基于sdn的数据中心网络动态负载均衡研究

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1、万方数据硕士学位论文将SDN这一颠覆传统网络体系架构的技术应用于数据中心网络中，可以更好的解决在传统网络分布式架构中的负载均衡技术难题。1．2国内外研究现状随着SDN概念的普及和0penFlow技术的迅速发展，研究人员对于OpenFlow网络下的流量工程、网络安全以及负载均衡等方面的网络创新研究逐步深入。各个世界顶级的网络设备厂商也推出了多种不同特点的SDN设备，SDN的部署己经从小范围中逐步开展起来。OpenTM[1S]通过控制器获取网络节点中的流量统计信息，计算各节点的网络负载，从而为整个网络构建流量矩阵。PIug-n-server【16】主

2、要通过统计网络各节点状态和服务器负载，动态添加或删除服务器资源，在保障网络性能的同时最大化利用资源。该方案主要针对无结构网络场景。Hedera[17]中为数据中心网络设计了一种负载均衡解决方案，该方案通过控制器实时获取各交换机的流统计信息，然后利用模拟退火算法进行计算并做出负载均衡决策。该方案主要针对PortLand[18】拓扑结构的数据中心网络场景。ElasticTreell9]中主要以数据中心节能减排为目标，在保障数据中心网络性能和流量均衡的条件下，通过动态调节网络设备状态实现节能，这种方案并不是维持最佳网络性能为目的，而更多的是考虑节能的目

3、的。LiY等人提出的基于数据中心网络胖树拓扑的动态负载均衡算法(DynamicLoadBalancing，DLB)【20】，通过单跳贪婪的策略，所有流量从源节点出发向上传输，直到到达所需访问的最高层，然后向下传输到达目的节点。该算法实现了动态的选路策略，但该算法仅通过单跳贪婪为流量选路，无法考虑路径上其他链路的状态，可能导致该路径上部分链路超负载，引发网络拥塞。本文总结出这些研究各方面的优点以及存在的缺陷，针对DLB算法存在的原因提出基于路径系数选路策略的动态调度负载均衡算法(DynamicScheduleLoadBalancing，DSLB)，

4、并与DLB算法的负载均衡结果进行对比，验证DSLB算法的性能优势。2万方数据基于SDN的数据中心网络负载均衡研究1．3本文的主要工作为了在基于OpenFlow的数据中心网络中设计和实现更好的负载均衡技术解决方案，本文着重研究了以下几个方面的问题。11基于OpenFIow的SDN技术研究首先，通过对计算机网络发展相关文献的研究，了解到传统网络TCP／IP架构的缺陷，特别是目前网络业务需求陡增的情况下，导致网络管理的难度越来越大。在这种背景下，SDN概念提出。通过对SDN转发控制分离架构的研究，探讨如何在基于OpenFlow的SDN架构下解决网络的管

5、理与创新问题。然后，通过对OpenFlow相关技术的研究，熟悉OpenFlow交换机的工作原理和OpenFIow协议，分析OpenFlow交换机的流表结构和匹配规则，厘清OpenFlow协议的各个组成部分。最后，对OpenFlow网络实现控制转发分离的核心部分--OpenFlow控制器进行研究，分析各种控制器的架构特点和组件系统构成以及对交换机的管理流程，此外，还总结了现有的主流OpenFlow控制器实现方案，并为本文实验选取合适的控制器。2)基于数据中心网络的负载均衡研究主要分析数据中心网络的特点，研究数据中心网络中不同的拓扑结构设计方式，并研

6、究传统网络中的负载均衡技术，分析传统网络结构下数据中心网络负载均衡技术的缺陷和所面临的问题。然后提出将基于OpenFIow的SDN技术与传统网络中的负载均衡技术相结合的设计思想，为解决数据中心网络的负载均衡问题提供一条新的思路。3)基于OpenFlow的数据中心网络负载均衡算法设计与实现通过分析现有的基于OpenFlow的负载均衡技术，总结各算法的优点，针对各种算法的缺陷和可改进之处，以胖树拓扑结构的数据中心网络为背景，根据路径系数选路策略的思想，设计并实现基于OpenFlow的数据中心网络负载均衡算法DSLB，为在OpenFlow网络环境下解决

7、数据中心网络的负载均衡问题提供一种更好的解决方案。4)仿真实验与分析将提出的负载均衡算法与以往的算法在仿真平台上进行实验，分析实验结果，验证本文中提出的DSLB算法性能。万方数据硕士学位论文1．4本文的组织结构本文共分为五章，全文的组织结构如下：第一章主要概述课题的研究背景和实际意义，简要介绍本文的主要工作内容和论文的组织结构。第二章主要阐述本文所涉及的相关概念和技术知识，包括基于OpenFIow的SDN技术、数据中心网路的拓扑结构以及传统网络中的负载均衡技术，主要侧重于介绍基于SDN的OpenFlow技术整体架构和OpenFlow交换机的原理，

8、以及现在流行的控制器实现方案。第三章主要介绍基于数据中心网络胖树拓扑的OpenFlow网络环境下动态调度负载均衡算法DSLB的具体实现流