NFV中服务功能链的故障诊断方法

发布时间：2020-07-09 17:54

【摘要】：网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)作为解决电信运营商网络资源利用率低,部署业务不够灵活的新技术,受到了业界的广泛关注和研究。NFV以软件的方式实现了网络中的部分服务功能,达到了网络中服务功能与底层硬件资源的解耦,以及在通用的硬件平台上灵活部署服务功能的目的。NFV给当前网络带来便利的同时,由于服务功能与底层资源之间对应关系的不确定性、底层资源动态分配等因素,导致当前网络的故障定位面临新的挑战。服务功能链是由网络中的服务功能按照一定的顺序连接起来组成的。NFV网络环境下,与服务功能直接相连的节点被称为服务功能转发节点,转发节点之间相互连接实现服务功能之间的通信。因此NFV网络环境中服务功能链的故障诊断,也就是定位可能发生故障的服务功能、服务功能转发节点和节点之间的链路。故障诊断分为两个阶段:故障探测阶段和故障定位阶段。故障探测阶段的主要研究是如何利用最小的网络探测开销,快速的探测到网络中可能存在故障的服务功能链。故障定位阶段的目的是如何根据探测阶段有限的故障探测结果,精确地定位故障发生的根源。综上所述,主要的研究内容包括:(1)提出一种最小流的主动探测方法。该方法的目标是在故障探测阶段,以最小的网络探测开销,快速地定位哪些探测路径上发生了故障。该方法首先根据当前网络中服务功能的连接关系寻找探测站点,并以该探测站点为起点计算探测路径。探测路径集合能够覆盖服务功能链中的所有服务功能和虚拟链路,而且探测路径之间的虚拟链路不重复,按照计算的探测路径主动发送探测包,便实现了以最小的探测开销快速定位哪条链路发生故障。(2)提出一种分层以及分类的故障定位算法。依据NFV网络结构特点,将服务功能链分为服务功能层和服务功能转发层。依据故障症状的不同,将NFV网络中的故障分为服务可用性故障和服务质量劣化故障。首先,本文在服务功能层分别定位可能发生两类故障的服务功能和连接服务功能的虚拟链路,然后根据服务功能层和服务功能转发层之间的对应关系,将服务功能层可能故障的节点和虚拟链路映射到服务功能转发层;最后根据节点和链路的故障概率定位两类故障的根源。针对NFV场景下较为突出的服务质量劣化故障,本文参考IETF规范设计网络服务包头字段,实现在服务功能层精确定位质量劣化故障的位置。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.0
【图文】：

｜物理网络元素逦侧链路y,物理网络端口逡逑图２－２虚拟网络功能转发图逡逑图２．２呈现的是一条线性的单向的服务功能链的物理视图，但真正网络中的逡逑服务功能链可能是有分支结构而且可能是双向的。图２．３中展示了网络中３种不逡逑同类型的单向服务功能链，该图中仅表示服务功能之间的连接关系，并没有具体逡逑展示与服务功能相连的交换机。其中，ＳＦＱ有分支结构并且起点相同而终点不逡逑同，ＳＦＣ２有分支结构且由同一起点出发并终止于同一终点，而ＳＦＣ３没有分支结逡逑构。逡逑－＾／ｓＦ４）逦＾ＳＦ＾）逡逑ＳＦＣ：＂邋？—Ｏ—＃担蓿埃]3?Ｗ邋逦｛ｓＦ＾逦逡逑图２．３服务功能链逡逑２．２服务功能链中故障诊断相关概念逡逑１０逡逑

逦北京邮电大学工学硕士学位论文逦逡逑ＳＦ４同样在收到探测包后，将自己的标识字段加入探测包头中，并分别发送给服逡逑务功能链的起始服务功能和终止服务功能。由上可知，探测服务功能链探测包逡逑ＳＦＣ１被转发的次数为１６次。按照服务功能链发送探测探测包，则探测服务功能逡逑链ＳＦＣ１需要分别从ＳＦ１向ＳＦ６和ＳＦ９发送探测包，探测包被转发的次数为７逡逑次，其中ＳＦ１到ＳＦ２以及ＳＦ２到ＳＦ３之间的链路被探测了两次；而且在探测服逡逑务功能链ＳＦＣ２时，ＳＦ４到ＳＦ６的虚拟链路也被重复探测了，同样在探测ＳＦＣ３逡逑时，ＳＦ３到ＳＦ９之间的虚拟链路也被重复探测了，这都会造成额外的网络带宽和逡逑计算资源的消耗。逡逑

逦（Ｂ）逡逑图３－５不同服务功能链条数下三种算法评估指标对比图逡逑从图３－５的（Ａ）图中可以看出，随着服务功能链条数的增加，ＦＭＭ、ＰＬＭ逡逑和本文提出的ＦＤＭ方法部署的探测站点的数目都逐渐增加。ＦＭＭ和ＰＬＭ方逡逑法由于都是将服务功能链的首个服务功能部署为探测站点，故二者部署探测站点逡逑数目相同，探测站点的数目不超过服务功能链的条数；而本文提出的方法计算的逡逑探测路径为服务功能链的子集，因此故障探测站点的数目略多于现有的两种方法，逡逑但是随着服务功能链条数的增加，两者之间的差距也在逐渐缩小，因为随着服务逡逑功能链条数的增加，服务功能链间共用的虚拟链路也会增多，因此再部署新的服逡逑务功能链时，可能已有的探测站点就能够完全探测该条服务功能链。逡逑主动探测的开销主要是探测包对网络上链路带宽的占用，因此本文以一次完逡逑整的网络故障探测中探测包被转发的次数来代指主动探测的开销。从图３－５的（Ｂ）逡逑图中可以看出

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本文编号：2747796