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软件定义网络中时延问题的研究

软件定义网络中时延问题的研究

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作者：邹怡然电子科技大学

学位级别：硕士

SDN以网络可编程技术作为驱动,通过逻辑上集中化的控制思想,能够满足网络灵活管理与业务流精细控制的需求。因此,SDN将作为基础架构技术支撑未来网络的发展。当前的SDN架构因其控制与转发分离的特点,在网络时延上呈现新特性。流表项建... 详细信息

SDN以网络可编程技术作为驱动,通过逻辑上集中化的控制思想,能够满足网络灵活管理与业务流精细控制的需求。因此,SDN将作为基础架构技术支撑未来网络的发展。当前的SDN架构因其控制与转发分离的特点,在网络时延上呈现新特性。流表项建立过程为首个数据包的转发引入额外时延,大量新业务流的涌入导致控制平面与数据平面交互频繁,加大了性能有限的网络节点设备的处理负荷,增加了节点处理时延。对此,本文首先分析了SDN中的时延构成以及其对数据流传输的影响,然后提出了一种面向低时延的控制器应用系统解决方案,最后基于Ryu控制平台设计并实现了该应用系统,并且在仿真平台上对系统机制的时延及相关性能进行了测试与对比分析。在应用系统解决方案中,针对流表项建立过程对首个数据包时延的影响,本文提出了路径预安装机制,将首个数据包的传输方式从面向流的转发改变为面向标签的转发。由于路径标签信息被预先安装到交换机流表中,因此首包数据在进入网络时被标记上路径标签后,将直接按照标签的指示在数据平面进行转发,而不需要等待控制器为其选择路由,并将对应匹配规则下发到沿路交换机节点上之后再进行传输,从而消除了流表建立过程对首个数据包传输的端到端时延影响。针对网络中大量涌入的新业务流造成交换机与控制器频繁交互的情况,提出了活跃源目对发现机制,将活跃终端之间的数据流转发控制逻辑下放到数据平面。机制通过提取网络中的流量特征信息,运用支持向量机算法发现通信活跃的源目对,为其建立最短路由,并在相应交换机的流表中安装通配流表项,在超时之前,该源目对之间新产生的数据流量都将直接在数据平面完成传输,从而有针对性地减少了对控制器的调用频度,提高了交换机的数据转发能力。以上机制以牺牲一定程度的网络控制能力为代价换取时延的降低。在匹配规则超时之前,数据包的传输策略不能根据网络实时状况进行动态调整,若遇到网络拥塞的情况,时延同样会增加。因此,在应用系统中增加重路由机制,为网络中的大流选择高带宽的路径,通过负载均衡减少网络拥塞的可能,从而降低业务流时延。并且为降低重路由的时延,机制引入了一种启发式路由算法,该算法提供了一种对于网络带宽资源进行层次化抽象的方式,通过减少搜索空间,来有效降低路径搜索的时间开销。

关键词：软件定义网络低时延控制器应用规则预安装

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