基于SDN的负载均衡路由算法研究

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1、国内图书分类号：TP393.0密级：公开国际图书分类号：004西南交通大学研究生学位论文基于SDN的负载均衡路由算法研究年级2015级姓名梁玥申请学位级别硕士专业软件工程指导教师陶宏才二零一八年五月ClassifiedIndex:TP393.0U.D.C:004SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONROUTINGALGORITHMFORLOADBALANCINGBASEDONSDNGrade:2015Candidate:LiangYueAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpecia

2、lity:SoftwareEngineeringSupervisor:TaoHongcaiMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着计算机网络的飞速发展，网络中传输的数据变得越来越复杂，数据中心网络将迎来拓扑发现、路由规划、负载均衡等多方面的挑战。软件定义网络（Software-DefinedNetworking，SDN）作为新一代网络架构，其集中控制的网络管理方式与可编程的特性为解决网络流量增长造成的路径拥塞问题提供了良好的方法。因此，本文基于SDN技术来研究网络负载均衡的路由算法与策略，以达到网络流量合理分配与传输的目的。针对SDN工作的不同阶段，本文在拓扑

3、发现阶段通过改进的拓扑发现机制降低控制器负载；在路由规划阶段使用高效的动态链路负载均衡路由算法解决网络拥塞问题，并通过对重路由流量变化量的计算寻找最佳路径分配方案；在流表下发阶段依据优先级约束的流表更新策略避免网络流量在重路由过程的传输中断。本文首先介绍了课题的研究背景与意义、国内外研究现状以及研究内容。其次，对论文涉及的体系架构与相关技术作了简要的概述。然后，对目前主流的SDN控制器平台实现拓扑发现的成本和开销进行评估，提出一种基于链路层发现协议的改进拓扑发现机制。该机制通过减少控制器发送和处理的消息数来降低控制器负载，实验结果表明改进的拓扑发现机制大大提高了拓扑发现的性能。接

4、下来，提出一种动态链路负载均衡路由算法。在路径初始化阶段，该算法预先计算交换机之间所有可能的路径并根据链路剩余带宽选择初始化路径；在动态路径优化阶段，此算法周期性地检查网络的负载均衡状态，一旦检测到负载不均衡则通过多链路子算法为覆盖剩余带宽最少链路集合的数据流的路径进行重路由，若负载仍不均衡则调用单链路子算法为覆盖剩余带宽最少链路的数据流的子路径进行重路由。实验结果表明，所提出的路由算法相较于目前的LABERIO算法，能够获得更高的链路平均带宽利用率和数据流平均吞吐量。同时，提出一种优先级约束的流表更新策略。该策略确保在重路由过程中流表项以正确的次序更新，有效避免了数据流传输中断

5、的问题。最后，在线性规划单纯形算法中实现求解多重最优解的可能，并提出一种重路由流量变化量计算方法。该方法通过累加网络中各个数据流需求的变化量求得总流量变化量，以此在多重最优解中寻找流量变化最小的最优解，从而减少重路由过程数据包次序错乱问题的发生。关键词：软件定义网络；拓扑发现；路由规划；负载均衡西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththerapiddevelopmentofcomputernetwork,thedatatransmittedinthenetworkbecomesmoreandmorecomplex,andthedatacenternetwo

6、rkwillfacethechallengesoftopologydiscovery,routingscheduling,loadbalancingandsoon.Asanewgenerationofnetworkarchitecture,Software-DefinedNetworking(SDN)providesagoodwaytosolvetheproblemofpathcongestioncausedbythegrowthofnetworktrafficbecauseofitscentralizednetworkmanagementandprogrammability.I

7、nordertoachievethegoalofreasonabledistributionandtransmissionofnetworktraffic,thisthesisstudiestheroutingalgorithmandstrategyofnetworkloadbalancingbasedonSDNtechnology.AimatthedifferentworkingstagesofSDN,wereducetheloadoncontrollerbyusingimpr