题目：面向分布式SDN控制器的高可用关键技术研究与实现

软件定义网络（Software Defined Networking, SDN）作为一种新的网络体系结构，已成为网络领域最热门的研究方向之一。控制器是这种新型网络体系结构的核心，控制器与交换设备间的通信协议最为主流的是斯坦福大学在2008年提出的OpenFlow协议。由于网络规模的不确定性，集中式的控制器已不能满足变化迅速的网络需求，分布式SDN控制器成为一种必然的发展趋势。分布式SDN控制器需要具有高可用性，在控制面内的某一控制器实例发生故障时，不应该被转发面的网络设备感知，实现对底层网络设备的故障透明，保证网络的正常运行。作为SDN领域的研究热点，有关分布式SDN控制器高可用性的研究起步较晚，因此本文的研究具有重要的探索性意义。

本文在对现有控制器高可用技术进行研究和分析的基础之上，重点研究高可用TCP技术、控制器高可用的设计模式等关键技术，实现SDN控制器实例的高可用性，从而保证在某控制器实例发生故障时网络设备不感知，主要研究内容和取得的成果如下：

分析TCP会话的关键状态信息，针对TCP协议的已有漏洞，在TCP会话恢复时避免触发协议漏洞同时减少无效通信，设计并实现了一种有效的TCP状态信息的获取方法和一种高效可靠的TCP会话恢复方法。

采用基于高可用TCP技术OpenFlow协议，保证控制器与设备间的连接不中断，设计并实现了一种解决异步消息丢失问题的解决方法。针对控制器实例故障时控制面可能发生级联故障的问题，设计并实现了一种故障后控制器的选举算法。针对分布式SDN控制器场景，改进目前分布式协调服务Zookeeper存在的不足，包括监听器的触发机制和客户端的超时机制，设计并实现了一种具有高适应性的SDN控制器的故障检测机制。

基于对等模式的SDN控制器高可用技术。针对多控制器间的流冲突问题，设计并实现了一种流冲突检测机制，并验证了采用流式处理平台Storm实现并行流冲突检测的可行性。

基于上述三个方面的研究，设计实现了基于集中式控制器Floodlight的分布式SDN高可用控制器原型系统，实验证明可以实现TCP会话的不中断、高效的故障后控制器选举机制、动态的故障超时机制、基于Zookeeper的连续故障容忍、高效的流冲突检测等，保障SDN控制器的高可用性。