sdn中實(shí)時(shí)流量測(cè)量系統(tǒng)的研究

sdn中實(shí)時(shí)流量測(cè)量系統(tǒng)的研究

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)測(cè)量對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（nms）非常重要。傳統(tǒng)的基于流量的測(cè)量系統(tǒng)精度低、部署成本高并且消耗更多資源在本文中，提出了一種精確的實(shí)時(shí)TM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)用解決方案，該系統(tǒng)運(yùn)行在商用網(wǎng)絡(luò)元件上，用于DCN中的交通測(cè)量系統(tǒng)。解決方案旨在以更少的開銷和更高的準(zhǔn)確度來(lái)測(cè)量細(xì)粒度的監(jiān)控任務(wù)。此外，評(píng)估彈性架構(gòu)的結(jié)果表明，在捕獲流量峰值和通信成本方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。1投資及部署成本傳統(tǒng)上，傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)中引入了基于流的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量工具都已商業(yè)化。不過(guò)，這些工具需要投資和部署的成本。由于SDN的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)測(cè)量成為了最近研究的重點(diǎn)主題。已經(jīng)有一些研究提出了主動(dòng)和被動(dòng)測(cè)量方法，旨在減少開銷并提高準(zhǔn)確度（例如，基于SDN的網(wǎng)絡(luò)中基于每個(gè)流的解決方案和具有低開銷的精確測(cè)量系統(tǒng)）。為了減少控制器的開銷，文獻(xiàn)2系統(tǒng)設(shè)計(jì)本文旨在估計(jì)數(shù)據(jù)中心環(huán)境中的流量矩陣。雖然公式主要針對(duì)具有多級(jí)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但它能夠推廣到Clos網(wǎng)絡(luò)類型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.1背景在OpenFlow2.2生成陣列模塊圖1描述了提出設(shè)計(jì)的架構(gòu)。與查詢特定鏈路或路徑流的現(xiàn)有方法不同，使用動(dòng)態(tài)體系結(jié)構(gòu)，其目標(biāo)是測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中所有鏈路或路徑的利用率。通常情況下，測(cè)量系統(tǒng)分為兩個(gè)步驟。第一步輪詢所有邊緣交換機(jī)并分配一組通配符規(guī)則在SDN中，處理延遲被認(rèn)為是零。與所有其他應(yīng)用程序類似，設(shè)計(jì)使用中央控制器提供的默認(rèn)SDN標(biāo)準(zhǔn)API。本設(shè)計(jì)的詳細(xì)步驟由以下模塊完成：調(diào)度請(qǐng)求模塊：該模塊將用戶級(jí)請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為機(jī)器級(jí)命令（例如，鏈接利用率，TM矩陣等）。然后，它將得到的信息發(fā)送到生成隊(duì)列模塊以進(jìn)行進(jìn)一步的操作。流量追蹤模塊：負(fù)責(zé)保留所有活動(dòng)流以及路由信息。流和路由信息通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)SDNAPI獲得。然后，將此模塊中的所有信息發(fā)送到生成隊(duì)列模塊。生成隊(duì)列模塊：此模塊接收所需命令，并根據(jù)流量追蹤提供的給定信息創(chuàng)建相應(yīng)的組。生成質(zhì)詢模塊接收有關(guān)交換機(jī)組的所有信息，訪問(wèn)所有交換機(jī)并精確匹配在隊(duì)列模塊中定義的組。收集器每次都會(huì)收到回復(fù)消息，并將它們轉(zhuǎn)發(fā)到分析器模塊。單獨(dú)分配單個(gè)模塊給收集回復(fù)消息功能，便于在分布式控制器中簡(jiǎn)單使用。分析器：接收所有統(tǒng)計(jì)信息，并根據(jù)其下一跳組計(jì)算聚合流量利用率。在pod或core組中分配每個(gè)流。Pod組由來(lái)自附加終端主機(jī)的那些流組成。core組是針對(duì)來(lái)自附加主機(jī)并進(jìn)入核心級(jí)別以到達(dá)其目的地的那些流。Pod組：來(lái)自所有連接的終端主機(jī)的所有流都具有與其源pod相同的pod目標(biāo)。要計(jì)算容器中每個(gè)鏈接的利用率，流量統(tǒng)計(jì)信息要按其下一跳進(jìn)行分組。Pod組中的每個(gè)源和目標(biāo)都有k/2個(gè)流路徑，其中k是胖樹網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械膒od數(shù)。假設(shè)p核心組：將具有不同源和目標(biāo)pod的流分類到該組中。在k-pod胖樹中的從pod到達(dá)不同目標(biāo)pod的流有k種不同的路徑。因此從源容器到目的地容器的每個(gè)路徑的利用變?yōu)閺脑吹侥繕?biāo)容器的其相應(yīng)核心的利用，如下面的公式（4）和（5）中所提到的：上文所提出的設(shè)計(jì)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中的邏輯集中控制器之上。此外它能夠在具有分布式2.3消息交互開發(fā)方式的改進(jìn)如第3.1節(jié)所述，可以通過(guò)“ofp＿flow＿stats＿request”消息輪詢交換機(jī)的流量統(tǒng)計(jì)信息。相應(yīng)的交換機(jī)使用“ofp＿flow＿stats”消息回復(fù)流的信息。因此生成兩個(gè)消息來(lái)測(cè)量一個(gè)流?；旧?，有兩種方法可以收集流量統(tǒng)計(jì)信息，例如一個(gè)流的精確匹配和通配所有字段以收集所有流。前一種方法每次生成兩條消息來(lái)輪詢一個(gè)特定的流。在后面的方法中，可以使用與前一種方法相同數(shù)量的消息去輪詢通過(guò)交換機(jī)的所有流信息。因此可以使消息數(shù)量以及重復(fù)的回復(fù)標(biāo)最小化。但是，過(guò)度應(yīng)用第二種方法會(huì)導(dǎo)致流量統(tǒng)計(jì)重疊，從而導(dǎo)致額外的消息交互開銷和通信成本以及控制器中的開銷。在本節(jié)中，首先闡明上述目標(biāo)的問(wèn)題，然后描述所提出的解決方案。1）消息交互架構(gòu)提出無(wú)向圖G(V,E），其中p例如，給定圖2中從源A到目的地Z的5個(gè)流，沿路徑的所有交換機(jī)的消息總數(shù)是2*(5)*5=50。另外，N2）消息交互開銷根據(jù)OpenFlow規(guī)范1.3，在線路中聚合方法中的stat請(qǐng)求和應(yīng)答消息頭的長(zhǎng)度是122和84字節(jié)。此外，聚合方法中每個(gè)單個(gè)流條目stat的長(zhǎng)度為144個(gè)字節(jié)。因此為了使用聚合方法在交換機(jī)中測(cè)量來(lái)自集合F（具有m個(gè)流）的n個(gè)特定流，在交換機(jī)的每個(gè)間隔中的通信成本可以被公式化為eq中的線性函數(shù)。然而（9）中提及的等式不能產(chǎn)生最優(yōu)解，因?yàn)槊總€(gè)間隔中的回復(fù)消息的長(zhǎng)度等于交換和回復(fù)消息報(bào)頭中的所有活動(dòng)流的總和。公式（10）顯示了n個(gè)特定流的聚合回復(fù)消息的最佳長(zhǎng)度。3）控制器開銷如第1節(jié)所述，控制器的開銷是指通過(guò)執(zhí)行，計(jì)算和將原始數(shù)據(jù)與過(guò)程信息進(jìn)行比較而強(qiáng)加的指令數(shù)。CPU的性能和吞吐量是從不同的角度測(cè)量的，例如每指令周期數(shù)（CPI），每秒百萬(wàn)指令數(shù)（MIPS）和每秒事務(wù)數(shù)（TPS）。因此通過(guò)將觀察到的CPU循環(huán)速度除以觀察到的CPI(ClockcyclePerInstruction）來(lái)計(jì)算CPU指令速率。但是，確定CPU應(yīng)用的指令數(shù)需要獲取由多個(gè)任務(wù)組成的作業(yè)信息（統(tǒng)計(jì)應(yīng)答的計(jì)算），每個(gè)任務(wù)由多個(gè)線程4）解決方法上述所有目標(biāo)的最佳解決方案是對(duì)流集m中的所有特定流進(jìn)行通配符匹配3確性通信東南角從兩個(gè)角度評(píng)估提出設(shè)計(jì)的性能，TM估計(jì)的準(zhǔn)確性，通信開銷。所有實(shí)驗(yàn)均使用Mininet(SDN仿真器）在Inteli5-24003.10GHz和16GRAM上進(jìn)行。3.1測(cè)量精度檢驗(yàn)和測(cè)量回射時(shí)間的流量估計(jì)把流量矩陣（TM）估計(jì)的實(shí)時(shí)精度和精確流量比（AFR）作為準(zhǔn)確性的主要參考因素，其中精確流量比等于精確測(cè)量的流量除以流量總數(shù)。然后用CeMon圖3顯示了胖樹k=4中的精確流量比和TM估計(jì)精度。可以看出，在流量矩陣估計(jì)中實(shí)現(xiàn)了相同數(shù)量的流量和字節(jié)的計(jì)數(shù)，用以表示測(cè)量值和實(shí)際TM之間的誤差。在AFR比率中，沒有觀察到實(shí)驗(yàn)中的流量或字節(jié)丟失。然而，這種定量需要更多的實(shí)驗(yàn)和更多的流量。觀察到，在具有不同活動(dòng)流數(shù)的所有情景中，TM的平均準(zhǔn)確度始終高于98.4%。但是，準(zhǔn)確性與輪詢間隔（輪詢的初始時(shí)間和流程開始的實(shí)際時(shí)間）高度相關(guān)。還手動(dòng)將初始輪詢時(shí)間設(shè)置為流程到達(dá)時(shí)間；設(shè)計(jì)證明，TM的準(zhǔn)確度為99.9%。TM估計(jì)的準(zhǔn)確性結(jié)果與CeMon中的MCPS相似。這些實(shí)驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)能夠在不降低TM估計(jì)精度的情況下節(jié)省流量比的準(zhǔn)確性。3.2通信成本分析通過(guò)每個(gè)間隔中的流量統(tǒng)計(jì)回復(fù)消息的總帶寬使用情況來(lái)計(jì)算通信成本。此參數(shù)對(duì)于帶內(nèi)SDN部署至關(guān)重要，其中網(wǎng)絡(luò)帶寬在管理和轉(zhuǎn)發(fā)路徑之間共享。在本節(jié)中，詳細(xì)說(shuō)明通信成本的降低情況。將結(jié)果與文獻(xiàn)4主動(dòng)測(cè)量方法和平臺(tái)在本文中，提出了一個(gè)支持SDN的數(shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)了一個(gè)全面的監(jiān)控系統(tǒng)，主動(dòng)輪詢交換機(jī)通過(guò)收集實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)高精度和低開銷流量測(cè)量。還提出了用于固定彈性輪詢系統(tǒng)的新穎設(shè)計(jì)，以適應(yīng)各種監(jiān)控目的。然后，使用主動(dòng)測(cè)量方法應(yīng)用OpenFlow1.3的組表功能，將一組所需的流聚合到一個(gè)統(tǒng)計(jì)回復(fù)消息中。設(shè)計(jì)側(cè)重于使用聚合輪詢策略進(jìn)行DCN流量測(cè)量，并支持OpenFlow1.3中的組功能。為了證明提出的系統(tǒng)的實(shí)用性