[發明專利]一種基于網絡演算的軟件定義網絡性能上界分析方法

在審

• 申請號: 202210252407.8
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114726760A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 魏德賓;劉暢;楊力;潘成勝
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: H04L43/0852
• 分類號: H04L43/0852;H04L41/142;H04L49/9005;H04L49/15;G06F17/11
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 李猛

本發明公開了一種基于網絡演算的軟件定義網絡性能上界分析方法，包括以下步驟：建立SDN數據流處理流程描述；建立網絡演算中的基本定義；分析流表命中時的網絡性能；分析流表未命中時網絡性能。在控制器為路由路徑上的所有交換機下發流條目時，針對由于流表超時機制導致的流表未命中問題，本發明依據網絡最差情況出現的數據流，引入流表超時時間idle，提出了比傳統仿射函數更為嚴格的到達曲線a_M1，進而提升了SDN網絡性能計算準確性。基于上述到達曲線a_M1，提出流表未命中時，SDN網絡時延和積壓上界計算方法，將為流表超時機制中的超時時間的設置，軟件定義網絡的路由設計、隊列管理等提供依據。

技術領域

本發明涉及軟件定義網絡技術，特別是一種基于網絡演算的軟件定義網絡性能上界分析方法。

背景技術

軟件定義網絡(SDN，Software DefinedNetwork)提供了一種網絡可編程方法，將網絡的控制與管理邏輯從網絡設備中分離出來，并向用戶提供網絡可編程能力，這使得網絡功能的更新只需簡單的軟件更改，而不需要硬件模塊的更改。隨著SDN的不斷發展，計算和衡量網絡性能，從而根據用戶對傳輸流的需求靈活選擇相應的服務質量(QoS，QualityofService)策略，更有效地實現帶寬分配，充分利用網絡資源等顯得愈發重要。網絡演算是基于最小加代數分析網絡性能的理論工具，該理論將計算機網絡抽象描述為相互連接的網絡元素，對網絡中的數據流提供處理、傳輸服務。數據流的流量特征由到達曲線來描述，網元的服務能力由服務曲線來描述，從而分析推導出網絡性能的上界。

排隊論可用于性能計算，可與基于OpenFlow的SDN模型結合，計算分組平均轉發時延，但不為確界，且復雜度較高。而國內外在使用網絡演算計算SDN 網絡性能邊界時，不太注重OpenFlow規范中的細節，如流的轉發必須依據流條目、流條目下發目標、流條目過期時交換機是否存儲后續包等，且對流的到達曲線的分析不甚嚴格，常使用仿射到達曲線，無法準確描述流表超時機制導致流表未命中時數據包的到達情況，進而導致流表未命中時網絡時延與積壓上界計算結果的準確性低，無法為流表超時機制中的超時時間設置，以及路由和隊列管理等技術提供支持。

發明內容

本發明要給出一種能提升SDN網絡性能計算準確性的基于網絡演算的軟件定義網絡性能上界分析方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種基于網絡演算的軟件定義網絡性能上界分析方法，包括以下步驟：

A、SDN數據流處理流程描述

在SDN中，交換機負責網絡數據的高速轉發，是網絡轉發平面；交換機由邏輯集中的控制器進行全局控制，控制器在建立OpenFlow通道時，給交換機設置初始流條目，以使交換機將流表未命中的數據包送往控制器，控制器進行路由決策，在計算出下一端口時下發流條目給交換機，交換機完全依賴于流條目轉發數據包。流經過SDN的處理流程描述如下：

設A1表示進入交換機的流，經過流表管道處理后，會出現兩種情形：流表命中流H1和流表未命中流M1。H1在管道處理過程結束后執行動作集，所述動作集包括轉發、丟棄、排隊和修改域；流表未命中時交換機向控制器發送一個異步消息Packet-in，該消息中包含完整的數據包或僅包含包頭，但交換機要對數據包進行緩存，且消息中包含緩沖區ID。控制器對Packet-in消息處理后，向交換機發送Packet-out消息，將數據包從交換機的指定端口轉發出去，相應的，消息中含有完整數據包或緩沖區ID。若控制器在決策時得到數據包的下一跳，發送Flow-Mod消息，以向流表中添加相應流條目，防止后續數據包再次觸發 Packet-in消息。M1*實線表示控制器對Packet-in消息處理后，向交換機發送Packet-out消息；M1*虛線表示控制器向流表中添加相應流條目；M2和M2*分別表示來自其他交換機的未命中流和控制器的輸出流。

B、建立網絡演算中的基本定義

定義1：廣義增函數集