SDN中基于负载均衡机制的网管技术设计

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基于SDN的网络流量优化与管理策略研究

基于SDN的网络流量优化与管理策略研究在当今数字化的时代，网络已经成为了人们生活和工作中不可或缺的一部分。

随着网络应用的不断丰富和用户数量的持续增长，网络流量呈现出爆炸式的增长态势，这给网络的性能和服务质量带来了巨大的挑战。

为了应对这些挑战，基于软件定义网络（SDN）的网络流量优化与管理策略应运而生。

SDN 是一种新型的网络架构，它将网络的控制平面和数据平面相分离，实现了对网络的集中控制和灵活管理。

这种架构为网络流量的优化和管理提供了全新的思路和方法。

一、SDN 概述SDN 的核心思想是将网络的控制逻辑从传统的网络设备中抽离出来，集中到一个独立的控制器中。

控制器通过标准化的接口与底层的网络设备进行通信，实现对网络流量的全局视图和集中控制。

SDN 的架构主要由应用层、控制层和基础设施层组成。

应用层包含了各种基于网络的应用程序，如流量工程、安全管理等；控制层是SDN 的核心，负责网络的策略制定和资源分配；基础设施层则由各种网络设备组成，如交换机、路由器等，它们按照控制器的指令进行数据转发。

二、网络流量优化的需求随着网络应用的多样化，如高清视频、在线游戏、云计算等，网络流量的特征变得越来越复杂。

不同类型的应用对网络带宽、延迟、抖动等性能指标有着不同的要求。

例如，在线游戏对延迟要求极高，而高清视频则需要较大的带宽。

此外，网络中的流量分布也往往不均衡，某些链路可能会出现拥塞，而另一些链路则处于空闲状态。

这不仅会影响网络的性能，还会导致资源的浪费。

因此，需要对网络流量进行优化，以满足不同应用的需求，提高网络的资源利用率和服务质量。

三、基于 SDN 的网络流量优化策略1、流量监测与分析在 SDN 环境下，可以通过控制器获取网络中各个节点和链路的流量信息。

利用大数据分析技术和机器学习算法，对这些流量数据进行深入分析，以了解流量的模式、趋势和异常情况。

例如，可以通过分析发现某一时间段内特定应用的流量高峰，为后续的优化策略提供依据。

SDN中的负载均衡技术(五)

SDN中的负载均衡技术随着网络流量的不断增加，传统网络的负载均衡技术已经无法满足当前网络的需求。

而软件定义网络（SDN）作为一种新兴的网络架构，通过集中式的控制平面和可编程的数据平面，为网络的负载均衡提供了新的解决方案。

本文将介绍SDN中的负载均衡技术，并探讨其在网络中的应用。

SDN中的负载均衡技术是指通过集中式的控制器对网络流量进行动态的分配，以提高网络的性能和可靠性。

传统的负载均衡技术通常是基于硬件设备或特定的路由协议来实现，而SDN的负载均衡则是通过软件定义的控制器来实现。

这种基于软件的负载均衡技术具有灵活性高、可编程性强等优点，可以更好地适应网络的变化。

在SDN中，负载均衡技术通常是通过控制器对网络流量进行监控和调度来实现的。

控制器可以根据网络流量的情况，动态地调整网络中的流量分布，以保证网络的负载均衡。

控制器可以根据不同的策略，对流量进行分流、聚合或重定向，以实现网络中的负载均衡。

SDN中的负载均衡技术可以在不同的网络环境中得到应用。

在数据中心网络中，负载均衡技术可以帮助实现对服务器集群的流量分配，以提高服务器的利用率和可靠性。

在广域网中，负载均衡技术可以帮助实现对不同链路的流量分配，以提高网络的性能和可靠性。

在无线网络中，负载均衡技术可以帮助实现对不同基站的流量分配，以提高无线网络的覆盖范围和容量。

除了传统的负载均衡技术，SDN中还可以结合其他技术来优化网络的负载均衡。

例如，SDN可以与网络功能虚拟化（NFV）结合，通过对网络功能进行虚拟化和动态编排，来实现对网络流量的灵活管理和调度。

SDN还可以与人工智能技术结合，通过对网络流量进行预测和分析，来实现对网络流量的智能调度和优化。

然而，SDN中的负载均衡技术也面临一些挑战和问题。

例如，控制器的性能和可靠性、控制器与数据平面之间的通信延迟以及控制器与网络设备之间的一致性等问题都是SDN中负载均衡技术面临的挑战。

因此，如何解决这些问题，提高SDN 中负载均衡技术的性能和可靠性，是当前SDN研究的一个重要方向。

基于SDN的数据中心网络大象流负载均衡的研究与实现

基于SDN的数据中心网络大象流负载均衡的研究与实现基于SDN的数据中心网络大象流负载均衡的研究与实现引言：随着云计算和大数据的快速发展，数据中心网络的负载问题变得越来越突出。

大量的数据传输需要高速、高效的网络来支持，而传统的网络架构面临着管理和性能瓶颈。

软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）作为一种新型的网络架构，通过将网络控制与数据转发分离，使网络具有更好的可编程性和灵活性。

本文将重点讨论使用SDN技术实现数据中心网络中大象流负载均衡的研究与实现。

一、SDN的概述SDN是一种将网络控制从传统的网络设备（如交换机、路由器）中抽离出来，通过集中控制器进行网络管理和流量控制的网络架构。

SDN的特点是网络控制平面和数据转发平面的分离。

控制器通过OpenFlow协议与交换机进行通信，根据需求对网络进行管理、配置和优化，从而实现灵活的网络控制和资源分配。

二、数据中心网络的负载均衡问题数据中心网络常常面临着流量分布不均等的问题，一些重要的流量，也称为“大象流”，会占用过大的网络带宽，造成其他流量的阻塞和延迟。

而传统的负载均衡算法对于这种大象流的负载均衡效果较差，无法很好地适应数据中心网络的需求。

三、SDN大象流负载均衡的研究针对数据中心网络的负载均衡问题，研究者们开始采用SDN技术来实现大象流的负载均衡。

其中的关键是通过控制器对网络进行实时监测和管理，根据流量情况进行动态的负载均衡策略调整，从而实现更优的网络资源分配和流量控制。

1. SDN大象流检测与分类首先需要通过控制器对数据中心网络中的流进行监测和分类，将大象流和普通流量进行区分。

这可以通过流量速率、主机IP等特征来实现。

控制器通过实时的流量分析和学习，可以较准确地对大象流进行检测和分类。

2. 大象流负载均衡策略当前的大象流负载均衡策略主要包括基于OpenFlow的负载均衡算法和SDN控制器中的流表项调整。

（1）基于OpenFlow的负载均衡算法基于OpenFlow的负载均衡算法主要通过在交换机上的流表中设定流量分流规则来达到负载均衡的目的。

SDN中的智能路由算法(四)

SDN中的智能路由算法软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）作为一种新兴的网络架构，将网络控制平面与数据传输平面分离，提供了更灵活、可编程的网络管理方式。

在SDN中，智能路由算法是一个关键的技术，它能够根据网络的实时状态和需求，自主地调整网络流量的传输路径，从而实现网络资源的最优利用和负载均衡。

本文将从SDN的基本原理、智能路由算法的发展和应用以及未来的发展趋势等方面进行探讨。

SDN的基本原理SDN通过将网络控制平面与数据传输平面分离，将网络设备的控制逻辑集中到软件控制器中，实现网络的统一管理和编程。

在传统网络中，路由器和交换机通常是基于硬件实现的，其控制逻辑是固化在设备内部，这导致网络管理和维护较为困难。

而在SDN中，网络设备变得更加灵活，可以通过编程接口进行配置和管理，从而实现了网络的自动化和智能化。

智能路由算法的发展和应用智能路由算法是SDN的核心技术之一，它能够根据网络的实时状态和需求，自主地调整网络流量的传输路径，从而实现网络资源的最优利用和负载均衡。

在SDN中，智能路由算法通常基于网络的拓扑结构和流量需求，利用各种算法来计算最优的数据传输路径，这些算法包括最短路径算法、最小成本算法、最小拥塞算法等。

智能路由算法的应用非常广泛，它可以用于数据中心网络、企业网络、互联网等各种类型的网络中。

在数据中心网络中，智能路由算法可以帮助实现虚拟机之间的通信和数据传输，从而提高网络的灵活性和可扩展性。

在企业网络中，智能路由算法可以根据不同的业务需求，自动调整网络流量的传输路径，从而提高网络的性能和稳定性。

在互联网中，智能路由算法可以帮助实现全球范围内的流量优化和负载均衡，从而提高网络的整体效率和可靠性。

未来的发展趋势随着SDN技术的不断发展，智能路由算法也在不断演进和完善。

未来，智能路由算法将更加注重网络的自适应性和智能化，能够根据网络的实时状态和需求，自主地调整网络流量的传输路径，从而实现网络资源的最优利用和负载均衡。

基于软件定义网络的数据中心网络管理系统设计

基于软件定义网络的数据中心网络管理系统设计随着数据中心网络规模和复杂性的增加，传统网络管理系统面临着越来越多的挑战。

为了满足日益增长的数据处理需求，提高网络的可扩展性和灵活性，软件定义网络（SDN）技术应运而生。

基于SDN的数据中心网络管理系统成为了解决这些挑战的理想选择。

1. 简介基于SDN的数据中心网络管理系统是一种以集中控制器为核心，通过将网络控制平面与数据平面分离的方式，实现对整个网络的集中管理和控制的系统。

它通过可编程控制器和网络交换机之间的通信，对网络流量进行管理和调度，从而提供高效的网络资源利用和灵活的网络配置。

2. 系统架构基于SDN的数据中心网络管理系统的主要组成部分包括集中控制器、网络交换机和应用程序。

集中控制器负责整个网络的管理和控制，对网络交换机下发控制命令来实现网络配置、流量调度等操作。

应用程序则提供了各种网络管理和控制功能的实现，如负载均衡、拥塞控制、安全策略等。

3. 功能需求3.1 网络流量管理基于SDN的数据中心网络管理系统需要能够对网络流量进行有效的管理和调度，实现负载均衡、路由优化、拥塞控制等功能。

通过集中控制器的指导和协调，可以根据实时的网络流量情况来动态调整网络路径，避免网络拥塞和性能瓶颈。

3.2 网络配置和自动化数据中心网络规模庞大，传统的手动配置方式无法满足快速、准确地响应网络变化的需求。

基于SDN的管理系统应该支持自动化的网络配置和部署，能够根据应用和服务需求，自动规划并配置网络拓扑、策略、服务质量等参数，减少人为错误和配置时间，并提高网络的灵活性和可伸缩性。

3.3 安全策略与访问控制数据中心网络中承载着各种敏感数据和重要业务，因此安全问题十分重要。

基于SDN的管理系统应该能够提供灵活而有效的安全策略与访问控制机制，能够对网络流量进行精细化的监控、检测和过滤，确保网络的安全性和可靠性。

3.4 服务质量保障数据中心网络中通常承载着大量的实时应用和服务，对网络性能和延迟要求较高。

基于SDN的数据中心网络动态负载均衡研究的开题报告

基于SDN的数据中心网络动态负载均衡研究的开题报告一、选题背景和意义随着云计算技术的发展和应用，数据中心网络规模越来越大、数据量越来越庞大，同时业务的种类和数量也越来越丰富。

这些都给数据中心网络的管理和维护带来了挑战，其中负载均衡是其中一个重要的问题。

传统的静态负载均衡方案已经不能满足数据中心网络复杂多变的负载需求，因此需要一种动态的、自适应的负载均衡方案。

软件定义网络（SDN）技术的出现为动态负载均衡提供了新的思路。

SDN通过将网络设备的控制、管理和数据转发分离，实现了对网络的统一控制和管理。

通过对SDN网络的控制器进行编程，可以灵活地对网络流量进行调度和控制。

因此，基于SDN的动态负载均衡方案具有较大的发展前景。

本课题旨在研究基于SDN的数据中心网络动态负载均衡方案，旨在提高数据中心网络的资源利用率，提高网络的性能和可靠性。

二、研究目标和内容本研究旨在设计一种基于SDN的数据中心网络动态负载均衡方案，重点研究以下内容：1. 建立SDN网络模型：构建数据中心网络的SDN模型，确定网络中的交换机、控制器和主机的角色和功能，在此基础上设计动态负载均衡方案。

2. 动态负载均衡算法研究：通过分析数据中心网络的负载特点，设计一种适合动态负载均衡的算法，使得网络流量能够在各个子网中得到平衡分配，从而提高网络的性能和可靠性。

3. SDN控制器编程实现：基于SDN控制器，实现动态负载均衡算法。

通过控制器对网络流量进行监控和调度，动态地分配网络资源，实现网络负载的均衡。

4. 实验测试与评估：在实验网络中实现动态负载均衡方案，并对其进行测试与评估。

通过实验测试，验证动态负载均衡方案的可行性和有效性，评估其对网络性能的提升效果。

三、预期成果和创新点通过本研究，预计能够实现以下成果：1. 设计一种基于SDN的数据中心网络动态负载均衡方案，能够快速地实现网络流量负载均衡，提高网络的性能和可靠性。

2. 提出适合数据中心网络负载均衡的动态负载均衡算法，具有较好的网络负载均衡效果和可靠性。

基于SDN的数据中心网络架构设计与优化

基于SDN的数据中心网络架构设计与优化随着云计算和大数据时代的到来，数据中心网络正面临着越来越多的挑战。

为了满足不断增长的数据传输需求，提高网络的性能和灵活性，当前的数据中心网络架构逐渐向基于软件定义网络（Software-Defined Networking，简称SDN）的架构进行演进。

本文将探讨基于SDN的数据中心网络架构设计与优化的相关内容。

首先，我们将介绍SDN的概念和原理。

SDN是一种创新的网络架构，将网络的控制平面与数据平面进行分离，通过集中化的控制器对网络进行动态管理和配置。

SDN的核心思想是通过软件程序对网络进行编程控制，实现网络的灵活性、可编程性和可扩展性。

传统的数据中心网络通常采用分布式的网络管理方式，导致网络配置复杂、维护困难，而SDN可以通过集中化的控制方式简化网络管理流程。

接下来，我们将讨论基于SDN的数据中心网络的设计与部署。

在设计数据中心网络时，需要考虑网络的可扩展性、容错性和性能等方面的要求。

SDN的灵活性和可编程性使得我们可以根据实际需求对数据中心网络进行定制化设计。

例如，可以利用SDN的技术手段实现网络的自动化配置和优化，提高网络的性能和可靠性。

此外，还可以利用SDN的虚拟化技术对数据中心网络进行切片，满足多租户的需求。

在优化基于SDN的数据中心网络时，需要考虑网络的负载均衡、流量管理和安全性等方面的问题。

负载均衡是指合理分配网络资源，避免某些节点或链路负载过重，导致网络性能下降。

流量管理是指根据网络流量的实际情况，进行流量调度和优化，提高网络的吞吐量和响应时间。

安全性是指保障网络中数据的机密性、完整性和可用性，防止网络遭受恶意攻击和入侵。

基于SDN的数据中心网络可以通过动态调整流量转发路径、集中管理安全策略等方式来优化网络性能和安全性。

此外，基于SDN的数据中心网络还可以结合其他新兴技术来进一步提高网络的性能和灵活性。

例如，可以利用网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，简称NFV）技术将网络功能转移到虚拟机上，减少物理设备的部署成本和维护成本。

基于sdn的微服务负载均衡方案研究

收稿日期:2019-02-26 修回日期:2019-06-27 网络出版时间:2019-09-25基金项目:北京市自然科学基金(4172006)作者简介:姜　伟(1979-),男,副教授,研究方向为网络与信息安全;潘邵芹(1994-),女,硕士研究生,研究方向为信息安全㊂网络出版地址: /kcms /detail /61.1450.TP.20190925.1523.054.html基于SDN 的微服务负载均衡方案研究姜　伟,潘邵芹(北京工业大学信息学部,北京100124)摘　要:微服务是互联网分布式服务设计的新理念,通过服务拆分成细粒度㊁功能独立的微服务模块,达到功能解耦,服务独立演进的能力㊂微服务架构在业务需求日益复杂的庞大系统中发挥越来越重要的作用,研究适合微服务特点的负载均衡具有现实的意义和重要性㊂软件定义网络作为新型互联网架构,将数据平面与控制平面分离,简化了网络管理的复杂性,具有全局网络状态视图,能够灵活地实现网络流量控制,为微服务架构中服务之间的负载均衡提供了一种新的解决方案㊂文中研究将微服务与SDN 网络相结合,利用SDN 的全局网络视图和对网络流精细化的控制能力,为微服务调用提供更精细化的负载均衡能力㊂通过虚IP 与IP 改写技术将微服务的负载均衡决策上移到SDN 控制平面,进而通过控制平面对微服务调用链路进行分析,得到基于调用链路分析的负载均衡算法㊂在负载过高时还提供了基于VLAN 与流表优先级的限流策略,保护微服务的正常运行㊂最后通过实验验证了该方案的可行性㊂关键词:SDN;微服务;负载均衡;控制器中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1673-629X (2020)02-0023-05doi:10.3969/j.issn.1673-629X.2020.02.005Research on Load Balance of Microservice Based on SDNJIANG Wei ,PAN Shao -qin(School of Information ,Beijing University of Technology ,Beijing 100124,China )Abstract :The microservice is a new concept of distributed service design on the Internet.By splitting services into fine -grained and functionally independent microservice modules ,the capability of decoupling functions and independent evolution of services can be achieved.Microservice structure has played an increasingly important role in the large system with increasingly complex business demands ,so it is of realistic significance and importance to study the load balancing suitable for the characteristics of microservice.As a new Internet structure ,software -defined network separates the data plane from the control plane and simplifies the complexity of network management.It has a view of global network status and can flexibly achieve the traffic control of the network ,which provides a new solution to the load -balancing between the services in microservice architecture.We combine the microservice with the SDN network ,and provide a more refined load -balancing for microservice invocation according to the global network view of SDN and the ability to control network flow refinement.Through virtual IP and IP rewriting technology ,the load balancing decision of microservice is moved up to the SDN control plane ,and then the call link of microservice is analyzed through the control plane ,and the load balancing algorithm based on call link analysis is obtained.Futhermore ,a flow control strategy based on VLAN and flow table priority is also provided to ensure the normal operation of microservice when the load is too high.Finally ,the feasibility of the solution is proved by experiment.Key words :SDN ;microservice ;load balancing ;controller0　引　言随着业务需求的多元化以及系统规模的不断扩大,单体架构的服务架构可扩展性越来越差,系统变得难以维护,而微服务通过服务功能拆分㊁模块功能聚合,使单体架构的服务拆分成多个微服务,提高了扩展性和可维护性[1-3],因此微服务架构在分布式服务领域有着越来越重要的位置㊂微服务架构目前的负载均衡策略主要在调用方控制,依赖于随机调用或Round Robin 方式,没有考虑网络负载以及调用链路情况[3-4]㊂SDN 是目前广受关注的新型网络架构[5-6],通过将控制平面和数据平面进行分离,提高了对网络流量的控制能力,使SDN 控制器能够实施细粒度的路径规划和控制能力[7-8],是未来网络的发展方向㊂第30卷　第2期2020年2月计算机技术与发展COMPUTER TECHNOLOGY AND DEVELOPMENT Vol.30　No.2Feb.　2020文中研究基于SDN的微服务负载均衡方案,通过将微服务部署于SDN网络,可以借助SDN控制平面的精细化管控能力提供更细粒度的负载均衡能力,实现针对微服务特点的负载均衡的优化㊂1　相关研究负载均衡一般会维护一个服务端清单,利用心跳检测等手段进行清单维护,保证清单中都是可以正常访问的服务节点㊂当用户发送请求时,会先到达负载均衡器,负载均衡器根据负载均衡算法(轮询㊁随机㊁加权轮询)从可用的服务端列表中取出一台服务端的地址,根据负载情况进行转发,降低系统的压力[9-12]㊂文献[13]设计并实现了一种链路负载均衡方案,在利用SDN获取了全局网络拓扑视图的基础上,实现了一种最优K条路径算法,选择出最优的K条冗余链路,制定评价模型对于每条候选链路进行评估,得到最有利于当前全局网络负载均衡的链路,最终将对应的转发策略部署到OpenFlow交换机的流表上㊂文献[14]提出一种基于SDN的分布式服务器负载均衡方法,SDN控制器管理通过SDN网络访问服务器集群的进出流量,并能综合网络设备㊁服务器负载与用户特定需求,部署动态可扩展的负载均衡策略㊂文献[9]确定了在OpenFlow网络中进行负载均衡需要解决的三个关键问题:服务器状态的度量㊁网络状态的度量和路径选择,提出了一种基于Open Flow 的负载均衡算法㊂该算法对网络建立起全局的视图,综合考虑网络资源与计算资源的使用状态,通过统一的决策,合理地进行流量分配,以达成负载均衡的目标㊂2　基于SDN的微服务负载均衡关键技术文中主要工作是研究将SDN技术应用于微服务架构,利用SDN对网络的精细化管控能力使微服务架构达到更优的负载均衡策略㊂重点研究并解决了下列问题:研究负载均衡由客户端上移到控制平面:为了使负载均衡能够在得知全网流量视图的基础上计算策略,而不是仅仅依靠round robin这种比较随机的方式,需要将微服务调用的负载均衡策略选择从客户端上移到控制平面㊂基于调用链分析的微服务负载均衡:负载均衡决策上移到控制平面后,可以针对全局网络视图进行路径决策,还可以根据微服务的特点,进行调用链路分析,不局限在两个主机之间的网络通信,而是综合考虑整个调用链路的网络负载情况,提升负载均衡决策的效果㊂服务限流:当服务调用量过多或服务容量不够时,只靠负载均衡仍然可能不足以支撑微服务集群的正常工作,为避免过多的流量造成网络或服务不可用,需要进行限流㊂2.1　基于SDN的微服务整体架构基于SDN的微服务网络组成如图1所示㊂微服务的应用服务器部署于SDN网络之中,微服务之间通过应用名进行服务调用,应用名与ip的绑定与映射由服务注册与发现机制完成,通过将服务注册与发现组件嵌入到控制平面也就是SDN控制器,实现将微服务调用过程的负载均衡完全上移到控制平面,服务调用方不需要感知负载均衡策略,而控制平面则能够实现更精细化的负载均衡策略,可以综合考量服务提供方主机的负载情况㊁网络路径的带宽情况,进而引入调用链路分析,根据微服务的特点进行调用链路的负载均衡决策,而不仅仅限于两台主机之间的网络通信㊂图1　基于SDN的微服务网络组成2.2　基于虚IP与IP改写的服务发现机制使用SDN进行负载均衡设计,首先需要解决如何将微服务调用过程对目的节点的选择上移到SDN控制器㊂为此,文中定义虚IP㊂虚IP与特定的服务进行绑定,调用该服务时使用虚IP,这样调用方不需要知道被调用服务有几台机器,也不需要知道这些机器的IP,负载均衡策略完全对调用方透明㊂此外,当被调用服务节点下线㊁上线新机器时,调用方不需要感知㊂服务提供方服务节点的选取㊁网络路径的计算都由SDN 的微服务链路计算与负载均衡模块进行处理㊂当SDN控制器计算好网络路径后,目的服务节点也就确定下来,这时候会有IP改写的过程,将虚IP改写成实际服务节点的IP㊂当微服务A的某台节点调用微服务B的服务时,主要会有以下步骤:(1)需要发起服务调用的机器向服务发现模块进行服务发现请求,请求微服务B的IP;(2)服务发现模块返回微服务B对应的虚IP:ipB;㊃42㊃计算机技术与发展第30卷(3)微服务A向ipB发起服务请求;(4)SDN控制器进行路径计算,选择微服务B的某个主机的IP,如ip2;(5)SDN控制器向SDN交换机下发流表进行转发的同时对IP进行改写(目的IP由IPB改为ip2)㊂2.3　基于调用链分析的负载均衡算法微服务架构中,服务调用通常伴随着下游依赖的调用,导致一个服务调用的链路可能会比较长,在负载均衡决策中,就不能只考虑服务调用的两个节点之间,而应该考虑整个调用链路上的负载均衡㊂图2展示了典型微服务调用的调用链路㊂应用A 调用应用B时,伴随着应用B调用应用C,应用C调用应用D和E,只对应用A到应用B之间的链路做负载均衡存在弊端㊂图3展示了微服务的分布式节点网络联通图㊂节点{X i|X∈(A,B,C,D ),i∈(1,2,3, 4 )}分别代表微服务X的服务器节点,连接线表示某台服务器可以通过网络(可以经过若干交换机,图里省略了交换机)与另一台服务器通信,在应用A调用应用B的服务时,存在多条链路可以选择,如果只考虑A→B的链路,链路负载可能不是最佳的选择,还可能选择的链路无法完成后续调用导致调用失败(C1之间网络故障无法调用成功)㊂图2　微服务调用(A→B)引起的服务调用链路图3　微服务调用的分布式节点示意(省略交换机)微服务调用有以下特点:(1)服务以分布式部署,服务调用没有明确的调用目的主机,网络路径选择是对服务之间,而不是主机之间;(2)局部最优不一定表示整个调用链路最优;(3)某个网络链路中断如C1→D1中断导致A→B1→C1是调不通的路径,如果不进行调用链路分析,对A 调用B服务进行路径选择时可能会选择A→B1的路径,导致B服务的后续调用失败㊂基于调用链路分析的负载均衡算法综合考虑整个服务调用链路涉及到的网络负载状况,进行综合的路径选择考量㊂SDN控制器在处理流表请求时分析应用之间的依赖关系,逐渐维护出微服务之间的调用链路,在进行微服务负载均衡路径计算时,综合考虑整个调用链路涉及到的所有网络节点的负载情况,计算出更合适的路径㊂以图3为例,基于调用链路分析的微服务负载均衡路径计算主要步骤可通过图4简要描述: (1)节点标注:计算路径时不再抽象成无差别的网络节点,明确网络节点的身份:交换机㊁服务A㊁服务B(2)链路剪枝:剪掉不符合调用逻辑的节点如A →F(服务A没有调用服务B)㊁B2→E1(服务B没有调用服务C);(3)以服务为基准进行费用计算㊂从最后一个服务开始,标注调用该服务的某台机器需要的费用; (4)依次沿着调用链路逆向计算费用,直到调用源头㊂Infinite Infinite图4　基于调用链路分析的微服务负载均衡2.4　基于VLAN和流表优先级的服务限流当网络请求到达SDN网络时,需要路由到限流服务器决定是否通过,SDN控制器通过对SDN交换机安装流表,将网络流量转发到限流服务器,由限流服务器决定是否允许网络流量通过㊂如果网络流没有触发限流,被允许通过,限流服务器需要把数据包发送回网络,并按照合适的路径传输给目的主机㊂但前文提到,需要把新进入网络的数据包转发到限流服务器,当限流服务器把数据包传回网络时,需要网络能够正确处理网络数据包,不再转发给限流服务器,而是按照正常的路径规划转发到目标节点㊂㊃52㊃　第2期姜　伟等:基于SDN的微服务负载均衡方案研究为了能够区分到达限流服务器之前的数据包和从限流服务器传回的数据包,文中通过VLAN 标记对两种数据包进行标识㊂当限流服务器将数据包传回SDN 网络时,需要对数据包添加VALN 标记,SDN 交换机和SDN 控制器通过VLAN 标记对两种数据包进行区分㊂此技术消耗一个VLAN id 即可,文中定义为VLAN 10㊂在SDN 交换机的流表项匹配时,使用流表优先级确定对网络数据包的转发决定㊂为此需要预先安装另一条流表1:VLAN 10,转发至SDN 控制器,优先级A ㊂前文提到的默认转发到限流服务器的流表2优先级定义为B ㊂优先级A >B ,当网络数据包到达SDN 网络时,SDN 交换机有两个流表,流表1优先级高,但此时数据包没有VLAN 10的标记,所以不匹配流表1,但匹配流表2,从而按照流表2的转发决定转发到限流服务器㊂当限流服务器把数据包传回SDN 网络时,由于添加了VLAN 10标记,从而匹配到了流表1,按照流表1的转发决定把数据包转发到SDN 控制器,SDN 控制器为其进行路径选择,然后安装相应流表(定义为流表3,优先级C )到SDN 交换机㊂此时流表优先级C >A >B ㊂所以数据包此后会按照流表3的转发决定,被转发到目的服务节点㊂图5为网络流被允许通过时网络流的走向㊂其中,步骤3将网络流转发到限流服务器,限流服务器决定允许该网络流正常转发,对数据包添加VLAN 10标记,然后传回到SDN 网路中,到达SDN 交换机后,由于匹配到了流表1,且流表1的优先级大于流表2,所以会向SDN 控制器发出请求流表㊂步骤7控制器为交换机安装正常转发的流表3,该流表的优先级最高,后续的转发行为将按照此流表正常转发到服务节点㊂图5　微服务通信时的网络数据流向3　实验评估与分析3.1　测试环境搭建Mininet 是一款广泛使用的SDN 网络测试平台,文中基于Mininet 搭建网络拓扑,并基于ONOS (一款分布式SDN 控制器)编写算法,微服务使用thrift 框架编写,运行于docker 容器中,docker 容器内运行ubuntu 操作系统㊂整个实验的网络拓扑如图6所示,共10台SDN 交换机,由Mininet 拓扑脚本建立,13台运行微服务的主机,部署在13台docker 容器中,微服务之间的调用关系与图5保持一致㊂docker 容器与SDN 交换机进行桥接,以进行网络连通㊂实验中交换机端口带宽配置为50M ,延迟10ms㊂图6　实验拓扑3.2　实验结果分析首先将D 1与S 6的连接断开,主机A 1发起服务调用,使用随机模式的负载均衡与文中提出的基于调用链路分析的负载均衡算法分别进行1000次调用,重复10次试验,结果表明文中算法的调用全部成功,随机模式的实验结果如图7所示㊂大体上有三分之一的调用失败,其原因为A 应用调用B 应用有3个候选机器,每个机器同等概率被调用,但主机B 1的调用后续链路是不通的㊂图7　实验1随机负载均衡算法失败次数然后将D 1与S 6的连接恢复,延迟时间增加到100ms ,使用iperf 工具进行随机的背景流量发送,然后进行100次服务调用,对比平均调用时延,结果如图8所示㊂可见文中提出的算法能够有效降低调用时延,其原因主要是随机负载均衡算法无法感知某个调用链路具体的优劣,无法进行更优化的路径选择㊂最后进行服务限流实验,开启20M /s 的随机背景流量,随后不断加大调用频率,出现大量超时后,统计㊃62㊃计算机技术与发展第30卷100次调用成功的平均时延,共统计10次,随后开启限流,丢弃1/4的流量,重复实验,结果如图9所示㊂实验表明限流功能能够有效减少网络拥堵㊂图8　随着流量增多服务调用延迟趋势图9　限流实验结果4摇结束语对基于SDN的微服务场景下的负载均衡与限流进行了研究,通过虚IP与IP改写技术,将微服务调用的负载均衡上移到控制平面,进而提出了基于调用链路分析的负载均衡算法㊂同时通过VLAN标记和流表优先级机制实现服务限流,在服务过载时保护服务的正常服务,避免服务不可用㊂实验结果表明,提出的算法㊁策略能够降低微服务的调用时延,提升微服务的性能㊂参考文献:[1]　张　晶,黄小锋.一种基于微服务的应用框架[J].计算机系统应用,2016,25(9):265-270.[2]　武志学.云计算虚拟化技术的发展与趋势[J].计算机应用,2017,37(4):915-923.[3]　WAN Xili,GUAN Xinjie,WANG Tianjing,et al.Applica⁃tion deployment using Microservice and Docker containers: framework and optimization[J].Journal of Network and Computer Applications,2018,119:97-109.[4]　杨　迪.基于容器云的微服务系统[J].电信科学,2018,34(9):169-178.[5]　FARHADY H,LEE H,NAKAO A.Software-defined net⁃working:a survey[J].Computer Networks,2015,81:79-95.[6]　左青云,陈　鸣,赵广松,等.基于OpenFlow的SDN技术研究[J].软件学报,2013,24(5):1078-1097. 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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＤＮ；ｌｏａｄｂａｌａｎｃｅ；ＯｐｅｎＦｌｏｗ；ＳＮＭＰ
１引言
基于以上问题，设计了一种ＳＤＮ网络性能管理平台，陔平台对ＯｐｅｎＦｌｏｗ协ｉ义进行封装，通过控制器的应用接口来
ＳＤＮ中基于负载均衡机制的网管技术设计
李艳冠，甄涛
（１．中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄０５００８１；
２．北京邮电大学，北京１００８７６）
【摘要】针对目前软件定义网络（ＳＤＮ）与传统网络的融合后缺乏标准网络管理协议，现有网络管理技术不能满足越来越高
的性能需求等１９题，从分析基于ＯｐｅｎＦｌｏｗ协议的ＳＤＮ网络性能管理和传统的ＳＮＭＰ网络管理协议出发，在ＳＤＮ网络与传统
网络混合架构的基础上，设计了一种新型的网络管理模型，该模型通过在控制器中嵌入基于网络负载均衡机制的数据分析模块，
将网络管理和负载均衡技术结合起来，优化了管理结构，提高了网络管理的能力。［关键词】软件定义网络负载均衡ＯｐｅｎＦｌｏｗ简单网络管理协议
中图分类号：ＴＰ３９３文献标志码：Ａ文章编号：１００８－１７３９（２０１７）Ｏ１－６５－４
ａｌｌａｌｙｚｉｎｇＳＤＮｐｅｒｆｏｍｌａｎｃｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎＯｐｅｎＦｌｏｗｐｒｏｔｏｃｏｌａｎｄｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＳＮＭＰｎｅｔｗｏｒｋｍａｎａｇｅｎｌｅｎｔｐｒｏｔｏｃｏ１．Ｂｙ
（１。Ｔｈｅ５４ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＥＴＣ，ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＨｅｂｅｉ０５００８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｎｍｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７６，Ｃｈｉｎａ）
ＤｅｓｉｇｎｏｎＮｅｔｗｏｒｋＭａｎａｇｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＳＤＮＢａｓｅｄｏｎＬｏａｄＢａｌａｎｃｅＭｅｃｈａｎｉｓｍ
ＬＩＹａｎ－Ｇｕａｎ’ ，ＺＨＥＮＴａｏ