基于SDN的数据中心网络流量工程研究

摘要

数据中心作为重要的信息化基础设施，在云计算飞速发展的过程中一直处于核心地位。数据中心网络流量与互联网流量有很大不同，新兴的业务致使不同的虚拟机之间产生大量的数据中心内部流量。同时，数据中心规模的爆炸式增长让传统数据中心网络力不从心，不充分的资源分配带来了链路拥塞和端到端时延的增大，严重制约着数据中心性能和服务质量进一步提高，一种新的网络管理模式势在必行。基于SDN的数据中心网络有着传统数据中心网络无法比拟的优势。SDN控制器基于全局网络视图，结合当前网络资源的实时性能和状态为数据流量做出最优的路由判决，从而达到更好的负载均衡效果。
　　本研究主要内容包括：⑴概述了数据中心网络的研究背景和意义，对SDN技术在多种网络场景下的应用现状进行了归纳，着重研究了SDN在数据中心网络流量工程中的应用现状。⑵阐述了SDN的定义和架构，包括OpenFlow协议、控制器、交换机以及控制器与交换机之间的安全通道，对各OpenFlow协议版本进行了比较，然后着重介绍了本文中使用的Ryu控制器及其开发流程。⑶建立了基于数据中心Fat-Tree网络的ECMP(Equal Cost Multi Path)数学模型，然后在此基础上提出了基于端到端链路利用率的ECMP模拟退火算法(SA-ECMP)，并使用该算法为等价路径计算合适的流量分配比例。⑷介绍了Ryu控制器的总体思想，并分模块阐述了系统的实现原理，包括基于LLDP的拓扑发现模块、链路状态获取模块、流表下发模块和拓扑视图模块。⑸利用Mininet网络仿真平台，实现了对数据中心网络的模拟，并对本文提出的SA-ECMP算法进行了仿真验证。该算法相比于文献中提到的其他算法，提高了数据中心网络中的链路带宽利用率，降低了端到端传输时延，收到了较好的负载均衡效果。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的研究目标和思路

1.4 论文的研究内容和结构安排

第二章 数据中心SDN网络

2.1 SDN概述

2.2 OpenFlow介绍

2.3 Ryu控制器

2.4 SDN与数据中心网络

2.5 本章小结

第三章 基于SDN的数据中心网络负载均衡算法研究

3.1 动态负载均衡算法

3.2 ECMP算法

3.3 ECMP算法优化研究

3.4 本章小结

第四章 SDN控制器的设计与实现

4.1 系统总体设计

4.2 网络状态信息获取模块

4.3 流表下发模块

4.4 拓扑视图模块

4.5 本章小结

第五章 系统测试与仿真分析

5.1 Mininet网络仿真平台

5.2 性能评估与分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录