SDN(Software Defined Network,软件定义网络)作为一种新的网络架构,已然成为业界众所周知的热门技术之一(于2011年被InfoWord评为影响世界的十大新技术之一)。随着应用类型的不断丰富以及网络规模的急剧膨胀,因特网作为社会基础设施至关重要的一部分,结构和功能日趋复杂,管控能力日趋减弱。路由器作为网络的核心部件,其承载的功能不断扩展,如分组过滤、服务质量(QoS)、区分服务、多播、流量工程等,最初定义的“哑的、简单的”数据转发单元已然变得臃肿不堪。路由器内部硬软件的紧耦合使得其功能升级变得越来越复杂,无法在新型网络体系环境中部署传统路由器,这一特点严重制约了网络技术的发展。为了解决现有TCP/IP体系结构面临的诸多难题,世界各国已经大规模开展对未来互联网的研究,如美国的GENI、欧盟的FIRE、日本的JGN2plus和我国的SOFIA等。研究未来互联网体系结构首先需要考虑的是网络核心设备路由器的重新设计和部署,使得用户能够自行定义路由器功能模块,其次是在这种新架构下重新设计路由协议,以实现适应未来互联网发展的新型协议功能,而SDN的出现有望解决这一难题。然而,SDN作为一种新型的网络架构,颠覆了传统网络的运行模式,其出现必然会带来诸多难点。路由协议作为计算机网络的核心和灵魂,其重要性不言而喻,而路径分配问题则是路由协议中需要研究的核心问题,理所当然成为了 SDN网络中最重要的研究问题之一。与传统BGP网络不同,SDN网络属于集中式控制,在路径分配过程中,控制平面需要考虑全网端到端路径的选择和流表的下发问题。而站在用户角度,则需考虑所设计路径分配方案的各项指标性能是否满足应用需求。为了提高SDN网络中数据交换的效率,本文从SDN网络中的路径选择、流表下发、路径分配通用评估等几个方面入手,主要研究内容包括如下三部分:1.SDN网络中多端到端路径请求·下的路径选择在流表项缺失的情况下,控制器在极小时间段内可能会收到多个端到端的路径请求,由于网络资源有限,导致能够分配出去的实际路径数可能无法满足所有端到端路径请求。针对此问题,本文提出一种负载均衡的路径选择方法。该法方通过建模分析,提出了路径分配数最大化和网络负载均衡最优化目标函数,从而将对应问题转化为多目标优化问题。利用3维匹配和多维匹配归约方法分别确定了该选择问题具备NP-Complete和NP-Hard属性,并证明了其具有强不可近似性特点。在理论分析的基础上提出了多项式时间内一定近似比范围内的有效近似算法,使得多端到端路径请求下能够较好地达到挑选出更多的路径以及达到网络负载最优的目标。2.SDN网络中面向负载均衡的流表下发流的细粒度处理需求使得控制器需要响应更多的流请求事件。虽然控制器可以通过主动决策机制提前将控制逻辑部署到数据转发单元,减少数据平面和控制器之间的处理开销,但控制逻辑的变化通常是动态的,尤其是当网络拓扑改变或者存在移动结点时。而若是提前安装流表项也将使大量流表空间无法释放,浪费资源,而实际上大部分流的持续时间是很短的。另外,控制器和交换机之间存在的时延将有可能影响到控制器接收事件的次序以及控制器规则在交换机上的安装次序,进而影响到控制逻辑的一致性。针对此问题,本文提出一种面向负载均衡的流表下发方法。该方法通过比对单个域内控制信道与数据信道比重,将所需安装流表项数据以源路由下发和直接下发两种方式动态混合处理,以此来减小控制器负载以及动态调节控制平面和数据平面负载均衡度,同时减小流表下发时延和端到端传输时延以及控制逻辑出现不一致的概率。3.通用场景下路径分配方案的综合性能评估不同应用场景下,对SDN网络性能需求不同。因此,对SDN网络中路径分配方案的评估不能一概而论,需要结合具体应用或场景。为了对已有的各路径分配方案有比较全面、准确地评估,方便不同网络坏境下的最优方案选取以及研究人员对自我设计方案的性能评估,提出一种通用的路径分配方案的综合性能评估方法。该方法通过建模分析,量化网络各性能点,包括网络级性能、数据级性能、资源级性能、域级性能等以满足不同场景、应用、架构以及不同性能侧重点的性能评估需求,结合各性能偏好参数可对路径分配方案进行性能的综合评估。