[發(fā)明專利]一種降低管理負載開銷的SDN多控制器部署方法

在審

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• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104065509A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設計）人: 李克秋;陸駿;齊恒;喻海生
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發(fā)明屬于軟件定義網絡(SDN)技術領域，涉及一種降低管理負載開銷的SDN多控制器部署方法。

背景技術

隨著網絡規(guī)模的急劇膨脹和新技術新應用的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)網絡體系結構和設計理念逐漸暴露出嚴重不足，為了打破網絡體系結構的封閉性，促進網絡體系結構的開放，為網絡功能的創(chuàng)新奠定基礎，軟件定義網絡(Software Defined Network,SDN)的思想應運而生。為了將網絡功能開放給上層應用，SDN將網絡設備的邏輯控制平面與數(shù)據(jù)轉發(fā)平面分離開來，并采用集中控制的方式實現(xiàn)網絡設備的可編程性。相比傳統(tǒng)網絡，SDN簡化了網絡管理和配置操作，降低了網絡核心設備的復雜性，提高了網絡控制和管理的靈活性，增強了對網絡新技術、新協(xié)議的支持能力，縮短了網絡功能創(chuàng)新的周期。

除了OpenFlow交換對網絡數(shù)據(jù)轉發(fā)能力產生影響外，為SDN網絡中所有OpenFlow交換產生數(shù)據(jù)轉發(fā)規(guī)則的集中式控制器可擴展性對網絡轉發(fā)性能更是起著決定作用。盡管它被稱為慢速路徑(slow path)，可當網絡達到一定規(guī)?；蛴脩舨l(fā)訪問突然增加時，控制器若無法對大量OpenFlow交換的并發(fā)請求及時響應，就會導致OpenFlow交換無法對大量達到的報文根據(jù)數(shù)據(jù)轉發(fā)規(guī)則進行轉發(fā)，很容易出現(xiàn)網絡性能瓶頸。因此，控制器可伸縮性不僅決定著SDN網絡規(guī)模的大小，也決定了SDN網絡能否被大規(guī)模商用。同時，控制器作為整個網絡的控制核心，其自身可靠性將決定SDN網絡是否可用。當控制器遇到硬件故障或軟件Bug時，由于無法為新流產生轉發(fā)規(guī)則下發(fā)給OpenFlow交換設備，容易造成網絡數(shù)據(jù)轉發(fā)服務的中斷。因此，相對傳統(tǒng)Non-SDN網絡中控制功能在各個交換網絡設備中分布式部署，SDN網絡集中式控制器的可靠性對網絡穩(wěn)定性的影響更大。

若對控制器采用單點部署，SDN網絡穩(wěn)定性將難以得到保障。借鑒傳統(tǒng)服務器集群技術提高控制器可伸縮性和可靠性是一種很好的研究思路。研究結果表明控制器利用服務器硬件的快速發(fā)展趨勢，相比現(xiàn)有網絡設備控制面的芯片能力具有更大的計算能力；單臺服務器就可以勝任超過1000臺交換的控制面計算能力；若采用主備方式部署控制器，則存在控制器主備角色切換問題和故障恢復問題；若采用集群方式部署控制器，則交換請求如何在集群內的每個控制器之間負載均衡，同時控制器間的協(xié)同工作、拓撲及狀態(tài)共享等都是很大的難題。主流方法是采用分布式控制思想，即在一個SDN網絡中部署多個控制器，每個控制器直接管理與之直連的OpenFlow交換，通過編程或查詢的方式間接管理非直連OpenFlow交換，且不同OpenFlow控制器之間相互共享整網視圖及資源狀態(tài)，最終達到滿足任務關鍵網絡的低延遲和可伸縮性需求。但在大規(guī)模網絡部署中，控制器的數(shù)量及位置部署直接決定了網絡成本效率，同時如何對交換設備的控制面歸屬劃分優(yōu)化也是難點，控制器對間接節(jié)點及鏈路狀態(tài)的管理一致性保持要求也很高。

發(fā)明內容

根據(jù)上述背景技術中存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種降低管理負載開銷的SDN多控制器部署新方法；對于不同SDN網絡提供有效的部署方案；在構建多控制器部署問題的數(shù)學模型的過程中，創(chuàng)新性地將網絡性能與SDN控制器的管理負載一并納入考量，以控制器的管理負載為決策變量，選取合適的近似算法；從而實現(xiàn)對多控制器數(shù)量的合理選取以及有效部署，保證SDN網絡在滿足一定網絡性能且最小代價的情況下正常、有效運行；

本發(fā)明的降低管理負載開銷的SDN多控制器部署問題的解決方案包括網絡拓撲結構的分析、相關數(shù)學模型的構建、近似算法的選取以及求解；具體如下：

(一)分析絡拓撲結構

通過分析網絡的拓撲結構以及影響網絡性能的各種因素，選取網絡中SDN控制器的管理負載作為決策變量；控制器管理負載主要包括控制器處理請求的代價以及安裝規(guī)則的代價等；