一种基于集群的SDN控制器负载均衡方案

SDN(Software Defined Networking)集中式管控在带来网络全局视角、可编程以及灵活性的同时,其可靠性和可缩放性一直是其弱点。工业界和学术界普遍指出分布式控制器是解决这个问题的一种可行方案。然而,交换机和控制器之间的静态映射关系会限制分布式控制器系统的性能。针对这个问题,基于OpenFlow协议,提出一种在运行时动态修改交换机与控制器之间配置关系的交换机迁移方案。实验证明,该方案可以实现分布式控制器之间的负载均衡,提高了控制平面的可缩放性。     

SDN下的动态负载均衡机制

软件定义网络SDN用于解决传统网络存在的垂直整合,难于管理等问题的新模式。在SDN的多域分布式控制平台中,每个域的控制器则作为集中式控制器,当有大量的消息请求时,可能会导致控制器过载。为了缓解控制器的过载,提出SDN下动态负载均衡机制。当控制器负载达到阈值,控制器会优先选择负载较大的消息迁移至负载较小的邻域,防止控制器阻塞。通过实验,结果证明动态负载均衡机制具有更低的阻塞率和更高的控制器利用率。     

基于SDN的动态负载均衡最优路径算法研究

在传统网络中,转发路径由各路由节点的动态协议决定,传统路径分配算法的全局性差、效率不高,对网络负载平衡的考虑不够,而且管理员难以确定业务报文所走路径。利用SDN改变传统网络对数据流控制的方式,提出一种H-Dijkstra负载均衡最优路径算法。该算法在传统Dijkstra算法的基础上设定一个动态负载均衡阈值,当检测到负载均衡参数超过此阈值,则触发动态调度策略对路径分配算法进行调整。通过反复实验与传统网络对比分析,结果表明,本文算法不仅发挥了SDN在转发与控制分离架构上的速度优势,而且避免了网络资源的浪费,提高了网络性能。     

基于机器学习的微服务负载均衡算法研究

随着云计算技术的不断发展,微服务体系结构受到了越来越多的关注。由于将大型应用程序分割成细粒度的单一服务在开发和维护方面较为方便,许多大型应用程序已经从单体结构发展为微服务体系结构。在微服务架构中,为了提高微服务的可用性,通常采用集群结构的方式部署微服务实例。针对微服务集群中服务器节点随着任务数量的增加而出现负载不均衡的问题,提出了一种基于Xgboost(Extreme Gradient Boosting)的最短预测响应时间负载均衡算法(Shortest Predictive Response Time, SPRT)。首先选取影响任务响应时间的特征参数,然后使用集成学习预测新任务的响应时间,最终将任务分配给预测响应时间最短的服务器节点,以达到服务器节点之间负载均衡的目的。结果表明,相比其他负载算法,所提负载均衡算法在吞吐量、截止率和平均响应时间上都有一定的提升,而且更适用于高并发环境下的微服务集群。     

一种动态自调节的SDN控制器负载均衡算法

为了解决交换机与控制器之间的静态配置会造成控制器间负载的不均衡问题,综合考虑控制器的实时负载和其自身的处理能力,提出一种基于交换机迁移机制的动态自调节的负载均衡算法。该算法可根据系统整体的负载自动选择分配负载的控制器,保证性能高的控制器分配到较多的负载,从而解决多控制器间负载不均衡问题。实验表明,该算法能有效提高系统平均吞吐量及降低平均响应时延,达到更好的负载均衡效果。     

数据中心网络中基于SDN的大象流负载均衡的研究

针对数据中心网络中大象流携带大量数据造成网络拥塞和负载不均衡的问题,提出基于SDN(software defined network)的大象流负载均衡(elephant flow load balancing ,EFLB)。当网络负载超过阈值时,控制器利用Openflow特性将检测到的大象流分裂为多个老鼠流,并根据收集的网络拓扑和链路状态动态地计算负载最小的下一跳交换机,确保负载均衡。实验结果表明,相比于等价多路径路算法(equal-cost mulit-path routing ,ECMP),EFLB机制提高网络吞吐量和链路利用率,更好地实现网络负载均衡。     

SDN多控制器部署及流量均衡研究

随着网络的发展,单一的控制器已经无法满足大量交换机的控制需要,需要使用多个控制器.利用改进的k-means++算法对网络拓扑图进行划分,将网络拓扑抽象为无向图,将网络中多控制器部署问题抽象为无向图的最短路径问题.以边的权重来划分图,权重由链路带宽和传输时延加权得出,比较2种方式的负载均衡度和成本得出多控制器部署策略.随...     

SDN中基于迁移优化的控制器负载均衡策略*

针对SDN多控制器负载均衡过程中交换机迁移僵化和迁移冲突问题,本文对现有的交换机迁移模型实施优化,提出了一种阶段式控制器负载均衡策略。在阶段1,综合控制器的各类开销代价,基于遗传算法优化迁移目标,选取交换机迁入和迁出域;在阶段2,通过设定子域迁移度和交换机有效期,实现了多交换机的协调迁移。仿真结果表明,与现有的负载均衡策略相比,改善了迁移域的选取过程,优化了交换机到控制器的动态部署,控制器负载均衡率提升了约21%。     

基于服务网格的微服务架构服务治理研究

由于微服务细粒度的服务拆分方式和去中心化的架构设计相比于传统SOA架构更适合当前互联网敏捷开发、快速迭代的需求,但是传统微服务的服务治理技术难以实现不同技术框架和通讯协议建设的服务之间互联互通,并且存在服务治理与服务高耦合的问题.本文基于服务网格思想实现一个具有服务注册发现、负载均衡、协议转换的网络代理作为微服务架构的服务治理独立组件,并通过Netty框架、protobuf序列化方式、Etcd注册中心和加权轮询的负载均衡算法最大化网络代理性能,实验结果表明本文的设计克服了传统微服务存在的问题,并且网络代理具备高可用、高并发、高吞吐量的性能.     

基于SDN网络大象流负载均衡算法研究

负载均衡算法是通过对网络中的流量进行调度来提高网络资源利用率,是计算机网络中的一个重要研究方向;针对网络中大象流导致的网络拥塞和老鼠流的排队时延等负载不均衡问题,提出了带宽和时延加权负载均衡(BD-WLB)算法来提高负载均衡性能,综合考虑了大小流之间的流量特征不同,改进了传统算法的路径计算方式;算法通过控制器来获取网络流量和状态信息;然后利用带宽和时延等网络状态参数来为大象流和老鼠流分别计算最优路径;采用P4语言来对数据平面转发流程进行优化处理;实验结果表明,在高负载状态时,BD-WLB算法相比于ECMP算法提高了38.4%的网络吞吐量和41.9%的链路利用率,降低了41.8%的网络时延;使网络资源得到了更好的利用,证明了BD-WLB算法的可行性和有效性。     

SDN数据中心网络基于流分类的负载均衡方案

随着数据中心内的数据流量不断增加,导致网络中部分链路负载过重。传统的ECMP机制由于没有考虑链路状态以及流量特征,因此不再适用数据中心网络。同时ECMP可能会将多条大流映射到同一条路径上,造成大流映射冲突,导致链路瓶颈问题。基于SDN（Software Defined Network）架构提出一种面向Fat-Tree拓扑的动态流量负载均衡机制（Load Balancing based on Flow Classification,LBFC）,同时考虑了链路状态信息与流量特征进行负载均衡。LBFC机制动态调整流分类阈值来判定大流和小流,采用不同的方式为大流和小流选择转发路径,以满足大流和小流不同的传输性能需求。仿真结果表明LBFC机制能够根据网络链路状态以及流量特征动态地判定大流和小流并实现负载均衡,与ECMP、GFF和DLB算法相比,LBFC机制提高了网络吞吐量以及链路利用率,降低了传输时延。     

SDN中基于生物启示的控制器负载均衡机制

针对SDN多域部署中存在子域控制器负载不均衡现象,基于生物领域物种遗传和种群迁徙的启示,依据交换机迁移,提出了SDN控制器负载均衡机制.首先综合网络中主要开销,应用生物遗传的思想,设计了最优迁移域选择算法,得到最优迁入/迁出域;同时类比种群迁徙现象,对交换机应用存活期和淘汰机制,设计了交换机竞争迁移算法,均衡了子域交换机数量.仿真结果表明,与现有算法相比,迁移域的选取过程得到优化,均衡子域控制开销,有效保证了控制器负载的均衡分布.     

面向微服务架构的云系统负载均衡机制

针对微服务架构的请求响应延迟上升问题,提出一种微服务链感知的请求负载均衡算法。从负载均衡器入手,将微服务链上的平均请求延迟和主机负载情况作为衡量指标,形式化微服务环境和请求延迟,在此基础上研究微服务链调用中存在的共享微服务竞争问题。模拟实验结果表明,与RR算法相比,该算法在复杂的微服务链环境下能够有效降低请求延迟,且在实例分布不均匀的环境中保持较好的负载性能,均衡不同主机之间的负载。在更接近真实应用环境的高频请求测试中,算法能有效降低系统的综合响应时间。     

基于Floodlight的SDN控制器研究

目前正在使用的网络架构已有30年的历史。在此架构下,交换机/路由器需要在超过6 000个分布式协议中使整个网络正常运行。这意味着只要有一个网元增加一种新的协议,其他网元都必须在结构上做出变更。SDN（Software Defined Network,软件定义网络）则打破了这种桎梏,它使得网络可编程,从而让网络在满足用户需求方面更具灵活性。SDN架构将控制和转发解耦,将控制功能集中到逻辑独立的控制环境之中,同时为应用层提供底层网络的抽象视图。结果就是SDN可以为用户提供可编程性极强的网络、网络自动化管理以及网络控制等功能,从而满足日益变化与丰富的网络需求。SDN控制器在SDN架构中的作用至关重要,它既要与基础设施层交互也需要与应用层经由API交互。首先分析了SDN架构的产生背景、原理和其发展现状;随后研究并分析了一个SDN控制器的开源项目Floodlight;最后通过对当前7种控制器的实验以及SDN相关原理对SDN控制器的特性进行了总结与分析。     

基于软件定义网络的分层式控制器负载均衡机制

针对软件定义网络（SDN）多控制器负载均衡过程中控制器之间通信开销大以及控制器吞吐量低等问题,提出一种分层式控制器负载均衡机制。基于分层式架构,通过超级控制器与域控制器协作完成负载均衡,并采用预定义负载阈值以减少域控制器与超级控制器之间的消息交换开销;同时,该机制可以有效选择出过载最重的域控制器,并从该过载域控制器所控制的交换机中选取多个符合迁移标准的交换机,将其同时分别迁移到多个综合性能高的域控制器上,从而解决多控制器间负载不均衡问题。实验结果表明,与层次式SDN控制器协同负载均衡方案（COLBAS）以及用于控制器负载均衡的动态和自适应算法（DALB）相比,所提机制系统的消息数量降低了约79个百分点,且该系统的吞吐量分别比DALB、COLBAS分别提高了约8.57%、52.01%。所提机制能够有效降低通信开销,并提高系统吞吐量,有更好的负载均衡效果。     

基于OpenFlow的SDN技术研究

软件定义网络(software-defined networking,简称SDN)技术分离了网络的控制平面和数据平面,为研发网络新应用和未来互联网技术提供了一种新的解决方案.综述了基于OpenFlow 的SDN 技术发展现状,首先总结了逻辑控制和数据转发分离架构的研究背景,并介绍了其关键组件和研究进展,包括OpenFlow交换机、控制器和SDN技术,然后从4 个方面分析了基于OpenFlow 的SDN 技术目前所面临的问题和解决思路.结合近年来的发展现状,归纳了在校园网、数据中心以及面向网络管理和网络安全方面的应用,最后探讨了未来的研究趋势.