OpenFlow下分布式網絡中相關負載均衡路由的研究

0 引言

現如今，隨著科技的迅猛發展，互聯網推廣普及應用，網絡業務針對互聯網傳輸質量提出較高要求，網絡傳輸設備體系結構加入更多復雜功能，導致網絡交換設備相對較為臃腫，其性能提升空間愈發變小，OpenFlow技術應運而生，有效解決此類問題的出現。OpenFlow下分布式網絡中相關負載均衡路由，能夠合理整合利用整個網絡全部信息，基于中心控制器，運用一定算法，完成對全局鏈路資源使用狀態的全面監控，旨在實現流路徑的動態調整，盡可能較少端到端任務傳輸所需時間。

1 OpenFlow相關內容

1.1 網絡結構

圖1 網絡結構圖

如圖1所示，OpenFlow主要是通過控制器以及OpenFlow交換機、FlowVisor共同構成的，其中控制器（controller）的作用為集中控制網絡；OpenFlow交換機的作用是完成數據層轉發工作；FlowVisor的作用為針對網絡實施虛擬化操作。

1.2 應用優勢

（1）有效分離數據轉發與路由控制，基于OpenFlow技術應用能夠在交換機合理移除控制機制，強化提高交換機報文轉發速度，大幅提升網絡整體性能。從成本角度出發來看，通過虛擬網絡管理功能運用來看，OpenFlow可優化降低網絡構建及其允準所需成本費用。

（2）實現新功能應用測試。縱觀OpenFlow網絡應用，其管理人員能夠基于OpenFlow軟件，在目前已有的網絡架構基礎上進行新功能特征的增加，完成添加的多元化功能可實現在平臺上的優化運行，讓用戶無需再在各個供應商硬件中進行實現。運用OpenFlow所提供的開放性較強的 API，管理人員與研究人員能夠實現所需控制軟件的合理添加，旨在獲取重要的新型交換功能。傳統意義上的路由器與交換機欠缺統一化API，上述功能一般是難以有效實現的。

（3）盡可能做到統一化管理。OpenFlow集中控制器能夠進行統一性網絡視圖的優化提供，通過全面完善的統一管理網絡設施，旨在促進全網安全性能的明顯增強，便于管理人員清楚了解整個網絡流量信息，針對所存在網絡入侵等類型問題展開簡單識別，深化解決網絡應用中所存在的堵塞與設備問題情況。除此之外，OpenFlow允許管理者可進行虛擬網絡拓撲的有效構建，能夠在不對物理網絡實施更改的情形下同時創建 VLANs或者是VWANs，并利用此類機制，建立集中虛擬控制屏幕，強化開展網絡管理工作，尤其是能夠更為有效地管理相應數據中心。

（4）云計算技術。縱觀云計算網絡，運用網絡計算機可完成數據計算工作，所以說，計算應綜合考慮的問題涵蓋有操控虛擬環境的實際能力、虛擬跟其無差錯搬遷、遇見通信與規模、計算素等方面內容，將OpenFlow交換機應用在網絡結構中，能夠更為合理有效地實現對計算資源及網絡數據的優化控制。若需應對數據中心包括的大量數據，基于控制完成傳送路徑優化，滿足負載均衡要求，大幅提升數據交換實際速率。

2 負載均衡路由研究

OpenFlow基于集中模式針對全網拓撲結構進行合理計算，網絡設備僅需完成計算好的路由接收并將其安裝至硬件即可，如此一來，網絡設備實現難度大幅降低，此外，OpenFlow所倡導相對較為開放的網絡設備平臺，基于OpenFlow技術應用進行硬件編程，旨在完成滿足自身需求的網絡轉發服務。現如今，負載均衡可謂是重點關注話題，其作為計算機網絡負載分擔技術的重要類型，是分布式網絡系統主流研究方向，目的在于在對稱結構中涉及的眾多計算機或者是網絡鏈接均勻分配來自于外部送來的請求，旨在實現具體吞吐量的最大化獲取，優化利用現今已有資源，合理降低網絡響應時間，大幅減少延時情況出現。應用OpenFlow技術，網絡流控制所需成本費用水平相對較低，并且頗具十分較強的可操作性，基于交換機軟件運用，使得網絡數據包傳輸路徑控制得以充分實現。

初始化過程當中，運用 LWFS，即為 Largest Weighet First Served，根據優先級從至低完成調度，也就是說最先完成所獲最高優先級或者是最大優先級值對應數據流的合理調度。為實現后續負載均衡路由進程，應完善構建并維護交換機路徑表與負載分布表展開網絡變化信息存儲。縱觀交換機路徑表，每隔終端主機至另個終端主機全部路徑在此矩陣表格數據項里完成存儲；在負載分布表中，各行所代表的是一對起點與終點，即為組，割裂所代表的為每個相隔固定時隙時間點，表中各個數據表示對應七點與終點相關鏈路基于相應時間位置點剩余傳輸帶寬。

3 胖樹型網絡拓撲

圖2 胖樹型網絡拓撲圖

創建胖樹型網絡拓撲結構，如圖2所示，全部數據流均在所有鏈路上進行平均分配，針對任何一條鏈路，最少需要4路才可找到其對應代替路徑，會催生較大系統資源浪費情況，多數情形下，難以說明某條鏈路進行替代鏈路選擇是否會對其他類型鏈路產生影響，是否會擁堵其他鏈路，通過此類考慮，基于目標流進行新負載均衡路由算法完善設計，并把目標流全部置換至另一傳輸路徑，類似于選擇再次初始化路徑，即為Multi-Hop LABERIO（多跳LABERIO）。在其中，每隔一段時間間隙，均會全面掃描全部鏈路，標出負載過重鏈路，當做一個集合，而后尋找數據流，其覆蓋的集合中包含鏈路數量最多，也就是說起路徑涵蓋負載過重鏈路跳數是最多的，此類數據流能夠設定成對目標流實施的負載均衡算法調度。替代原有路徑的新型路徑應做到，基于目前時隙，此條替代路徑最為繁忙對應鏈路為全部路徑中最繁忙鏈路剩余容量最大的，即為合理選擇最大剩余容量鏈路，并尚無其他數據流在此條替代路徑上進行重新分配。在此需要注意是，對應算法主要集中于網絡數據流上，沒有綜合考慮控制信號傳輸等系統開銷，同時設定全部控制信號均實現良好同步并未出現延時，對比數據流，在此忽略控制信號大小情況。基于吞吐量及帶寬利用率、傳輸時常等方面全面細致評估相關算法，最終獲得可靠詳細結論，提高工作有效性。大量實驗數據證明LABERIO算法頗具實際應用優勢。

4 結束語

綜上可知，縱觀數據中心網絡，如何實現負載均衡為熱門討論話題，基于OpenFlow技術應用，在分布式網絡中，能夠盡可能為用戶提供便捷且可編程操作的網絡流控制手段，實現負載均衡問題優化解決，LABERIO這一全新路徑算法，可實時動態實現傳輸過程中網絡路由負載均衡，對比傳統算大，其傳輸時間能縮短大約百分之十三左右。OpenFlow交換機通過有限規則，基于控制器實現網絡中流路徑的處理控制，旨在通過算法實現網絡負載均衡成為重要理論依據基礎，應用意義十分深遠。