软件定义网络SDN的研究进展(13)

SDN的研究进展

７４ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｆｔｗａｒｅ软件学报Ｖ０１．２６，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ２０１５４．２数据中心与云

除了在企业网与校园网部署之外，数据中心由于设备繁杂且高度集中等特点，相关ＳＤＮ部署同样面临着严峻的挑战．早期部署在数据中心的实例为基于ＮＯＸ的ＳＤＮ网络【８３１，随后，在数据中心的部署应用得到极大的发展［６９，８４－８８】．其中，性能和节能是部署过程中重点考虑的两个方面．

数据中心成千上万的机器会需要很高的带宽，如何合理利用带宽、节省资源、提高性能，是数据中心的另一个重要问题．Ｃｕｉ等人［８４Ｊ通过对每台路由器和服务器进行信息缓存，利用ＳＤＮ掌握全网缓存信息，能够有效解决数据中心的数据传输冗余问题．在数据中心，每个路由器和服务器都可以进行信息缓存．当两台服务器第１次通信时，所在路径的路由器将信息缓存下来．当服务器再次发起相关通信时，为了获取最近距离的缓存，ＳＤＮ根据全网信息给出最优缓存任务分配．此时，服务器无需到目的地址去获取信息，从而消除了数据传输冗余．Ｈｅｄｅｒａ［８５】采用了ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机．通过中央控制器掌握数据中心的全局信息，方便控制器优化带宽，比等价多路径（ｅｑｕａｌ．ｃｏｓｔｍｕｌｔｉｐａｔｈｒｏｕｔｉｎｇ，简称ＥＣＭＰ）技术可提升至４倍的带宽能力．ＤｅｖｏＦｌｏｗ［７３１考虑避免数据中心交换机对控制器过多的干扰，将大多数流处理放到交换机上处理，从而提高了数据中心传输的整体性能．ｚＵｐｄａｔｅ［８６］贝０利用ＳＤＮ确保在数据中心几乎无任何性能影响的情况下更新设备．

节能一直是数据中心研究中不容忽视的问题．由于数据中心具有大规模互联网服务稳定性和高效性等特性，常以浪费能源为代价．然而通过关闭暂时没有流量的端口，仅能节省少量能耗，最有效的办法是通过ＳＤＮ掌握全局信息能力，实时关闭暂未使用的设备，当有需要时再打开，将会节省约一半的能耗【８’７】．利用率低同样会导致数据中心能耗较高．在数据中心，每个流在每个时间片通过独占路由的方式，可提高路由链路的利用率峭引．利用ＳＤＮ掌握全网信息，公平调度每个流，使路由链路得到充分利用，进而节省了数据中心的能量．

有了数据中心作保障，用户可以通过云网络方便进行网络管理．不过，基于云环境的网络拓扑是多变的，而通过ＳＤＮ可以获取全局信息，实现云网络管理【８９】．ＩＢＭ［９０】针对云网络管理提出了云控制器和网络控制器结合的ＳＤＮ架构．云控制器用来方便用户配置信息，管理物理资源，设置虚拟机和分配存储空间等．网络控制器则用来将云控制器收集的指令转换成ＳＤＮ设备可识别的指令．为了能够完成两个控制器之问的交互，ＩＢＭ提供了一种共享图算法库ＮｅｔＧｒａｐｈ．该库支持多种网络服务，包括广播、路由计算、监控、服务质量及安全隔离等．此外，ＳＤＮ可以有效改善云性能，保证流量负载均衡一ｌ，蚣Ｊ．

４．３广域网

广域网连接着众多数据中心，这些数据中心之间的高效连接与传输等流量工程问题，是众多大型互联网公司努力的目标【９３１．为了能够提供可靠的服务，应确保当任意链路或路由出现问题时仍能使网络高效运转．

传统的广域网以牺牲链路利用率为代价，使得广域网的平均利用率仅为３０％～４０％［９４】，繁忙时的链路利用率也仅为４０％～６０％【９５１．

为了提高利用率，Ｇｏｏｇｌｅ公司搭建了基于ＳＤＮ架构的Ｂ４系统【９４】．该系统利用ＳＤＮ获取全局信息，并采用ＥＣＭＰ哈希技术来保证流量平衡，实现对每个私人应用的平等对待，确保每位用户的应用不会受到其他用户应用的影响．通过近些年实际的运行测试结果表明：该系统最高可达到几乎１００％的资源使用率，长期使用率稳定在平均７０％的水平上．此外，由于Ｂ４系统采用的是Ｇｏｏｇｌｅ公司专用设备，保证提升利用率的效果达到最佳．

与Ｂ４系统基本原理类似，微软公司的ＳＷＡＮ系统【９５】同样利用ＳＤＮ体系结构实现数据中心问高效的利用率．它实现的手段是：当通过ＳＤＮ全网信息观测到某条链路需求较低时，ＳＷＡＮ控制数据层的数据通路迅速切换至该链路来传输数据，从而保持所有链路长时间的高效利用率．ＳＤＮ技术保障了ＳＷＡＮ能够进行全局观测以及流量工程的合理运用，确保资源利用率长期处于６０％以上．相对于Ｂ４系统，ＳＷＡＮ系统采用的是传统设备，便于设备的更新与维护，更利于该系统的普及．

４．４无线网络

ＳＤＮ技术研究初期就开始部署在无线网络之中，目前己广泛应用在无线网络的各个方面．ＯｐｅｎＲｏａｄｓ［９６１３０用ＯｐｅｎＦｌｏｗ和ＮＯＸ在校园网搭建了无线ＳＤＮ平台，该平台分别在ｗｉＦｉ热点和ＷｉＭＡＸ基站增加ＯｐｅｎＦｌｏｗ