一种高可扩展的SDN分布式控制平面的研究与实现

摘要

SDN（软件定义网络）促进了互联网的创新和快速演进，越来越多的机构开始采用SDN技术部署网络。在SDN网络中，控制器负责对整个网络进行集中化的控制，是整个网络的核心，一旦控制器在性能或安全性上得不到有效保障，随即而来的就是整个网络的服务能力降级甚至全网瘫痪。此外，从组网角度看，单一控制器也无法应付跨多个区域的SDN网络问题。因此，单点控制器部署SDN网络的方式存在着性能、可靠性以及可扩展性等方面的问题，无法应对大规模网络。
　　对此，需要采用多控制器协调部署的方式以提高控制平面的性能、可靠性以及可扩展性，本文基于分布式、集群、以及负载均衡的思想，给出了一种高度可扩展的SDN控制平面架构。
　　从分布式技术角度看，由于控制器在SDN网络中具有天然的的集中控制特性并掌控着全局网络状态信息，确保各控制器的全网信息一致性显得尤为重要。所以，对于所给出的控制平面架构来说，最关键的部分在于解决好控制器之间的协作问题。本文在ZooKeeper提供的原子操作基础上进行功能封装，设计了控制器成员管理、群组管理、事件通报以及数据共享等功能用以管理好各控制器，确保网络状态的一致性。此外，还研究了在平面中使用由OpenFlow交换机和控制器构建的负载均衡器，灵活动态地应用负载均衡算法，以进一步提高系统的整体处理能力，进而进一步提高系统扩展性。
　　最后通过模拟实验验证了方案的可行性，该方案能够在保证性能的前提下，具有良好的可靠性和可扩展性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外相关工作的研究

1．2．1 可扩展的控制平面研究思路

1．2．2 相关研究方案

1．3 研究内容

1．4 论文组织

第二章 相关工作综述

2．1 OpenFlow技术

2．2 控制器

2．2．1 控制器工作模式

2．2．2 控制器的性能评价与测试

2．2．3 Floodlight控制器

2．3 集群技术

2．3．1 集群的简介

2．3．2 集群技术的分类

2．3．3 存储方式

2．3．4 控制器集群的关键问题分析

2．4 负载均衡技术

2．4．1 负载均衡算法的分类

2．4．2 动态反馈机制

2．4．3 基于OpenFlow的负载均衡研究

2．5 分布式技术

2．5．1 分布式技术的特点

2．5．2 分布式控制平面特性分析

2．6 本章小结

第三章 基于Zookeeper的分布式控制平面

3．1 ZooKeeper

3．1．1 ZooKeeper简介

3．1．2 ZooKeeper的工作原理

3．2 控制平面总体架构设计

3．3 Zookeeper集群管理功能设计

3．3．1 集群成员管理

3．3．2 群组管理

3．3．3 Leader选举

3．3．4 集群事件通知

3．4 数据共享实现

3．4．1 实时同步

3．4．2 数据恢复

3．5 集群与组的配置

3．6 关键问题的分析

3．7 本章小结

第四章 基于OpenFlow的动态负载均衡系统设计

4．1 基于OpenFlow的控制署负载均衡架构

4．1．2 总体架构设计

4．1．2 可扩展性分析

4．2 监控模块设计

4．2．1 负载评价设计

4．2．2 动态负载信息获取

4．3 决策模块设计

4．3．1 决策算法

4．3．2 流表管理模型

4．4 本章小结

第五章 实验与分析

5．1 测试环境

5．2 系统可靠性分析

5．3 性能测试与分析

5．4 负载均衡效果测试

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 论文展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况