隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大,網(wǎng)絡應用日趨多樣化,傳統(tǒng)交換機日益暴露出的功能擴展性差、資源過配置等問題,需要從根本上重新設計交換機體系架構加以解決。網(wǎng)絡功能虛擬化(Network Function Virsualization,NFV)技術通過虛擬和整合傳統(tǒng)的專用網(wǎng)絡設備,支持數(shù)據(jù)流量按需經(jīng)過服務功能鏈(Service Function Chain,SFC)處理。通過在交換機架構中引入NFV和SFC,可實現(xiàn)交換節(jié)點內部多種網(wǎng)絡功能的靈活組織和按需管控。所以本文對引入NFV和SFC后的交換機架構設計以及該架構下的網(wǎng)絡功能部署、分組調度等問題進行了研究,在實現(xiàn)更加智能的數(shù)據(jù)平面的同時,最大程度地保障交換處理性能。本文提出了一種基于服務功能鏈的交換機架構(Service Function Chain based Switch Architecture,SFCSA),該架構將傳統(tǒng)線卡上的非通用功能分離出來,通過網(wǎng)絡功能池中的服務功能鏈為交換機數(shù)據(jù)平面提供可靈活定制、資源按需分配的處理功能。分類器通過規(guī)則匹配將進入SFCSA架構的數(shù)據(jù)包劃分為不同類型,并使用標識服務功能路徑的SFH(Switch Function Header)協(xié)議對需要經(jīng)過網(wǎng)絡功能池處理的數(shù)據(jù)包進行封裝;調度器對所有數(shù)據(jù)包進行一次或多次分組調度,實現(xiàn)SFCSA架構中的網(wǎng)絡功能處理和交換轉發(fā)。針對SFCSA架構下的網(wǎng)絡功能部署問題,本文采用最優(yōu)化理論將其建模成0-1整數(shù)規(guī)劃,通過將優(yōu)化問題規(guī)約為圖劃分問題,提出了一種新的部署算法MFMTP(Modified Fiduccia-Mattheyses based Two Phase Algorithm)。算法中定義了一個新的指標“關聯(lián)度(Relevancy Degree,RD)”來衡量網(wǎng)絡功能實例之間的流量關系,并基于RD對MFMTP算法的初始部署解進行迭代優(yōu)化,以實現(xiàn)最小化交換結構與網(wǎng)絡功能池之間交互流量的目標。仿真結果顯示,MFMTP算法與現(xiàn)有的貪心算法相比,在降低交互流量與提高系統(tǒng)吞吐率方面有更好的性能表現(xiàn)。針對SFCSA架構下的分組調度問題,本文對當前被廣泛使用的FIRM算法進行改進,提出了一種新的調度算法BSC-FIRM(Balanced Sevice Capacity based FIRM)。算法中定義了一個新的指標“服務能力(Service Capacity,SC)”來衡量調度過程中各隊列的狀態(tài),并基于SC對FIRM算法的迭代調度過程進行優(yōu)化,以實現(xiàn)高性能的分組調度。仿真結果顯示,對于SFCSA架構下不同的流量模型,BSC-FIRM算法在時延和丟包率方面均優(yōu)于對比算法。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP393.05
【文章目錄】：
摘要
abstract
縮略詞表
第一章 緒論
    1.1 研究工作的背景和意義
        1.1.1 本論文研究的背景
        1.1.2 本論文研究的意義
    1.2 本論文的主要內容及貢獻
    1.3 本論文的結構安排
第二章 相關技術背景介紹
    2.1 可編程數(shù)據(jù)平面技術
        2.1.1 OpenFlow協(xié)議
        2.1.2 POF技術
        2.1.3 P4架構
    2.2 網(wǎng)絡功能虛擬化
    2.3 服務功能鏈
        2.3.1 SFC架構
        2.3.2 NSH協(xié)議
        2.3.3 SFC轉發(fā)流程
    2.4 本章小結
第三章 基于服務功能鏈的交換機架構設計
    3.1 總體架構設計
    3.2 本架構與現(xiàn)有研究的區(qū)別及優(yōu)勢
    3.3 分類器的設計與實現(xiàn)
        3.3.1 數(shù)據(jù)包分類
        3.3.2 SFH協(xié)議設計
    3.4 調度器的設計與實現(xiàn)
        3.4.1 SFP管理
        3.4.2 分組調度
    3.5 SFCSA報文處理流程
    3.6 仿真結果與分析
        3.6.1 仿真環(huán)境設置
        3.6.2 功能驗證
        3.6.3 性能影響因素分析
        3.6.4 仿真結論
    3.7 本章小結
第四章 SFCSA架構下的網(wǎng)絡功能部署算法研究
    4.1 研究現(xiàn)狀
    4.2 問題描述與建模
        4.2.1 系統(tǒng)模型
        4.2.2 問題描述
        4.2.3 問題建模
    4.3 算法設計
        4.3.1 FM算法
        4.3.2 關聯(lián)度定義
        4.3.3 MFMTP算法
        4.3.4 算法復雜度分析
    4.4 仿真結果與分析
        4.4.1 仿真環(huán)境設置
        4.4.2 仿真性能指標
        4.4.3 仿真結果分析
        4.4.4 仿真結論
    4.5 本章小結
第五章 SFCSA架構下的調度算法研究
    5.1 研究現(xiàn)狀
    5.2 問題描述與建模
        5.2.1 系統(tǒng)模型
        5.2.2 問題描述
        5.2.3 問題建模
    5.3 算法設計
        5.3.1 FIRM算法
        5.3.2 服務能力定義
        5.3.3 BSC-FIRM算法
        5.3.4 算法分析
    5.4 仿真結果與分析
        5.4.1 仿真環(huán)境設置
        5.4.2 仿真性能指標
        5.4.3 仿真結果分析
        5.4.4 仿真結論
    5.5 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 本文工作總結
    6.2 未來工作展望
致謝
參考文獻
攻碩期間取得的研究成果

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本文編號：2840893