一种软件定义数据中心网络控制器的最小覆盖部署方法技术

本发明专利技术公开了一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最小覆盖部署方法，能够提出一套部署多个控制器的方案，使得我们能使用最少数量的足够的控制器和它们的位置从而确保每个交换机至少被一个控制器控制，形成一套逻辑中心物理分布多个控制器控制交换机平面的有效技术方案，使交换机控制平面免受单控制器的能力小、可靠性低以及可扩展性差等限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及软件定义数据中心网络，特别地，涉及一种基于软件定义数据中心网 络的控制器的最小覆盖部署方法。
技术介绍
当前，大规模的数据中心是云服务以及大型分布式计算的重要基础设施。数据中 心网络成为了影响许多数据中心应用性能的主要资源。另一方面，软件定义网络使得更加 自由地重构网络控制平面成为可能，并且进一步地提升了网络管理和应用的创新。软件定 义网络的一个核心的好处是将控制平面与数据平面解耦。从而，这个控制逻辑被移到一 个可编程的软件构件，也就是控制器，那些拥有全局网络视图的控制应用运行在控制器上。 软件定义网络的原理已经引起了许多的关注，并且被用来设计软件定义的数据中心网络 (Software-DefinedDataNetwork，下文中简称为SDDN)。 SDDN与数据中心的网络拓扑密切相关。近来，为了改进传统的类似树形的拓扑，已 经提出了许多新的扁平的数据中心拓扑。Jellyfish是一个具有代表性的扁平化的以交换 机为中心的数据中心拓扑。它将大量同类的交换机组织起来构成一个随机正则图,且每一 台交换机连接一些服务器。Je11yfish拓扑有许多好的性能，如可以渐进扩展、较高的性价 比和较小的网络直径。然而，由于网络拓扑的非结构化设计，它也面临路由复杂和网络资源 管理困难等问题。然而，软件定义网络可以在全局网络视图的支持下解决路由和网络管理 的问题。 传统地，SDDN的实现依赖于单个控制器来提供中心化的控制平面。控制器被部署 在数据中心里一个给定的服务器上。已经有工作指出一个控制器面临能力、可靠性以及可 扩展性等多方面的限制。因此，在大规模的数据中心里，一个控制器只能控制一部分的交换 机。对于，每一个没有被控制的交换机，经过它的所有流将不能从控制平面获得路由路径。 现有技术中缺乏部署多个控制器来形成一个逻辑中心物理分布的控制平面的有效技术方 案，特别地，缺乏部署多个控制器来控制软件定义数据中心网络的交换机形成最小覆盖的 方法。 针对现有技术中缺乏部署多个控制器来控制软件定义数据中心网络的交换机形 成最小覆盖的问题，目前尚未有有效的解决方案。
技术实现思路
针对现有技术中缺乏部署多个控制器来控制软件定义数据中心网络的交换机形 成最小覆盖的问题，本专利技术的目的在于提出一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最 小覆盖部署方法，能够提出一套部署多个控制器的方案确保每个交换机至少被一个控制器 控制，进而形成一套逻辑中心物理分布多个控制器控制交换机平面的有效技术方案，使交 换机控制平面免受单控制器的能力小、可靠性低以及可扩展性差等限制。 根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最小 覆盖部署方法。 根据本专利技术提供的基于软件定义数据中心网络的控制器的最小覆盖部署方法包 括：在软件定义数据中心网络中构建Jellyfish拓扑，生成交换机的随机正则图，确定交换 机之间的链接关系；确定每个控制器的能力限制、一个交换机到它的支配交换机的传播时 延限制、交换机的覆盖限制；根据交换机的总数目、交换机之间的链接关系、每个控制器的 能力限制、一个交换机到它的支配交换机的传播时延限制、交换机的覆盖限制，计算出最小 覆盖的控制器集合。 其中，确定交换机之间的链接关系、确定每个控制器的能力限制、一个交换机到它 的支配交换机的传播时延限制、交换机的覆盖限制包括：获取软件定义数据中心网络中交 换机的总数、软件定义数据中心网络中每个交换机的可用端口数、每个交换机用于与其它 交换机互联的端口数，构建Jellyfish拓扑的随机正则图；根据数据中心里交换机的集合、 随机正则图中交换机之间链路的集合，获得交换机之间的拓扑无向图；根据交换机之间的 拓扑无向图，获得表示一个交换机是否是一个支配交换机的二元向量、表示一个交换机是 否覆盖另一个交换机的二元向量、表示从一个交换机到另一个交换机的传播时延的时延矩 阵、表示一秒内从一个交换机发往另一个交换机的平均流的数量的流量矩阵、每个交换机 每秒能处理的流的最大数量、从一个交换机到支配交换机允许的传播时延；根据表示一个 交换机是否是一个支配交换机的二元向量、表示一个交换机是否覆盖另一个交换机的二元 向量、表示从一个交换机到另一个交换机的传播时延的时延矩阵、表示一秒内从一个交换 机发往另一个交换机的平均流的数量的流量矩阵、每个交换机每秒能处理的流的最大数 量、从一个交换机到支配交换机允许的传播时延，获得最小覆盖的限制条件。 其中，计算出最小覆盖的控制器集合包括：得到每个交换机的邻居交换机；按照 宽度优先搜索的方式依次检查每个交换机，如果一个交换机还没有被任何控制器控制，它 被选作一个支配交换机，与一个控制器直接相连；对支配交换机进行判定，如果支配交换机 覆盖的交换机的数量超过了控制器的能力，则终止对支配交换机的搜索，继续检索下一个 交换机；选择支配交换机的一个邻居交换机，并对支配交换机进行判定，如果支配交换机的 邻居交换机到支配交换机的时延超出了时延所允许的跳数，则跳过邻居交换机，继续检索 下一个邻居交换机；否则，支配交换机覆盖邻居交换机，并且支配交换机的控制器能力将减 少1，继续检索下一个邻居交换机，直到邻居交换机都被检测。 从上面所述可以看出，本专利技术提供的技术方案通过使用算法ACC满足最小覆盖问 题的限制条件，部署最少数量的控制器，确保所有的交换机都至少被一个控制器所覆盖，所 有交换机都处于控制器的控制之下。该方法构成了一套完整的交换机控制平面上多控制器 协作的解决方案，使交换机控制平面免受单控制器的能力小、可靠性低以及可扩展性差等 影响，且具有较高的普适性，本方法可以应用到其它的以交换机为中心的数据中心里。 【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。 图1为根据本专利技术实施例的一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最小覆 盖部署方法的流程图； 图2为现有技术中一包含12个交换机的Jellyfish的拓扑随机正则图； 图3为根据本专利技术实施例一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最小覆盖 部署方法下覆盖的包含12个交换机的Jellyfish的1-覆盖图； 图4为根据本专利技术实施例的一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最小覆 盖部署方法中，每个交换机有8个接口用于与其他交换机连接时，随机算法、算法ACC与理 论下限的控制器数量-交换机数量折线比较图； 图5为根据本专利技术实施例的一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最小覆 盖部署方法中，每个交换机有12个接口用于与其他交换机连接时，随机算法、算法ACC与理 论下限的控制器数量-交换机数量折线比较图； 图6为根据本专利技术实施例的一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最小覆 盖部署方法中，每个交换机有8个接口用于与其他交换机连接时，随机算法与算法ACC的控 制器数量-控制器能力折线比较图； 图7为根据本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最小覆盖部署方法，其特征在于，包括：在所述软件定义数据中心网络中构建Jellyfish拓扑，生成交换机的随机正则图，确定交换机之间的链接关系；确定每个控制器的能力限制、一个交换机到它的支配交换机的传播时延限制、交换机的覆盖限制；根据交换机的总数目、交换机之间的链接关系、每个控制器的能力限制、一个交换机到它的支配交换机的传播时延限制、交换机的覆盖限制，计算出最小覆盖的控制器集合。

【技术特征摘要】
1. 一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最小覆盖部署方法，其特征在于，包 括： 在所述软件定义数据中心网络中构建Jellyfish拓扑，生成交换机的随机正则图，确 定交换机之间的链接关系； 确定每个控制器的能力限制、一个交换机到它的支配交换机的传播时延限制、交换机 的覆盖限制； 根据交换机的总数目、交换机之间的链接关系、每个控制器的能力限制、一个交换机到 它的支配交换机的传播时延限制、交换机的覆盖限制，计算出最小覆盖的控制器集合。2. 根据权利要求1所述的一种基于软件定义数据中心网络的控制器的最小覆盖部署 方法，其特征在于，所述确定交换机之间的链接关系、确定每个控制器的能力限制、一个交 换机到它的支配交换机的传播时延限制、交换机的覆盖限制包括： 获取所述软件定义数据中心网络中交换机的总数、所述软件定义数据中心网络中每个 交换机的可用端口数、每个所述交换机用于与其它交换机互联的端口数，构建Jellyfish 拓扑的随机正则图； 根据数据中心里交换机的集合、随机正则图中交换机之间链路的集合，获得交换机之 间的拓扑无向图； 根据交换机之间的拓扑无向图，获得表示一个交换机是否是一个支配交换机的二元向 量、表示一个交换机是否覆盖另一个交换机的二元向量、表示从一个交换机到另一个交换 机的传播时延的时延矩阵、表示一秒内从一个交换机发往另一个交换机的平均流的数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭得科，谢俊杰，罗来龙，滕晓强，屈挺，周晓磊，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43