基于OpenFlow保证带宽的数据中心间网络路径规划

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不同规模的数据中心已经得到广泛应用,云服务提供商在不同的数据中心间同步数据,并且提供了不同功能的在线业务。由此产生的海量数据在数据中心间网络中传输,部分关键链路在传输高峰期可能会产生阻塞,而整体链路带宽利用率又较低,并且不同的业务对带宽、实时性等有不同的需求。这都使得数据中心间网络的资源划分和路径规划非常复杂。SDN(Software-Defined Networking,软件定义网络)是最近几年新兴起的一种网络架构,OpenFlow是其核心协议。传统网络架构中,各网络设备(路由器、交换机等)的配置相对独立,且修改配置的过程繁琐,不够灵活。而OpenFlow协议许可远程的控制器直接控制网络中的交换机,并由此决定数据包的传输路径。这种控制与转发分离的方式可以用来进行更为灵活、精细的流量管理。本文将OpenFlow协议中网络管理与数据转发分离的思想运用到数据中心间网络路径规划中,提出基于OpenFlow协议保证带宽的路径规划(OpenFlow-based Path Planning with Bandwidth Guarantee,OPPBG)策略。并提出了OPPBG策略在其路由过程中可选的两个算法——保证带宽的路由(Routing with Bandwidth Guarantee,RBG)算法和考虑优先级的RBG算法(Routing with Bandwidth Guarantee and considering Priority,RBG_PRI)。当有数据流到达,OPPBG策略首先收集网络的实时链路状态,并返回能提供该流足够带宽的虚拟拓扑。接着,RBG算法在此拓扑上为数据流计算出一条最短路径。仿真结果表明,与传统的短路径优先方案相比,采用RBG算法的OPPBG策略在降低数据中心间网络的数据包丢失率和提高链路带宽利用率上有更好的表现。此外,本文在RBG算法基础上加入对业务优先级的考虑,称之为RBG_PRI算法,以解决数据中心间网络中业务类型繁多、需求不同的问题。RBG_PRI算法在考虑链路带宽的同时,根据实时性等需求对数据流设置优先级,并设置阈值来限定高优先级流所经过链路的带宽使用量,以减少高优先级数据流的丢包。本文也通过仿真实验对采用RBG_PRI算法的OPPBG策略进行了评估,其在高优先级业务数据流丢包率和平均丢包率方面上的表现均达到预期。此外,在实验过程中为了更方便的管理网络资源和执行OPPBG策略,本文设计并实现了一个SDN管理平台。它基于控制器提供的北向接口,包含拓扑获取、路由等模块。
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