基于Linux容器构建网络功能虚拟化平台

发布时间：2017-10-18 18:22

  本文关键词：基于Linux容器构建网络功能虚拟化平台

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【摘要】：随着越来越多的网络中间件被部署到网络中,基于专用硬件实现的网络中间件开发成本高、更新换代快、升级和部署困难等问题也日益突出。网络功能虚拟化(NFV)旨在改变当前网络运营服务商面临的这种状况,利用IT虚拟化技术将各类网络设备整合进行业标准的x86服务器中,利用软件实现的网络功能代替各种专用网络设备,实现网络功能的快速开发、灵活部署和可伸缩管理。目前工业界和学术界大多基于虚拟机技术(如KVM、XEN)来构建NFV平台。这种方法虽然具有隔离性好、易于迁移的优点,但也存在虚拟机消耗资源较多的缺点。容器是一种轻量级的操作系统虚拟化技术,在不要求虚拟网络功能迁移的场合具有较大的资源成本优势。本论文基于Linux容器技术、并结合click软件路由器框架实现了一个NFV平台,针对NFV平台在包输入/输出、容器间通信、服务链调度等方面存在的不足提出了相应的解决方案,通过采用先进的包输入/输出引擎、基于共享内存的零拷贝技术、NUMA感知的服务链动态绑定技术对NFV平台进行了性能优化。论文在真实的硬件平台上测试了以上各种优化技术的效果,评估了NFV平台的性能和扩放性,并通过一个模拟的家庭网关对NFV平台和一个基于KVM的NFV平台进行了性能比较。实验结果表明,NFV平台在支持虚拟网络功能的快速开发和系统吞吐量方面有较好的表现。
【关键词】：网络功能虚拟化 Linux容器 服务链 性能优化
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.05
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 虚拟化技术11-13
• 1.2 网络功能虚拟化13-15
• 1.3 网络功能虚拟化平台15-16
• 1.4 论文工作和内容组织16-19
• 第2章 相关技术19-29
• 2.1 Linux容器19-23
• 2.1.1 Namespace特性19-21
• 2.1.2 Cgroups特性21-22
• 2.1.3 LXC命令22
• 2.1.4 Linux容器的网络连接22-23
• 2.2 Click模块路由器23-25
• 2.3 ClickOS25-27
• 2.4 Netmap和VALE27-28
• 2.4.1 Netmap27
• 2.4.2 VALE虚拟交换机27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 基于Linux容器的NFV平台设计29-37
• 3.1 需求分析29-30
• 3.2 构建服务链30-31
• 3.3 消除通信瓶颈31-33
• 3.4 字符设备的缓存管理33-34
• 3.5 容器之间的通信队列34-35
• 3.6 任务调度35-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第4章 基于Linux容器的NFV平台实现37-53
• 4.1 创建Linux容器37-38
• 4.2 从物理网卡收发包38-40
• 4.2.1 定制VALE的处理逻辑38-39
• 4.2.2 click使用netmap收发包39-40
• 4.3 实现共享内存的字符设备40-41
• 4.4 字符设备的内存管理41-46
• 4.4.1 缓冲区的分配与回收42-44
• 4.4.2 Click中数据包的申请及释放44-45
• 4.4.3 数据包的转发45-46
• 4.5 添加从字符设备读写包的Click组件46-47
• 4.5.1 FromDevice组件的实现46-47
• 4.5.2 ToDevice组件的实现47
• 4.6 使用NFV平台实现一个家庭网关47-50
• 4.7 进程绑定50-51
• 4.8 本章小结51-53
• 第5章 实验评估53-65
• 5.1 实验环境53-54
• 5.2 容器的收发包能力54-56
• 5.3 共享内存的字符设备56-60
• 5.4 NUMA对性能的影响60
• 5.5 服务链动态绑定60-61
• 5.6 NFV平台支持多服务链的能力61-62
• 5.7 NFV平台上的家庭网关62-63
• 5.8 本章小结63-65
• 第6章 结束语65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 进一步的工作66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-73
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果73

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本文编号：1056433