云数据中心网络租户带宽保证方法研究

发布时间：2017-04-20 12:09

  本文关键词：云数据中心网络租户带宽保证方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：云计算是一种新的商业计算模型和服务模式,其核心的概念是不再依赖本地的计算机来做计算,而是依赖由第三方运营的集中的计算和存储资源。而云数据中心在结构上是一个分布式网络,由计算节点(如服务器)、存储节点,以及网络设备连接而成。在云数据中心中,对于各种资源的调度方法成为了如今研究的热点,特别是云数据中心网络租户的带宽保证问题,引发了很多的讨论。因为云计算供应商提供了资源分配的保证,如CPU和内存,但是他们没有提供任何网络资源的保证。由于网络资源保证的缺乏,使得租户不能很好地预测他们所要运行的应用的最低性能。而在现有的带宽保证方法中,都存在一些不足之处:有的需要修改交换机的软硬件,有的需要修改系统内核,有的对网络拓扑有要求,有的对于租户的请求必须是发送端和接收端都是相等的,而有的不能最大限度的利用瓶颈链路。而本文提出的云数据中心网络租户带宽保证方法,只在服务器端实现,只需使用未经修改的商用交换机。服务器端采用完全虚拟化平台与SDN技术协同作用,不用修改系统内核,易于部署和实现。且能够适用于数据中心主流的拓扑结构,并能够满足租户不同的需求,同时实现带宽的动态调节,充分利用链路剩余带宽。本文首先相关技术进行介绍,主要包括多租户虚拟化数据中心、OpenFlow协议以及Open vSwitch和服务器相关的虚拟化技术。然后对云数据中心现有的带宽保证方法进行了研究和比较分析,在此基础上提出了改进的只利用服务器进行带宽保证的方法,并提出了服务器端的总体设计结构。再根据功能分成了三个模块:(1)租户需求模型:明确各租户的带宽请求并实现初始设定。(2)最小带宽保证模块:完成租户需求模型到VM-to-VM最小带宽保证的计算转化。(3)带宽分配调节模块:完成每一条VM-to-VM流发送速率的分配和反馈调节。本文对这三个模块的实现原理进行了详细的算法设计,并提出了在实际环境中实现的具体方法。再利用OPNET仿真工具自行设计节点,分两个不同的网络拓扑结构和三个不同的租户需求场景进行仿真验证,并进行了结果分析。最后在实际环境中搭建了一个小型的云数据中心,进行了实际环境的测试,完成了租户需求、最小带宽保证和带宽分配调节的初步实现。
【关键词】：云数据中心 多租户 带宽保证 软件定义网络
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP308;TP393.01
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-14
• 缩略词表14-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 研究背景16-18
• 1.2 国内外研究现状18-20
• 1.3 课题任务与论文结构20-22
• 第二章 相关技术研究22-37
• 2.1 云数据中心22-27
• 2.1.1 多租户数据中心22-23
• 2.1.2 虚拟化多租户数据中心23-25
• 2.1.3 云数据中心网络拓扑结构25-27
• 2.2 SDN相关技术27-32
• 2.2.1 ONF OpenFlow网络架构28
• 2.2.2 OpenFlow协议介绍28-30
• 2.2.3 Open vSwitch工作原理简介30-32
• 2.3 虚拟化相关技术32-34
• 2.3.1 服务器虚拟化关键技术32-33
• 2.3.2 网络虚拟化关键技术：多租户网络实现33-34
• 2.4 云数据中心，，虚拟化与SDN之间的关系34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 多租户带宽保证方法的研究与比较37-44
• 3.1 云数据中心网络租户带宽保证方法的分类37-38
• 3.2 现有的基于服务器实现带宽保证的方法研究与比较分析38-42
• 3.2.1 实现目标38-39
• 3.2.2 租户需求39-40
• 3.2.3 实现原理40
• 3.2.4 实际部署40-41
• 3.2.5 实际运行效果和局限性41-42
• 3.3 本文与现有方法的改进之处42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 基于服务器进行带宽保证的原理设计与方法实现44-64
• 4.1 基于服务器实现带宽保证的需求分析和总体设计44-47
• 4.1.1 简单云数据中心的系统部署44
• 4.1.2 总体设计需求44-45
• 4.1.3 服务器端总体设计结构45-47
• 4.1.4 服务器端功能实现模块的划分47
• 4.2 租户需求模型的设计和实现47-50
• 4.2.1 Hose Model租户模型原理47-49
• 4.2.2 租户需求的设计和实现49-50
• 4.2.2.1 KVM架构与实现原理49-50
• 4.2.2.2 利用KVM实现租户需求50
• 4.3 租户最小带宽保证模块的设计与实现50-53
• 4.3.1 租户VM到VM的最小带宽保证原理51-52
• 4.3.2 改进的租户最小带宽保证模块的实现方法52-53
• 4.4 带宽分配调节模块的设计和实现53-63
• 4.4.1 改进的带宽分配调节机制的原理与算法设计53-58
• 4.4.1.1 带宽分配调节机制原理53-55
• 4.4.1.2 改进的带宽分配调节机制的算法设计流程55-58
• 4.4.2 带宽分配调节模块的实现方法58-63
• 4.4.2.1 Linux下流量控制机制58-59
• 4.4.2.2 Traffic Control原理59-60
• 4.4.2.3 HTB原理60-61
• 4.4.2.4 Open vSwitch调用TC实现租户虚拟机的速率控制61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 仿真验证与实际环境搭建测试64-91
• 5.1 仿真验证64-83
• 5.1.1 仿真工具OPNET Modeler介绍64-65
• 5.1.2 各功能模块的仿真设计65-71
• 5.1.2.1 网络拓扑结构的仿真设计65-66
• 5.1.2.2 数据包格式的仿真设计66-67
• 5.1.2.3 服务器节点的仿真设计67-71
• 5.1.2.4 交换机节点的仿真设计71
• 5.1.3 仿真结果与数据分析71-83
• 5.1.3.1 场景一仿真结果72-75
• 5.1.3.2 场景二仿真结果75-78
• 5.1.3.3 场景三仿真结果78-79
• 5.1.3.4 仿真数据分析79-83
• 5.2 实际环境的搭建和测试83-90
• 5.2.1 实际环境搭建步骤83-86
• 5.2.2 功能测试86-90
• 5.2.2.1 租户Hose Model请求和最小带宽保证的实现86-87
• 5.2.2.2 带宽分配调节机制的简单实现和测试87-90
• 5.3 本章小结90-91
• 第六章 结束语91-93
• 6.1 总结91
• 6.2 下一步工作展望91-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-96
• 攻读硕士学位期间取得的成果96-97

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