论文部分内容阅读
互联网已经成为当今人类社会的通讯基础设施。随着互联网服务提供商市场竞争的日益激烈和互联网数据的急速增加,互联网早已成为现代信息化发展不可或缺的组成部分,互联网的稳定和高效对国家战略意义至关重要。当今的互联网在域内主要采用OSPF/IS-IS路由,在域间主要采用BGP路由,当链路负载不均衡产生拥塞或者网络发生故障引起丢包时,网络设备不能够保证稳定的服务质量和高效的网络利用率。因此,如何实现稳定高效的网络服务,如何在网络发生故障的时候保证服务质量,如何提高网络利用率达到节能环保的目的,成为重要的研究问题。本文主要研究在Software defined network(SDN)网络中如何高效低成本地增量部署SDN交换机,同时依靠部署的SDN交换机实现流量工程、故障恢复、节能等网络需求。现有的网络协议存在以下不足:1)随着SDN网络的发展,SDN交换机的部署成本高、升级麻烦,支持SDN交换机的ternary content addressable memory(TCAM)流表不够用,同时流表安装和更新困难。2)网络链路故障和节点故障需要大量人力和物力资源进行网络配置,网络故障不仅检测困难而且恢复耗时长,数据中心流量分部不均匀,链路利用率不高。3)随着数据中心网络的发展,数据中心网络能量消耗越来越大,但是能量利用率不高,网络设备能耗大,需要高效的节能方案。4)近年来以数据中心中具有语义相关性的一组流(也叫一个Coflow)为基本单位进行优化调度的工作越来越多,但是基本上都忽略了Coflow可用带宽变化对调度产生的影响,所以需要新的实时的Coflow调度算法。针对上述问题,本文提出了通过增量部署SDN交换机的高效解决方案。主要内容包括:1)针对SDN网络部署困难,本文提出了基于混合SDN网络的增量部署SDN交换机方案,最小化SDN交换机部署代价的情况下,最大化网络控制能力。2)针对网络故障恢复困难、流表配置复杂、故障恢复耗时长,设计了基于混合分层SDN网络的流量调度和故障恢复方案,该方案支持路由转发功能的预配置和控制器暂时故障的预处理,在部署少量SDN交换机的情况下实现了100%的单链路故障恢复算法,同时验证了我们的方案对于多链路故障和单节点故障都有很好的扩展性。3)针对SDN资源管理中流表项数目少,利用率低的问题,本文提出一个全新的低负载的流控制算法和交换机流表分配方案,设计了基于Multiprotocol Label Switching(MPLS)标签的数据层路径转发机制,在减少SDN流表项下发的同时可以有效地实现SDN交换机之间流表项的均衡,使网络可以容纳更多的数据流。4)针对现有的网络设备耗能大、网络带宽利用率不充分的问题,本文提出了基于SDN交换机部署的混合网络节能方案,解决两个不同的场景:(1)给出数量有限的SDN交换机,如何部署实现最大的网络数据流控制能力。(2)固定SDN交换机部署位置,如何通过重路由数据流最大限度地实现网络节能。5)针对数据中心流量分部不均匀,链路利用率不高。本文设计了基于网络带宽变化的Coflow调度算法,在Coflow可用带宽变化的情况下,最大化满足截止时间的Coflow个数,进而最小化平均的完成时间。