發(fā)布時間：2020-07-29 16:41

【摘要】：隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大以及云服務的出現(xiàn),傳統(tǒng)的網(wǎng)絡基礎設施變得越來越復雜,運營商和企業(yè)發(fā)現(xiàn)他們的網(wǎng)絡基礎設施已經(jīng)很難滿足新的服務需求。軟件定義網(wǎng)絡(Software Defined Network,SDN)可以為運營商和企業(yè)提供新的機制和工具,便于他們能夠輕松部署服務,同時也可以降低資本支出和運營成本。因此,SDN受到了全球的關注。但是SDN控制器的集中控制方式使得控制平面承擔的負載過大,交換機大量的流請求以及交換機與控制器之間的消息交換很容易造成控制器過載或者負載不均衡。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡可以為各種應用提供高性能通信,這也使得越來越多的計算和存儲資源從傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)轉移到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡,但是大規(guī)模帶寬密集型服務的部署導致數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中的流量迅速增加,給數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡帶來了嚴峻的考驗。如何提高網(wǎng)絡資源利用率,降低運營成本,并有效管控數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中的流量,已成為一個急需解決的問題。SDN集中控制和可編程的特點對于流量的收集與管理具有重要的作用,因此SDN也越來越多的被運用到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中。但是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡在流量沖突、鏈路擁塞等方面依然面臨著諸多挑戰(zhàn)。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)針對SDN多控制器負載均衡過程中控制器之間通信開銷大以及控制器吞吐量低等問題,提出一種基于SDN的分層式控制器負載均衡機制LBMHC(Load Balancing Mechanism for Hierarchical Controllers based on SDN)。LBMHC采用分層式多控制器架構,通過超級控制器與域控制器協(xié)作完成負載均衡。在域控制器向超級控制器發(fā)送負載信息時提出一種負載信息傳輸抑制算法,該算法利用負載閾值分段以及定義信息收集間隔的方式來避免域控制器與超級控制器之間信息的周期性傳輸。同時,LBMHC根據(jù)域控制器的負載輕重程度設置相應的優(yōu)先級調(diào)度機制,優(yōu)先處理過載最重的域控制器,并從該過載域控制器所控制的交換機中按照優(yōu)先級選取多個符合遷移標準的交換機,然后將選中的交換機分別遷移到相對應的優(yōu)先級較高的目標域控制器上,有效避免了多個過載域控制器的交換機被同時遷移到相同目標域控制器上的情況。最后通過Mininet來模擬實驗場景,仿真實驗結果表明,所提機制能夠有效降低通信開銷,并提高系統(tǒng)吞吐量,有更好的負載均衡效果。(2)針對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中存在的大象流散列到同一路徑導致網(wǎng)絡擁塞以及大象流與老鼠流在同一路徑中容易產(chǎn)生沖突等問題,提出一種基于SDN分層式控制器的大象流動態(tài)重路由方案。該方案建立在LBMHC中提出的分層式多控制器架構上,首先提出一種協(xié)作式大象流檢測方法,采用sFlow檢測與控制器統(tǒng)計流量檢測相結合的方式來識別大象流。然后通過Yen算法依據(jù)跳數(shù)得出K條短路徑,并利用成本函數(shù)模型根據(jù)鏈路帶寬利用率與網(wǎng)絡延遲計算出最低成本短路徑。接著利用流量平衡度判斷流量分布是否平衡,若不平衡,則根據(jù)鏈路帶寬利用率以及大象流所占帶寬比動態(tài)為可能造成鏈路擁塞的大象流重新路由。最后利用Mininet模擬Fat-Tree拓撲進行實驗,仿真實驗表明,所提的協(xié)作式大象流檢測方法檢測精確且檢測效率高,數(shù)據(jù)中心大象流動態(tài)重路由方案有效提高了鏈路利用率,并降低了傳輸延遲,達到了更好的網(wǎng)絡性能效果。
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP393.0
【圖文】：

圖２．邋１邋ＳＤＮ基本工作原理逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ＳＤＮ逡逑ＳＤＮ基本工作原理如圖２．１所示，應用平面的ＡＰＰ業(yè)務平臺通過ｒｅｓｔｆｕｌ等逡逑北向接口與控制器進行交互，ＳＤＮ控制器可以從數(shù)據(jù)平面的鏈路中實時收集并逡逑１０逡逑

術進入到飛速發(fā)展的階段。逡逑２．１．２邋ＳＤＮ邋架構逡逑如圖２．２所示，ＳＤＮ架構的每個平面都有著不同的功能，但各個平面之間逡逑可以相互通信，相互關聯(lián)。轉發(fā)平面和控制平面之間通過南向接口進行交互。逡逑南向接口可以為控制平面向轉發(fā)平面下發(fā)轉發(fā)規(guī)則提供支撐，便于控制平面與逡逑轉發(fā)平面進行通信。最常用的南向接口為ＯｐｅｎＦｌｏｗ接口，它是由ＯｐｅｎＦｌｏｗ逡逑Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ邋ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ（ＯＮＦ）定義和維護的協(xié)議�？刂破骺梢酝ㄟ^ＯｐｅｎＦｌｏｗ接口逡逑將裝載數(shù)據(jù)流匹配規(guī)則的流表項下發(fā)給底層的ＯｐｅｎＦｌｏｗ交換機，并在端口或鏈逡逑接更改時生成基于事件的消息，同時可以生成基于流的統(tǒng)計信息，并將其傳遞逡逑給控制器。應用平面與控制平面之間通過北向接口進行交互，雖然沒有標準的逡逑北向接口，但大多數(shù)控制器都支持幾種不同的北向接口，例如Ｒｅｓｔｆｕｌ接口、ａｄ－ｈｏｃ逡逑接口等等�？刂破骺梢酝ㄟ^北向接口向上為開發(fā)者提供網(wǎng)絡的邏輯抽象功能

邐計數(shù)器邐動作逡逑圖２．邋４邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ流項結構逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋ｆｌｏｗ邋ｔａｂｌｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑流水線：流水線是指若干張串聯(lián)在一起的流表結構，在流表結構中，數(shù)據(jù)逡逑分組可以依次從一張流表跳轉到下一張流表來完成流表項的匹配。逡逑圖２．５為ＯｐｅｎＦｌｏｗ交換機對接收到的數(shù)據(jù)包進行處理的主要流程，首先對逡逑接收到的數(shù)據(jù)包的頭部字段進行解析，然后檢查數(shù)據(jù)包的頭部字段是否與一個逡逑或多個流表規(guī)則匹配。如果存在與該數(shù)據(jù)包相匹配的流表項，交換機則執(zhí)行與逡逑匹配的流條目相關聯(lián)的指令集或動作。否則，如果流表查找過程不匹配，交換逡逑機將會執(zhí)行丟棄該數(shù)據(jù)包或者將數(shù)據(jù)包封裝成Ｐａｃｋｅｔ－ｉｎ消息發(fā)送給控制器等操逡逑作。逡逑數(shù)ＩＳ！達—＂撕？數(shù)字ｆ頭—實拖 逡逑否逡逑否逡逑通過安全通道逡逑發(fā)送給控制器逡逑圖２．邋５邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ交換機中的數(shù)據(jù)包處理流程逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｐａｃｋｅｔ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋ｓｗｉｔｃｈ逡逑２．１．４邋ＳＤＮ控制器逡逑控制器是ＳＤＮ的核心部分，掌控整個網(wǎng)絡。控制器的主耍功能乜括向川戶逡逑１４逡逑

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本文編號：2774228