面向数据中心网络的分布式SDN控制器和数据分发应用
发布时间：2020-08-24 08:20
【摘要】：云服务和移动应用的发展使得数据中心的规模不断扩大,给数据中心网络的管理和运维提出了一系列挑战,数据中心网络中,东西向的流量逐渐成为主体,负载不均衡、网络利用率低等问题随之而来。SDN技术的三大优势和数据中心网络面临的问题刚好吻合,而单一控制器已经无法数据中心网络的管理需求,所以需要构建分布式控制器集群来管理数据中心网络中东西向的流量,实现数据中心网络的负载均衡。另外,数据分发网络中网络利用率低、缺乏有效的管理工具的问题日益凸显,节点选择策略有待优化。针对以上问题,本文提出了数据中心网络的分布式SDN控制器系统和基于SDN的数据分发动态节点选择系统,主要工作总结如下:(1)研究了大规模的数据中心网络东西向存在的负载不均衡、网络利用率低的问题,并分析了已有均衡方案的优点和不足。在控制器东西向进行扩展,设计了应用于数据中心网络的分布式SDN控制器负载均衡系统;研究了数据分发网络存在的管理困难、分发效率低等问题,构建了基于SDN控制器的数据分发网络动态节点选择系统。(2)针对数据中心东西向负载不均衡的问题,设计了一种面向数据中心网络的基于Pastry的动态负载均衡算法,即PDLB(Dynamic Load Balancing based on Pastry)算法。该算法中,各个普通控制器节点周期性地采集各自负载信息,根据设定的负载阈值判断是否过载,根据判断结果构造通知消息经由Pastry路由到集群上的根控制器节点,由根控制器来决定负载的迁移去向。实验结果表明该算法能够实现数据中心网络的负载均衡,同时降低控制器之间的负载通信开销。(3)设计一种基于SDN的数据分发动态节点选择算法,控制器采集分发网络的链路状态参数,以接口的形式提供给跟踪服务器调用。跟踪服务器根据获取的链路状态参数对节点的服务能力评估,选出最优资源节点列表,下载节点从最优资源节点列表中选择节点下载,提升数据分发的效率。通过控制器实时监控整个网络状态,在拓扑上显示网络状态参数,从而实现对数据分发网络的可视化管理。
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP308;TP393.02
【图文】：
消息的时间和消息中记录的时间差，同样计算收到 S2 上报消息的时间和消息中记录的时间差，这样就可求得 S1、S2 各自到控制器的往返时间。C 到 S1 和 S2 的往返时间分别用 12， 21表示。（5）根据上述步骤可求得交换机 S1 到交换机 S2 的链路时延 12：12 12 21 12 21( ) 2s c cT = T T T T(4-1§4.2.2 链路可用带宽和流速测量带宽是网络参数测量的重点，链路的带宽由两个端口的性能来决定的，在SDN 技术中通过 OpenFlow 协议获取带宽，在 OpenFlow 协议通过统计报文来获取端口、流表等信息。因此，链路可用带宽的测量可以利用统计报文中的端口统计信息来实现。控制器周期性地发送 ofp_port_status_request 消息给 OpenFlow 交换机，请求交换机端口上的统计信息，交换机以 ofp_port_status 消息封装自己的端口记录的信息上报控制器。ofp_port_status 消息统计了端口收发包数、字节数及统计的持续时间，该消息的具体定义如图 4-3 所示：
图 5-5 数据分发网络拓扑图其中，主机 h1 到 h16 代表真实分发网络中的主机，IP 地址在 192.168.1.X 网段。先启动 Floodlight 控制器，然后启动 mininet，画好拓扑图运行连接至控制器。测试1GB 文件下载，运行种子服务器和跟踪服务器，要下载的节点从种子服务器获取了1GB 文件的种子，并启动下载客户端，其它 6 个节点已经可以提供 1GB 文件下载，都启动了下载客户端，在下载客户端设置最大连接数为 2、3、4，分别测试从 2 个节点、3 个节点、4 个节点下载文件的时间，在下载节点将 1GB 文件的种子拖到客户端，开始下载文件，记录下完成时间。§5.3.2 系统性能测试为了验证动态节点选择算法的有效性，在相同的测试环境下，分别测试本文的动态节点选择算法和传统 BT 协议中的随机节点选择算法的节点下载时间，测试的文件大小是 1GB 文件，假设跟踪服务器记录了可以提供 1GB 文件资源的节点有六个。跟踪服务器根据从控制器获取的网络链路状态参数对资源节点进行排序，得到最优资源节点列表，请求下载的节点从最优资源节点列表选择节点下载资源，并与
图 5-6 两种节点选择算法数据分发时间对比图从图 5-6 可见，动态节点选择算法要优于随机节点选择算法，有 1GB 文件的资节点有 6 个，采用动态节点选择算法时，下载节点从 6 个资源节点选择 3 个最优点下载，下载时间为 41s，而采用随机节点选择算法，下载节点从 6 个下载节点机选择 3 个节点下载，下载时间为 65s。因为此次随机选择的节点中有两个是动节点选择中的最优节点，所以两者时间差距相比于两个节点时缩小了，资源节点为 4 时两者的下载时间差距缩小的原因亦是如此，如果随机选择的节点没有最优点，那么两者的差距会比较大。总之，动态节点选择算法选择的资源节点一直是优的，而且会根据网络状态而更新，而随机节点选择算法选择节点存在不确定因，故动态节点选择算法要优于随机节点算法，可以明显提升数据分发的服务质量。一个下载节点从三个资源节点下载时，采用动态节点选择算法时，从跟踪服务中选择三台最优节点进行下载，跟踪服务器端的输出如下图 5-7：2 3 4资源节点数（个）动态节点选择 随机节点选择
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP308;TP393.02
【图文】：
消息的时间和消息中记录的时间差，同样计算收到 S2 上报消息的时间和消息中记录的时间差，这样就可求得 S1、S2 各自到控制器的往返时间。C 到 S1 和 S2 的往返时间分别用 12， 21表示。（5）根据上述步骤可求得交换机 S1 到交换机 S2 的链路时延 12：12 12 21 12 21( ) 2s c cT = T T T T(4-1§4.2.2 链路可用带宽和流速测量带宽是网络参数测量的重点，链路的带宽由两个端口的性能来决定的，在SDN 技术中通过 OpenFlow 协议获取带宽，在 OpenFlow 协议通过统计报文来获取端口、流表等信息。因此，链路可用带宽的测量可以利用统计报文中的端口统计信息来实现。控制器周期性地发送 ofp_port_status_request 消息给 OpenFlow 交换机，请求交换机端口上的统计信息，交换机以 ofp_port_status 消息封装自己的端口记录的信息上报控制器。ofp_port_status 消息统计了端口收发包数、字节数及统计的持续时间，该消息的具体定义如图 4-3 所示：
图 5-5 数据分发网络拓扑图其中，主机 h1 到 h16 代表真实分发网络中的主机，IP 地址在 192.168.1.X 网段。先启动 Floodlight 控制器，然后启动 mininet，画好拓扑图运行连接至控制器。测试1GB 文件下载，运行种子服务器和跟踪服务器，要下载的节点从种子服务器获取了1GB 文件的种子，并启动下载客户端，其它 6 个节点已经可以提供 1GB 文件下载，都启动了下载客户端，在下载客户端设置最大连接数为 2、3、4，分别测试从 2 个节点、3 个节点、4 个节点下载文件的时间，在下载节点将 1GB 文件的种子拖到客户端，开始下载文件，记录下完成时间。§5.3.2 系统性能测试为了验证动态节点选择算法的有效性，在相同的测试环境下，分别测试本文的动态节点选择算法和传统 BT 协议中的随机节点选择算法的节点下载时间，测试的文件大小是 1GB 文件，假设跟踪服务器记录了可以提供 1GB 文件资源的节点有六个。跟踪服务器根据从控制器获取的网络链路状态参数对资源节点进行排序，得到最优资源节点列表，请求下载的节点从最优资源节点列表选择节点下载资源，并与
图 5-6 两种节点选择算法数据分发时间对比图从图 5-6 可见，动态节点选择算法要优于随机节点选择算法，有 1GB 文件的资节点有 6 个，采用动态节点选择算法时，下载节点从 6 个资源节点选择 3 个最优点下载，下载时间为 41s，而采用随机节点选择算法，下载节点从 6 个下载节点机选择 3 个节点下载，下载时间为 65s。因为此次随机选择的节点中有两个是动节点选择中的最优节点，所以两者时间差距相比于两个节点时缩小了，资源节点为 4 时两者的下载时间差距缩小的原因亦是如此，如果随机选择的节点没有最优点，那么两者的差距会比较大。总之，动态节点选择算法选择的资源节点一直是优的，而且会根据网络状态而更新，而随机节点选择算法选择节点存在不确定因，故动态节点选择算法要优于随机节点算法，可以明显提升数据分发的服务质量。一个下载节点从三个资源节点下载时，采用动态节点选择算法时，从跟踪服务中选择三台最优节点进行下载，跟踪服务器端的输出如下图 5-7：2 3 4资源节点数（个）动态节点选择 随机节点选择
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本文编号：2802222
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