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软件定义网络的渐进式部署方案研究与设计

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摘要

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究现状

1.2.1 互联网体系架构研究现状

1.2.2 SDN网络部署的研究现状

1.3 论文研究目标

1.4 论文组织结构

2 相关技术研究

2.1 SDN架构概述

2.1.1 SDN交换机

2.1.2 SDN控制器

2.1.3 SDN应用

2.2 SDN部署相关技术

3 基于监控所有链路负载的混合SDN网络部署方案

3.1 现有网络解决方案存在的问题

3.1.1 传统网络存在的问题

3.1.2 当前SDN网络部署方案存在的问题

3.2 基于监控所有链路负载的混合SDN网络部署方案

3.2.1 部署思路

3.2.2 获取所有链路负载的约束分析

3.2.3 提高对网络流量调整能力的策略

3.2.4 建立数学模型

3.2.5 近似算法

3.2.6 算法复杂度分析

4 确定数量SDN交换机的混合SDN网络部署方案

4.1 问题提出背景

4.2 确定数量SDN交换机的混合SDN网络部署方案

4.2.1 部署思路

4.2.2 确定数量SDN交换机部署方案的影响因素分析

4.2.3 建立数学模型

4.2.4 近似算法

4.2.5 算法复杂度分析

5 实验结果与分析

5.1 实验思路

5.2 实验环境搭建

5.2.1 实验网络搭建

5.2.2 流量的产生与实验数据的获取

5.2.3 负载均衡策略

5.3 实验结果分析

5.3.1 基于监控所有链路负载的实验结果与分析

5.3.2 收集链路负载所用时间的比较

5.3.3 确定数量SDN交换机部署方案的实验结果与分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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摘要

软件定义网络(SDN)被看作是用于网络管理的最佳解决方案,因为它可以根据网络全局状态对网络进行灵活地、合理地控制。然而,由于SDN网络的部署成本高、网络服务不完善、协议兼容性差等问题,传统网络中的路由器很难在短期内完全被替换成SDN交换机。因此,在部署SDN网络的前期,只将传统网络中的部分路由器替换成SDN交换机是势在必行的。这样不但有利于增加网络控制的灵活性及获得SDN特有的优点,还能保持原有网络的稳定性高、易扩展和低成本等优点。
  当前主要的渐进式SDN网络部署方案都需要用到一个额外的服务器,SDN控制器要想知道这个网络的负载就需要向这个额外的服务器发送请求。知道了网络负载后,SDN控制器就可以将流量引向负载较小的路径上,这样就能实现网络的负载均衡等目标。但这些方案都存在一些问题。第一个问题就是他们使用的这个额外的服务器不是必须的。混合SDN网络在添加了这个额外的服务器后,架构就变得复杂。第二个问题就是这些解决方案的流量调整能力也不尽如人意。有的方案完全是随机部署的,有的只能在网络负载变化趋势可预测的情况下才能具有较好的流量调整能力,还有的流量调整能力一直都比较弱。因此如何最大化网络的流量调整能力也是个亟待解决的问题。
  针对以上问题,我们提出了一种去除了这个额外服务器的渐进式SDN网络部署方案。我们的目标是部署最少的SDN交换机就能监控网络中所有链路的负载。与此同时,我们通过合理选择SDN交换机的部署位置,还能实现在网络负载变化趋势难以预测的情况下依然能保证部署的SDN交换机对网络流量具有较高的调整能力。因此,这个方案不但可以减少购买设备的成本和网络的通信量,还能保证对网络流量具有较高的调整能力。
  本文的另一个目标是给定传统网络中要替换成SDN交换机的传统路由器的数量,通过合理选择这些SDN交换机的部署位置,实现在网络负载变化趋势难以预测的情况下依然能保证部署的SDN交换机对网络流量具有较高的调整能力。这样的话,企业就可以根据自身的经济情况部署相应数量的SDN交换机,达到相应的对网络流量的调整能力。
  最后,我们通过Floodlight控制器和Pica8交换机搭建了物理实验环境,并通过和其它混合SDN网络部署方案进行比较,验证了我们所提解决方案的正确性和有效性。

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