基于云平台的二层网络仿真技术研究
发布时间：2020-07-06 12:04
【摘要】：网络通讯技术的快速发展刺激了新协议和算法的发展,以满足通信能力不断增长的需要。发展和评估这些协议和算法需要进行相当数量的仿真和测试。通过对比实物测试、模拟和网络仿真各自的特点,可以看出网络仿真技术具备较强的适用性且其成本和效率方面能够达到一个相对良好的平衡。利用云平台(如OpenStack)的管理VM(Virtual Machine,虚拟机)和虚拟网络,搭建适用性、可扩展性强的网络仿真测试系统成为一个优秀的解决方案。云平台(OpenStack)因其并非为网络仿真而设计,只能提供虚拟实例之间三层网络链路管理的功能。而真实网络场景中节点种类繁多,仿真大型可编程交换设备的需求难以实现(包括异构的硬件架构),解决这个问题成为了本论文的研究重点。通过研究OpenStack云平台网络虚拟化的实现原理,本论文提出了自主研发软件模块直接控制虚拟化层的思路,基于Linux Bridge虚拟交换机和VXLAN隧道技术实现了虚拟实例间的二层通信链路。概括起来,本论文设计并实现基于云平台的网络仿真测试系统(仿真测试云),能够为用户、科研团队提供网络仿真即服务(Network Emulation as a Service,NEaaS);基于KVM虚拟机设计并实现了仿真二层网络设备的方案;在OpenStack平台中结合Docker容器设计并实现容器仿真二层网络设备的方案;实现了异构设备的仿真并部署实现了仿真交换机的VLAN功能测试;对整个技术路线进行性能、容量等方案的测试后进行整体评估。通过对解决方案的功能测试和性能评估,可以看出仿真测试云中仿真节点的性能特性(操作系统,硬件配置,链路参数)能够有效对应于真实网络设备,也能够做到支持用户直接在仿真节点上部署测试网络协议及真实流量应用软件,同时又具备能够快速构建网络拓扑、灵活配置等特点,并且能高效利用物理计算机的硬件资源,降低网络仿真的成本。基于云平台的二层网络仿真功能的实现大幅提高仿真测试云的适用性,使得仿真测试云的应用场景更加广泛,可用于如天地一体换网络、自组织网络、无线传感器网络,电信骨干网等场景的仿真测试与软件评估中,因此本论文的研究对于基于云平台的网络仿真领域有一定的研究意义。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.9;TN915.0
【图文】：
由于容器的高效，Emulab 对可扩展性有很好的支持。虽然 Emulab 中引入的这些技术不是现在最新的，但其设计理念仍然对目前研究人员设计大型实验平台有参考意义[9]。CloudLab 是一种允许用户例构建自定义云的试验平台。虽然用户可以访问并且控制分配的资源，但很难在特定拓扑上测试或评估不同的 SDN（软件定义网络）路由策略及其对虚拟机性能的影响。而且，由于缺乏对环境的控制，难以重复实验并比较针对不同场景的替代解决方案。另一方面，在研究人员和开发人员在社区都在尽力尝试为 OpenStack 增强重要功能，为了更好的支持例如网络功能虚拟化或云端物联网等。但是，那些开发人员通常没有机会访问大型云基础设施以测试其方案。因此，应对这些挑战并加速研究这个重要的领域，必须提供可定制的和控制的云实验环境。主要需要有以下特点：1. 研究新算法的影响和实际应用程序的性能，以及能够使得网络协议可在虚拟机内部运行；2. 直流网络特性，拓扑结构和后台流量应完全可定制；3. 云基础架构 OpenStack 的原有标准应该得到支持。
第一章 绪论执行网络实验和通过在虚拟机内部运行的真实应用程序研究新算法和协议对性的影响。通过这样的方法，实验者可以研究例如关于实际应用程序性能的新虚拟迁移策略，通过大规模仿真的内部的网络，测试使用新路由协议或流量控制功能影响、SDN 对虚拟机间和云管理流量的影响、不同的 DC 拓扑和云背景流量的用性能。所有的实验只需要一个最小的物理 OpenStack 节点集（例如控制器，个网络和两个或三个计算节点）和一个运行网络仿真器的单独节点（也可以由于伸缩性原因而分发）和 SDN 控制器组成[10]。ScientificCloud 基于 OpenStack，不可否认，OpenStack 有很多替代品，无是在开源还是商业领域：Eucalyptus，CloudStack，Joyent，OpenNebula 和专业云务的先驱者，如亚马逊和 VMware。其选择 OpenStack 的动机有几个因素：其一个是积极的开发，每半年发布一次新版本，其他原因包括：更少的开销，更好可扩展性和开源性。图 1-2 描绘了其原型云的设计。
用计算资源的科学实验手段。在这些云上执行了几个仿真和应用程团队就能够衡量在云平台上运行这些仿真的性能，从而评估云上科学计[16]。科研人员得出结论，云是科学仿真的完美环境。据观察，虚拟化所增加的对通信的干扰和其他延迟是在云上执行科学计主要障碍[13][17]。云计算社区正在努力解决这些问题，并且在过去几年中提出了许多有趣的解决方案[17] [18]。在一个名为 Simulation Platform as a Service（SimPaaS）的项目中，研究两个技术领域结合起来：云计算和科学仿真，有时也称为科学计算或高性HPC）。云计算是一种相对较新的计算范例，由网格计算和效用计算概念。云具备高可扩展性，灵活性，成本效益，节能以及能满足现代应用程序的计算需求的好处，加上相对用户友好使其成为解决科学界计算挑战的力的模型。不需构建自己的云环境的研究小组就不需要自己提供和维护 构，而是依靠云计算服务来满足他们的需求。但是他们也可以构建自己的务，这些服务可以在现场实施，使他们能够定制和优化云资源的利用率科学仿真[11]。图 1-3 显示了此类服务如何适用于云环境。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.9;TN915.0
【图文】：
由于容器的高效，Emulab 对可扩展性有很好的支持。虽然 Emulab 中引入的这些技术不是现在最新的，但其设计理念仍然对目前研究人员设计大型实验平台有参考意义[9]。CloudLab 是一种允许用户例构建自定义云的试验平台。虽然用户可以访问并且控制分配的资源，但很难在特定拓扑上测试或评估不同的 SDN（软件定义网络）路由策略及其对虚拟机性能的影响。而且，由于缺乏对环境的控制，难以重复实验并比较针对不同场景的替代解决方案。另一方面，在研究人员和开发人员在社区都在尽力尝试为 OpenStack 增强重要功能，为了更好的支持例如网络功能虚拟化或云端物联网等。但是，那些开发人员通常没有机会访问大型云基础设施以测试其方案。因此，应对这些挑战并加速研究这个重要的领域，必须提供可定制的和控制的云实验环境。主要需要有以下特点：1. 研究新算法的影响和实际应用程序的性能，以及能够使得网络协议可在虚拟机内部运行；2. 直流网络特性，拓扑结构和后台流量应完全可定制；3. 云基础架构 OpenStack 的原有标准应该得到支持。
第一章 绪论执行网络实验和通过在虚拟机内部运行的真实应用程序研究新算法和协议对性的影响。通过这样的方法，实验者可以研究例如关于实际应用程序性能的新虚拟迁移策略，通过大规模仿真的内部的网络，测试使用新路由协议或流量控制功能影响、SDN 对虚拟机间和云管理流量的影响、不同的 DC 拓扑和云背景流量的用性能。所有的实验只需要一个最小的物理 OpenStack 节点集（例如控制器，个网络和两个或三个计算节点）和一个运行网络仿真器的单独节点（也可以由于伸缩性原因而分发）和 SDN 控制器组成[10]。ScientificCloud 基于 OpenStack，不可否认，OpenStack 有很多替代品，无是在开源还是商业领域：Eucalyptus，CloudStack，Joyent，OpenNebula 和专业云务的先驱者，如亚马逊和 VMware。其选择 OpenStack 的动机有几个因素：其一个是积极的开发，每半年发布一次新版本，其他原因包括：更少的开销，更好可扩展性和开源性。图 1-2 描绘了其原型云的设计。
用计算资源的科学实验手段。在这些云上执行了几个仿真和应用程团队就能够衡量在云平台上运行这些仿真的性能，从而评估云上科学计[16]。科研人员得出结论，云是科学仿真的完美环境。据观察，虚拟化所增加的对通信的干扰和其他延迟是在云上执行科学计主要障碍[13][17]。云计算社区正在努力解决这些问题，并且在过去几年中提出了许多有趣的解决方案[17] [18]。在一个名为 Simulation Platform as a Service（SimPaaS）的项目中，研究两个技术领域结合起来：云计算和科学仿真，有时也称为科学计算或高性HPC）。云计算是一种相对较新的计算范例，由网格计算和效用计算概念。云具备高可扩展性，灵活性，成本效益，节能以及能满足现代应用程序的计算需求的好处，加上相对用户友好使其成为解决科学界计算挑战的力的模型。不需构建自己的云环境的研究小组就不需要自己提供和维护 构，而是依靠云计算服务来满足他们的需求。但是他们也可以构建自己的务，这些服务可以在现场实施，使他们能够定制和优化云资源的利用率科学仿真[11]。图 1-3 显示了此类服务如何适用于云环境。
【参考文献】
相关期刊论文 前7条
1 李莉;李纪成;张超然;刘丹;康琬悦;;基于OpenStack云平台Neutron关键技术研究[J];长春理工大学学报(自然科学版);2015年06期
2 何华江;陈丹;;基于网络功能虚拟化(NFV)的IMS核心网演进[J];邮电设计技术;2015年02期
3 赵少卡;李立耀;黄舒啸;;基于OpenStack的虚拟网络管理系统设计[J];福建师大福清分校学报;2014年02期
4 左青云;陈鸣;赵广松;邢长友;张国敏;蒋培成;;基于OpenFlow的SDN技术研究[J];软件学报;2013年05期
5 崔泽永;赵会群;;基于KVM的虚拟化研究及应用[J];计算机技术与发展;2011年06期
6 刘飞,杨明;分布式仿真逼真度研究[J];计算机仿真;2005年06期
7 罗庆超,刘s
本文编号：2743607
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