基于SDN的多路徑負載均衡算法及流表分配優(yōu)化算法研究.pdf

1、隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、大數(shù)據(jù)和云計算的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量爆炸式增長，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)成為了未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主流方向之一。SDN定義了一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它的核心思想是將網(wǎng)絡(luò)的控制層和數(shù)據(jù)層進行分離，分別使用控制器和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備實現(xiàn)。與傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)不同的是，SDN網(wǎng)絡(luò)控制功能全部由控制器實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備僅用于數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)解決了網(wǎng)絡(luò)流量劇增帶來的難題，通過

2、將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息集中存儲，實現(xiàn)了以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)。對SDN網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的研究，已經(jīng)得到越來越多研究者的關(guān)注。
　　在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，為了提高網(wǎng)絡(luò)帶寬和吞吐量，多采用具有多路徑特性的層次型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，如胖樹拓撲結(jié)構(gòu)。然而傳統(tǒng)路由算法對多路徑的支持非常有限。針對此問題，在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中引入SDN，通過對控制層的編程實現(xiàn)路由計算和網(wǎng)絡(luò)集中控制，能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)多路徑負載均衡。
　　在SDN網(wǎng)絡(luò)中，控制器通過標準的

3、OpenFlow協(xié)議集中管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)行為?？刂破髦贫酚刹呗院?，向OpenFlow交換機下發(fā)流表，數(shù)據(jù)流使用匹配的流表項進行轉(zhuǎn)發(fā)。交換機流表基于三態(tài)內(nèi)容尋址存儲器(Ternary ContentAddressable Memory，TCAM)實現(xiàn)，只有大約1k-2k條流表項，流表資源有限。當數(shù)據(jù)流沒有匹配的流表項時，會向SDN控制器發(fā)送packet-in消息請求分配流表資源?？刂破髅棵肽軌蛱幚淼膒acket-in消息大約只有30k

4、條，計算資源有限。因此，在分配流表項時，需要均衡使用流表資源和計算資源，優(yōu)化流表分配方案。
　　論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)針對胖樹數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)路由算法對多路徑支持有限的問題，本文提出了基于路由評估的多路徑負載均衡算法F-MPLB(Flow-multi path loadbalancing)。該算法利用SDN網(wǎng)絡(luò)集中控制的特點，獲取多路徑實時狀態(tài)信息，通過當前交換機節(jié)點和鏈路負載情況，評估多路徑瓶頸帶寬，以此選擇最

5、符合數(shù)據(jù)流傳輸需求的路徑。實驗結(jié)果表明，F(xiàn)-MPLB算法無論在降低網(wǎng)絡(luò)傳播時延還是在提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)路由算法，能夠?qū)崿F(xiàn)胖樹數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的多路徑負載均衡。
　　(2)針對SDN網(wǎng)絡(luò)中交換機流表資源和控制器計算資源有限的問題，本文在SDN網(wǎng)絡(luò)中提出了基于資源偏好的流表分配優(yōu)化算法RC-FDO(Resourcesconsideration-flowtable distribution optimization)，該算法通過