SDN网络数据平面负载均衡技术研究

作     者：张一凡 

作者单位：中国电子科技集团公司电子科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：韩卫占

授予年度：2023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 负载均衡 可编程数据平面 协议无关的包处理器 

摘      要：随着互联网的飞速发展,业界提出利用软件定义网络(Software Defined Network,SDN)与协议无关的包处理器(Programming Protocol-Independent Packet Processors,P4)来突破传统网络封闭性与复杂性瓶颈,为数控平面提供可编程能力。但是流量的爆发式增长与低效负载均衡算法之间的不匹配,严重制约了SDN的性能。因此基于SDN的负载均衡算法已经成为研究的热点与难点。本文针对算法决策时延过长,路径选择难最优等问题,设计并实现了基于可编程数据平面的分布式和集中式两种负载均衡算法。具体研究内容如下:(1)为了解决单一最优链路易导致人为拥塞的问题,提出了一种完全运行于数据平面的分布式负载均衡算法。通过在可编程数据平面实现决策流程,来减少数控平面交互时延,提高决策效率。其次利用概率式转发来解决人为拥塞问题。(2)为了避免最优路径过长影响其他数据流转发问题,提出了一种基于可编程数据平面的集中式负载均衡算法。通过在数据平面实现数据采集,减少控制器负载,有效提高决策效率。综合考虑转发跳数、链路带宽和时延参数,降低对其他数据流转发影响。分布式与集中式负载均衡算法的区别在于路径计算的位置,分布式算法在数据平面进行路径计算,能够有效提高决策效率。集中式算法在控制平面进行路径计算,从全局角度规划转发路径。研究结果证明,基于SDN数据平面的负载均衡算法可以有效提高决策效率和数据流规划调度效果,是进一步提高负载均衡性能的重要手段。