基于SDN的按需资源优化分配系统的设计与实现

摘要

近些年来，随着网络的快速发展，传统网络的结构变得越来越臃肿，其弊端表现的越来越明显。一方面，传统网络设备的控制功能和报文转发功能是紧密集成的，这种方式极大地增加了网络设备的压力和复杂度，限制了技术和业务的创新。另一方面，传统网络是一种分布式体系结构，对网络资源和状态缺乏全局的控制，因此很难对网络资源进行高效的利用。基于此，人们一直孜孜不倦的尝试探索新型网络体系结构。2008年，软件定义网络（Software Defined Networking，简称SDN）的概念被提出来。SDN是一种新型网络体系架构，其核心思想是把转发平面和控制平面解耦，通过集中式的网络控制器并使用标准的南向接口对各种不同的网络设备进行管理，理论上可以对底层网络资源进行优化调度和使用。另外，虚拟化技术一直伴随着网络的发展，为网络按需资源优化分配使用提供了新的思路和解决方案，利用网络虚拟化的方式来达到资源按需优化分配使用的目的。虚拟网络是资源的使用者，每个虚拟网络对应一份网络资源。请求建立虚拟网络的时候根据其对资源的需求为其分配一份网络资源，此后该虚拟网络将基于为其分配的网络资源运行业务逻辑。这种基于虚拟网络分配资源的方式正体现了以虚拟网络为单位，按需资源优化分配的思想。当虚拟网络不再使用，对应的资源将被系统回收。SDN具有天然的虚拟化优势，本文结合SDN和网络虚拟化技术研究基于SDN的按需资源优化分配系统。
　　本文设计和实现了基于SDN的网络虚拟化体系架构，提出了“一种避免热点链路的路由算法”，该算法通过计算链路带宽使用率和对带宽需求的大小动态计算路由。第四章介绍的基于SDN的网络虚拟化架构利用该算法为数据流动态选路，选出的路不仅满足了虚拟网络对带宽的需求，而且尽量避开热点链路，使得链路剩余带宽较多，尽量多地满足后续虚拟网络的资源请求，增加了网络的吞吐量，提高了资源使用率。基于SDN的网络虚拟化系统主要包含六大模块，分别是虚拟网络生成模块、消息拦截模块、消息解析模块、虚拟网络映射模块、应用符合性检查模块和带宽虚拟化路由生成模块，其中带宽虚拟化路由生成模块正是利用“一种避免热点链路的路由算法”生成的路由。另外，本文设计和实现了一个监测模块，该监测模块提供了带宽测量、时延测量和丢包率测量的服务。最后，本文搭建了一个完整的仿真测试环境，对系统进行详尽地测试和验证。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的工作和主要内容

1.4 本文的组织结构

第二章 软件定义网络简介

2.1 软件定义网络的定义及其体系架构

2.2 软件定义网络开源控制器介绍

2.3 OpenFlow协议介绍

2.4 本章小结

第三章 一种避免热点链路的路由算法（AHL）

3.1 控制器固有路由算法及其缺陷

3.2 AHL算法

3.3 算法仿真

3.4 本章小结

第四章 基于SDN的网络虚拟化体系架构设计与实现

4.1 基于SDN的网络虚拟化体系架构介绍

4.2 基于SDN的网络虚拟化体系架构相关功能模块介绍

4.3 监测模块的设计与实现

4.4 应用程序接口-REST接口

4.5 本章小结

第五章 系统仿真平台的搭建及其测试

5.1 仿真平台Mininet介绍

5.2 Open vSwitch

5.3 仿真环境的搭建

5.4 系统功能测试

5.5 本章小结

第六章 工作总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果