【摘要】：隨著大數(shù)據(jù)、云計算以及網(wǎng)絡虛擬化技術的飛速發(fā)展,網(wǎng)絡中的業(yè)務流量急劇增長,為了避免網(wǎng)絡擁塞,提升網(wǎng)絡系統(tǒng)的容錯性以及魯棒性,對于負載均衡技術的研究變得至關重要。負載均衡技術可以在一定程度上改善網(wǎng)絡節(jié)點流最分配不均,部分節(jié)點過載,而其他節(jié)點處于空閑狀態(tài)的情況。由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)網(wǎng)絡配置復雜,實施負載均衡靈活性差,而且無法充分利用全局網(wǎng)絡資源進行流量調(diào)度。因此,亟待提出一種新型網(wǎng)絡架構(gòu)進行革新。基于OpenFlow協(xié)議的軟件定義網(wǎng)絡,其核心理念就是控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面的分離。SDN架構(gòu)打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡的層次化概念,以扁平化的方式實現(xiàn)全局的網(wǎng)絡控制。OpenFlow控制器位于控制平面,主要實現(xiàn)網(wǎng)絡的集中化管理,制定轉(zhuǎn)發(fā)策略。其向上提供API供應用程序調(diào)用,向下通過標準的南向接口協(xié)議下發(fā)流表。OpenFlow交換機位于轉(zhuǎn)發(fā)平面,主要根據(jù)控制器下發(fā)的轉(zhuǎn)發(fā)決策機制進行高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面的解耦,可以靈活把控全局網(wǎng)絡,提升負載均衡的有效性。為此,本文提出了一種基于OpenFlow的負載均衡改進方案。本文針對數(shù)據(jù)中心中典型的胖樹網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu),首先確定影響負載均衡的兩個關鍵問題:業(yè)務請求分配和尋找最短路徑。然后針對這兩個問題進行改進和優(yōu)化,進而提出新的負載均衡方案。首先根據(jù)全局網(wǎng)絡拓撲信息以及服務器負載情況,設計出一種通配符規(guī)則AWR對業(yè)務請求進行分配,進而獲取到請求主機和處理服務器之間的配對信息。該規(guī)則的核心思想即根據(jù)服務器權重優(yōu)先級進行請求聚合,實現(xiàn)流規(guī)則最小化。然后,根據(jù)得到的配對信息,提出一種基于原始Dijkstra算法的改進算法AD,對多條路徑進行選路,找出最短路徑。該算法改進的關鍵在于綜合考慮路徑瓶頸帶寬及權重等信息來作出選路策略,進而實現(xiàn)帶寬利用率和時延的優(yōu)化。本文最后采用在虛擬實驗平臺Mininet上搭建Fat-Tree拓撲結(jié)構(gòu),分別針對多種不同場景進行測試,得出實驗相關數(shù)據(jù)。然后根據(jù)帶寬利用率和數(shù)據(jù)包往返時延兩項性能指標,驗證本文提出的負載均衡方案的優(yōu)越性。
[Abstract]:With the rapid development of big data, cloud computing and network virtualization technology, traffic in the network has increased dramatically. In order to avoid network congestion and improve the fault tolerance and robustness of network system, It is very important for the research of load balancing technology. Load balancing technology can improve the situation that the network node flow is most unevenly distributed, some nodes are overloaded, and other nodes are idle. Because of the complexity of network configuration in traditional network architecture, the flexibility of load balancing is poor, and the global network resources can not be fully utilized for traffic scheduling. Therefore, it is urgent to propose a new network architecture for innovation. The core idea of the software definition network based on OpenFlow protocol is to separate the control plane from the forwarding plane. The SDN architecture breaks the hierarchical concept of traditional network. The OpenFlow controller is located in the control plane, which mainly realizes the centralized management of the network and formulates the forwarding strategy. The OpenFlow switch is located in the forwarding plane, which is mainly based on the forwarding decision mechanism of the controller to carry out high-speed data forwarding. The decoupling of control plane and forwarding plane can flexibly control the global network and enhance the effectiveness of load balancing. Therefore, an improved load balancing scheme based on OpenFlow is proposed in this paper. In this paper, two key problems affecting load balancing are first identified for the typical fat tree network topology in the data center: traffic request allocation and finding the shortest path. Then the two problems are improved and optimized, and a new load balancing scheme is proposed. Firstly, according to the global network topology information and server load, a wildcard rule AWR is designed to allocate business requests, and then the matching information between the request host and the processing server is obtained. The core idea of this rule is to aggregate requests according to the weight priority of the server to minimize the flow rules. Then, according to the pairing information, an improved algorithm based on the original Dijkstra algorithm, AD, is proposed to select paths and find the shortest path. The key to the improvement of the algorithm is to consider the path bottleneck bandwidth and weight information to make the routing strategy, and then to optimize the bandwidth utilization and delay. In the end, the Fat-Tree topology is built on the virtual experimental platform Mininet, and the experimental data are obtained by testing the different scenarios. Then according to the bandwidth utilization and packet round-trip delay, the superiority of the proposed load balancing scheme is verified.
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP393.0

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本文編號：2330652