基于软件定义网络的流量工程

　　摘要:作为一种新型网络架构,软件定义网络(softwaredefinednetwork,简称SDN)将网络的数据层和控制层分离,通过集中化控制和提供开放控制接口,简化网络管理,支持网络服务的动态应用程序控制.流量工程通过对网络流量的分析、预测和管理,实现网络性能的优化.在SDN中开展流量工程,可以为网络测量和管理提供实时集中的网络视图,灵活、抽象的控制方式以及高效、可扩展的维护策略,具有突出的研究意义.对基于SDN的流量工程相关工作进行综述.分别从测量的方法、应用和部署角度出发,对SDN中流量测量的基本框架、基于测量的正确态检测以及测量资源的管理进行概述.分析传统网络流量调度方案的问题,介绍SDN中数据流量和控制流量调度的主要方法.从数据层和控制层两个方面概述SDN中故障恢复方法.最后,总结并展望未来工作.

　　关键词:软件定义网络;流量工程;流量测量;流量调度;网络故障恢复

　　近年来,随着互联网规模的不断扩大,接入网络的设备数目和种类不断增多,传统网络在管理难度、可扩展性以及实验研究等方面的局限逐渐凸显出来[1],具体体现在:研究者很难在大规模网络环境中进行实验研究的验证;网管人员无法有效地根据自身的应用需求进行网络的配置和优化;设备厂商不能快速地进行研发和部署,以满足客户需求[2].

　　1SDN中流量工程概述

　　1.1流量工程定义

　　流量工程,或称流量管理,指的是针对网络性能进行优化的一系列方法,即针对网络中数据流的行为进行动态的分析预测和有目的的管理.图2给出一个使用流量工程进行路由优化的例子,两个用户流由节点A流向节点C,在图2(a)中,使用最短路径路由(OSPF),导致链路AC拥塞;在图2(b)中,利用链路AB和BC分摊AC间的流量,减轻或消除链路AC的拥塞状况.可见,流量工程可以有效地改善网络性能.

　　1.2基于SDN的流量工程研究内容

　　流量工程相关工作可以从不同的角度进行划分[4].在研究基于SDN的流量工程时,本文按照功能将其分为流量测量、流量管理和故障恢复3个部分,如图3所示.

　　2基于SDN的流量测量流量

　　工程的开展依赖于对网络流量准确实时测量,而云端、数据中心中涌现的多种类、大规模网络应用为测量任务的有效运行提出了挑战.基于SDN的流量测量的研究工作主要围绕如何支持、设计和部署灵活、准确、可扩展的测量任务,为相关应用提供有效状态信息.相关工作可做如下分类:

　　1)从流量测量的实现角度,设计抽象通用的测量框架.OpenFlow为集中分配任务和监控提供良好的接口,然而,传统IP网络中的测量方法为控制器带来流量压力,所以需要设计面向SDN的灵活、通用的测量方法.

　　2)从流量测量的应用角度,设计准确、及时的网络正确态检测方法,应对路由配置和规则兼容性方面可能存在的问题.

　　3)从流量测量的开销控制角度,设计有效的资源管理方案.在网络设备中,用于测量工作的计算、存储资源有限,所以需要对其进行合理的利用和有效的管理.

　　本节首先对网络流量测量的传统方法进行简述,然后介绍和分析基于SDN的流量测量框架、正确态检测方法和资源分配管理方案.

　　3基于SDN的流量调度

　　随着数据中心基础设施的不断扩展以及网络技术的不断变化,新兴网络应用越来越依赖有效的网络管理,以提供高可用性、高质量、低成本的服务.SDN不仅为快速的实验创新提供了一个合适的平台,而且改变了管理网络的方式——取代以往对网络“片”式的管理.SDN通过集中控制器进行面向全局的策略部署,同时,动态地收集网络状态.此外,SDN提供对网络事件更快反应的能力,从而降低网络管理的延迟.

　　网络管理旨在维护网络可用性和提高网络性能,对网络流量的合理调度(路由优化),是有效分配网络资源,提升网络性能和服务质量的重要途径.数据中心网络中源和目的节点之间存在多条路径,为流量调度提供空间.在SDN中,控制器维护的全局视图反映网络中各路径的使用情况,流量可以据此进行动态的转发以实现负载的均衡;另一方面,对流量转发规则的实时安装与更新增加集中控制器的压力,也带来相应的处理延迟,所以,SDN中的流量调度可以分为对数据层流量的调度和控制层内部流量的调度,前者主要利用SDN的集中控制功能改进传统网络中的流量调度方法,后者主要围绕如何缓解SDN中集中控制器带来的流量调度瓶颈问题.

　　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]

　　周桐庆,蔡志平,夏竟,徐明

《基于软件定义网络的流量工程》

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