網(wǎng)絡(luò)更新過(guò)程中的微環(huán)避免技術(shù)和擁塞避免技術(shù)研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)越來(lái)越流行以及互聯(lián)網(wǎng)對(duì)服務(wù)質(zhì)量需求的日趨提高，運(yùn)營(yíng)商不得不對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行頻繁更新，然而網(wǎng)絡(luò)配置信息的更新通常引發(fā)一系列造成網(wǎng)絡(luò)性能下降的問(wèn)題。本文對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)和SDN網(wǎng)絡(luò)更新中的典型問(wèn)題進(jìn)行研究并提出相應(yīng)的解決方案。
　　IP網(wǎng)絡(luò)更新會(huì)觸發(fā)路由重收斂，然而所有路由器不能保證在同一時(shí)刻收到新的鏈路狀態(tài)并啟用收斂后的轉(zhuǎn)發(fā)表，從而可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)包陷入轉(zhuǎn)發(fā)路徑形成的暫時(shí)環(huán)路，即微環(huán)(micro loop)，該問(wèn)題由于帶來(lái)潛在的延時(shí)

2、增大和丟包風(fēng)險(xiǎn)而成為IP網(wǎng)絡(luò)更新時(shí)的主要問(wèn)題。
　　SDN網(wǎng)絡(luò)更新通常通過(guò)對(duì)交換機(jī)重新配置流表來(lái)實(shí)現(xiàn)，然而SDN交換機(jī)很難甚至不可能?chē)?yán)格同步地執(zhí)行更新操作，從而導(dǎo)致進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包沿著由新、舊流表組合的混合規(guī)則轉(zhuǎn)發(fā)，即網(wǎng)絡(luò)不一致問(wèn)題，該問(wèn)題可能進(jìn)一步引發(fā)數(shù)據(jù)黑洞、微環(huán)和數(shù)據(jù)安全等問(wèn)題。由于SDN架構(gòu)強(qiáng)大的流控能力和SDN應(yīng)用對(duì)服務(wù)質(zhì)量的高要求，從而如何保證網(wǎng)絡(luò)一致性是SDN更新廣泛關(guān)注的問(wèn)題。然而，即使網(wǎng)絡(luò)一致性得到滿足，網(wǎng)絡(luò)也無(wú)

3、法保證所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)同時(shí)遵循新/舊流表，從而可能導(dǎo)致某些鏈路因?yàn)橥瑫r(shí)承載新流表流量和舊流表流量而發(fā)生短暫擁塞。
　　本文的研究工作主要分為以下方面。
　　1)本文研究分析當(dāng)前兩種主流IP微環(huán)避免技術(shù)：OFIB技術(shù)和OMA技術(shù)。OFIB技術(shù)通過(guò)直接控制路由器的FIB更新時(shí)刻以達(dá)到路由重收斂過(guò)程中沒(méi)有微環(huán)形成的目的。OMA技術(shù)分多階段漸進(jìn)地調(diào)整鏈路權(quán)重到目標(biāo)值以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)更新，其中每個(gè)階段將鏈路權(quán)重調(diào)整到一個(gè)中間值，該值保證了路由重

4、收斂過(guò)程不出現(xiàn)微環(huán)。與OFIB技術(shù)相比較，OMA技術(shù)因其更優(yōu)的擴(kuò)展性與易實(shí)現(xiàn)性得到更廣泛的關(guān)注和認(rèn)同。
　　2)針對(duì)現(xiàn)有基于 OMA技術(shù)的微環(huán)避免算法計(jì)算復(fù)雜度高的缺點(diǎn)，本文提出了一種低復(fù)雜度的微環(huán)避免算法(A Low-Complexity Micro-Loop Avoidance Algorithm, LCMLAA)，LCMLAA定義“權(quán)重區(qū)間”并利用區(qū)間重疊的特點(diǎn)直接計(jì)算中間值，同時(shí)保證其數(shù)目最少。
　　3)本文研究分析

5、當(dāng)前三種主流SDN更新方案：基于序列號(hào)的更新方案、基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的更新方案以及基于版本號(hào)的更新方案?；谛蛄刑?hào)的更新方案設(shè)計(jì)所有流表項(xiàng)的更新序列信息表，控制器定時(shí)執(zhí)行表中的指令組以實(shí)現(xiàn)更新?；诖鎯?chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的更新方案在更新期間將部分?jǐn)?shù)據(jù)包上傳給控制器緩存，待更新結(jié)束后再將數(shù)據(jù)包下發(fā)到數(shù)據(jù)平面?；诎姹咎?hào)的更新方案利用額外的數(shù)據(jù)標(biāo)簽來(lái)區(qū)分新、舊兩套規(guī)則。與另外兩種更新方案相比較，基于版本號(hào)的更新方案是唯一能夠保證網(wǎng)絡(luò)一致性的方案。
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6、)針對(duì)基于版本號(hào)的更新方案未能解決鏈路擁塞的不足，本文提出擁塞避免更新策略，其主要思想是安排一種更新順序使得業(yè)務(wù)流從舊規(guī)則有序地遷移到新規(guī)則的過(guò)程中沒(méi)有鏈路被擁塞?；谏鲜鰮砣苊飧虏呗?，本文提出面向節(jié)點(diǎn)的擁塞避免快速更新算法(Congestion Avoidance and Fast Update Algorithm, CAFUA)與面向業(yè)務(wù)流的擁塞避免快速更新啟發(fā)式算法(ATOmic-MIP, ATOMIP)。前者研究了以節(jié)點(diǎn)為更