软件定义数据中心网络的稳定性分析与主动同步

摘要

随着云计算网络的快速发展，作为云计算基础框架的数据中心网络吸引了来自学术界和工业界的广泛关注，并得到了高速发展。诸如数据收集、视频内容托管交互、社交网络等网络应用都需要依靠数据中心网络的支撑，在数据中心网络迅猛发展的同时，其各项性能指标所受到的检验也日趋严格。软件定义网络（SDN）技术越来越多地被运用到数据中心网络的管理与构建当中，以更好地实现对数据中心网络的全局部署。
　　在SDN控制中，单个控制器控制的数据中心网络由于控制器本身性能的限制，其可控制的服务器数量相对有限，势必无法满足云计算网络的快速发展对数据中心网络可扩展性的要求。多区域多控制器数据中心网络通过增加控制器数量增强对数据中心网络的整体控制，以满足大型数据中心网络对于可扩展性及稳定性的要求。然而由于控制器只对其所控制的区域网络负责，因而需确保控制器之间信息的一致性才能避免多控制器系统的崩溃，从而需要在控制器之间进行信息同步。现有的控制器之间的同步算法是一种基于时间的周期同步算法，然而不论是采用定时更新还是定时更新与实时更新混合的周期同步算法都可能导致网络信息的不一致性，从而致使整个网络具有较高的丢包率和较差的负载平衡。
　　为了保证网络的一致性，本文提出了一个基于事件触发的主动同步算法，在本文的算法中，控制器之间的信息同步是根据选定的服务器上的负载是否超过其所在区域的所有服务器总负载的平均值而被触发的。因为相较于基于时间的同步而言，基于事件触发同步有更好的灵活性，使得主动同步算法不仅对负载变化更为敏感，也消除了同步与时间之间的关联，避免了整个网络中转发环的出现。仿真实验结果表明，与现有的周期同步算法相比，主动同步算法在丢包率和负载平衡方面有着更好的性能。而在相近的负载平衡性能表现下，主动同步算法相比周期同步算法也有着更少的同步开销。
　　在提出了多个控制器控制下的数据中心网络的主动同步算法之后，本文通过网络中的链路负载作为事件状态，负载的变化视为离散事件，将数据中心网络建立为一个五元离散事件系统，根据李雅普洛夫稳定性分析方法，找出了可以令该系统满足李雅普洛夫渐近稳定的状态函数，证明了SDN控制下的数据中心网络在负载平衡策略下是满足李雅普洛夫渐近稳定的。

目录

声明

第一章 引言

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容和创新点

1.4论文结构

1.5本章小结

第二章数据中心网络与软件定义网络

2.1数据中心网络概述

2.2软件定义网络概述

2.3多区域数据中心协同合作

2.4本章小结

第三章 数据中心网络的稳定性分析

3.1引言

3.2离散事件系统

3.3数据中心网络稳定性分析

3.4本章小结

第四章 多区域多控制器数据中心网络的主动同步

4.1引言

4.2系统模型及算法概述

4.3单个控制器运行机制

4.4多控制器数据中心网络

4.5性能评估

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究成果及发表的学术论文

攻读硕士期间参与的研究项目