摘要:作為一種新型網絡架構,軟件定義網絡(softwaredefinednetwork,簡稱SDN)將網絡的數據層和控制層分離,通過集中化控制和提供開放控制接口,簡化網絡管理,支持網絡服務的動態應用程序控制.流量工程通過對網絡流量的分析、預測和管理,實現網絡性能的優化.在SDN中開展流量工程,可以為網絡測量和管理提供實時集中的網絡視圖,靈活、抽象的控制方式以及高效、可擴展的維護策略,具有突出的研究意義.對基于SDN的流量工程相關工作進行綜述.分別從測量的方法、應用和部署角度出發,對SDN中流量測量的基本框架、基于測量的正確態檢測以及測量資源的管理進行概述.分析傳統網絡流量調度方案的問題,介紹SDN中數據流量和控制流量調度的主要方法.從數據層和控制層兩個方面概述SDN中故障恢復方法.最后,總結并展望未來工作.

　　關鍵詞:軟件定義網絡;流量工程;流量測量;流量調度;網絡故障恢復

　　近年來,隨著互聯網規模的不斷擴大,接入網絡的設備數目和種類不斷增多,傳統網絡在管理難度、可擴展性以及實驗研究等方面的局限逐漸凸顯出來[1],具體體現在:研究者很難在大規模網絡環境中進行實驗研究的驗證;網管人員無法有效地根據自身的應用需求進行網絡的配置和優化;設備廠商不能快速地進行研發和部署,以滿足客戶需求[2].

　　1SDN中流量工程概述

　　1.1流量工程定義

　　流量工程,或稱流量管理,指的是針對網絡性能進行優化的一系列方法,即針對網絡中數據流的行為進行動態的分析預測和有目的的管理.圖2給出一個使用流量工程進行路由優化的例子,兩個用戶流由節點A流向節點C,在圖2(a)中,使用最短路徑路由(OSPF),導致鏈路AC擁塞;在圖2(b)中,利用鏈路AB和BC分攤AC間的流量,減輕或消除鏈路AC的擁塞狀況.可見,流量工程可以有效地改善網絡性能.

　　1.2基于SDN的流量工程研究內容

　　流量工程相關工作可以從不同的角度進行劃分[4].在研究基于SDN的流量工程時,本文按照功能將其分為流量測量、流量管理和故障恢復3個部分,如圖3所示.

　　2基于SDN的流量測量流量

　　工程的開展依賴于對網絡流量準確實時測量,而云端、數據中心中涌現的多種類、大規模網絡應用為測量任務的有效運行提出了挑戰.基于SDN的流量測量的研究工作主要圍繞如何支持、設計和部署靈活、準確、可擴展的測量任務,為相關應用提供有效狀態信息.相關工作可做如下分類:

　　1)從流量測量的實現角度,設計抽象通用的測量框架.OpenFlow為集中分配任務和監控提供良好的接口,然而,傳統IP網絡中的測量方法為控制器帶來流量壓力,所以需要設計面向SDN的靈活、通用的測量方法.

　　2)從流量測量的應用角度,設計準確、及時的網絡正確態檢測方法,應對路由配置和規則兼容性方面可能存在的問題.

　　3)從流量測量的開銷控制角度,設計有效的資源管理方案.在網絡設備中,用于測量工作的計算、存儲資源有限,所以需要對其進行合理的利用和有效的管理.

　　本節首先對網絡流量測量的傳統方法進行簡述,然后介紹和分析基于SDN的流量測量框架、正確態檢測方法和資源分配管理方案.

　　3基于SDN的流量調度

　　隨著數據中心基礎設施的不斷擴展以及網絡技術的不斷變化,新興網絡應用越來越依賴有效的網絡管理,以提供高可用性、高質量、低成本的服務.SDN不僅為快速的實驗創新提供了一個合適的平臺,而且改變了管理網絡的方式——取代以往對網絡“片”式的管理.SDN通過集中控制器進行面向全局的策略部署,同時,動態地收集網絡狀態.此外,SDN提供對網絡事件更快反應的能力,從而降低網絡管理的延遲.

　　網絡管理旨在維護網絡可用性和提高網絡性能,對網絡流量的合理調度(路由優化),是有效分配網絡資源,提升網絡性能和服務質量的重要途徑.數據中心網絡中源和目的節點之間存在多條路徑,為流量調度提供空間.在SDN中,控制器維護的全局視圖反映網絡中各路徑的使用情況,流量可以據此進行動態的轉發以實現負載的均衡;另一方面,對流量轉發規則的實時安裝與更新增加集中控制器的壓力,也帶來相應的處理延遲,所以,SDN中的流量調度可以分為對數據層流量的調度和控制層內部流量的調度,前者主要利用SDN的集中控制功能改進傳統網絡中的流量調度方法,后者主要圍繞如何緩解SDN中集中控制器帶來的流量調度瓶頸問題.

　　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]

　　周桐慶,蔡志平,夏竟,徐明