duì)于１＾中的每條流７，我逡逑們都要保證一致性路由更新。對(duì)于流７，入口交換機(jī)（ｉｎｇｒｅｓｓ邋ｓｗｉｔｃｈ）上的逡逑流表項(xiàng)修改要在所有的內(nèi)部交換機(jī)（ｉｎｔｅｒｎａｌ邋ｓｗｉｔｃｈ）上７的流表項(xiàng)都己更逡逑新完成后再開始。逡逑？低延遲約束：所有交換機(jī)上最大的路由更新延遲不逡逑應(yīng)該超過(guò)ｒＱ，其中ｒＱ是一個(gè)預(yù)先定義的最大可容忍的延遲。逡逑在路由更新結(jié)束之后，我們得到每條鏈路ｅ上的流量負(fù)載，記作／（ｅ）。我們有逡逑Ｒｅ）邋＝邋Ｚ＾ｅｒ，ｅｅ７ｅ／ｗ如）彡Ａ邋？邋ｃ（ｅ），其中入為最大鏈路負(fù)載因子，ｃ（ｅ）為鏈路ｅ逡逑的容量。為了給之后來(lái)的新數(shù)據(jù)流提供更加靈活的路由選擇，我們的目標(biāo)是最小逡逑化Ａ，也就是使網(wǎng)絡(luò)的鏈路負(fù)載平衡。逡逑定理３．１邋ＤＳＲＵ問(wèn)題是ＮＰ－難的。逡逑證明我們通過(guò)說(shuō)明多處理器調(diào)度問(wèn)題［４４］可以表達(dá)為ＤＳＲＵ問(wèn)題的一個(gè)特逡逑殊形式

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本文編號(hào)：2774337