基于分层令牌桶的SDN端到端QoS路由算法实现与验证

本文主要探讨了在基于软件定义网络（Software Defined Network, SDN）架构下的端到端服务质量（Quality of Service, QoS）路由算法设计。SDN的特点在于网络控制平面和转发平面的解耦，使得网络可以被直接编程，从而提供了对QoS路由的新型访问方式。传统的RSVP集成服务方法相比之下，SDN的灵活性更高，更有利于实现精细的流量控制和QoS保证。 作者Shuangyin Ren、Quanyou Feng和Wenhua Dou来自国防科技大学计算机学院，他们通过Mininet平台构建了一个实验环境，其中Open vSwitch作为转发设备，而Ryu则作为远程控制器，用于实施和监控QoS路由策略。Open vSwitch采用了层次化的令牌桶队列（Hierarchical Token Bucket Queuing, HTB）机制，这是一种有效地管理带宽分配的方法，确保不同的数据流根据其优先级得到适当的带宽份额。 文章中的端到端QoS路由算法分为两个部分：尽力而为路由和QoS路由。尽力而为路由使用最短路径算法，基于交换机之间的距离图，提供基本的服务水平，对于非关键流量。而QoS路由则更为精确，它依据资源残留图（Resource Residual Graph, RRG），为优先级较高的QoS数据流寻找最佳路径，确保这些流量在发生网络拥塞时仍能得到最低的丢包率和服务中断。 系统验证和仿真结果显示，这种基于SDN的端到端QoS路由算法在多种测试场景下表现良好，即使在引入故障的情况下，也能保持一定的性能和稳定性。这证明了该算法在实际网络环境中具有良好的鲁棒性和可扩展性。 总结来说，这篇研究论文深入研究了如何利用SDN的特性结合层次化的令牌桶队列机制，实现高效和灵活的端到端QoS路由，这对于提高网络服务质量、优化流量管理以及应对复杂网络环境具有重要的理论和实践价值。