面向数据分发服务的网络虚拟化技术研究

发布时间：2020-08-22 12:16

【摘要】：近年来,随着大数据和云计算等各种新型网络服务的出现,业务类型日益丰富,网络中新增了很多例如VoIP、视频会议等多媒体业务。用户对网络的服务质量(Quality of Service,QoS)的需求日益提高。而传统的网络功能单一,可扩展性差,已经部署的网络架构设备供应商众多,没有统一的标准,因此很难实现统一的配置与管理,并且传统的网络架构复杂,无法完全承载当今发展的新技术。在这种背景下,网络虚拟化技术出现了,而软件定义网络(Software Defined Network,SDN)作为虚拟化的重要成就之一,提出了控制与转发相分离的思想,将复杂的控制逻辑从传统的物理设备中抽离出来,对底层物理设备进行集中的管理与控制,并通过丰富灵活的API为上层应用提供了统一的可编程接口与全局管理视图。SDN的出现,为人们保障业务的QoS提供了新的思路。论文从实际需求出发,将SDN技术引用到实验室虚拟企业网项目中。虚拟企业网中的业务数据包括视频会议、语音、文件传输与DDS(Data Distribution Service,数据分发服务)等,为提高数据的传输效率和网络的资源利用率,本文利用SDN对带宽和时延等网络资源的全局视图,设计并实现了一种基于业务QoS的路由方法(Service QoS-based Routing Method,SQBRM),实现了根据业务对网络资源的需求以及网络状态进行路径的选择,一定程度上保障了业务的QoS,实现了负载均衡。SQBRM还考虑了链路故障的情况,预留备份路径,一定程度上提高了系统的容错性。而DDS作为虚拟企业网中的重要通信模型,采用发布订阅模式进行数据的分发,但是没有考虑主题数据资源的分布以及底层网络的拓扑结构,因此存在单个链路上重复排队发送相同数据的问题,降低了带宽利用率,也增加了数据的排队时延,因此,本文对DDS现有的非集中式发现机制进行改进,提出了一种改进的非集中式发现机制(Improved Decentralized Discovery Mechanism,IDDM),获取网络中主题数据分布信息,为后续研究打基础。在SQBRM的设计与实现中,首先通过SDN控制器获取必要的信息,然后对获取的信息进行处理,分别得到网络拓扑信息、链路带宽信息与链路时延信息,然后根据一定的路径选择策略,计算最优路径,同时预留备份路径。不同于SDN架构中传统的最短路径计算方法,SQBRM结合了业务对带宽与时延的需求,以及当前的网络状态,最终计算出一条满足业务需求的路径,提高了网络的资源利用率。在IDDM的设计与实现中,首先总结当前DDS架构的发现机制,然后介绍提出的改进架构。当前的DDS非集中式发现机制采用RTPS协议,首先进行参与者的发现,然后进行参与者通信实体的发现,在远端与本地的实体匹配成功时交换并记录实体的信息。在整个发现过程中,DDS并不关心匹配失败的实体。基于此,论文对DDS的底层发现模块进行改进,增加对匹配失败的实体的处理,获取其主题信息,从而获取网络中主题数据的分布信息。论文最后利用Mininet仿真工具分别对上述设计与实现的各种功能进行仿真实验,测试了各个模块的正确性。并通过对结果进行分析与总结,证明了论文提出的各方案的优越性与实用性。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP393.0
【图文】：

架构图,交换机,架构,通信模型

２．１．２邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋协议逡逑２．１．２．１邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋交换机逡逑ＳＤＮ控制器与ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机通信模型如图２．２所示：逡逑８逡逑

交换机,通信模型,控制器,安全通道

ＳＤＮ控制器通过安全通道远程控制ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机也通过安全通道向控制器上报自身状态信息。安全通道ｗ交换机之间通信的安全连接，可以建立在ＴＣＰ之上，也ｋｅｔ进行建立。流表（Ｆｌｏｗ邋Ｔａｂｌｅ）是用来存放流表项的表，Ｆｌｏｗ交换机根据流表规则处理数据包，而流表规则由ＳＤＮｅｎＦｌｏｗ交换机。逡逑ｌｏｗ交换机收到待传输的数据包时，首先对收到的数据包，若匹配成功，则直接执行流表中的动作；若匹配失败，送给ＳＤＮ控制器，控制器计算相应的转发策略并告知交行处理。在这个过程中，ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机执行转发策略，略。ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机处理数据包流程［１３］如图２．３：逡逑接收报文一？包头解析一■？实施动作逡逑

处理流程图,交换机,处理流程,中数

ＯｐｅｎＦｌｏｗ交逦ＳＤＮ控制器逡逑换机逡逑图２．２邋ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机和ＳＤＮ控制器通信模型逡逑２．２所示，ＳＤＮ控制器通过安全通道远程控制ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机，交换机也通过安全通道向控制器上报自身状态信息。安全通道是ＳＤＦｌｏｗ交换机之间通信的安全连接，可以建立在ＴＣＰ之上，也可以基Ｓｏｃｋｅｔ进行建立。流表（Ｆｌｏｗ邋Ｔａｂｌｅ）是用来存放流表项的表，在ＯｐｅｐｅｎＦｌｏｗ交换机根据流表规则处理数据包，而流表规则由ＳＤＮ控制ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机。逡逑ｐｅｎＦｌｏｗ交换机收到待传输的数据包时，首先对收到的数据包进行解表项，若匹配成功，则直接执行流表中的动作；若匹配失败，则将数道发送给ＳＤＮ控制器，控制器计算相应的转发策略并告知交换机，包进行处理。在这个过程中，ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机执行转发策略，而ＳＤ发策略。ＯｐｅｎＦｌｏｗ交换机处理数据包流程［１３］如图２．３：逡逑

【参考文献】