隨著網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)封閉僵硬,功能耦合等弊端日益凸顯。為了更加靈活地定制網(wǎng)絡(luò)功能,將原本高度硬件化的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件化,增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可編程性,軟件定義網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,控制層和數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)了分離,控制層可以集中地調(diào)度管理數(shù)據(jù)層,實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的靈活更新。然而不合理的更新方案不僅會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)性能的大幅下降,甚至還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。由于軟件定義網(wǎng)絡(luò)中的更新操作相當(dāng)頻繁,因此設(shè)計(jì)出一套高效可靠的更新系統(tǒng)顯得尤為重要。對(duì)此,本文分析研究了軟件定義網(wǎng)絡(luò)中不同場(chǎng)景下的更新問(wèn)題,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了兩種不同的網(wǎng)絡(luò)更新系統(tǒng)。本文的第一個(gè)工作是提出了一個(gè)可以主動(dòng)預(yù)測(cè)流速率,且對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體效用感知的更新系統(tǒng)Hermes。為了更好地分析最大化效用的網(wǎng)絡(luò)更新問(wèn)題,此項(xiàng)工作中提出了詳細(xì)的優(yōu)化框架,證明了最大化效用的網(wǎng)絡(luò)更新問(wèn)題的難度,同時(shí)分析了相關(guān)算法的復(fù)雜度。該系統(tǒng)首先主動(dòng)預(yù)測(cè)流的速率,接著采用凸松弛技術(shù)獲取流量降速方案的初始解,為了進(jìn)一步增加更新過(guò)程中的整體效用,該系統(tǒng)繼續(xù)采用貪心的方式調(diào)整每條流的速率,同時(shí)仍然保持更新過(guò)程中無(wú)擁塞。真機(jī)實(shí)驗(yàn)和大規(guī)模的仿真結(jié)果均表明,和現(xiàn)有的工作相比,該系統(tǒng)可以提升約80%的效用,同時(shí)減少約40%的更新時(shí)間和55%的更新開銷。本文的第二個(gè)工作主要研究OpenFlow 1.5版本新引入的同步定時(shí)更新特性,并基于此特性提出了一個(gè)保證更新過(guò)程無(wú)擁塞的更新系統(tǒng)Chronicle。和第一個(gè)工作不同,此項(xiàng)工作不再關(guān)心網(wǎng)絡(luò)效用,而是關(guān)注更為一般性的問(wèn)題,即如何在不對(duì)數(shù)據(jù)流降速的情況下,通過(guò)調(diào)度每個(gè)交換機(jī)節(jié)點(diǎn)的更新時(shí)間,得到一套更新過(guò)程無(wú)擁塞的更新方案。此項(xiàng)工作引入了時(shí)間擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)等一系列概念,可以有效地幫助分析和設(shè)計(jì)基于同步定時(shí)網(wǎng)絡(luò)的更新算法。該系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)造資源關(guān)系依賴圖,找出更新節(jié)點(diǎn)之間的依賴關(guān)系,為每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算出精確的更新時(shí)刻和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則,實(shí)現(xiàn)整個(gè)更新過(guò)程無(wú)擁塞。真機(jī)實(shí)驗(yàn)和大規(guī)模的仿真結(jié)果均表明,該系統(tǒng)可以避免更新過(guò)程中瞬時(shí)的擁塞,從而減少約63%的更新時(shí)間和50%的更新規(guī)則數(shù)目,與最優(yōu)解差距平均小于20%。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP393.0
【部分圖文】：

３．２．２研究動(dòng)機(jī)示例逡逑在一個(gè)基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，只要拓?fù)浠蛘吡髁烤仃囧义习l(fā)生了變化，為了優(yōu)化性能控制器就需要重新計(jì)算路由。如圖３－２（ａ）里的例逡逑子，圖里有４個(gè)交換機(jī)４，．．．，／＾，所有鏈路的容量都是１個(gè)單位。＾和尸《是逡逑兩條流，分別從Ａ到Ａ和從＆到／？：ｉ，兩條流的初始速率假設(shè)都是Ｉ個(gè)單位，逡逑這兩條流的初始路由情況見(jiàn)圖３－２（ａ）。假設(shè)有一條新的流從心到心，速率是Ｉ逡逑

圖３－３：兩種實(shí)時(shí)服務(wù)的效用函數(shù)逡逑個(gè)單位。為了避免這條新的流和Ｆｓ在＆到／？２上發(fā)生擁塞（擁塞指的鏈路的容逡逑量小于經(jīng)過(guò)的流的速率之和），控制器需要重新調(diào)整路由。為了使得這３條流的逡逑源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)保持不變，且經(jīng)過(guò)的鏈路上不發(fā)生擁塞，控制器希望將初始逡逑路由更新成圖３－２（ｂ）的狀態(tài)。然而由于更新順序的不同，在更新的過(guò)程中可能逡逑會(huì)形成圖３－２（ｃ）或者圖３－２（ｄ）的路由狀態(tài)。在這兩種情況下，更新的過(guò)程中心逡逑到／？：ｉ（如圖３－２（ｃ））或者＆到心（如圖３－２（ｄ））就會(huì)發(fā)生擁塞，造成嚴(yán)重的丟包。逡逑為了避免這種異步更新過(guò)程中瞬時(shí)發(fā)生的擁塞，需要調(diào)整流的速率［７１。假逡逑設(shè)按圖３－２（ｅ）為流６和心分配速率，＾和都將速率降為原來(lái)的一半，即逡逑０．５個(gè)單位。那么在圖３－２（ｃ）和圖３－２（ｄ）里，即使兩條流經(jīng)過(guò)同一條鏈路，速逡逑

邐１９逡逑對(duì)應(yīng)圖３－２（ｄ）中所出現(xiàn)的情況。約束（３－ｌｂ）是流速率的守恒約束，它表示減少逡逑后的速率Ｘ／不能超過(guò)原始的速率４。逡逑３．３．３難度分析逡逑贏逡逑——４逡逑ｎ／２邋卜逡逑圖３－４：從劃分問(wèn)題歸約到最大化效用的網(wǎng)絡(luò)更新ｍ題的例ｒ逡逑定理３－１描述了最大化效用的網(wǎng)絡(luò)更新問(wèn)題的難度。逡逑定理３－１即使對(duì)于一個(gè)只包含兩個(gè)交換機(jī)和兩條平行鏈路的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，最大逡逑化效用的網(wǎng)絡(luò)更新問(wèn)題也是ＮＰ難問(wèn)題。逡逑證明：圖３－４是一個(gè)特殊的最大化效用的網(wǎng)絡(luò)更新問(wèn)題的例子。鏈路＾和＾的逡逑容量是Ｃ。有纟條流的初始路由經(jīng)過(guò)鏈路并且最終路由經(jīng)過(guò)鏈路ｑ。流的逡逑速率和效用函數(shù)分別是４和／以Ｋ＋邋＝邋Ｃ／以？：）表示屬于實(shí)時(shí)服務(wù)的流的效逡逑用函數(shù)，這些流滿足／ｅ｛ｌ，２，…，ｎ／２丨，屬于實(shí)時(shí)服務(wù)。類似的，還有ｆ條流的逡逑初始路由經(jīng)過(guò)鏈路ｑ，并且最終路由經(jīng)過(guò)鏈路這些流的速率和效用函數(shù)逡逑分別是４和／0，同時(shí)這些流滿足／邋ｅ丨《／２邋＋邋ｌ，ｎ／２邋＋邋２，也屬于實(shí)時(shí)服逡逑務(wù)。在這個(gè)例子中，每條屬于實(shí)時(shí)服務(wù)的流／的效用函數(shù)都有…個(gè)臨界點(diǎn)ｒ，．，逡逑定義如下：逡逑Ｍｘ／）邋＝邋ｊｏ逡逑其中Ｇ邋＋邋ｆ邋＝邐｛１，２，…，是一個(gè)任意小的數(shù)字。函數(shù)表示當(dāng)減少的逡逑流的速率大于ｅ時(shí)，流的效用就降到０，否則效用為１。逡逑

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本文編號(hào)：2809007