基于語義網(wǎng)的SDN網(wǎng)絡(luò)資源管理北向接口研究

劉晨曦

摘要：SDN是未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的一大方向，其北向接口提供了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的編程和人機(jī)接口。目前北向接口的研究主要集中在異構(gòu)性消除、可編程性提高、提供網(wǎng)絡(luò)新功能和改善性能等方面，而SDN網(wǎng)絡(luò)資源管理研究尚處于起步階段。語義網(wǎng)具備強(qiáng)大的層次化描述能力，便捷靈活的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，豐富的工具及方法論支持，良好的可移植性，有利于在北向接口上提供基于虛擬網(wǎng)絡(luò)上的視圖管理功能，為SDN網(wǎng)絡(luò)資源管理帶來便利，并提高上層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)的可移植性。本文提出結(jié)合語義網(wǎng)（Semantic Web）技術(shù)，結(jié)合基于語義網(wǎng)的SDN網(wǎng)絡(luò)資源管理平臺(tái)，研究基于語義網(wǎng)的SDN網(wǎng)絡(luò)資源管理北向接口。

關(guān)鍵詞：SDN；語義網(wǎng)；北向接口；網(wǎng)絡(luò)資源；服務(wù)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）17-0016-05

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（software defined networking，SDN）是由美國(guó)GENI項(xiàng)目資助的斯坦福大學(xué)的MacKneow教授在主導(dǎo)的Clean Slate項(xiàng)目中提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。與傳統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)不同，SDN的核心是在網(wǎng)絡(luò)中引入一個(gè)SDN控制器（Control-ler），通過核心技術(shù)OpenFlow通過將網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層和設(shè)備控制層分離，從而簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供了良好的平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)資源的管理是SDN的一個(gè)重要維度，但如何在較高的抽象層次上實(shí)現(xiàn)SDN網(wǎng)絡(luò)資源的高效管理，尚未形成較理想的框架。

語義網(wǎng)（Semantic Web）是未來網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)想，它可以形成一個(gè)機(jī)器可讀的虛擬網(wǎng)絡(luò)圖數(shù)據(jù)庫。它具有十分強(qiáng)大的推理能力，它可以使用OWL（Web Ontology Language，網(wǎng)絡(luò)本體語言）對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)資源以及相關(guān)的業(yè)務(wù)資源進(jìn)行建模，使用RDF（Resource Description Framework，資源描述框架）給抽象的業(yè)務(wù)資源和網(wǎng)絡(luò)資源帶來具體化的描述。其便捷靈活的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，豐富的工具及方法論支持，良好的可移植性，為構(gòu)建SDN網(wǎng)絡(luò)資源管理北向接口，實(shí)現(xiàn)抽象化、虛擬化的網(wǎng)絡(luò)管理，提供了良好的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。為構(gòu)建SDN網(wǎng)絡(luò)資源管理北向接口，提供了靈活的基礎(chǔ)。

本文結(jié)合語義網(wǎng)技術(shù)對(duì)SDN的北向接口進(jìn)行擴(kuò)展，彌補(bǔ)現(xiàn)有SDN對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源管理方面的不足，提供SDN網(wǎng)絡(luò)資源管理的編程和人機(jī)接口。

1 SDN北向接口

筆者從不同的抽象層次，將當(dāng)前北向接口研究總結(jié)為幾大方面，分別是：

1）可移植性北向接口：主要致力于解決異構(gòu)OpenFlow協(xié)議或者硬件之間的差異性，從而為上層應(yīng)用提供一個(gè)可移植性層，主要工作包括tinyNBI、NOSIX等。

2）可編程性北向接口：主要致力于實(shí)現(xiàn)專用的SDN網(wǎng)絡(luò)編程語言，或嵌入到現(xiàn)有的高級(jí)語言中，提高SDN網(wǎng)絡(luò)的可編程性，實(shí)現(xiàn)對(duì)其網(wǎng)絡(luò)行為的控制，主要工作包括Frenetic、NetCorete等。

3）網(wǎng)絡(luò)虛擬化北向接口：通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行虛擬化，在物理網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上構(gòu)建虛擬的網(wǎng)絡(luò)視圖，主要工作包括FlowVisor、libNetVirt等。

可以看到現(xiàn)有的幾類北向接口，主要從異構(gòu)性消除、可編程性提高、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等角度進(jìn)行研究，對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)資源管理方面的研究目前比較少見，使得用戶和上層應(yīng)用難以找到滿足其需求的個(gè)體資源（如某個(gè)交換設(shè)備）或群體資源（如滿足服務(wù)質(zhì)量的路徑）。筆者認(rèn)為應(yīng)該采用平臺(tái)中立的語義網(wǎng)技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行建模，盡可能同底層物理設(shè)備解耦，并利用北向接口對(duì)其進(jìn)行虛擬化、抽象化的管理，方便SDN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用——特別是網(wǎng)絡(luò)資源密集型應(yīng)用的開發(fā)。

2基于語義網(wǎng)的SDN網(wǎng)絡(luò)資源管理平臺(tái)

2.1構(gòu)建模型

1）首先進(jìn)行安裝Protege，并配置好環(huán)境變量。

2）SDN本體模型構(gòu)建：

a）新建一個(gè)OWL項(xiàng)目，在Active Ontology的面板中定義本體的URI作為模型的命名前綴，在本設(shè)計(jì)中定義Ontology IRI為：

http：∥www.semanticweb.org/michellin/ontologies/2016/2/SDN。

b）在Classes面板中添加資源類，如圖1所示。在模型中，將SDN網(wǎng)絡(luò)資源抽象為六個(gè)類分別是Component（組件）、De-vice（設(shè)備）、Hnk（鏈路）、How_table（流表）、Function（功能）以及Group_tablef組表）。六個(gè)類下又分別有子類：Component下的子類為Port（端口）；Device的子類為Controller（控制器）、Switch（交換機(jī)）和Host（主機(jī)）；Link的子類為各種規(guī)格的傳輸介質(zhì)。Function的子類為Action、Instruction、Pipeline_wordflow動(dòng)作指令，F(xiàn)low_table（流表）子類分為Counter、Instruction、Match_Field等；出于篇幅限制，僅給出定義資源圖以及總體模型展示圖。

c）在Object Properties面板中添加類間屬性。在模型中，定義9種類屬性：connects（連接）、contains（包含）、controls（控制）、consistsof（組成）、deploys（部署）、includes（包括）、supports（支持）、isdeployedby（被部署）以及consists（由什么組成）等。connects描述交換機(jī)類（Switch）、交換機(jī)端口類（Port）、鏈路類（Hnk）、主機(jī)類（Host）之間的連接關(guān)系；contains描述端口類（Port）和交換機(jī)類（Switch）的包含關(guān)系；controls描述控制器類（controller）和交換機(jī)類（Switch）的控制關(guān)系，交換機(jī)supports功能（Function）等。