网络虚拟化环境下服务功能链编排机制

发布时间：2020-09-28 18:29

　　 网络虚拟化使多个虚拟网络以逻辑隔离的形式运行在相同的物理网络中,用户可以在虚拟网络中部署网络服务。网络功能虚拟化将硬件网络功能以软件化的形式运行在通用的服务器、交换机或存储设备等。虚拟网络功能在网络中以服务功能链的方式灵活部署、动态调度,可以极大地降低网络服务的运行成本。研究在网络虚拟化环境中编排服务功能链具有重要的理论意义和应用价值。在网络虚拟化环境中编排服务功能链包含虚拟网络映射与服务功能链编排两个阶段,其中虚拟网络映射为带有节点和链路资源约束的虚拟网络请求划分物理资源,服务功能链编排在划分的虚拟网络中部署特定需求的网络服务。目前网络虚拟化环境下服务功能链编排方法尚存在以下局限性:(1)运行在虚拟网络中的服务功能链使用SDN技术完成业务流引导,SDN设备的流表资源有限,现有的虚拟网络映射没有考虑此特点;(2)现有服务功能链编排方法在网络功能资源利用率与网络服务可靠性等方面均有待提升;(3)现有的编排方法没有深入探究抽象物理节点的具体拓扑形式对虚拟网络功能部署产生的影响。针对以上存在的问题,本文的研究内容如下:(1)针对SDN网络中流表资源受限导致的虚拟网络映射接收率低的问题,设计了一种满足流表资源限制的虚拟网络映射机制。首先,通过优先映射带宽资源需求量大的虚拟链路与该链路两端的虚拟节点,降低虚拟网络映射的带宽与流表资源消耗。其次,虚拟网络映射完成后,为虚拟网络选择通信时延低的控制器节点。仿真实验表明,所提出机制可以有效降低了虚拟网络映射的资源开销,提高了虚拟网络映射接受率。(2)针对网络服务运行成本高且网络功能资源利用率低的问题,提出一种开销敏感的服务功能链编排机制。首先,综合考虑了服务功能链编排产生的虚拟网络功能与带宽资源消耗,在虚拟网络功能计算资源充足的条件下,允许其同时处理多条服务功能链的业务流以提高网络功能的资源利用率。其次,为了保证网络服务的服务质量,严格控制物理节点的计算资源负载不超过阈值。实验表明,所提出机制在保证服务质量的同时,有效降低了服务功能链编排的资源开销,提高了虚拟网络功能的资源利用率。(3)针对虚拟网络功能故障概率高难以满足网络服务可靠性需求的问题,提出一种可靠性保障且资源开销低的服务功能链编排机制。所提出机制包含服务功能链编排与虚拟网络功能备份两个阶段。首先,将服务功能链编排建模成隐马尔可夫模型,使用维特比算法输出可靠性高且资源开销低的编排方案。其次,基于备份资源消耗与系统可靠性提升量化虚拟网络功能的节点重要度,备份重要节点以减少备份资源消耗。仿真实验表明,所提出机制在满足网络服务可靠性需求的前提下,使用了较少的虚拟网络功能与带宽资源。(4)针对数据密集型网络服务在数据中心内消耗大量带宽资源的问题,提出了一种面向数据中心拓扑的虚拟网络功能部署策略。首先,将相互通信的虚拟网络功能组成的服务功能图构建成最小割树并设计了子树部署算法。其次,分析了三种常见数据中心拓扑(树型、VL2和胖树)的路由转发策略,按照从顶层至底层的顺序递归调用子树部署算法,直至将虚拟网络功能部署到服务器中。仿真实验表明,所提出策略可以减少数据中心内虚拟网络功能通信的带宽资源消耗,降低网络服务运行的经济成本。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP393.01
【部分图文】：

第七章作为结束语，总结了本文的研宄成果和存在的不足，并提出下一步的逡逑研宄方向。逡逑本文各章之间的逻辑关系可以用图１－１表示。第一章为全文概述，第二章介逡逑绍了网络虚拟化环境下服务功能链编排问题及其研究现状。第三章介绍了满足流逡逑表资源限制的虚拟网络映射机制，为网络服务运行提供了虚拟网络环境保障。第逡逑四章与第五章从不同的角度出发，在多数据中心网络中编排ＳＦＣ。其中，第四章逡逑从资源消耗的角度出发，提出开销敏感的服务功能链编排机制；第五章从网络服逡逑务可靠性的角度出发，提出可靠性保障的服务功能链编排机制。第六章深入抽象逡逑物理节点内部，研宄面向数据中心拓扑的虚拟网络功能部署策略。最后，在第七逡逑章中对全文内容进行总结，并展望未来研宄工作。逡逑７逡逑

由虚拟节点和虚拟链路共同构成。网络虚拟化对基础设施资源进行抽象、分逡逑配和隔离，使部署在虚拟网络中的网络服务可以独立地运行，最终实现网络即服逡逑务的思想［４８］。图２－１展示了邋ＩＴＵ－Ｔ标准Ｙ．３０１１设计的网络虚拟化体系架构，该逡逑架构将从底层向顶层将网络结构划分为四层：基础设施层、虚拟资源层、虚拟网逡逑络层和网络服务层［４９］。下面分别对这四层进行简要介绍：逡逑眺柋逡逑虚拟网络１邋＿＿＿＿＿Ｌ气拟网络２邋Ｊ＿逦＼逡逑：虚拟网络＼０窗疆｜逡逑虚＿络层（＾＾‘＾１[缂輻H

本文编号：2829115