發(fā)布時間：2018-02-13 08:47

  本文關(guān)鍵詞： SDN 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) 多路徑 負載均衡 流表　出處：《安徽大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、大數(shù)據(jù)和云計算的出現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量爆炸式增長,軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)成為了未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主流方向之一。SDN定義了一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),它的核心思想是將網(wǎng)絡(luò)的控制層和數(shù)據(jù)層進行分離,分別使用控制器和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備實現(xiàn)。與傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)不同的是,SDN網(wǎng)絡(luò)控制功能全部由控制器實現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備僅用于數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)解決了網(wǎng)絡(luò)流量劇增帶來的難題,通過將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息集中存儲,實現(xiàn)了以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)。對SDN網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的研究,已經(jīng)得到越來越多研究者的關(guān)注。在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中,為了提高網(wǎng)絡(luò)帶寬和吞吐量,多采用具有多路徑特性的層次型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),如胖樹拓撲結(jié)構(gòu)。然而傳統(tǒng)路由算法對多路徑的支持非常有限。針對此問題,在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中引入SDN,通過對控制層的編程實現(xiàn)路由計算和網(wǎng)絡(luò)集中控制,能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,實現(xiàn)多路徑負載均衡。在SDN網(wǎng)絡(luò)中,控制器通過標(biāo)準(zhǔn)的OpenFlow協(xié)議集中管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)行為�？刂破髦贫酚刹呗院�,向OpenFlow交換機下發(fā)流表,數(shù)據(jù)流使用匹配的流表項進行轉(zhuǎn)發(fā)。交換機流表基于三態(tài)內(nèi)容尋址存儲器(Ternary Content Addressable Memory,TCAM)實現(xiàn),只有大約1k-2k條流表項,流表資源有限。當(dāng)數(shù)據(jù)流沒有匹配的流表項時,會向SDN控制器發(fā)送packet-in消息請求分配流表資源�？刂破髅棵肽軌蛱幚淼膒acket-in消息大約只有30k條,計算資源有限。因此,在分配流表項時,需要均衡使用流表資源和計算資源,優(yōu)化流表分配方案。論文的主要內(nèi)容如下:(1)針對胖樹數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)路由算法對多路徑支持有限的問題,本文提出了基于路由評估的多路徑負載均衡算法F-MPLB(Flow-multi path load balancing)。該算法利用SDN網(wǎng)絡(luò)集中控制的特點,獲取多路徑實時狀態(tài)信息,通過當(dāng)前交換機節(jié)點和鏈路負載情況,評估多路徑瓶頸帶寬,以此選擇最符合數(shù)據(jù)流傳輸需求的路徑。實驗結(jié)果表明,F-MPLB算法無論在降低網(wǎng)絡(luò)傳播時延還是在提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)路由算法,能夠?qū)崿F(xiàn)胖樹數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的多路徑負載均衡。(2)針對SDN網(wǎng)絡(luò)中交換機流表資源和控制器計算資源有限的問題,本文在SDN網(wǎng)絡(luò)中提出了基于資源偏好的流表分配優(yōu)化算法RC-FDO(Resources consideration-flowtable distribution optimization),該算法通過引入流表資源代價、計算資源代價和資源偏好度,結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)流特性,研究如何設(shè)定的合理的流表項idle_timeout值。實驗結(jié)果表明,RC-FDO算法能夠有效提高流表資源利用率和數(shù)據(jù)流請求接受率,實現(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量。
[Abstract]:With the development of computer network and the emergence of big data and cloud computing, the data flow in the network explodes. Software Defined Network (SDN) and data Center Network (SDN) become one of the mainstream directions of future network development. SDN defines a new network architecture, whose core idea is to separate the control layer and data layer of the network. Different from the traditional IP network, the SDN network control function is realized by the controller. The network transmission equipment is only used for high speed data transmission. The data center network solves the problem caused by the sharp increase of network traffic, by centralizing the storage of network data information, More and more researchers have paid attention to the research of SDN network and data center network. In data center network, in order to improve the network bandwidth and throughput, Hierarchical network topology with multipath characteristics, such as fat-tree topology, is often adopted. However, the traditional routing algorithm has very limited support for multipath. By introducing SDN into data center network, routing calculation and centralized network control can be realized by programming control layer, which can make full use of network resources and realize multipath load balancing. The controller centrally manages the forwarding behavior of network devices through the standard OpenFlow protocol. The data flow is forwarded using matching stream table entries. The switch flow table is based on the ternary Content Addressable memory (TCAM). There are only about 1k-2k stream table entries, and the flow table resources are limited. When the data flow does not match the stream table entries, Packet-in messages are sent to the SDN controller to request the allocation of flow table resources. The controller can process only about 30 k of packet-in messages per second, with limited computing resources. Therefore, when allocating flow table items, a balanced use of stream table resources and computational resources is required. The main contents of this paper are as follows: 1) aiming at the problem that the traditional routing algorithm has limited support for multipath in the fat tree data center network, This paper presents a multipath load balancing algorithm based on routing evaluation, F-MPLBN Flow-multi path load balancing.Using the characteristics of centralized control of SDN network, the algorithm acquires real-time state information of multipath, and obtains the load of current switch nodes and links. The experimental results show that the F-MPLB algorithm is superior to the traditional routing algorithm in reducing network propagation delay and improving network throughput. To solve the problem of limited resource of switch flow table and controller in SDN network, we can realize multipath load balancing of fat tree data center network. In this paper, RC-FDO(Resources consideration-flowtable distribution optimization algorithm based on resource preference is proposed in SDN network. By introducing flow table resource cost, resource cost and resource preference degree are calculated, combined with current network running state and data flow characteristics. The experimental results show that the RC-FDO algorithm can effectively improve the resource utilization of the stream table and the request acceptance rate of the data flow, and achieve higher average throughput of the network.
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP393.02

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本文編號：1507768