SDN控制器性能测试与负载均衡策略研究与设计

摘要

近些年随着网络技术的不断发展，用户的业务需求急剧增长，业务规模越来越大，这给现有网络带来了巨大的压力，伴随压力而来的则是传统网络架构所暴露出的各种各样的问题，传统网络的发展遇到了困境。SDN(Software Defined Network,软件定义网络)的出现给解决这一困境带来了转机。作为一种新的网络体系架构，SDN得到了越来越多厂商和研究机构的关注。SDN将传统网络中高度耦合的控制平面与数据平面分离，将控制平面的业务逻辑集中到远端的控制器，数据平面的交换机仅保留高速转发的功能，同时具有网络可编程特性，向开发者提供大量南向和北向API，使得无论是网络管理还是应用开发都变得简易高效。在SDN网络体系架构下，控制器的功能类似于网络的“大脑”，因此其性能和负载水平至关重要。本文旨在对控制器进行性能测试，同时根据测试结果改进设计了一个新的负载均衡策略。
　　本文首先介绍了 SDN体系架构的内容，分为数据层、南向接口、控制器、北向接口和应用层五个方面来进行详细说明。学习并阐述了OpenFlow交换机流表匹配的流程、OpenFlow协议的重要数据结构。通过研究SDN相关理论与技术为后面的测试和负载均衡策略制定工作奠定基础。
　　然后，在可行性分析与需求分析的基础上，本文设计了基于内核态的发包工具，阐述了其工作原理与优势。基于该工具，设计了两项控制器性能测试方案，分别是控制器流量压力测试和控制器流表压力测试。同时阐述了两项测试方案的工作流程和测试要点。在详细设计的基础上，通过C语言实现了内核发包器、搭建了基于Mininet和Floodlight的SDN实验环境，并在该环境下完成了流量压力测试和流表压力测试，测试结果直观的表明了控制器的性能与负载情况，证明了对控制器进行负载均衡的必要性。
　　最后，本文介绍了一个现有的控制器负载均衡策略，通过分析该方案的核心算法，指出了该方案存在的弊端和缺陷。同时，根据本文进行的控制器性能测试结果，改进设计了新的负载均衡策略。在进行负载均衡时充分考虑流表处理速度和网卡利用率，更加详细的指明超负载情景并制定均衡策略。实验结果证明了本文提出的负载均衡策略的有效性和优势。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

1.4 论文结构

2 SDN与OpenFlow关键技术

2.1 SDN体系架构

2.2 Floodlight控制器

3 控制器性能测试方案设计

3.1 可行性与需求分析

3.2 内核发包器的设计

3.3 流量压力测试

3.4 流表压力测试

4 内核发包器实现与性能测试实验

4.1 内核发包器的实现

4.2 环境搭建

4.3 测试实验

5 控制器负载均衡策略

5.1 现有解决方案

5.2 DALB算法简介

5.3 算法改进

5.4 实验评估

6 总结与展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献