OpenFlow协议数据中心下基于SDN的负载均衡调度(2)
5.1 实验验证方案的设计 37
5.2 实验验证方案的实现 37
结论 39
致谢 40
参考文献 41
1 绪论
1.1 相关研究背景
1.1.1 负载均衡相关研究背景
近年来，随着互联网进入越来越多的家庭，其在人们日常生活中正扮演着越发重要的角色。截止2014年12月，我国网民总体规模达6.49亿，其中，全年新增网民3117万人。互联网普及率为47.9%[ ]。相对应地，与互联网密切相关的信息产业也正在蓬勃发展。
在信息产业发展初期，受限于用户规模，服务提供商只需要付出少量的成本就能构建其运营平台。然而，随着互联网服务的普及，一方面，互联网服务的用户数量在不断增长；另一方面，每位用户对于互联网服务的内容和种类的需求也在不断增加。因此出现了例如12306.cn、淘宝网等一批在线大规模处理用户业务量的平台。在用户数量不断增长、需求不断增加的情况下，企业原有的硬件设备和技术不能够满足处理大规模用户业务量的要求。企业必须保证能够为用户提供符合其需求的在线服务，因此需要加大在运营平台上的投入。
在服务规模不断增长的情况下，单纯的硬件更新会消耗大量资金，而且被替换的旧硬件被放弃会造成大量的浪费。在这种情况下，让旧的硬件重新提供服务，并按照其处理能力提供相应的业务量供其处理具有重要的现实意义，能够避免旧硬件的浪费并提供可观的处理能力。
在不同的硬件平台需要大规模地提供相同服务的背景下，如何高效地按照性能分配业务量并及时根据运行状态调整分配方案成为了业界研究的重要方向之一。其中，负载均衡算法正是分配方案中负责负载调度的核心环节。对于负载均衡的原理与实现方式的研究具有很重要的现实意义。
1.1.2 软件定义网络（SDN）相关研究背景
软件定义网络（Software-Defined Network, SDN）技术是近年来计算机网络学界新兴的研究方向之一。SDN实现了网络中数据面与控制面的分离，能够充分地在SDN网络环境中，管理人员可以通过对控制器编程实现对抽象的底层功能的控制，进而依据不同的参数控制交换机收到的每个报文流的传送方向，实现对交换机行为的控制。
当前，一方面现行网络结构暴露出了很多问题，另一方面人们对网络性能的需求也在不断提高。因此，很多相对复杂的技术如NAT、防火墙、BGP、MPLS、流量工程、组播等功能被加入到难以实现简单操控的当前网络结构中。这一情况使得当前的网络交换设备变得不堪重负，而且对于管理者而言对网络进行文护也变得越来越复杂。
然而参考与网络产业情况相似的计算机硬件产业，我们可以发现在不同的个人计算机上能够运行同一套软件，很大程度上是因为多数PC机采用的都是X86指令集结构。正是因为有了统一的底层平台，软件产品才能够不过多地考虑底层实现之间的区别，从而大大提高了软件产业的发展速度和用户的使用体验。正是有了这种经验，有一部分网络专家认为网络产业也可以借鉴计算机硬件行业发展的轨迹，将网络交换设备的底层数据流通的控制功能通过
API的形式进行公开，允许网络的管理者通过API对网络进行管理并实现其所需的特定功能，而网络交换设备仅仅提供与控制者进行协商和传递控制信息的API和基本的交换功能。研究人员可以在这种新型的网络环境中通过调用交换设备提供的API实现对交换设备的可编程操作，进行网络架构的创新性研究。
OpenFlow协议正是承担了这种交换设备与控制设备进行协商通信并传递相关控制信息的功能。OpenFlow交换机把之前完全通过交换设备完成的报文的转发工作部分转交给OpenFlow控制器来完成。正是由于这种网络交换设备对流量处理上的变化，交换网络实现了数据层面与控制层面的分离。控制器可以预先设定好对应的路由规则，也可以根据收到数据流时上传的报文的特征信息即时判断针对该数据流的交换机处理行为，从而实现自定义的交换设备处理规则[ ]。