基于DVR的OpenStack网络流量路径及其统计研究

发布时间：2017-09-04 10:08

第 1 章 绪论

1.1 研究背景与意义

近年来，随着计算机技术的快速发展，云计算以其方便快速地为用户提供计算、网络、存储等资源受到了广泛的关注，随着物理资源虚拟化技术的飞速发展云计算技术应运而生。它将网络作为云计算平台的主干架构，能够针对不同的用户需求提供不同的付费使用资源。正是得益于它这种灵活的资源分配属性，使得用户在使用过程中按需使用资源，提高了生产效率，节约了资源的使用。同时云计算将数据集中的存放，最新的存储备份技术使得数据的安全性相对于用户硬盘存放数据有了巨大提高。用户可以放心的在云平台内存放数据，不必担心数据的丢失，只需连接互联网就能的获取所需数据也极大的方便了用户。云计算技术也将计算资源提供带到一个新的高度，用户可以灵活的获取你所需要的计算资源，还能够满足大规模计算资源的使用。云计算能够为用户提供的灵活、强大的计算、存储、网络等资源，也使其等到了快速的推广，已经影响了我们的日常生活。

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1.2 国内外研究现状

随着计算机技术的发展，IT 行业也经历了三次重要的变革。第一次以 PC 为核心，主要解决信息本地处理的问题，但也存在信息交互率低的缺点；第二次以互联网为核心，它将 PC 作为接入终端使用 Internet，大型互联网供应商不断建设新的数据中心以满足海量数据处理和存储的需求，其中处理和存储也就是云的主要功能，Google 建立了全球最大的数据中心分布式技术逐渐成熟；而第三次 IT 革命就是以云计算为核心。近几年来云计算有了蓬勃的发展，现在的云计算已经变得如同石油和天然气一样具重要的意义。它对用户具有很强的吸引力，因为它可以提供灵活和可定制的各种计算、网络和存储资源。云计算节省了用户的硬件设施投资成本，使其更专注于业务的差异化发展而不是基础设施的建设。高质量的网络、低成本的计算、本地可用的存储设备和已经广泛的虚拟化硬件都导致了云计算的高速增长。如今有很多的云平台软件可以选择，例如 OpenStack、CloudStack、OpenNebula。

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第 2 章 基本理论

2.1 云计算与 OpenStack 

本节首先介绍云计算的基本知识，包括基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）；然后详细介绍了 IaaS 的开源平台 OpenStack。云是一个抽象的概念，它是指将大量的设备通过一个“虚拟化技术”，即大量服务器资源整合成在一起的技术，使其具有协调一致的计算、存储、网络等能力，这些整合在一起的设备以及其所具备的功能就抽象化叫做云。它通过将计算等资源服务化将传统的计算、网络、存储等功能通过网络形式交付给用户，这种服务也类似于电力服务模式，即用多少付多少。这种利用多机虚拟化技术将大量空间上分散布局的服务器整合在一起后可以达到统一调配、协同完成甚至超大量的运算、存储任务。

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2.2 Neutron 项目介绍

Neutron 在 OpenStack 中的功能定位就是为整个云平台提供网络服务，它的发展也经历了两个不同阶段。在 OpenStack 的早期的版本，云平台的虚拟网络的服务和管理都是由早期的 Nova 项目来实现，当时项目命名 Nova-network。Nova-network 项目没有像后来的 Neutron 将网络服务单独部署到网络节点，提供简单的网络服务功能和二层的网络服务。但是随着 OpenStack 云平台使用的范围越来越广、规模越来越大所需求的网络服务功能也日趋复杂，Nova-network 项目不能适应这些高级网络功能的需求。OpenStack 社区孵化了一个单独的网络项目，称为 Quantum，后来由于名称的版权问题，更名为 Neutron。

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第 3 章 DVR 网络流量路径研究...............19

3.1 传统集中式的网络架构分析...............19

3.2 DVR 网络架构研究...............20

第 4 章 基于 DVR 的流量统计设计实现...............27

4.1 统计原理...............27

4.2 系统整体构建...............28

第 5 章实验与分析...............39

5.1 实验环境与步骤...............39

5.2 实验结果分析...............40

第 5 章实验与分析

5.1 实验环境与步骤

实验中将搭建 DVR 架构的 OpenStack 环境，所用代码基于 Mitaka 版本。实验总共使用了四台物理服务器，，包括计算节点、网络节点和控制节点。为了节省实验的服务器数量，将网络节点服务和控制节点都放在同一台物理主机上。具体的物理服务器配置如下表 5.1 所示。首先在传统集中式的架构下测试网络流量的性能。需要创建两个子网网段分别为192.168.60.0/24 和 192.168.80.0/24。实验网络架构拓扑图如图 5.1 所示：在实验中传统的集中式架构下，分别在两个子网下创建若干虚拟机。由于这些不同子网的虚拟机可能分布在同一台物理服务器上，实验选取不子网在不同服务器上的虚拟机进行测试。多台虚拟机在不同子网下同时访问来测试当前的网络吞吐量。

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5.2 实验结果分析

在图 5.2 中所示 X 轴表示测试次数，Y 轴表示网络的带宽总和。在实验中将多台虚拟机同时相互用 Iperf 软件来发送流量包，再将每一个虚拟机上得到的带宽进行相加就得到了总的带宽数据。从图中的测试结果来看，所有的虚拟机带宽相加的平均带宽为 88.21Mbps 与交换机的 100Mbps 网口相比带宽的利用率约为 88%。故总的带宽使用率受限于网络节点的网口带宽性能。在传统集中架构测试完成后将 OpenStack 平台切换成 DVR 模式后，同样创建两个子网分别创建 5 台虚拟机。选择其中分布在不同子网和服务器上的虚拟机相互使用Iperf 发送流量包，计算此时流量的总带宽。

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总结

随着云计算的商用规模越来越大、应用范围越来越广，OpenStack 推出的 DVR架构得到了更加广泛的关注。DVR 架构一定程度上解决了大流量、大带宽以及高可用性的需求。但是云平台在 DVR 网络架构下将带来复杂的流量路径，流量数据的统计也变得困难。本文针对 DVR 网路架构下复杂的网络流量路径以及流量统计的困难两个问题展开了研究，并开发了一套在 DVR 架构下统计虚拟机绑定浮动 IP 后访问外网流量的流量统计系统。本文从介绍云计算的基本概念到最终得出研究结果，主要作了以下几部分的工作：（1）研究了云计算的基本概念，梳理了云计算与 OpenStack 之间的关系。（2）介绍了 Neutron 为云平台提供的二层到七层网络服务，详细分析了 Neutron的整个服务框架以及重要的服务功能。

参考文献（略）

本文编号：790860