基于网络功能虚拟化的网络试验平台的设计与实现

发布时间：2019-09-02 12:12

【摘要】：新型网络设备和新协议进入实用前,最为关键的一步是在真实网络环境下进行彻底地测试验证,通常要购置大量的网络设备搭建接近真实的网络测试环境.然而,对于诸如空天地一体化网络等大型基础设施而言,进行这种测试会面临成本巨大、周期漫长、技术不成熟和不安全等诸多困难.虚拟化技术将物理资源转换为逻辑或虚拟的资源,并使得运行在抽象层之上的用户、应用或管理软件能在不需要掌握底层资源物理细节的条件下管理和使用这些资源.网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization,NFV)基于虚拟化技术用软件可以实现网络功能,以代替传统硬件加软件方式实现各种网络功能或网络设备.这些技术为解决上述难题提供了可能.该文利用了NFV具有的功能真实、性能适中和成本低廉等特点,针对网络测试平台面临的重大技术难题提出了测试保真性的概念.测试保真性是指网络试验平台能够提供测试结果的真实性、与网络环境的兼容性和应对多种应用场景的适应性的统称.该文提出了基于网络功能虚拟化(NFV)的网络试验平台(NFV based Network Testing Platform,NFVNTP)的体系结构,它包括了虚拟化平台功能和定制虚拟化网络功能组件两个层次.该文还提出了NFVNTP组件模型,其中包括虚拟化路由组件、虚拟交换机组件、虚拟化网络性能组件和特种网络等几种主要组件,最后给出了一种设计NFVNTP的系统方法.为了便于用软件配置实现或重现NFVNTP,该文还讨论了NFV网络的形式化描述技术.为了验证本文提出的概念与方法,该文构建了一个NFVNTP原型系统.为验证NFVNTP原型系统的有效性,该文给出基于NFVNTP的两个试验例子:一个试验用于对工作在海空环境中的某待测网络设备进行了兼容性测试,在该虚拟海空环境中包括了窄带数据链和同步通信卫星信道;另一个试验对两个软件定义网络(SDN)经广域网互连进行了性能测评,一个实际的SDN网络中的视频能够通过NFVNTP传输到另一个实际的SDN中.试验结果表明,NFVNTP不仅能够提供类似实际网络的测试保真性,而且具有经济、高效、安全等优良的试验特性.
【图文】：

３．２ＮＦＶＮＴＰ的运行环境图１给出了一个ＮＦＶＮＴＰ的运行环境示例．其中的核心部分是由３台承载着虚拟化软件的服务器互连而成，该平台实际运行着各种网络协议，它们构成了ＮＦＶＮＴＰ的硬件支撑，提供平台的计算、存储、网络等资源．边缘部分则是由多个实际运行的企业网或局域网和被测设备（如研发的设备、流量发生器、性能测量系统等）等部分组成．被测对象如网络应用或网络应用协议通常运行在这些企业网／局域网中的端系统上，被测设备通过真实的网络设备与ＮＦＶＮＴＰ相连．边缘网络可以通过ＩＰ路由器或交换机与核心网络部分进行交互．图１ＮＦＶＮＴＰ组织结构的一个示例图２ＮＦＶＮＴＰ的一个实例基于ＮＦＶＮＴＰ，我们可以构造出一个大规模网络实验测试环境．例如，在图２所示的一个网络试验平台中，核心网是在宿主服务器上构造的等级制ＮＦＶ网络，第一层ＩＳＰ是由ＢＧＰ路由器互连的主干网组成，第二层ＩＳＰ是由４个局域网组成，它们分别是由运行ＯＳＰＦ或ＲＩＰ路由选择协议的路由器组成，这两部分通过虚拟路由器相连．其中，ｒ５、ｒ６、ｒ７为ＢＧＰ路由器，它们互连了三个自治系统（ＡＳ）．ＬＡＮ１利用ＲＩＰ接入到ＡＳ１，ＬＡＮ２利用ＯＳＰＦ接入到ＡＳ２中，而ＬＡＮ３和ＬＡＮ４利用ＯＳＰＦ接入到ＡＳ３中．图２中的４台移动主机Ｈ１～Ｈ４彼此之间可以通过ＮＦＶＮＴＰ上的大规模网络进行互联互通，其中真实网络设备与虚拟网络设备之间都真实地运行标准的网络协议，具有实际ＩＰ网络的所有功能．例如，一旦ｒ５与ｒ６之间的链路出现故障，ＢＧ

图２ＮＦＶＮＴＰ的
【作者单位】： 南京航空航天大学计算机科学与技术学院 陆军工程大学指挥信息系统工程学院
【基金】：国家自然科学基金(61379149) 国家“八六三”高技术研究发展计划项目(2012CB315806)资助~~
【分类号】：TP393.0

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本文编号：2530927