SDN网络控制平面负载均衡技术的研究

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1、内蒙古师范大学硕士学位论文内蒙古师范大学硕士学位论文中文摘要在传统大型网络中，无论是新业务部署、故障排查还是网络管理均需要处理大量繁琐的配置，由此可能会导致业务上线慢、新技术应用难等问题，SDN网络架构的出现，可以在很大程度上缓解该问题。但随着网络规模的不断扩大，SDN的集中化控制使得控制平面可能会成为整个系统的瓶颈。为了解决该问题，学者们提出了分布式SDN架构，但在实际应用中，分布式SDN架构中控制平面多控制器之间的负载不均衡问题，会极大影响网络性能和用户体验度。本文提出了负载均衡模型SHLB，通

2、过在控制平面与数据平面之间插入一个中间层，并在中间层应用分流策略，可以有效缓解控制平面负载不均问题。首先，本文设计并实现了控制平面的负载均衡算法，根据控制层控制器角色的不同，将其分为全局控制器和局部控制器。全局控制器主要负责控制层的负载均衡和局部控制器的动态扩展和缩减；局部控制器又分为活动控制器和休眠控制器，活动控制器主要处理来自中间层的消息流请求，休眠控制器只接收全局控制器状态改变命令。当活动状态下的局部控制器出现负载过重时，全局控制器会在活动局部控制器集合内进行调整或是将休眠的控制器变为活动状态

3、，来平衡重负载控制器的负载，从而提高网络性能。另外，通过全局控制器与中间层的交互，对数据层屏蔽了控制平面负载均衡的执行过程，避免了数据流及流表的迁移。其次，本文设计并实现了具有分流功能和可扩展性的中间层，分流器可对来自数据层的消息流进行分类，并将它们转发到控制层的不同控制器上，即不同的控制器处理不同类型的数据流，可以减少控制平面负载过重的发生，降低数据平面交换机迁移的频率。本研究实现了中间层的可扩展功能，将部署的第一个控制器作为Master，处理本层的负载问题，其余的作为Slave，当Slave出现

4、负载过重问题时，Master作决策从负载轻的Slave中选择或是开启新的设备，可以解决中间层负载过重的问题，并避免了交换机上消息流和流表规则的迁移，极大改善了网络性能。最后，本文对所提出的模型与算法进行了实验测试，实验结果表明，该模型相比二层SDN分布式架构，确实可以降低控制层负载过重情况的发生频率，减少交换机的迁移次数，降低网络延迟，保持网络性能的平内蒙古师范大学硕士学位论文稳性、可用性和可扩展性。关键词：SDN，分布式SDN，控制平面，负载均衡，交换机迁移内蒙古师范大学硕士学位论文ABSTRAC

5、TIntraditionallarge-scalenetworks,newbusinessdeployment,troubleshootingandnetworkmanagementneedtodealwithalotofcomplicatedconfiguration,whichmayresultinproblemssuchasslowerbusinessonlineanddifficultapplicationofnewtechnologies.TheemergenceofSDNnetworka

6、rchitecturecangreatlyalleviatetheseproblems.However,withthecontinuousexpansionofthenetworkscale,centralizedcontroloftheSDNmaymakethecontrolplaneabottleneckoftheentiresystem.Inordertosolvethisproblem,manyresearchersproposedthedistributedSDNarchitecture.

7、However,inpracticalapplications,theloadimbalanceamongmulti-controllerinthecontrolplaneofdistributedSDNarchitecturewillgreatlyaffectthenetworkperformanceanduserexperience.ThispaperproposesSHLB,aloadbalancingmodelusesinthecontrolplaneofSDN,whichcaneffect

8、ivelyalleviatetheloadimbalanceinthecontrolplaneandrealizetransparencybetweenthecontrollayerandthedatalayerbyinsertinganintermediatelayerbetweencontrolplaneanddataplaneandapplyingflowclassifierstrategyinthemiddlelayer.Firstly,thispaperde