郑友伟,刘磊

• 1:中国科学院声学研究所国家网络新媒体工程技术研究中心
• 2:中国科学院大学

摘要(Abstract)：

软件定义网络(SDN)通过将控制平面与数据平面分离，实现了网络的可编程性，改变了网络管理的模式。然而，随着SDN网络规模的不断扩大，其可扩展性问题逐渐显现。针对这一问题，多控制器架构成为提升SDN可扩展性的主流策略。在多控制器架构中，数据流的跨域路由问题对网络的可扩展性产生了影响。随着网络规模的增大，跨域路由计算的时间复杂度呈非线性增长，导致跨域路由计算的收敛时间也随着增加，带来可扩展性问题。为了应对大规模SDN网络的挑战，基于ONOS控制器，完成了层次式SDN多控制器方案的设计与开发。在此基础上，提出一种层次式网络抽象方法，复用OpenFlow南向协议实现层次控制器间的消息同步与业务协作。该方法对多域网络中的每个域网络拓扑进行抽象，以降低跨域路由计算的复杂度，进一步降低跨域路由计算的收敛时间，以提升可扩展性。在实验验证阶段，我们从2个维度创建不同规模的SDN数据面仿真网络，并对比测试了集中式路由与使用网络抽象方法的层次式路由的跨域路由计算时长。实验结果表明，随着多域网络规模的扩大，与集中式跨域路由相比，层次式跨域路由的效率显著提升。当网络规模为20×20时，使用本文提出的网络抽象方法使跨域路由计算效率提升约40倍。这一结果为大规模SDN网络的有效管理提供了新的策略和方法。

关键词(KeyWords)： SDN;跨域路由;网络抽象方法;ONOS控制器;路由计算

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 中国科学院青年创新促进会2020(编号:E029180101)

作者(Author): 郑友伟,刘磊

DOI: 10.20064/j.cnki.2095-347X.2024.02.005

参考文献(References)：

• [1] Kirkpatrick K.Software-defined networking[J].Communications of the ACM,2013,56(9):16-19.
• [2] Papa A,De Cola T,Vizarreta P,et al.Design and evaluation of reconfigurable SDN LEO constellations[J].IEEE Transactions on Network and Service Management,2020,17(3):1432-1445.
• [3] 张文.SDN网络下跨域路由及网络功能体资源优化研究[D].中国科学技术大学，2016.
• [4] 付永红，毕军，张克尧，等.软件定义网络可扩展性研究综述[J].通信学报，2017,38(7):141-154.
• [5] Ivashchenko P,Shalimov A,Smeliansky R.High performance in-kernel SDN/OpenFlow controller[J].Proc.of Open Networking Summit Research Track,2014.
• [6] Cai Z,Cox A L,Ng T S.Maestro:balancing fairness,latency and throughput in the OpenFlow control plane[R].2011.
• [7] Gude N,Koponen T,Pettit J,et al.NOX:towards an operating system for networks[J].ACM SIGCOMM computer communication review,2008,38(3):105-110.
• [8] Erickson D.The beacon openflow controller[C]//Proceedings of the second ACM SIGCOMM workshop on Hot topics in software defined networking.2013:13-18.
• [9] Yu M,Rexford J,Freedman M J,et al.Scalable flow-based networking with DIFANE[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review,2010,40(4):351-362.
• [10] Curtis A R,Mogul J C,Tourrilhes J,et al.DevoFlow:Scaling flow management for high-performance networks[C]//Proceedings of the ACM SIGCOMM 2011 Conference.2011:254-265.
• [11] 王晨辉，倪宏，刘磊.SDN控制平面中控制器放置算法综述[J].网络新媒体技术，2022,11(6):1-9.
• [12] Koponen T,Casado M,Gude N,et al.Onix:A distributed control platform for large-scale production networks[C]//OSDI.2010,10(1):6.
• [13] Berde P,Gerola M,Hart J,et al.ONOS:towards an open,distributed SDN OS[C]//Proceedings of the third workshop on Hot topics in software defined networking.2014:1-6.
• [14] Tootoonchian A,Ganjali Y.Hyperflow:A distributed control plane for openflow[C]//Proceedings of the 2010 internet network management conference on Research on enterprise networking.2010,3:10-5555.
• [15] OpenDaylight[EB/OL].https://www.opendaylight.org/.
• [16] Hassas Yeganeh S,Ganjali Y.Kandoo:a framework for efficient and scalable offloading of control applications[C]//Proceedings of the first workshop on Hot topics in software defined networks.2012:19-24.
• [17] Dixit A A,Hao F,Mukherjee S,et al.Elasticon:an elastic distributed sdn controller[C]//Proceedings of the tenth ACM/IEEE symposium on Architectures for networking and communications systems.2014:17-28.
• [18] McCauley J,Panda A,Casado M,et al.Extending SDN to large-scale networks[J].Open Networking Summit,2013:1-2.
• [19] Hu J,Lin C,Li X,et al.Scalability of control planes for software defined networks:Modeling and evaluation[C]//2014 IEEE 22nd International Symposium of Quality of Service (IWQoS).IEEE,2014:147-152.
• [20] Karakus M,Durresi A.A scalability metric for control planes in software defined networks (SDNs)[C]//2016 IEEE 30th International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA).IEEE,2016:282-289.
• [21] Dijkstra E W.A note on two problems in connexion with graphs[M]//Edsger Wybe Dijkstra:His Life,Work,and Legacy.2022:287-290.
• [22] Floyd R W.Algorithm 97:shortest path[J].Communications of the ACM,1962,5(6):345.