面向软件定义数据中心的故障检测与恢复技术研究

作     者：朱科融 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邹喜华

授予年度：2017年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：软件定义网络 失效检测 失效恢复 软件定义数据中心 

摘      要：随着云计算的快速发展,传统架构的数据中心往往难以满足业务的高速增长,因此基于虚拟化、SDN等技术构建的软件定义数据中心以其弹性计算、池化资源等优势得到了学术界和工业界的认可。然而随着复杂度的提升,数据中心故障检测和故障恢复也变得愈发困难。本文从以下方面讨论了软件定义数据中心内的故障处理,并给出了一系列故障检测与恢复措施。首先,在实际应用中,面向SDN交换机的固定周期心跳检测机制被证明存在灵活性差、检测周期设置困难等不足。为此,本文设计了一种交换机自适应失效检测算法,它基于实时网络负载和检测响应时间,能够动态调整检测周期。同时为保证检测结果的可靠性,该算法使用二次检测机制来处理因网络丢包、交换机响应超时等情况造成的检查失败问题。其次,本文研究了基于OpenFlow的网络故障分类检测与重路由恢复机制。由于单一故障往往引发多个对象的检测失败事件,该方案选择在执行恢复机制前对检测结果进行过滤和合并,从而为恢复模块提供准确的故障信息。同时,该方案使用了一种基于链路实时负载的重路由恢复机制,以保证恢复后网络负载的均衡性。再次,本文利用SDN易于编程的特性,设计并实现了基于网络边缘检测的负载均衡跨层恢复机制。该方案根据SDN控制器在网络层的检测结果更新负载均衡服务的配置,以改进现有方案在以下方面的不足:（1）服务器与交换机间的网络故障因位于网络边缘,故无法通过重路由技术进行恢复。高虚拟化比例下该类故障可能波及大量的虚拟机,会严重影响用户体验。（2）传统方案通过构建负载均衡集群提供业务,并辅以健康检查以保证业务的高可用性。但该方案在大规模部署时,大量健康检查数据流会减少数据中心网络的有效带宽,并给计算和网络设备带来额外负载。最后,为实现以上检测与恢复方案,本文结合SDN控制器、云操作系统OpenStack和恢复控制器等应用组建了软件定义数据中心故障检测与恢复系统。通过在生产环境中对该系统的有效性和性能测试,其结果表明该系统能够支持数据中心故障的检测和恢复,可改进数据中心可靠性、增强用户体验并降低运维成本。