基于SDN的數據中心網絡流量控制技術

吳艷梅

摘 要：隨著互聯網的迅猛發展，數據中心網絡流量傳輸過大，且易產生突發數據流量，為當前數據中心網絡的Qos（服務質量）提出了更高的要求。在本文中，通過在控制層使用改進的粒子群算法計算出網絡流的最優路徑，從而避免網絡擁塞，并在轉發層使用HTB（Hierarchical Token Bucket）調度算法提高網絡的服務質量。

關鍵詞：SDN；流量控制；數據中心網絡；粒子群算法

SDN是一種新型的網絡范例，將網絡控制平面與數據轉發平面分離，大大提高網絡資源利用率，簡化網絡管理，降低運營成本，促進創新與演進.[.1.]。流量控制，是一種防止網絡擁塞、提高網絡服務質量的路由優化方案。雖然流量控制技術在過去和現有的數據網絡中得到廣泛利用，通過采用最短路徑路由、多協議路由等技術來實現流量控制[2]。獨特的SDN網絡流量控制是將原來的分布式配置改為由網絡控制器完成的集中式控制，控制器持有物理網絡的所有信息以及業務需求，利用全網絡視圖可以輕松實現網絡流量的控制。

理想的數據中心網絡應能夠依據網絡拓撲優化網絡流量，使網絡流量可以高效的利用。面對當前網絡數據中心的需求，軟件定義網絡解決。它將OpenFlow交換機部署到數據中心網絡，可以實現防止網絡擁塞、流量控制和提高網絡服務質量等功能，從而進一步增加數據中心的可控性[3]。

1 網絡流量控制技術方案

網絡流量控制通常為入口端、出口端和數據傳輸過程三種控制方式。傳統的網絡架構要實現以上控制需要添加大量協議，而基于SDN的架構網絡可以獲取全網的狀態信息，即可以輕松實現網絡流量的靈活控制。

控制平面的控制。

將粒子群算法.[.4.]中的群進行運算產生變異粒子，變異粒子不只朝著最優解方向飛行，而是朝著相反的方向飛行，這樣就提高了整個種群的多樣性，擴展了搜索的空間。其改進的粒子群算法可以處理傳統粒子群算法部分最優解的問題。

1）將網絡的全部節點和鏈路表示為無向帶權圖GV，E，其中V是圖中所有節點的集合，E是圖中所有鏈路的集合，每條鏈路表示兩節點之間的通訊的途徑。

2）給定源節點和目的節點尋找一條滿足約束條件（帶寬、時延、丟包率）的最優路徑。對于任意鏈路e∈E，任意網絡節點v∈V，給定一條數據流L（源節點和目的節點）尋找滿足以下條件的最優路徑。

OpenFlow交換機對于網絡流量提供了隊列調度算法，本文采用了HTB（Hierarchical Token Bucket）隊列調度算法，實現交換機進行轉發時的隊列調度。其中，HTB隊列調度算法是對交換機的隊列模塊進行配置，然后實現其調度。交換機只對數據包進行轉發處理，交換機根據流表下發模塊增添轉發規則并依據更新的流表項進行流量的轉發。本文通過在交換機進入端口的網絡端口流量的速率進行監視，將超出低級的流量進行丟棄或者延遲發送，使進入端口的流量被限制在某一取值內，使交換機入端口處流量的約束。

2 對比測試結果分析

通過物理機（linux ubuntu 13.10）安裝Floodlight作為控制器；并在virtualbox虛擬機上運行mininet系統（ubuntu 14.04）用來模擬網絡結構和交換機。從而在此平臺上實現流量控制技術。使用傳統網絡、SDN網絡和基于流量控制的SDN網絡的iperf進行網絡帶寬和網絡延遲的測試比較，通過使用mininet的仿真獲得的結果在SDN中顯示出比傳統網絡性能較好，而基于流量控制的SDN網絡要比SDN網絡具有更好的性能。

3 結論

控制平面的流量控制對同一個數據流的每個數據流計算出一條最優路徑，這樣能夠避免產生突發流量時的擁塞，而且提高了整個網絡的帶寬利用率。轉發平面的流量控制對出、入端口的流量進行控制，當有大量流量入端口時進行必要的整形當網絡出現擁塞時，控制器下發降低發送速率的命令，網絡的丟包率將明顯降低，網絡的性能得到了整體的提升。由此可見，所設計的算法能高效的解決突發流量的擁塞問題，于此同時也提高了網絡Qos。

參考文獻：

[1]趙笑楠.基于SDN的網絡流量控制模型設計與研究[D].北京交通大學， 2015.

[2]吳強，徐鑫，劉國燕.基于SDN技術的數據中心基礎網絡構建[J].電信科學，2013， 29（1）：130-133.

[3]左青云，陳鳴，趙廣松.基于OpenFlow的SDN技術研究[J].軟件學報，2013（5）：1078-1097.

[4]王曙燕，楊悅.基于改進粒子群算法的變異體選擇優化[J].計算機應用研究，2017， 34（3）：752-755.