基于软件定义网络的多控制器部署问题研究

发布时间：2017-05-21 08:04

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【摘要】：软件定义网络(Software-Defined Networking, SDN)是一种新兴的网络模式,它通过将控制平面与数据转发平面分离,提供了一系列具有整体网络抽象化集中视图的网络应用。现如今,软件定义网络的思想已经被广泛接受,并且具有解耦合控制平面特性的软件定义网络架构正在从理论研究模型转变为真实的部署。传统的软件定义网络实现方式主要依赖于一个逻辑上集中且具有全局网络视图的控制器,然而这种方式在网络性能和扩展性等方面有着诸多限制。如果在大规模广域网中部署软件定义网络,就需要多个控制器。为了处理这类大型网络,最根本的任务是实现控制器的正确部署。相关研究人员已经就广域网中多控制器部署问题展开各种研究,提出了多种解决方案。一方面,这些方案并未考虑控制器有限的处理能力。另一方面,现有的研究并未过多考虑控制器失效对网络性能的影响。因此,本文结合现有的研究成果对多控制器部署问题作进一步研究。基于以上分析,本文的主要研究内容如下：(1)考虑到控制器有限的处理能力,本文提出了一种新颖的部署指标,即测量控制器处理交换机请求消息的开销。其次,通过建立相关数学模型,将该最优化控制器部署问题转换为整数线性规划问题,并且利用有效的近似算法来进行求解。最后,基于多个真实的拓扑结构进行了大量模拟实验。实验结果表明本文的策略不管是在控制开销还是负载均衡方面都可以显著提升网络性能。(2)考虑到控制器失效对网络性能的影响,本文引入平均情况延迟和最坏情况延迟两个指标来研究存在控制器失效情况的多控制器部署问题。通过研究控制器失效对网络延迟的影响,目标是找到一个控制器部署,使得这两个指标在至多有一定数量控制器失效的情况下达到最低。实验结果表明,不存在一个控制器部署同时使得两个指标达到最低。为此,需要在两个指标之间进行权衡,找到帕累托最优的部署。
【关键词】：软件定义网络 OpenFlow WAN 控制器部署 控制器失效
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.02
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 论文研究背景和选题意义8-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 论文主要内容和组织结构14-16
• 2 SDN相关技术16-28
• 2.1 当前SDN实现架构16-18
• 2.1.1 ForCES16-17
• 2.1.2 OpenFlow17-18
• 2.2 基于OpenFlow的SDN18-23
• 2.2.1 OpenFlow交换机18-21
• 2.2.2 控制器21-23
• 2.3 南向接口与北向接口23-24
• 2.3.1 南向接口23-24
• 2.3.2 北向接口24
• 2.4 控制平面设计24-28
• 2.4.1 集中式与分布式25-27
• 2.4.2 控制粒度27
• 2.4.3 主动与被动策略27-28
• 3 多控制器部署问题28-41
• 3.1 问题描述28-30
• 3.2 建立数学模型30-32
• 3.3 近似算法32-38
• 3.4 算法近似度分析38-41
• 4 存在控制器失效的多控制器部署问题41-46
• 4.1 问题描述41-43
• 4.2 部署指标43-46
• 5 实验结果与分析46-57
• 5.1 实验环境46-47
• 5.1.1 硬件环境46
• 5.1.2 软件环境46
• 5.1.3 网络拓扑46-47
• 5.2 以控制开销为指标的多控制器部署问题的实验结果与分析47-54
• 5.2.1 基于Internet2 OS3E的实验结果与分析47-49
• 5.2.2 基于SINET4的实验结果与分析49-51
• 5.2.3 基于其他网络拓扑的实验结果51-52
• 5.2.4 控制器负载52-54
• 5.3 存在控制器失效的多控制器部署问题的实验结果与分析54-57
• 结论57-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况62-63
• 致谢63-64

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本文编号：383032