基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的流量工程

　　摘要:作為一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),軟件定義網(wǎng)絡(luò)(softwaredefinednetwork,簡(jiǎn)稱SDN)將網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)層和控制層分離,通過(guò)集中化控制和提供開(kāi)放控制接口,簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理,支持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序控制.流量工程通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的分析、預(yù)測(cè)和管理,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化.在SDN中開(kāi)展流量工程,可以為網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和管理提供實(shí)時(shí)集中的網(wǎng)絡(luò)視圖,靈活、抽象的控制方式以及高效、可擴(kuò)展的維護(hù)策略,具有突出的研究意義.對(duì)基于SDN的流量工程相關(guān)工作進(jìn)行綜述.分別從測(cè)量的方法、應(yīng)用和部署角度出發(fā),對(duì)SDN中流量測(cè)量的基本框架、基于測(cè)量的正確態(tài)檢測(cè)以及測(cè)量資源的管理進(jìn)行概述.分析傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量調(diào)度方案的問(wèn)題,介紹SDN中數(shù)據(jù)流量和控制流量調(diào)度的主要方法.從數(shù)據(jù)層和控制層兩個(gè)方面概述SDN中故障恢復(fù)方法.最后,總結(jié)并展望未來(lái)工作.

　　關(guān)鍵詞:軟件定義網(wǎng)絡(luò);流量工程;流量測(cè)量;流量調(diào)度;網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)

　　近年來(lái),隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)目和種類不斷增多,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在管理難度、可擴(kuò)展性以及實(shí)驗(yàn)研究等方面的局限逐漸凸顯出來(lái)[1],具體體現(xiàn)在:研究者很難在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的驗(yàn)證;網(wǎng)管人員無(wú)法有效地根據(jù)自身的應(yīng)用需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的配置和優(yōu)化;設(shè)備廠商不能快速地進(jìn)行研發(fā)和部署,以滿足客戶需求[2].

　　1SDN中流量工程概述

　　1.1流量工程定義

　　流量工程,或稱流量管理,指的是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行優(yōu)化的一系列方法,即針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流的行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分析預(yù)測(cè)和有目的的管理.圖2給出一個(gè)使用流量工程進(jìn)行路由優(yōu)化的例子,兩個(gè)用戶流由節(jié)點(diǎn)A流向節(jié)點(diǎn)C,在圖2(a)中,使用最短路徑路由(OSPF),導(dǎo)致鏈路AC擁塞;在圖2(b)中,利用鏈路AB和BC分?jǐn)侫C間的流量,減輕或消除鏈路AC的擁塞狀況.可見(jiàn),流量工程可以有效地改善網(wǎng)絡(luò)性能.

　　1.2基于SDN的流量工程研究?jī)?nèi)容

　　流量工程相關(guān)工作可以從不同的角度進(jìn)行劃分[4].在研究基于SDN的流量工程時(shí),本文按照功能將其分為流量測(cè)量、流量管理和故障恢復(fù)3個(gè)部分,如圖3所示.

　　2基于SDN的流量測(cè)量流量

　　工程的開(kāi)展依賴于對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)量,而云端、數(shù)據(jù)中心中涌現(xiàn)的多種類、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為測(cè)量任務(wù)的有效運(yùn)行提出了挑戰(zhàn).基于SDN的流量測(cè)量的研究工作主要圍繞如何支持、設(shè)計(jì)和部署靈活、準(zhǔn)確、可擴(kuò)展的測(cè)量任務(wù),為相關(guān)應(yīng)用提供有效狀態(tài)信息.相關(guān)工作可做如下分類:

　　1)從流量測(cè)量的實(shí)現(xiàn)角度,設(shè)計(jì)抽象通用的測(cè)量框架.OpenFlow為集中分配任務(wù)和監(jiān)控提供良好的接口,然而,傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)中的測(cè)量方法為控制器帶來(lái)流量壓力,所以需要設(shè)計(jì)面向SDN的靈活、通用的測(cè)量方法.

　　2)從流量測(cè)量的應(yīng)用角度,設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、及時(shí)的網(wǎng)絡(luò)正確態(tài)檢測(cè)方法,應(yīng)對(duì)路由配置和規(guī)則兼容性方面可能存在的問(wèn)題.

　　3)從流量測(cè)量的開(kāi)銷控制角度,設(shè)計(jì)有效的資源管理方案.在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中,用于測(cè)量工作的計(jì)算、存儲(chǔ)資源有限,所以需要對(duì)其進(jìn)行合理的利用和有效的管理.

　　本節(jié)首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量測(cè)量的傳統(tǒng)方法進(jìn)行簡(jiǎn)述,然后介紹和分析基于SDN的流量測(cè)量框架、正確態(tài)檢測(cè)方法和資源分配管理方案.

　　3基于SDN的流量調(diào)度

　　隨著數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的不斷擴(kuò)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷變化,新興網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來(lái)越依賴有效的網(wǎng)絡(luò)管理,以提供高可用性、高質(zhì)量、低成本的服務(wù).SDN不僅為快速的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供了一個(gè)合適的平臺(tái),而且改變了管理網(wǎng)絡(luò)的方式——取代以往對(duì)網(wǎng)絡(luò)“片”式的管理.SDN通過(guò)集中控制器進(jìn)行面向全局的策略部署,同時(shí),動(dòng)態(tài)地收集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài).此外,SDN提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)事件更快反應(yīng)的能力,從而降低網(wǎng)絡(luò)管理的延遲.

　　網(wǎng)絡(luò)管理旨在維護(hù)網(wǎng)絡(luò)可用性和提高網(wǎng)絡(luò)性能,對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的合理調(diào)度(路由優(yōu)化),是有效分配網(wǎng)絡(luò)資源,提升網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量的重要途徑.數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中源和目的節(jié)點(diǎn)之間存在多條路徑,為流量調(diào)度提供空間.在SDN中,控制器維護(hù)的全局視圖反映網(wǎng)絡(luò)中各路徑的使用情況,流量可以據(jù)此進(jìn)行動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)發(fā)以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的均衡;另一方面,對(duì)流量轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則的實(shí)時(shí)安裝與更新增加集中控制器的壓力,也帶來(lái)相應(yīng)的處理延遲,所以,SDN中的流量調(diào)度可以分為對(duì)數(shù)據(jù)層流量的調(diào)度和控制層內(nèi)部流量的調(diào)度,前者主要利用SDN的集中控制功能改進(jìn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的流量調(diào)度方法,后者主要圍繞如何緩解SDN中集中控制器帶來(lái)的流量調(diào)度瓶頸問(wèn)題.

　　References:

　　[1]ZhangCK,CuiY,TangHY,WuJP.State-of-the-Artsurveyonsoftware-definednetworking(SDN).RuanJianXueBao/JournalofSoftware,2015,26(1):62?81(inChinesewithEnglishabstract).http://www.jos.org.cn/1000-9825/4701.htm[doi:10.13328/j.cnki.jos.004701]

　　[2]Opennetworkingsummit2012.2012.

　　[3]McKeownN,AndersonT,BalakrishnanH,ParulkarG,PetersonL,RexfordJ,ShenkerS,TurnerJ.OpenFlow:Enablinginnovationincampusnetworks.ACMSIGCOMMComputerCommunicationReview,2008,38(2):69?74.[doi:10.1145/1355734.1355746]

　　周桐慶,蔡志平,夏竟,徐明

《基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的流量工程》

上一篇：深部軟巖工程的研究進(jìn)展與挑戰(zhàn)

下一篇：振沖碎石樁在排土場(chǎng)地基處理中的應(yīng)用