基于zookeeper的sdn多控制器架构的研究与实现

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1、分类号：TP393密级：公开研究生学位论文基于Zookeeper的SDN多控制器架构的论文题目（中文）研究与实现DesignandImplementationof论文题目（外文）MultipleSDNControllersviaZookeeper研究生姓名田心宁学科、专业软件工程研究方向软件定义网络学位级别硕士导师姓名、职称陈文波副教授论文工作起止年月2014年9月至2016年5月论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年5月学位授予日期校址：甘肃省兰州市原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数

2、据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该

3、论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。本学位论文研究内容：□可以公开□不宜公开，已在学位办公室办理保密申请，解密后适用本授权书。（请在以上选项内选择其中一项打“√”）论文作者签名：导师签名：日期：日期：基于Zookeeper的SDN多控制器架构的研究与实现中文摘要当前，网络已经成为人类社会的一项重要的基础设施，对推动社会发展与技术进步起着十分重要的作用。但是随着网络规模的不断扩大以及网络应用的不断增多，传统网络架构已经越来越不能满足当今企业、运营商以及用户的需求。特别是到了云计算时代，数据中心的多租户、虚拟机迁移等业务对网络虚拟化的要求越来越高。以OpenFlow为代表的

4、SDN（SoftwareDefinedNetwork）技术将网络分为数据平面和控制平面，数据平面主要负责数据的转发，而控制平面则负责制订相应的转发策略。这种控制和转发分离的架构使控制层摆脱了对网络设备的依赖，提供了灵活、便捷的可编程能力。SDN使用集中控制使其很容易实现资源池化，动态按需调度使用，并能更好地弹性扩展。同时，其开放的API，即南向和北向接口，可以催生产业链，推动整个产业的快速发展。SDN架构中，控制器极为重要，但控制能力的集中化，也意味着如果控制层可扩展性或者可靠性达不到要求，随之而来的将是全网的服务能力的降级甚至是瘫痪。随着近两年SDN技术由“概念”向“落地”转型，多控制器的设

5、计成为其实现工业部署的核心问题之一。本文研究了多控制器系统在设计过程中多个方面所面临的问题与应该权衡的设计原则，对比了多种已有的方案和理论模型。本文提出了一种使用Zookeeper进行集群管理的多控制器架构，使用Ryu作为控制器，使用OpenVswitch作为OpenFlow交换机。在本文提出的架构中，控制器之间状态交由Zookeeper管理，全网视图信息也由Zookeeper服务器维护。每台交换机都连接多个控制器，在其主控制器失效的情况下，其他控制器可接管交换机，从而避免了单一控制器造成的单点故障，同时，相比于早期的单一控制器控制整个OpenFlow网络的架构，多台控制器协同工作也有效减轻了

6、每台控制器的负载。控制器可以动态添加，将全网拓扑信息交由Zookeeper统一管理，利用分布式系统的锁定方式实现分布互斥的选举算法，实现了控制器失效应付机制。最后，本文对实现的多控制器架构进行了验证，并分析了本文架构的性能瓶颈，并对选举时间与控制器获取全网拓扑信息时间进行了测量。关键词：软件定义网络，OpenFlow，多控制器，ZooKeeperIDesignandImplementationofMultipleSDNControllersviaZookeeperAbstractCurrently,thenetworkhasbecomeanimportantinfrastructureofmo

7、dernsocialdevelopmentandtechnologicalprogress,itisprofoundlychangingthewayofpeople'slife.However,withtheincreasingsizeofthenetworkandnetworkapplications,thetraditionalnetworkarchitecturesisunabletomee