SDN控制器放置优化技术研究与系统实现

发布时间：2020-04-24 13:12

【摘要】：软件定义网络(SDN)将控制平面和数据平面解耦,控制平面负责逻辑控制、维护全局网络视图,数据平面负责数据的转发。这种方式简化了网络管理,提高了网络的开放性和灵活性。在SDN网络向广域网部署过程中,控制器的位置直接影响网络的时延,进行影响网络的整体性能。本文针对广域网的SDN控制器放置问题,以缩短网络时延为优化目标,提出了基于密度峰聚类的SDN控制器放置算法,并设计实现了SDN控制器放置系统。本文的主要研究内容和贡献如下:本文对软件定义网络的广域网控制器放置优化技术进行了研究,对水平分布式和垂直层次架构的优缺点进行了总结。对水平分布式架构中控制器放置问题进行了描述和分析。本文提出了基于密度峰聚类的SDN控制器放置算法。首先将不小于平均度的交换机节点进行密度峰聚类,得到初始的聚类中心点,每个交换机把其中距离最近的聚类中心点作为该点的中心点。在每个子网络中以紧密中心性最大的点作为此次迭代的聚类中心,重新计算交换机节点到聚类中心最短距离,直到聚类中心和交换机节点的分配情况不发生变化。最后的聚类中心点作为控制器的放置位置。在软件定义网络拓扑上进行实验,结果表明该算法能够有效减少网络时延。基于密度峰聚类的SDN控制器放置算法,设计和实现了软件定义网络控制器放置系统。包括用户管理、拓扑构建、拓扑管理、拓扑放置、结果展示五大模块。并通过实验测试验证了系统的功能。
【图文】：

数据平面,架构

依据开放网络标准化组织公布的白皮书中对软件定义网络的定义，软件定义逡逑网络架构是一种三层网络架构，从南向北依次为数据平面、控制平面和应用平面，逡逑如图２－１所示［１Ｇ］。数据平面通过南向接口进行与控制平面进行交互，控制平面通逡逑过北向接口与应用平面进行交互。控制平面中的控制器之间通过东西向接口进行逡逑通信。在该网络架构中，网络管理人员对网络的更新核维护仅仅通过软件就可以逡逑完成，不再需要对网络硬件设备进行单独配置或者购买最新版本的硬件设备，应逡逑用平面中业务应用的安装和部署也通过更新网络配置直接完成。ＳＤＮ的这种方逡逑式大大加快了网络的部署周期，降低了维护网络的复杂度。网络人员只需要专注逡逑于上层网络应用程序开发，无需关注不同网络设备之间的底层细节。逡逑：逦逦逦逦逦逦邋逦逡逑应用平面逦业务应用逦｜＿＿＿」逡逑Ｊ］北向接口逦｜逡逑ＳＤＮ邋控剞－－ｉ逡逑控＿平面逦软件逦网络服务逦一＿；逡逑ｊｉ邋ｍｍｍ逦｜逡逑数据平面网络设备ｉ逦网络设备逦网络设备逡逑图２－１邋ＳＤＮ架构图逡逑（１）数据平面逡逑数据平面位于ＳＤＮ架构的最底端，又被称为基础设施层，主要负责网络数逡逑据的转发。数据平面的设备会将控制器下发的控制指令生成对应的流表，并依据逡逑这些流表规则进行网络数据流的快速转发。由于其没有复杂耗时的控制逻辑，所逡逑以转发处理速度较快。逡逑数据平面主要由一系列网络底层转发设备组成

架构图,交换机,架构,表项

主动方式是指控制器定期通过采集到的网络拓扑状态信息生成流表，然后逡逑将这些流表主动地发送给交换机，交换机更新本地的流表规则。逡逑流表项结构如图２－３所示，每一条流表项主要有以下几个字段组成：匹配域、逡逑优先级、计数器、指令集、生存时间和附加信息等。匹配域主要由包头域、端口逡逑和元数据组成，，并支持通配符表示。匹配域主要用于数据的的流规则匹配，常用逡逑的字段属性为源ＭＡＣ地址、目的ＭＡＣ地址、源ＩＰ地址、目的ＩＰ地址、入端逡逑口、目的端口等。优先级表示各个流表项匹配的优先级顺序，在包头域相同的情逡逑况下，优先级高的流表项优先被匹配使用。计数器用于对数据包的操作统计，如逡逑更新时间。指令集是交换机当匹配找到该数据流的匹配项之后的处理操作。生存逡逑时间反映了该流表项从生成到超时删除的时间间隔。附加信息用来保存控制器对逡逑数据的统计、删除等信息。逡逑匹配域邋优先级邋计数器邋指令集逦生存时间逦附加信息逡逑图２－３流表结构逡逑流表是ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机进行数据转发的基础，多个流表从前往后串联起来逡逑组成流水线。数据包从序号为０的流表开始匹配，并根据其中的指令进行操作，逡逑然后向下执行下面的流表。数据包的在匹配过程中可以执行多个处理动作，这些逡逑处理动作放到一个动作集中。ＯｐｅｎＦｌｏｗ中规定了六种不同类型的指令。逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.2

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