軟體定義網路中流表管理的可擴展性研究

《軟體定義網路中流表管理的可擴展性研究》是依託清華大學，由劉冰洋擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：軟體定義網路中流表管理的可擴展性研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：劉冰洋
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

軟體定義網路（SDN）通過控制邏輯與轉發流表的分離，極大簡化了網路管理和創新，成為學術界和工業界的研究熱點。然而，當前SDN的流表管理機制存在嚴重的可擴展性缺陷，導致可達性、延時和數據頻寬等基本網路性能指標隨著網路規模的增長而顯著下降，嚴重製約了SDN的套用範圍。本項目圍繞SDN流表管理的可擴展性問題開展如下研究：建立流表管理可擴展性的理論評價模型，提供分析的框架和理論基礎；基於理論模型和實際系統條件，推導出可行的機制最佳化目標；基於理論模型和真實數據，評價現有方案的可擴展性並總結出設計思路；基於最佳化目標和設計思路，設計並實現高可擴展的SDN流表管理機制；搭建大規模模擬環境和真實實驗床，採用真實數據對新機制予以全面的可擴展性驗證。本項目的創新成果中，評價模型將為SDN的可擴展性研究提供理論基礎，高可擴展的流表管理機制的設計和實現將解決SDN大規模套用的關鍵問題，項目具有重要的理論和實際意義。

結題摘要

流表管理是SDN中極為重要的一環。然而，為了實現細粒度、集中式和開放性，當前SDN的流表管理機制存在著諸多可擴展性問題，這些問題甚至對可達性、延時和數據頻寬等最基本的網路性能指標產生了嚴重影響，不僅制約了SDN所適用的網路規模和套用環境，也導致了SDN面臨網路攻擊的脆弱性。 為系統性地研究和解決SDN流表管理的可擴展性問題，本項目建立了SDN流表管理可擴展性評價模型，對當前SDN流表管理機制進行了可擴展性分析，依據模型對可擴展性的最佳化目標進行了可行性分析，提出了高可擴展的SDN流表管理機制的設計方案，並予以理論驗證，最後實現了該方案並通過實驗予以驗證。 該工作為評價SDN的可擴展性奠定了一定的理論基礎，基於該模型推導出的最佳化方向和設計原則對於設計高可擴展的SDN流表管理機制具有一定的指導意義。 根據該理論指導，本項目借鑑標籤交換的思想設計了新型的SDN流表管理系統TFlow，介紹了TFlow的詳細設計、軟硬體實現和系統評價。TFlow的北向接口和南向接口與以OpenFlow為代表的SDN相同，因此並不改變網路的功能。在此前提下，我們的評價結果顯示，相比於OpenFlow，TFlow的數據平面流表使用下降了兩個數量級，控制信道使用下降了40%，交換機控制平面的CPU使用更少更穩定，控制器的CPU使用更少。而為了實現這些可擴展性的提升，僅僅付出了非常少的代價——在實驗所使用的私有數據中心環境中，控制器上維護交換機的動作表，其記憶體消耗僅有幾十到幾百兆，在當前硬體條件下不會成為系統瓶頸。 該研究成果將對正在如火如荼開展的SDN研究和套用提供流表最佳化方面的理論指導和方法指導，具有較好的套用前景。