由于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)中的控制器擁有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的全局視角,可以提供靈活的管理和控制,因此SDN已被廣泛應(yīng)用于流量工程和故障恢復(fù)。在SDN中雖然控制平面是邏輯集中的,但數(shù)據(jù)平面仍然是分布式系統(tǒng)。在流遷移期間,由于數(shù)據(jù)平面交換機(jī)的異步更新,轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則的更新可能不一致。不一致的更新可能導(dǎo)致更新期間出現(xiàn)黑洞、循環(huán)和瞬時(shí)擁塞。不幸的是,黑洞、循環(huán)和瞬時(shí)擁塞的發(fā)生可能導(dǎo)致流量暫時(shí)中斷和吞吐量降低。因此,為了解決上述問(wèn)題,必須仔細(xì)考慮規(guī)則更新順序以保證規(guī)則更新的一致性。此外,在大多數(shù)情況下,網(wǎng)絡(luò)中的工作負(fù)載隨時(shí)間不斷變化。如果路由更新需要較長(zhǎng)的延遲時(shí)間,則對(duì)于更新后的工作負(fù)載,最終路由配置可能無(wú)效。因此,如何在同時(shí)避免黑洞,循環(huán)和瞬時(shí)擁塞的情況下,降低更新延遲變成了亟需解決的問(wèn)題。于是,本文研究的主要內(nèi)容是如何在SDN網(wǎng)絡(luò)中快速、一致地更新數(shù)據(jù)平面中的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。首先,本文從更新調(diào)度的角度考慮,提出了一種規(guī)則更新方法,在避免黑洞、循環(huán)和瞬時(shí)擁塞的同時(shí),可以縮短規(guī)則更新的時(shí)間。其次,本文從結(jié)合路由選擇和更新調(diào)度的角度考慮,提出了一種聯(lián)合優(yōu)化路徑選擇與更新調(diào)度的更新機(jī)制以最大化被更新的流的數(shù)量。本文主要研究?jī)?nèi)容闡述如下:(1)本文提出了一種可以同時(shí)避免黑洞、循環(huán)和瞬時(shí)擁塞的規(guī)則更新方法。首先,本文分析了如何避免黑洞、循環(huán)和瞬時(shí)擁塞,并構(gòu)建了三個(gè)相應(yīng)的避免模型。其中,為了避免黑洞和循環(huán),該方法構(gòu)建了無(wú)黑洞和無(wú)循環(huán)的規(guī)則更新依賴圖,且最大化了每個(gè)分段中可以同時(shí)更新的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量以縮短規(guī)則更新的時(shí)間。為了避免瞬時(shí)擁塞,該方法通過(guò)構(gòu)建無(wú)擁塞依賴圖來(lái)延遲部分需要被移入潛在擁塞鏈路上的流的更新,并最小化需要被延遲更新的流的數(shù)量以減少規(guī)則更新的排隊(duì)時(shí)間。隨后,分別提出了三個(gè)新穎的黑洞避免算法、循環(huán)避免算法和擁塞避免算法。此外,本文提出了一種新的規(guī)則更新(RU)算法,它結(jié)合上述三個(gè)算法來(lái)更新規(guī)則,以同時(shí)避免黑洞、循環(huán)和瞬時(shí)擁塞。仿真結(jié)果表明,與現(xiàn)有工作相比,RU算法可以顯著減少單條擁塞鏈路上被延遲更新的流的數(shù)量以及規(guī)則更新的完成時(shí)間。(2)本文提出了一種聯(lián)合優(yōu)化路徑選擇與更新調(diào)度的更新機(jī)制。該更新機(jī)制通過(guò)分段更新流的新路徑中的節(jié)點(diǎn)以降低更新之間依賴關(guān)系的復(fù)雜性,并且每條流最多可以在同一交換機(jī)的流表中保存最多一個(gè)流條目以減少TCAM開(kāi)銷。具體來(lái)說(shuō),本文首先在鏈路容量約束和更新延遲約束下將路由選擇刻畫(huà)為一個(gè)最小化最大鏈路利用率問(wèn)題。其次,本文分別構(gòu)建了避免黑洞、循環(huán)和瞬時(shí)擁塞的模型。隨后,本文分別提出了相應(yīng)的路徑選擇算法和更新調(diào)度算法。此外,本文提出了一個(gè)聯(lián)合優(yōu)化路由選擇和更新調(diào)度的算法,該算法結(jié)合了上述兩個(gè)算法來(lái)減少TCAM的開(kāi)銷和增加被更新的流的數(shù)量。最后,本文從TCAM的開(kāi)銷、鏈路利用率和被更新的流的數(shù)量這幾個(gè)性能指標(biāo)分析了本文的算法。仿真結(jié)果表明,與以前的工作相比,本文的解決方案減少了TCAM的開(kāi)銷和增加了被更新的流的數(shù)量。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP393.0

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本文編號(hào)：2815827