網(wǎng)絡(luò)更新過程中的微環(huán)避免技術(shù)和擁塞避免技術(shù)研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)越來越流行以及互聯(lián)網(wǎng)對服務(wù)質(zhì)量需求的日趨提高，運營商不得不對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行頻繁更新，然而網(wǎng)絡(luò)配置信息的更新通常引發(fā)一系列造成網(wǎng)絡(luò)性能下降的問題。本文對IP網(wǎng)絡(luò)和SDN網(wǎng)絡(luò)更新中的典型問題進行研究并提出相應(yīng)的解決方案。
　　IP網(wǎng)絡(luò)更新會觸發(fā)路由重收斂，然而所有路由器不能保證在同一時刻收到新的鏈路狀態(tài)并啟用收斂后的轉(zhuǎn)發(fā)表，從而可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)包陷入轉(zhuǎn)發(fā)路徑形成的暫時環(huán)路，即微環(huán)(micro loop)，該問題由于帶來潛在的延時

2、增大和丟包風(fēng)險而成為IP網(wǎng)絡(luò)更新時的主要問題。
　　SDN網(wǎng)絡(luò)更新通常通過對交換機重新配置流表來實現(xiàn)，然而SDN交換機很難甚至不可能嚴格同步地執(zhí)行更新操作，從而導(dǎo)致進入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包沿著由新、舊流表組合的混合規(guī)則轉(zhuǎn)發(fā)，即網(wǎng)絡(luò)不一致問題，該問題可能進一步引發(fā)數(shù)據(jù)黑洞、微環(huán)和數(shù)據(jù)安全等問題。由于SDN架構(gòu)強大的流控能力和SDN應(yīng)用對服務(wù)質(zhì)量的高要求，從而如何保證網(wǎng)絡(luò)一致性是SDN更新廣泛關(guān)注的問題。然而，即使網(wǎng)絡(luò)一致性得到滿足，網(wǎng)絡(luò)也無

3、法保證所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)同時遵循新/舊流表，從而可能導(dǎo)致某些鏈路因為同時承載新流表流量和舊流表流量而發(fā)生短暫擁塞。
　　本文的研究工作主要分為以下方面。
　　1)本文研究分析當前兩種主流IP微環(huán)避免技術(shù)：OFIB技術(shù)和OMA技術(shù)。OFIB技術(shù)通過直接控制路由器的FIB更新時刻以達到路由重收斂過程中沒有微環(huán)形成的目的。OMA技術(shù)分多階段漸進地調(diào)整鏈路權(quán)重到目標值以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)更新，其中每個階段將鏈路權(quán)重調(diào)整到一個中間值，該值保證了路由重

4、收斂過程不出現(xiàn)微環(huán)。與OFIB技術(shù)相比較，OMA技術(shù)因其更優(yōu)的擴展性與易實現(xiàn)性得到更廣泛的關(guān)注和認同。
　　2)針對現(xiàn)有基于 OMA技術(shù)的微環(huán)避免算法計算復(fù)雜度高的缺點，本文提出了一種低復(fù)雜度的微環(huán)避免算法(A Low-Complexity Micro-Loop Avoidance Algorithm, LCMLAA)，LCMLAA定義“權(quán)重區(qū)間”并利用區(qū)間重疊的特點直接計算中間值，同時保證其數(shù)目最少。
　　3)本文研究分析

5、當前三種主流SDN更新方案：基于序列號的更新方案、基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)的更新方案以及基于版本號的更新方案?；谛蛄刑柕母路桨冈O(shè)計所有流表項的更新序列信息表，控制器定時執(zhí)行表中的指令組以實現(xiàn)更新?；诖鎯D(zhuǎn)發(fā)的更新方案在更新期間將部分數(shù)據(jù)包上傳給控制器緩存，待更新結(jié)束后再將數(shù)據(jù)包下發(fā)到數(shù)據(jù)平面?；诎姹咎柕母路桨咐妙~外的數(shù)據(jù)標簽來區(qū)分新、舊兩套規(guī)則。與另外兩種更新方案相比較，基于版本號的更新方案是唯一能夠保證網(wǎng)絡(luò)一致性的方案。
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6、)針對基于版本號的更新方案未能解決鏈路擁塞的不足，本文提出擁塞避免更新策略，其主要思想是安排一種更新順序使得業(yè)務(wù)流從舊規(guī)則有序地遷移到新規(guī)則的過程中沒有鏈路被擁塞?；谏鲜鰮砣苊飧虏呗?，本文提出面向節(jié)點的擁塞避免快速更新算法(Congestion Avoidance and Fast Update Algorithm, CAFUA)與面向業(yè)務(wù)流的擁塞避免快速更新啟發(fā)式算法(ATOmic-MIP, ATOMIP)。前者研究了以節(jié)點為更