發(fā)布時(shí)間：2020-08-24 08:20

【摘要】：云服務(wù)和移動(dòng)應(yīng)用的發(fā)展使得數(shù)據(jù)中心的規(guī)模不斷擴(kuò)大,給數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的管理和運(yùn)維提出了一系列挑戰(zhàn),數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中,東西向的流量逐漸成為主體,負(fù)載不均衡、網(wǎng)絡(luò)利用率低等問題隨之而來。SDN技術(shù)的三大優(yōu)勢(shì)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)面臨的問題剛好吻合,而單一控制器已經(jīng)無(wú)法數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的管理需求,所以需要構(gòu)建分布式控制器集群來管理數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中東西向的流量,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡。另外,數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)利用率低、缺乏有效的管理工具的問題日益凸顯,節(jié)點(diǎn)選擇策略有待優(yōu)化。針對(duì)以上問題,本文提出了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的分布式SDN控制器系統(tǒng)和基于SDN的數(shù)據(jù)分發(fā)動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇系統(tǒng),主要工作總結(jié)如下:(1)研究了大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)東西向存在的負(fù)載不均衡、網(wǎng)絡(luò)利用率低的問題,并分析了已有均衡方案的優(yōu)點(diǎn)和不足。在控制器東西向進(jìn)行擴(kuò)展,設(shè)計(jì)了應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的分布式SDN控制器負(fù)載均衡系統(tǒng);研究了數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)存在的管理困難、分發(fā)效率低等問題,構(gòu)建了基于SDN控制器的數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇系統(tǒng)。(2)針對(duì)數(shù)據(jù)中心東西向負(fù)載不均衡的問題,設(shè)計(jì)了一種面向數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的基于Pastry的動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡算法,即PDLB(Dynamic Load Balancing based on Pastry)算法。該算法中,各個(gè)普通控制器節(jié)點(diǎn)周期性地采集各自負(fù)載信息,根據(jù)設(shè)定的負(fù)載閾值判斷是否過載,根據(jù)判斷結(jié)果構(gòu)造通知消息經(jīng)由Pastry路由到集群上的根控制器節(jié)點(diǎn),由根控制器來決定負(fù)載的遷移去向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡,同時(shí)降低控制器之間的負(fù)載通信開銷。(3)設(shè)計(jì)一種基于SDN的數(shù)據(jù)分發(fā)動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇算法,控制器采集分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的鏈路狀態(tài)參數(shù),以接口的形式提供給跟蹤服務(wù)器調(diào)用。跟蹤服務(wù)器根據(jù)獲取的鏈路狀態(tài)參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)的服務(wù)能力評(píng)估,選出最優(yōu)資源節(jié)點(diǎn)列表,下載節(jié)點(diǎn)從最優(yōu)資源節(jié)點(diǎn)列表中選擇節(jié)點(diǎn)下載,提升數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。通過控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),在拓?fù)渖巷@示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的可視化管理。
【學(xué)位授予單位】：桂林電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP308;TP393.02
【圖文】：

消息的時(shí)間和消息中記錄的時(shí)間差，同樣計(jì)算收到 S2 上報(bào)消息的時(shí)間和消息中記錄的時(shí)間差，這樣就可求得 S1、S2 各自到控制器的往返時(shí)間。C 到 S1 和 S2 的往返時(shí)間分別用 12， 21表示。（5）根據(jù)上述步驟可求得交換機(jī) S1 到交換機(jī) S2 的鏈路時(shí)延 12：12 12 21 12 21( ) 2s c cT = T T T T(4-1§4.2.2 鏈路可用帶寬和流速測(cè)量帶寬是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量的重點(diǎn)，鏈路的帶寬由兩個(gè)端口的性能來決定的，在SDN 技術(shù)中通過 OpenFlow 協(xié)議獲取帶寬，在 OpenFlow 協(xié)議通過統(tǒng)計(jì)報(bào)文來獲取端口、流表等信息。因此，鏈路可用帶寬的測(cè)量可以利用統(tǒng)計(jì)報(bào)文中的端口統(tǒng)計(jì)信息來實(shí)現(xiàn)�？刂破髦芷谛缘匕l(fā)送 ofp_port_status_request 消息給 OpenFlow 交換機(jī)，請(qǐng)求交換機(jī)端口上的統(tǒng)計(jì)信息，交換機(jī)以 ofp_port_status 消息封裝自己的端口記錄的信息上報(bào)控制器。ofp_port_status 消息統(tǒng)計(jì)了端口收發(fā)包數(shù)、字節(jié)數(shù)及統(tǒng)計(jì)的持續(xù)時(shí)間，該消息的具體定義如圖 4-3 所示：

圖 5-5 數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D其中，主機(jī) h1 到 h16 代表真實(shí)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)，IP 地址在 192.168.1.X 網(wǎng)段。先啟動(dòng) Floodlight 控制器，然后啟動(dòng) mininet，畫好拓?fù)鋱D運(yùn)行連接至控制器。測(cè)試1GB 文件下載，運(yùn)行種子服務(wù)器和跟蹤服務(wù)器，要下載的節(jié)點(diǎn)從種子服務(wù)器獲取了1GB 文件的種子，并啟動(dòng)下載客戶端，其它 6 個(gè)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)可以提供 1GB 文件下載，都啟動(dòng)了下載客戶端，在下載客戶端設(shè)置最大連接數(shù)為 2、3、4，分別測(cè)試從 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)、3 個(gè)節(jié)點(diǎn)、4 個(gè)節(jié)點(diǎn)下載文件的時(shí)間，在下載節(jié)點(diǎn)將 1GB 文件的種子拖到客戶端，開始下載文件，記錄下完成時(shí)間。§5.3.2 系統(tǒng)性能測(cè)試為了驗(yàn)證動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇算法的有效性，在相同的測(cè)試環(huán)境下，分別測(cè)試本文的動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇算法和傳統(tǒng) BT 協(xié)議中的隨機(jī)節(jié)點(diǎn)選擇算法的節(jié)點(diǎn)下載時(shí)間，測(cè)試的文件大小是 1GB 文件，假設(shè)跟蹤服務(wù)器記錄了可以提供 1GB 文件資源的節(jié)點(diǎn)有六個(gè)。跟蹤服務(wù)器根據(jù)從控制器獲取的網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)參數(shù)對(duì)資源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序，得到最優(yōu)資源節(jié)點(diǎn)列表，請(qǐng)求下載的節(jié)點(diǎn)從最優(yōu)資源節(jié)點(diǎn)列表選擇節(jié)點(diǎn)下載資源，并與

圖 5-6 兩種節(jié)點(diǎn)選擇算法數(shù)據(jù)分發(fā)時(shí)間對(duì)比圖從圖 5-6 可見，動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇算法要優(yōu)于隨機(jī)節(jié)點(diǎn)選擇算法，有 1GB 文件的資節(jié)點(diǎn)有 6 個(gè)，采用動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇算法時(shí)，下載節(jié)點(diǎn)從 6 個(gè)資源節(jié)點(diǎn)選擇 3 個(gè)最優(yōu)點(diǎn)下載，下載時(shí)間為 41s，而采用隨機(jī)節(jié)點(diǎn)選擇算法，下載節(jié)點(diǎn)從 6 個(gè)下載節(jié)點(diǎn)機(jī)選擇 3 個(gè)節(jié)點(diǎn)下載，下載時(shí)間為 65s。因?yàn)榇舜坞S機(jī)選擇的節(jié)點(diǎn)中有兩個(gè)是動(dòng)節(jié)點(diǎn)選擇中的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)，所以兩者時(shí)間差距相比于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)縮小了，資源節(jié)點(diǎn)為 4 時(shí)兩者的下載時(shí)間差距縮小的原因亦是如此，如果隨機(jī)選擇的節(jié)點(diǎn)沒有最優(yōu)點(diǎn)，那么兩者的差距會(huì)比較大�？傊瑒�(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇算法選擇的資源節(jié)點(diǎn)一直是優(yōu)的，而且會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)而更新，而隨機(jī)節(jié)點(diǎn)選擇算法選擇節(jié)點(diǎn)存在不確定因，故動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇算法要優(yōu)于隨機(jī)節(jié)點(diǎn)算法，可以明顯提升數(shù)據(jù)分發(fā)的服務(wù)質(zhì)量。一個(gè)下載節(jié)點(diǎn)從三個(gè)資源節(jié)點(diǎn)下載時(shí)，采用動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇算法時(shí)，從跟蹤服務(wù)中選擇三臺(tái)最優(yōu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下載，跟蹤服務(wù)器端的輸出如下圖 5-7：2 3 4資源節(jié)點(diǎn)數(shù)（個(gè)）動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)選擇 隨機(jī)節(jié)點(diǎn)選擇

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本文編號(hào)：2802222