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软件定义网络架构下基于流调度代价的数据中心论文软件定义网络架构下基于流调度代价的数据中心论文针对传统数据中心网络极易发生拥塞的问题，提出了在软件定义网络(SDN)的架构下设计基于流调度代价的拥塞控制路由算法加以解决。首先，进行拥塞链路上的大小流区分，并对所有大流的各条等价路径进行路径开销权重的计算，选择权重最小的路径作为可用调度路径;然后，使用调度后路径开销变化量和流占用带宽比例来共同定义流调度代价;最终选择调度代价最小的流进行调度。仿真结果表明，所提算法能在网络发生拥塞时降低了拥塞链路上的负荷，并且与仅进行流路径选择的拥塞控制算法相比，提高了链路利用率，减少了流传输时间，使得计算机网络链路资源得到更好的利用。0引言传统的数据中心网络属于访问式网络，其业务流量大部分都是客户端与数据中心内部的被请求服务器之间的“南北流量”[1]。然而，随着MapReduce应用、虚拟机迁移以及其他带宽密集型应用等的发展，数据中心服务器内部通信增多，一对多、多对一、多对多等集群通信模式[2]带来了服务器间横向流量的显著增长。随之而来的问题是，数据中心网络内部原有带宽已不能满足横向流量的传输需求，相应链路面临极高的拥塞风险。加之传统网络结构复杂，路由算法大多采用分布式部署，造成拥塞控制算法的设计极为困难。不过，随着软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，SDN)技术的出现和发展，数据中心网络的拥塞控制出现转机。SDN架构将数据层和控制层抽象分离[3]，利用控制层的控制器对网络进行集中管理，保存全网网络状态视图，为算法设计提供了巨大便利。同时，SDN中数据转发颗粒度为流，可以通过路由对流进行调度，从而解决网络拥塞问题，因此，越来越多的研究关注SDN中通过路由算法的设计来进行拥塞控制[4]。在使用路由应对SDN数据中心网络拥塞问题的方法中，基本思路是在网络拥塞发生时通过对流重新选路来将流从拥塞链路调度到轻负载链路以缓解网络拥塞，即拥塞控制路由[5-7]。而拥塞控制路由主要有主备路径路由和动态重路由两种机制。主备路径路由机制是指流进入网络后为其安装两条路径，在链路拥塞时能够使流从主路径快速切换到备用路径，但是备用路径不仅会消耗流表的存储资源，而且也不具备时效性，在网络发生拥塞时很可能已不满足当前控制需要。而动态重路由机制能更好地利用SDN控制器具有全网网络状态信息视图的优势，对拥塞进行实时控制，因此，国内外拥塞控制路由方案的设计主要集中在基于动态重路由的流调度。基于动态重路由的流调度包括两方面内容：一是对哪一条流进行重路由;二是如何对流进行重路由。在对哪条流进行重路由的问题上，考虑到数据中心网络中混合了不同业务流量，表现出明显的大象流和老鼠流[8]的大小流特征，而小流量因为持续时间相对较短，改变其路径极有可能会增加时延和开销，所以在链路拥塞时主要通过迁移大流量来实施调度。文献[9]和文献[10]都是在数据中心网络流量达到调度条件时选择大流量进行调度，提高了重路由的有效性。文献[9]是在链路达到拥塞门限值后进行的调度，文献[10]则是针对全网设置了全局负载均衡参数，当参数达到门限值后进行调度，但是它们都没有对所调度的大流量的选择作进一步研究，这难以保证所选流量是最优调度对象。因为相同路径上的多条流在重路由时，调度到相同的链路概率非常大，仍然容易产生新的拥塞问题。而在对流的重路由路径选择问题上，文献[11]和[12]都采用了链路剩余容量作为权重来选择路径，但未考虑链路的实际路由开销会降低调度效率这一因素。针对上述动态重路由算法的一些不足，本文提出了一种基于流调度代价最小的拥塞控制路由算法，用于解决采用软件定义网络架构的新型数据中心网络拥塞问题。1基于流调度代价的拥塞控制路由算法1.1路由算法机制基于流调度代价最小的拥塞控制路由算法在设计时重点考虑了适合进行调度的大流的二次选择，以及调度后路径开销和链路带宽情况，其主要思想如下：1)在对拥塞链路上的流进行大小流区分之后，对所有大流的各条等价调度路径进行路径开销的计算，最终选择开销最小的路径作为可用调度路径，以保障调度路径上每条链路具有充足的带宽，实现最优调度路径的选择。2)引入调度代价来权衡网络稳定性和网络链路利用率，使用调度后路径开销变化量和流占用可用带宽比例来共同定义流调度代价，最终选择调度代价最小的流进行调度。具体拥塞控制路由机制如图1所示。考虑到该拥塞控制路由算法是基于现有路由器的控制功能来完成的，为了与其兼容，并在不发生网络链路拥塞的情况下使原有路由功能仍然可以发挥较好作用，所以在路由机制中保留了路由初始化这一环节。而且，链路拥塞判断也需要有一个初始化的路由表来统计链路上的相应信息并作后续处理。所以，图1中，当控制器收到Packagein消息后，仍然会进行路由初始计算，一般以最短路