软件定义网络的虚拟网络映射和多控制节点管理研究

摘要

软件定义网络(Software Defined Networking，缩写为SDN)作为一种新型的网络架构，可以实现网络控制平面与数据转发平面的相互分离，并实现对整个网络的可编程化控制，利用集中式的多个网络控制节点通过标准化接口对各种基础网络设备进行管理和动态配置，为整个网络资源的管理、设计以及使用提供更多的灵活性，从而更容易推动整个网络的革新与发展。SDN的核心技术是网络虚拟化与集中控制管理。
　　网络虚拟化的主要研究问题之一是虚拟网络映射。虚拟网络支持多个网络实验和服务同时运行在同一个共享的底层物理网络之上，虚拟网络映射问题涉及到的就是如何将有限的底层物理网络资源分配给尽可能多的虚拟网络。本文研究的主要内容之一就是SDN中的虚拟网络映射，首先建立了基于逻辑功能块(Logical Functional Block，缩写为LFB)的虚拟网络映射模型，提出了节点CPU需求值升序和降序映射方案以及基于节点选择共享的映射优化方案，然后对提出的方案进行了实验仿真。结果显示，在功能块成本方面，节点降序映射方案比节点升序映射方案节省了17.23％，基于节点升序的选择共享映射方案比节点升序映射方案节省了25.62％，基于节点降序的选择共享映射方案比节点升序映射方案节省了25.34％，优化程度显著。本文对虚拟网络映射问题进行了深入的研究和完善，为SDN的理论研究提供了新的借鉴。
　　同时对于集中控制管理的研究，针对传统网络体系中的单个控制节点难以应对网络中日益增长的事件和请求的问题，本文对SDN中多控制节点管理的方案和算法进行了深入的分析与研究，提出了多控制节点管理多转发节点的有效方案。在深入分析影响租用效率及转发节点和控制节点连接情况的参数基础上，推导出了具体的数学模型，并总结出了相关因素影响控制节点对转发节点管理性能的规律，为如何在SDN中实现多控制节点的高效管理提供一定的理论依据和借鉴。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景和意义

1．1．1 SDN体系架构及基本特征

1．1．2 SDN虚拟网络映射

1．1．3 SDN集中控制管理

1．2 研究现状

1．2．1 SDN中的网络虚拟化

1．2．2 SDN中的多控制节点管理

1．3 本文的研究内容与主要贡献

1．3．1 本文的研究内容

1．3．2 本文的主要贡献

1．4 本文的创新点

1．5 本文的结构

2 基于功能块的虚拟网络映射模型

2．1 底层物理网络

2．2 虚拟网络请求

2．2．1 虚拟网络请求组成

2．2．2 虚拟网络请求时间

2．3 虚拟网络映射

2．3．1 节点映射过程

2．3．2 功能块映射过程

2．3．3 链路映射过程

2．4 映射模型的评价指标

2．5 本章小结

3 基于功能块的虚拟网络映射方案与算法优化

3．1 节点映射方案

3．1．1 节点CPU需求值升序映射算法

3．1．2 节点CPU需求值降序映射算法

3．2 功能块映射方案

3．2．1 功能块需求模型

3．2．2 功能块映射方法

3．3 链路映射方案

3．4 节点选择共享功能块优化方案

3．4．1 基于节点CPU需求值升序的功能块选择共享算法

3．4．2 基于节点CPU需求值降序的功能块选择共享算法

3．5 本章小结

4 映射方案仿真实验与结果分析

4．1 仿真实验环境

4．1．1 产生底层物理网络

4．1．2 产生虚拟网络请求

4．1．3 虚拟网络映射仿真过程

4．2 仿真实验与结果分析

4．2．1 不同的虚拟节点CPU上限值

4．2．2 不同的虚拟链路带宽上限值

4．2．3 不同的虚拟节点LFB数量与CPU比值

4．2．4 不同的总功能块种类

4．3 本章小结

5 面向SDN的多控制节点管理方案及分析模型

5．1 面向SDN的多控制节点管理方案

5．2 面向SDN的OpenFlow应用

5．3 面向SDN的多控制节点管理方案的数学建模

5．3．1 转发节点参与效率模型

5．3．2 转发节点连接效率模型

5．4 多控制节点管理方案数字实验

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

本文作者硕士期间参加的科研项目及发表的学术论文

致谢

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