【摘要】：隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛普及與發(fā)展,當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)變得越來越復(fù)雜并愈加難以管理,它嚴(yán)重阻礙了網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新發(fā)展。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software-Defined Networking, SDN)是一種有望改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)困局的新型網(wǎng)絡(luò)范例。通過將控制與轉(zhuǎn)發(fā)解耦合,并提供邏輯上集中式的控制能力及網(wǎng)絡(luò)可編程能力,軟件定義網(wǎng)絡(luò)在簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理的同時(shí),極大地促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新,并迅速成為近年來學(xué)術(shù)界工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。然而作為一項(xiàng)新興的技術(shù),SDN仍面臨著諸多亟待解決的問題�？刂婆c轉(zhuǎn)發(fā)分離是SDN技術(shù)取得成功的關(guān)鍵所在,然而邏輯上集中式的控制方式卻也引入了可擴(kuò)展性方面的挑戰(zhàn),為此需要對(duì)SDN的控制器架構(gòu)加以設(shè)計(jì),以提高控制平面的可擴(kuò)展性和可用性；采用分布式控制器是解決SDN可擴(kuò)展性的主要手段,然而如何在網(wǎng)絡(luò)中部署多個(gè)控制器仍然是一個(gè)開放的問題；SDN的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備完全受控制平面控制,在這種情況下網(wǎng)絡(luò)故障極易造成控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面間的通信中斷,進(jìn)而會(huì)影響SDN網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行,因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)制來保證控制流的可容錯(cuò)傳輸；現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中存在大量的傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn),如何對(duì)待SDN與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的共存并如何通過調(diào)節(jié)SDN節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)行為來提高網(wǎng)絡(luò)的性能也是需要解決的重要問題之一�；谏鲜鲕浖x網(wǎng)絡(luò)中依然存在的問題,本文從軟件定義網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性、可靠性／容錯(cuò)性以及部署方面出發(fā),對(duì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)問題進(jìn)行深入研究,取得了以下研究成果：1.提出了BalanceFlow分布式控制器負(fù)載均衡架構(gòu),以解決控制器與交換機(jī)的靜態(tài)映射關(guān)系所帶來的控制器負(fù)載不均問題。BalanceFlow將控制器分為超級(jí)控制器和普通控制器兩類。其中,超級(jí)控制器能夠根據(jù)其他普通控制器上的負(fù)載情況,通過將交換機(jī)在控制器間進(jìn)行動(dòng)態(tài)遷移來實(shí)現(xiàn)控制器的負(fù)載均衡。此外,針對(duì)現(xiàn)有交換機(jī)遷移機(jī)制的不足,提出了基于BalanceFlow的改進(jìn)交換機(jī)遷移機(jī)制,并進(jìn)一步提出了高效的負(fù)載均衡算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提出的方案能夠在控制器負(fù)載均衡性和交換機(jī)遷移次數(shù)間做出權(quán)衡,并能夠減輕由于交換機(jī)遷移對(duì)交換機(jī)和控制器間的傳播延時(shí)所造成的影響。2.提出了一種可靠性感知的控制器部署策略,旨在通過合理的選擇控制器的數(shù)量和部署位置來優(yōu)化SDN控制網(wǎng)絡(luò)的可靠性。提出了采用控制路徑失效百分比的期望值來度量SDN控制網(wǎng)絡(luò)的可靠性。在此基礎(chǔ)上,對(duì)可靠性感知的控制器部署問題進(jìn)行了形式化描述,證明了該問題為NP難問題,并提出了一系列能夠求解該問題的算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提出方案能夠有效地提高SDN控制網(wǎng)絡(luò)的可靠性,同時(shí)并不會(huì)對(duì)交換機(jī)和控制器間的傳播延時(shí)造成較大的影響。3.為了提高控制器與交換機(jī)間通信的容錯(cuò)性,研究了多控制器軟件定義網(wǎng)絡(luò)中的控制流保護(hù)技術(shù)。提出了一種結(jié)合本地重路由保護(hù)和受限的逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)保護(hù)的控制流保護(hù)方案。在此基礎(chǔ)上,提出了可保護(hù)控制網(wǎng)絡(luò)問題,其目標(biāo)是尋找一系列用于傳輸控制流的主要傳輸路徑,使得盡可能多的控制流都能夠得益于所提出的保護(hù)方案。證明了該問題為NP難問題,并設(shè)計(jì)了求解算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提出的方案能夠有效地提高軟件定義網(wǎng)絡(luò)中控制流的容錯(cuò)性。4.針對(duì)SDN節(jié)點(diǎn)與傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)并存的SDN混合網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),提出了利用控制器邏輯上集中式的控制能力來提高混合網(wǎng)絡(luò)所能轉(zhuǎn)發(fā)的最大流量的流量?jī)?yōu)化方案。將問題建模為一個(gè)優(yōu)化問題,并提出了求解該問題的完全多項(xiàng)式時(shí)間近似算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明SDN混合網(wǎng)絡(luò)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能更優(yōu),所提出的算法能夠有效地提高網(wǎng)絡(luò)所能承載的最大流量。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP393.02
【圖文】：

中所有的控制器共同組成了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)邏輯上集中的控制平面。每個(gè)控制、控制器模塊負(fù)責(zé)維護(hù)與交換機(jī)的連接。按照功能的不同，ＢａｌａｎｃｅＦｌｏｗ兩類，分別是超級(jí)控制器和普通控制器。與其他分布式控制器類似，ｃｅＦｌｏｗ普通控制器主耍負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的部分交換機(jī)進(jìn)行控制，并會(huì)對(duì)交換消息做出響應(yīng)。與普通控制器不同，ＢａｌａｎｃｅＦｌｏｗ超級(jí)控制器并不會(huì)對(duì)交換息做出響應(yīng)，其主要功能是負(fù)責(zé)對(duì)普通控制器上的負(fù)載進(jìn)行均衡。當(dāng)超測(cè)到控制器負(fù)載不均時(shí)，它會(huì)運(yùn)行負(fù)載均衡算法，并對(duì)交換機(jī)在控制器程進(jìn)行編排。需要指出的是，盡管超級(jí)控制器并不直接參與對(duì)網(wǎng)絡(luò)中交，然而在交換機(jī)遷移的過程中，超級(jí)控制器仍需要與交換機(jī)進(jìn)行必要的化遷移的順利進(jìn)行（節(jié)３．３．２．２）。通常情況下，每個(gè)交換機(jī)只需與一個(gè)控制接。然而為了負(fù)載均衡的目的，ＢａｌａｎｃｅＦｌｏｗ網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)會(huì)至少同時(shí)與保持連接狀態(tài)。通過控剌器間的協(xié)作，控制平面會(huì)為每個(gè)交換機(jī)指派一器作為該交換機(jī)的Ｍａｓｔｅｒ控制器，而將連接的其他普通控制器設(shè)置為該ｌａｖｅ控制器。與普通控制器不同，超級(jí)控制器將始終作為交換機(jī)的Ｅｑｕａｌ控

學(xué)博±學(xué)位論文（ＭｉｎＬｏａｄ）和雙隨機(jī)負(fù)載均衡算法（ＤｏｕｂｌｅＲａｎｄｏｍ）邋Ｉ１ＭＩ進(jìn)行對(duì)前負(fù)載算法首先將交換機(jī)按照其平均建流請(qǐng)求速率進(jìn)行降序排列，次序靠前的交換機(jī)，并將其迂移至當(dāng)前平均利用率最低的控制器均衡算法在選擇遷移交換機(jī)和目的控制器時(shí)均采用隨機(jī)的選擇方式’邐＇逡逑

學(xué)博±學(xué)位論文（ＭｉｎＬｏａｄ）和雙隨機(jī)負(fù)載均衡算法（ＤｏｕｂｌｅＲａｎｄｏｍ）邋Ｉ１ＭＩ進(jìn)行對(duì)前負(fù)載算法首先將交換機(jī)按照其平均建流請(qǐng)求速率進(jìn)行降序排列，次序靠前的交換機(jī)，并將其迂移至當(dāng)前平均利用率最低的控制器均衡算法在選擇遷移交換機(jī)和目的控制器時(shí)均采用隨機(jī)的選擇方式’邐＇逡逑

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐軍;劉長(zhǎng)征;;交換機(jī)配置教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò);2009年01期

2 葉敏;程控交換機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其可靠性比較[J];電信科學(xué);1992年03期

3 吳軍鋒,朱敏,鞏建銘;淺析油田交換機(jī)的計(jì)費(fèi)異常問題[J];通信世界;2001年18期

4 顧建新,秦韻;H20-20全自動(dòng)內(nèi)、外線測(cè)量臺(tái)設(shè)計(jì)[J];無線電工程;1997年03期

5 李行長(zhǎng);一種模塊化擴(kuò)容程控交換機(jī)控制方案[J];電腦;1994年01期

6 狄發(fā)成;水利工程專網(wǎng)交換機(jī)的運(yùn)行維護(hù)及保養(yǎng)[J];甘肅水利水電技術(shù);2002年02期

7 丁軍毅;節(jié)點(diǎn)交換機(jī)的工作原理及實(shí)現(xiàn)方法[J];無線電通信技術(shù);1993年02期

8 張國(guó)宏;IP交換與標(biāo)記交換[J];電信網(wǎng)技術(shù);1998年04期

9 王隆杰;;虛擬網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)技術(shù)[J];通信技術(shù);2009年04期

10 韓春剛;張學(xué)敏;;ATM交換機(jī)控制管理系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)[J];無線電通信技術(shù);2001年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 吳江東;曹明翠;李源;羅志祥;;大容量光ATM交換機(jī)控制系統(tǒng)的研究[A];湖北省激光學(xué)會(huì)論文集[C];2000年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 邱曉理;借交換機(jī)部署內(nèi)網(wǎng)安全[N];計(jì)算機(jī)世界;2006年

2 ;軟交換機(jī)促成IP語(yǔ)音服務(wù)[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2001年

3 《網(wǎng)絡(luò)世界》評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)室 潘永花;融合之美 盡在“墻”中[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 胡延楠;軟件定義網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)問題的研究[D];北京郵電大學(xué);2015年

2 可向民;IP虛擬交換機(jī)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2002年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 郭海濤;全千兆以太網(wǎng)交換機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2006年

2 易克非;大容量交換機(jī)無感熱備份技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2012年

3 高健;量子交換機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2009年

4 楊勝姚;現(xiàn)代通信交換機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究[D];北京化工大學(xué);2010年

5 覃攸;安全接入交換機(jī)中間件的研究與實(shí)現(xiàn)[D];華南理工大學(xué);2013年

6 張秋月;量子交換機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2008年

7 席在杰;光交換機(jī)控制器高速接口研究及軟硬件實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2006年

8 蔡兵;大容量ATM交換機(jī)控制策略及其性能仿真研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

9 金超;基于以太網(wǎng)的虛擬交換機(jī)研究[D];西南交通大學(xué);2013年

10 劉冰;中低端交換機(jī)的應(yīng)用配置設(shè)計(jì)與分析[D];吉林大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2801534