基于sdn的数据中心网络流量调度与负载均衡研究

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1、中图分类号：TP391论文编号：102871616-S030学科分类号：081200硕士学位论文基于SDN的数据中心网络流量调度与负载均衡研究研究生姓名庄怀东学科、专业计算机科学与技术研究方向计算机网络指导教师杜庆伟副教授南京航空航天大学研究生院计算机科学与技术学院二О一六年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofComputerScienceandTechnologyResearchontheTrafficSchedulingandLoadBal

2、ancingBasedonSDNintheDataCenterNetworkAThesisinComputerScienceandTechnologybyZhuangHuaidongAdvisedbyProf.DuQingweiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2016承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或

3、撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要伴随着互联网和云计算的蓬勃发展，数据中心的规模不断增长，数据中心内的业务复杂多样，网络流量快速增加，因此对底层的网络管理提出了更高的要求。SDN作为新兴的网络范式，具有可编程性强和具有全局视图的优点，越来越多的被部署到数据中心中。本文围绕着数据中心内

4、流量调度和服务器集群的负载均衡两个方面进行了研究，利用SDN集中控制，具有全局视图的优势，设计了具体的控制器应用，改善了系统的性能。（1）论文通过分析数据中心内流量调度的相关背景和实现原理，发现了在数据中心拓扑中多路径广泛存在，而传统的基于ECMP的流量调度方案容易造成大流碰撞的问题。提出了基于SDN的数据中心网络动态流量调度方案，以提高网络的整体利用率为目标，通过结合OpenFlow协议和sFlow协议收集网络状态，获得链路的实时利用率和大流的带宽。不仅使用等价的最短路径避免拥塞的产生，同时提出了非最短路径路由，在最短路径链路利用率过高的情况下，通过

5、非最短路径避开瓶颈链路，充分利用链路多样性。最后基于多商品流问题对大象流的路径选择进行建模，使用粒子群算法求得全局最优解。在Floodlight控制器上编写了应用程序，实现了系统的原型，通过实验验证了系统的有效性。（2）论文进一步研究了数据中心内服务器集群负载均衡的相关方法，提出了使用OpenFlow交换机实现负载均衡器，通过SDN控制器的集中调度，实现全局最优的请求分发。系统结合sFlow协议进行网络状态和服务器负载的收集，以集中的视图向控制器提供决策信息，动态的设定服务器的权值。利用OpenFlow的通配符规则划分请求的地址空间，通过预先在交换机上

6、安装通配符规则来引导客户端的请求，这种方式不需要经过控制器，节省了交换机流表空间的同时减少了网络时延。最后编写了控制器应用程序实现了系统的原型，在Mininet仿真环境中进行了实验，初步结果表明提出的服务器集群动态负载均衡方案不仅优于随机负载均衡算法而且优于轮转负载均衡算法。关键词：软件定义网络，数据中心网络，流量调度，流量工程，负载均衡i基于SDN的数据中心网络流量调度与负载均衡研究ABSTRACTWiththevigorousdevelopmentoftheInternetandcloudcomputing,thescaleofthedatacen

7、terisgrowing,thebusinessservicesindatacenteriscomplexanddiverse,thenetworktrafficrapidincrease,Therefore,theunderlyingnetworkmanagementwasputforwardhigherrequirements.SDNasanewnetworkparadigm,withprogrammablestrongandhasaglobalviewofthenetwork,moreandmorebedeployedinthedatacente

8、r.Thispaperfocusesonthedatacenterloadbalancinga