Large-scale datacenters are the key infrastructures of cloud computing. Inside a datacenter, a large number of servers are interconnected using a specific datacenter network to deliver the infrastructure as a service (IaaS) for tenants. To realize novel cloud applications like the network virtualization and network isolation among tenants, the principle of software-defined network (SDN) has been applied to datacenters. In the setting, multiple distributed controllers are deployed to offer a control plane over the entire datacenter to efficiently manage the network usage. Despite such efforts, cloud datacenters, however, still lack a scalable and resilient control plane. Consequently, this paper systematically studies the coverage problem of controllers, which means to cover all network devices using the least number of controllers. More precisely, we tackle this essential problem from three aspects, including the minimal coverage, the minimal fault-tolerant coverage, and the minimal communication overhead among controllers. After modelling and analyzing such three problems, we design efficient approaches to approximate the optimal solution, respectively. Extensive evaluation results indicate that our approaches can significantly save the number of required controllers, improve the fault-tolerant capability of the control plane and reduce the communication overhead of state synchronization among controllers. The design methodologies proposed in this paper can be applied to cloud datacenters with other networking structures after minimal modifications.

中文翻译：

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IaaS 数据中心中控制器的最小容错覆盖

大型数据中心是云计算的关键基础设施。在数据中心内，大量服务器使用特定的数据中心网络互连，为租户提供基础设施即服务 (IaaS)。为了实现租户间的网络虚拟化和网络隔离等新型云应用，软件定义网络（SDN）的原理已应用于数据中心。在设置中，部署了多个分布式控制器以在整个数据中心提供控制平面，以有效管理网络使用。尽管做出了这些努力，但是云数据中心仍然缺乏可扩展且有弹性的控制平面。因此，本文系统地研究了控制器的覆盖问题，即使用最少的控制器覆盖所有网络设备。更确切地说，我们从三个方面来解决这个基本问题，包括最小覆盖、最小容错覆盖和控制器之间的最小通信开销。在对这三个问题进行建模和分析之后，我们分别设计了近似最优解的有效方法。广泛的评估结果表明，我们的方法可以显着节省所需控制器的数量，提高控制平面的容错能力，并减少控制器之间状态同步的通信开销。本文提出的设计方法经过最少的修改，可以应用于具有其他网络结构的云数据中心。以及控制器之间最小的通信开销。在对这三个问题进行建模和分析之后，我们分别设计了近似最优解的有效方法。广泛的评估结果表明，我们的方法可以显着节省所需控制器的数量，提高控制平面的容错能力，并减少控制器之间状态同步的通信开销。本文提出的设计方法经过最少的修改，可以应用于具有其他网络结构的云数据中心。以及控制器之间最小的通信开销。在对这三个问题进行建模和分析之后，我们分别设计了近似最优解的有效方法。广泛的评估结果表明，我们的方法可以显着节省所需控制器的数量，提高控制平面的容错能力，并减少控制器之间状态同步的通信开销。本文提出的设计方法经过最少的修改，可以应用于具有其他网络结构的云数据中心。广泛的评估结果表明，我们的方法可以显着节省所需控制器的数量，提高控制平面的容错能力，并减少控制器之间状态同步的通信开销。本文提出的设计方法经过最少的修改，可以应用于具有其他网络结构的云数据中心。广泛的评估结果表明，我们的方法可以显着节省所需控制器的数量，提高控制平面的容错能力，并减少控制器之间状态同步的通信开销。本文提出的设计方法经过最少的修改，可以应用于具有其他网络结构的云数据中心。