分布式控制器应用状态切片的在线迁移研究

发布时间：2017-09-21 01:07

  本文关键词：分布式控制器应用状态切片的在线迁移研究

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【摘要】：网络规模的扩大和网络数据的多样化使传统网络结构变得日趋复杂,传统网络设备也因承载的功能不断扩展而变得臃肿不堪,同时也增加了网管人员对整个网络的管理难度。软件定义网络的出现颠覆了传统网络中控制平面和转发平面耦合的思想,通过解耦将控制平面与转发平面进行分离,转发平面只负责数据转发而转发规则由控制平面控制。实现了底层物理设备对上层应用的透明化,简化了复杂网络的管理问题。在大型的、复杂的网络数据中心中,部署SDN单节点控制器并基于全网视图的状态下采用最佳的转发决策是实现智能化网络管理的有效方法。相较于单节点控制器容易产生故障、出现负载不均的问题,“逻辑上集中物理上分散”的分布式控制器通过动态扩展转发节点可以很好的解决单节点控制器的缺点和不足。但也带来了新的问题,分布式控制器架构多数依赖于分布式存储,这将会造成过高的规则转发延迟;过度的控制器资源配置用来适应网络突发的峰值,会造成大量的资源浪费同时也增加了部署成本。一些将应用状态进行切片的研究方法的提出虽然解决了资源浪费的问题,但尚未针对分布式控制器的灵活调整进行完整的研究。本文完成了应用状态切片的在线迁移研究和设计,以应用状态切片迁移为核心、结合控制器实例管理和转发设备迁移实现了应用服务的在线迁移。这相较于同类工作有两大好处,既能减少应用在整个系统中的存储开销又能让应用在控制器实例动态调整过程中顺利运行。具体的实现细节包括:(1)对分布式控制器的控制器实例的负载状况监控并分析,根据预设的阈值来决定动态的增加或减少控制器实例的数量;(2)设计迁移交换机和应用状态切片的相关传输协议,在整个迁移过程时采用本文设计的迁移策略、迁移协议和控制器信令发送协议来协同完成,为了保证网络的正常运行整个迁移过程对于顶部应用层和用户是透明的;(3)将上述工作设计成SDN分布式控制器应用状态切片迁移算法,该算法能够在分布式控制器中完成控制器实例、转发设备和应用状态切片的同步调整,算法能够通用于分层式控制器和协作式控制器以提高这些控制器的工作效率。最后,本文对所提出的工作进行了一系列实验。实验结果表明该架构很好地解决了SDN分布式控制器动态迁移过程中负载均衡的问题,降低了系统开销和网络延迟。
【关键词】：软件定义网络 OpenFlow 分布式控制器 应用状态切片迁移 交换机迁移
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.05
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.2 相关研究现状12-14
• 1.3 本文的主要工作14-15
• 1.4 本文主要结构15-16
• 第2章 相关理论和技术介绍16-27
• 2.1 SDN与OpenFlow协议概述16-20
• 2.1.1 SDN概述16-18
• 2.1.2 OpenFlow协议18-20
• 2.2 分布式控制模型20-21
• 2.3 基于OpenFlow转发设备迁移策略21-24
• 2.4 应用状态切片24-27
• 第3章 应用状态切片迁移架构27-46
• 3.1 ASPM系统结构27-28
• 3.2 ASPM工作流程28-29
• 3.3 ASPM模块详解29-43
• 3.3.1 系统监控模块29-30
• 3.3.2 迁移决策模块30-36
• 3.3.3 交换机迁移模块36-41
• 3.3.4 ASPM迁移模块41-43
• 3.4 ASPM算法设计43-46
• 3.4.1 算法描述43-44
• 3.4.2 算法伪代码44-46
• 第4章 实验及性能分析46-55
• 4.1 实验环境介绍46-47
• 4.2 实验场景47
• 4.3 实验方案及验证结果47-53
• 4.3.1 控制器实例负载过高48-51
• 4.3.2 控制器实例负载过低51-53
• 4.4 迁移协议对比53-55
• 第5章 总结与展望55-57
• 5.1 总结55-56
• 5.2 展望56-57
• 参考文献57-60
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

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1 郑W氼，

本文编号：891460