Research on Congestion Free Routing Algorithim for Hybrid SDN Network

摘要

软件定义网络(SDN)是当下的新兴研究领域。传统的TCP/IP网络过去促进了互联网的快速进步，但随着网络服务的变化和高带宽需求应用的快速增长，TCP/IP网络面临着越来越多的问题。SDN拥有掌控全局网络信息的能力，同时，它的可编程属性使它能在不改变网络核心架构的情况下提供更加灵活与高效的网络服务。TCP/IP网络不能满足服务质量的多种需求，并且基于最短路的路由策略会使得在仍有其他链路可选的情况下导致局部链路的拥塞。采用SDN技术可以在提供QoS保证的同时有效解决网络拥塞控制问题。
　　在本文采用的SDN技术中，协议无感知转发(POF)扮演着重要的角色。POF是OpenFlow协议的扩展，支持任意用户自定义协议，因此可以充分提高网络的灵活性。然而，现有的POF控制器仅仅是一个缺乏支持基本网络服务功能的原型系统。本文提出一种混合SDN网络架构，旨在提高网络性能的同时兼容传统网络基础设施。在混合SDN网络中，网络被切分成许多孤岛(islands)，一些是SDN孤岛，一些是传统网络遗留岛屿(legacyislands)，通过SDN交换机连接这些孤岛。
　　为提高系统性能，在如今的网络研究中，路径计算是一个重要研究领域。路径计算旨在为网络流提供合理的路径。随着SDN的发展，路径计算从分布式节点转移到集中式控制器上。本文提出了一种基于混合SDN网络架构面向数据中心网络的路径计算算法，该算法通过数据中心网络的特性和拥塞状态计算来选择合适的路径。此外，本文还给出了混合SDN网络中的拥塞控制实施方案。实验结果显示，该算法的性能优于经典的最短路径算法。同时本文也验证了提出的混合SDN网络的方案能够在复杂的网络环境中提供合适的功能与较好的性能。

目录

声明

Acknowledgement

摘要

ABSTRACT

Table of contents

List of figures

List of tables

Chapter 1 Introduction

1．1 Research Background and Significance

1．2 Research Status at Home and Abroad

1．3 The research content in this paper

1．4 List of abbreviations used in the dissertation

Chapter 2 SDN，POF and Traffic Engineering related Technical Research

2．1 SDN Technology and Research Status

2．1．1 SDN Concept and Architecture

2．1．2 OpenFlow Protocol

2．2 POF Concept and its Principle

2．2．1 POF Matching Field

2．2．2 POF Processing Flow

2．2．3 POF Controllers and Switches

2．3 Network Topology in SDN

2．4 Path Computation in SDN

2．5 Network Congestion

2．6 Load Balancing

2．7 Summary

Chapter 3 Proposed Solution for Hybrid Networks

3．1 Hybrid SDN Networks

3．2 Overview of Proposed Solution for Hybrid Network

3．3 Proposed Solution for Hybrid Network

3．4 Summary

Chapter 4 Congestion free routing algorithm for hybrid SDN network

4．1 Overview of Proposed Algorithms

4．2 Path Computation Algorithm

4．2．1 Data Center Networks

4．2．2 Path Computation Algorithm

4．2．3 Path selection Algorithm

4．3 Summary

Chapter 5 Experimental Results and Analysis

5．1 System Environment

5．2 Implementation of Path Computation and Path Selection Algorithm

5．2．1 Performance Metrics

5．2．2 Path Computation Performance Comparison

5．2．3 The Floyd-Warshall Algorithm

5．2．5 Test Case

5．2．6 Path Selection Performance Comparison

5．2．7 Test Case

5．2．8 Verification For Proposed Solution of Hybrid SDN Networks

5．2．9 Result and Analysis for Hybrid Network Solution

Chapter 6 Conclusion and Future Work

References