面向数据中心网络的半集中式SDN路由技术研究

摘要

在SDN（Software Defined Networking，软件定义网络）体系架构中网络控制功能从网络设备（交换机/路由器）分离出来，集中到中心节点控制器上，交换机只负责数据平面的功能（通过流表进行数据转发）。在大规模的数据中心网络中，路由/流表的计算和分发完全由中心控制器完成，控制器成为了网络的性能瓶颈点和脆弱点。
　　为解决上述问题，本文提出了面向数据中心网络的半集中式SDN路由技术。其主要思想为:每个SDN交换机节点不需要控制器的参与，可以自主构建一个基础流表。基于基础流表，SDN交换机就可以完成基本的数据转发工作，而控制器负责更高级的路由选路工作（故障处理、安全、QoS等），从而有效减轻控制器负担。
　　此外，及时检测和恢复网络故障又是评价网络实用价值的一个重要指标，在数据中心网络中，短时的链路失效会带来巨大的经济损失，有必要研究SDN网络中的故障检测和恢复技术。因此本文针对SDN控制器的高级选路工作中的故障处理机制展开研究，对比分析了现有故障处理机制的不足，在基础流表的基础上设计了一套局部迂回故障处理机制。基于该机制，控制器能够及时检测到链路故障，并在极短的时间内实现故障恢复，实现控制器高级路由选路工作中的故障处理。
　　本文所提出的半集中式SDN路由技术最终基于Ryu控制器以及mininet仿真平台从控制器负载、链路故障恢复时间等方面进行了性能测试。测试结果表明:该方案能够有效降低控制器负载，所设计的局部迂回故障恢复机制，能够及时有效地进行故障恢复。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 SDN研究现状

1．2．2 SDN控制器的性能瓶颈问题研究现状

1．2．3 SDN故障处理技术研究现状

1．3 本文的主要工作和创新点

1．3．1 论文主要工作

1．3．2 本文创新点

1．4 本文的组织结构

2 相关技术研究

2．1 数据中心网络相关技术

2．2 SDN相关技术研究

2．2．1 SDN的逻辑架构

2．2．2 OpenFlow关键技术概述

2．2．3 SDN控制器研究

2．3 数据中心网络的SDN解决方案

2．4 本章小结

3 半集中式SDN路由技术及基础流表的研究与设计

3．1 半集中式SDN路由技术的提出

3．2 半集中式SDN路由技术的总体框架

3．3 交换机中基础流表的设计

3．3．1 半集中式交换机中报文转发规则设计

3．3．2 半集中式交换机中基础流表的构建

3．4 本章小结

4 局部迂回故障处理机制的研究与设计

4．1 SDN网络故障类型

4．2 局部迂回故障处理机制的提出

4．2．1 故障处理时间分析

4．2．2 现有故障恢复技术分析

4．3 局部迂回故障恢复组件总体结构

4．4 局部迂回故障检测恢复方案设计

4．4．1 故障检测

4．4．2 故障恢复

4．5 本章小结

5 仿真实验与结果分析

5．1 实验目的

5．2 测试环境

5．2．1 实验平台与测试工具

5．2．2 测试网络拓扑构建

5．3 实验方案描述

5．4 实验结果分析与对比

5．4．1 控制器和交换机负载分析

5．4．2 局部迂回故障处理机制性能分析

5．4．3 其它性能分析

5．5 本章小结

6．1 本文研究内容总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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