[发明专利]一种降低管理负载开销的SDN多控制器部署方法

说明书

技术领域

本发明属于软件定义网络(SDN)技术领域，涉及一种降低管理负载开销的SDN多控制器部署方法。

背景技术

随着网络规模的急剧膨胀和新技术新应用的不断涌现，传统网络体系结构和设计理念逐渐暴露出严重不足，为了打破网络体系结构的封闭性，促进网络体系结构的开放，为网络功能的创新奠定基础，软件定义网络(Software Defined Network,SDN)的思想应运而生。为了将网络功能开放给上层应用，SDN将网络设备的逻辑控制平面与数据转发平面分离开来，并采用集中控制的方式实现网络设备的可编程性。相比传统网络，SDN简化了网络管理和配置操作，降低了网络核心设备的复杂性，提高了网络控制和管理的灵活性，增强了对网络新技术、新协议的支持能力，缩短了网络功能创新的周期。

除了OpenFlow交换对网络数据转发能力产生影响外，为SDN网络中所有OpenFlow交换产生数据转发规则的集中式控制器可扩展性对网络转发性能更是起着决定作用。尽管它被称为慢速路径(slow path)，可当网络达到一定规模或用户并发访问突然增加时，控制器若无法对大量OpenFlow交换的并发请求及时响应，就会导致OpenFlow交换无法对大量达到的报文根据数据转发规则进行转发，很容易出现网络性能瓶颈。因此，控制器可伸缩性不仅决定着SDN网络规模的大小，也决定了SDN网络能否被大规模商用。同时，控制器作为整个网络的控制核心，其自身可靠性将决定SDN网络是否可用。当控制器遇到硬件故障或软件Bug时，由于无法为新流产生转发规则下发给OpenFlow交换设备，容易造成网络数据转发服务的中断。因此，相对传统Non-SDN网络中控制功能在各个交换网络设备中分布式部署，SDN网络集中式控制器的可靠性对网络稳定性的影响更大。

若对控制器采用单点部署，SDN网络稳定性将难以得到保障。借鉴传统服务器集群技术提高控制器可伸缩性和可靠性是一种很好的研究思路。研究结果表明控制器利用服务器硬件的快速发展趋势，相比现有网络设备控制面的芯片能力具有更大的计算能力；单台服务器就可以胜任超过1000台交换的控制面计算能力；若采用主备方式部署控制器，则存在控制器主备角色切换问题和故障恢复问题；若采用集群方式部署控制器，则交换请求如何在集群内的每个控制器之间负载均衡，同时控制器间的协同工作、拓扑及状态共享等都是很大的难题。主流方法是采用分布式控制思想，即在一个SDN网络中部署多个控制器，每个控制器直接管理与之直连的OpenFlow交换，通过编程或查询的方式间接管理非直连OpenFlow交换，且不同OpenFlow控制器之间相互共享整网视图及资源状态，最终达到满足任务关键网络的低延迟和可伸缩性需求。但在大规模网络部署中，控制器的数量及位置部署直接决定了网络成本效率，同时如何对交换设备的控制面归属划分优化也是难点，控制器对间接节点及链路状态的管理一致性保持要求也很高。

发明内容

根据上述背景技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种降低管理负载开销的SDN多控制器部署新方法；对于不同SDN网络提供有效的部署方案；在构建多控制器部署问题的数学模型的过程中，创新性地将网络性能与SDN控制器的管理负载一并纳入考量，以控制器的管理负载为决策变量，选取合适的近似算法；从而实现对多控制器数量的合理选取以及有效部署，保证SDN网络在满足一定网络性能且最小代价的情况下正常、有效运行；

本发明的降低管理负载开销的SDN多控制器部署问题的解决方案包括网络拓扑结构的分析、相关数学模型的构建、近似算法的选取以及求解；具体如下：

(一)分析络拓扑结构

通过分析网络的拓扑结构以及影响网络性能的各种因素，选取网络中SDN控制器的管理负载作为决策变量；控制器管理负载主要包括控制器处理请求的代价以及安装规则的代价等；