OpenFlow下分布式网络中相关负载均衡路由的研究

0 引言

现如今，随着科技的迅猛发展，互联网推广普及应用，网络业务针对互联网传输质量提出较高要求，网络传输设备体系结构加入更多复杂功能，导致网络交换设备相对较为臃肿，其性能提升空间愈发变小，OpenFlow技术应运而生，有效解决此类问题的出现。OpenFlow下分布式网络中相关负载均衡路由，能够合理整合利用整个网络全部信息，基于中心控制器，运用一定算法，完成对全局链路资源使用状态的全面监控，旨在实现流路径的动态调整，尽可能较少端到端任务传输所需时间。

1 OpenFlow相关内容

1.1 网络结构

图1 网络结构图

如图1所示，OpenFlow主要是通过控制器以及OpenFlow交换机、FlowVisor共同构成的，其中控制器（controller）的作用为集中控制网络；OpenFlow交换机的作用是完成数据层转发工作；FlowVisor的作用为针对网络实施虚拟化操作。

1.2 应用优势

（1）有效分离数据转发与路由控制，基于OpenFlow技术应用能够在交换机合理移除控制机制，强化提高交换机报文转发速度，大幅提升网络整体性能。从成本角度出发来看，通过虚拟网络管理功能运用来看，OpenFlow可优化降低网络构建及其允准所需成本费用。

（2）实现新功能应用测试。纵观OpenFlow网络应用，其管理人员能够基于OpenFlow软件，在目前已有的网络架构基础上进行新功能特征的增加，完成添加的多元化功能可实现在平台上的优化运行，让用户无需再在各个供应商硬件中进行实现。运用OpenFlow所提供的开放性较强的 API，管理人员与研究人员能够实现所需控制软件的合理添加，旨在获取重要的新型交换功能。传统意义上的路由器与交换机欠缺统一化API，上述功能一般是难以有效实现的。

（3）尽可能做到统一化管理。OpenFlow集中控制器能够进行统一性网络视图的优化提供，通过全面完善的统一管理网络设施，旨在促进全网安全性能的明显增强，便于管理人员清楚了解整个网络流量信息，针对所存在网络入侵等类型问题展开简单识别，深化解决网络应用中所存在的堵塞与设备问题情况。除此之外，OpenFlow允许管理者可进行虚拟网络拓扑的有效构建，能够在不对物理网络实施更改的情形下同时创建 VLANs或者是VWANs，并利用此类机制，建立集中虚拟控制屏幕，强化开展网络管理工作，尤其是能够更为有效地管理相应数据中心。

（4）云计算技术。纵观云计算网络，运用网络计算机可完成数据计算工作，所以说，计算应综合考虑的问题涵盖有操控虚拟环境的实际能力、虚拟跟其无差错搬迁、遇见通信与规模、计算素等方面内容，将OpenFlow交换机应用在网络结构中，能够更为合理有效地实现对计算资源及网络数据的优化控制。若需应对数据中心包括的大量数据，基于控制完成传送路径优化，满足负载均衡要求，大幅提升数据交换实际速率。

2 负载均衡路由研究

OpenFlow基于集中模式针对全网拓扑结构进行合理计算，网络设备仅需完成计算好的路由接收并将其安装至硬件即可，如此一来，网络设备实现难度大幅降低，此外，OpenFlow所倡导相对较为开放的网络设备平台，基于OpenFlow技术应用进行硬件编程，旨在完成满足自身需求的网络转发服务。现如今，负载均衡可谓是重点关注话题，其作为计算机网络负载分担技术的重要类型，是分布式网络系统主流研究方向，目的在于在对称结构中涉及的众多计算机或者是网络链接均匀分配来自于外部送来的请求，旨在实现具体吞吐量的最大化获取，优化利用现今已有资源，合理降低网络响应时间，大幅减少延时情况出现。应用OpenFlow技术，网络流控制所需成本费用水平相对较低，并且颇具十分较强的可操作性，基于交换机软件运用，使得网络数据包传输路径控制得以充分实现。

初始化过程当中，运用 LWFS，即为 Largest Weighet First Served，根据优先级从至低完成调度，也就是说最先完成所获最高优先级或者是最大优先级值对应数据流的合理调度。为实现后续负载均衡路由进程，应完善构建并维护交换机路径表与负载分布表展开网络变化信息存储。纵观交换机路径表，每隔终端主机至另个终端主机全部路径在此矩阵表格数据项里完成存储；在负载分布表中，各行所代表的是一对起点与终点，即为组，割裂所代表的为每个相隔固定时隙时间点，表中各个数据表示对应七点与终点相关链路基于相应时间位置点剩余传输带宽。

3 胖树型网络拓扑

图2 胖树型网络拓扑图

创建胖树型网络拓扑结构，如图2所示，全部数据流均在所有链路上进行平均分配，针对任何一条链路，最少需要4路才可找到其对应代替路径，会催生较大系统资源浪费情况，多数情形下，难以说明某条链路进行替代链路选择是否会对其他类型链路产生影响，是否会拥堵其他链路，通过此类考虑，基于目标流进行新负载均衡路由算法完善设计，并把目标流全部置换至另一传输路径，类似于选择再次初始化路径，即为Multi-Hop LABERIO（多跳LABERIO）。在其中，每隔一段时间间隙，均会全面扫描全部链路，标出负载过重链路，当做一个集合，而后寻找数据流，其覆盖的集合中包含链路数量最多，也就是说起路径涵盖负载过重链路跳数是最多的，此类数据流能够设定成对目标流实施的负载均衡算法调度。替代原有路径的新型路径应做到，基于目前时隙，此条替代路径最为繁忙对应链路为全部路径中最繁忙链路剩余容量最大的，即为合理选择最大剩余容量链路，并尚无其他数据流在此条替代路径上进行重新分配。在此需要注意是，对应算法主要集中于网络数据流上，没有综合考虑控制信号传输等系统开销，同时设定全部控制信号均实现良好同步并未出现延时，对比数据流，在此忽略控制信号大小情况。基于吞吐量及带宽利用率、传输时常等方面全面细致评估相关算法，最终获得可靠详细结论，提高工作有效性。大量实验数据证明LABERIO算法颇具实际应用优势。

4 结束语

综上可知，纵观数据中心网络，如何实现负载均衡为热门讨论话题，基于OpenFlow技术应用，在分布式网络中，能够尽可能为用户提供便捷且可编程操作的网络流控制手段，实现负载均衡问题优化解决，LABERIO这一全新路径算法，可实时动态实现传输过程中网络路由负载均衡，对比传统算大，其传输时间能缩短大约百分之十三左右。OpenFlow交换机通过有限规则，基于控制器实现网络中流路径的处理控制，旨在通过算法实现网络负载均衡成为重要理论依据基础，应用意义十分深远。