隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日趨多樣化,傳統(tǒng)交換機(jī)日益暴露出的功能擴(kuò)展性差、資源過(guò)配置等問(wèn)題,需要從根本上重新設(shè)計(jì)交換機(jī)體系架構(gòu)加以解決。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Function Virsualization,NFV)技術(shù)通過(guò)虛擬和整合傳統(tǒng)的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,支持?jǐn)?shù)據(jù)流量按需經(jīng)過(guò)服務(wù)功能鏈(Service Function Chain,SFC)處理。通過(guò)在交換機(jī)架構(gòu)中引入NFV和SFC,可實(shí)現(xiàn)交換節(jié)點(diǎn)內(nèi)部多種網(wǎng)絡(luò)功能的靈活組織和按需管控。所以本文對(duì)引入NFV和SFC后的交換機(jī)架構(gòu)設(shè)計(jì)以及該架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)功能部署、分組調(diào)度等問(wèn)題進(jìn)行了研究,在實(shí)現(xiàn)更加智能的數(shù)據(jù)平面的同時(shí),最大程度地保障交換處理性能。本文提出了一種基于服務(wù)功能鏈的交換機(jī)架構(gòu)(Service Function Chain based Switch Architecture,SFCSA),該架構(gòu)將傳統(tǒng)線卡上的非通用功能分離出來(lái),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能池中的服務(wù)功能鏈為交換機(jī)數(shù)據(jù)平面提供可靈活定制、資源按需分配的處理功能。分類器通過(guò)規(guī)則匹配將進(jìn)入SFCSA架構(gòu)的數(shù)據(jù)包劃分為不同類型,并使用標(biāo)識(shí)服務(wù)功能路徑的SFH(Switch Function Header)協(xié)議對(duì)需要經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能池處理的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝;調(diào)度器對(duì)所有數(shù)據(jù)包進(jìn)行一次或多次分組調(diào)度,實(shí)現(xiàn)SFCSA架構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)功能處理和交換轉(zhuǎn)發(fā)。針對(duì)SFCSA架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)功能部署問(wèn)題,本文采用最優(yōu)化理論將其建模成0-1整數(shù)規(guī)劃,通過(guò)將優(yōu)化問(wèn)題規(guī)約為圖劃分問(wèn)題,提出了一種新的部署算法MFMTP(Modified Fiduccia-Mattheyses based Two Phase Algorithm)。算法中定義了一個(gè)新的指標(biāo)“關(guān)聯(lián)度(Relevancy Degree,RD)”來(lái)衡量網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)例之間的流量關(guān)系,并基于RD對(duì)MFMTP算法的初始部署解進(jìn)行迭代優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)最小化交換結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)功能池之間交互流量的目標(biāo)。仿真結(jié)果顯示,MFMTP算法與現(xiàn)有的貪心算法相比,在降低交互流量與提高系統(tǒng)吞吐率方面有更好的性能表現(xiàn)。針對(duì)SFCSA架構(gòu)下的分組調(diào)度問(wèn)題,本文對(duì)當(dāng)前被廣泛使用的FIRM算法進(jìn)行改進(jìn),提出了一種新的調(diào)度算法BSC-FIRM(Balanced Sevice Capacity based FIRM)。算法中定義了一個(gè)新的指標(biāo)“服務(wù)能力(Service Capacity,SC)”來(lái)衡量調(diào)度過(guò)程中各隊(duì)列的狀態(tài),并基于SC對(duì)FIRM算法的迭代調(diào)度過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)高性能的分組調(diào)度。仿真結(jié)果顯示,對(duì)于SFCSA架構(gòu)下不同的流量模型,BSC-FIRM算法在時(shí)延和丟包率方面均優(yōu)于對(duì)比算法。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP393.05
【文章目錄】：
摘要
abstract
縮略詞表
第一章 緒論
    1.1 研究工作的背景和意義
        1.1.1 本論文研究的背景
        1.1.2 本論文研究的意義
    1.2 本論文的主要內(nèi)容及貢獻(xiàn)
    1.3 本論文的結(jié)構(gòu)安排
第二章 相關(guān)技術(shù)背景介紹
    2.1 可編程數(shù)據(jù)平面技術(shù)
        2.1.1 OpenFlow協(xié)議
        2.1.2 POF技術(shù)
        2.1.3 P4架構(gòu)
    2.2 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化
    2.3 服務(wù)功能鏈
        2.3.1 SFC架構(gòu)
        2.3.2 NSH協(xié)議
        2.3.3 SFC轉(zhuǎn)發(fā)流程
    2.4 本章小結(jié)
第三章 基于服務(wù)功能鏈的交換機(jī)架構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.2 本架構(gòu)與現(xiàn)有研究的區(qū)別及優(yōu)勢(shì)
    3.3 分類器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        3.3.1 數(shù)據(jù)包分類
        3.3.2 SFH協(xié)議設(shè)計(jì)
    3.4 調(diào)度器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        3.4.1 SFP管理
        3.4.2 分組調(diào)度
    3.5 SFCSA報(bào)文處理流程
    3.6 仿真結(jié)果與分析
        3.6.1 仿真環(huán)境設(shè)置
        3.6.2 功能驗(yàn)證
        3.6.3 性能影響因素分析
        3.6.4 仿真結(jié)論
    3.7 本章小結(jié)
第四章 SFCSA架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)功能部署算法研究
    4.1 研究現(xiàn)狀
    4.2 問(wèn)題描述與建模
        4.2.1 系統(tǒng)模型
        4.2.2 問(wèn)題描述
        4.2.3 問(wèn)題建模
    4.3 算法設(shè)計(jì)
        4.3.1 FM算法
        4.3.2 關(guān)聯(lián)度定義
        4.3.3 MFMTP算法
        4.3.4 算法復(fù)雜度分析
    4.4 仿真結(jié)果與分析
        4.4.1 仿真環(huán)境設(shè)置
        4.4.2 仿真性能指標(biāo)
        4.4.3 仿真結(jié)果分析
        4.4.4 仿真結(jié)論
    4.5 本章小結(jié)
第五章 SFCSA架構(gòu)下的調(diào)度算法研究
    5.1 研究現(xiàn)狀
    5.2 問(wèn)題描述與建模
        5.2.1 系統(tǒng)模型
        5.2.2 問(wèn)題描述
        5.2.3 問(wèn)題建模
    5.3 算法設(shè)計(jì)
        5.3.1 FIRM算法
        5.3.2 服務(wù)能力定義
        5.3.3 BSC-FIRM算法
        5.3.4 算法分析
    5.4 仿真結(jié)果與分析
        5.4.1 仿真環(huán)境設(shè)置
        5.4.2 仿真性能指標(biāo)
        5.4.3 仿真結(jié)果分析
        5.4.4 仿真結(jié)論
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本文工作總結(jié)
    6.2 未來(lái)工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻碩期間取得的研究成果

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本文編號(hào)：2840893