SDN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在虛擬化映射網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用探究

謝燕

摘 要：隨著信息化網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的單層物理網(wǎng)絡(luò)模式已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求，網(wǎng)絡(luò)模式分布復(fù)雜且僵化日趨嚴(yán)重。網(wǎng)絡(luò)虛擬化是解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)僵化問題的核心技術(shù)，可以適應(yīng)日益增長的網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量和業(yè)務(wù)需求。因?yàn)镾DN技術(shù)的集中化控制思想與網(wǎng)絡(luò)虛擬化的集中控制思想相統(tǒng)一，對網(wǎng)絡(luò)虛擬化的實(shí)現(xiàn)有重要意義。因此，文章對一種基于SDN技術(shù)的多域虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法進(jìn)行分析，并對虛擬化網(wǎng)絡(luò)映射系統(tǒng)未來的發(fā)展方向進(jìn)行探討，為虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的研究提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：SDN網(wǎng)絡(luò);虛擬化映射;多域虛擬網(wǎng)絡(luò);集中控制;應(yīng)用探究

0 引言

近些年，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心，新的應(yīng)用和科技進(jìn)步促進(jìn)著網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)飛速發(fā)展。其中，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Networking，SDN）技術(shù)的興起，已經(jīng)成為一種將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與網(wǎng)絡(luò)控制相分離的新型網(wǎng)絡(luò)模式。此外，SDN技術(shù)的集中化控制思想與網(wǎng)絡(luò)虛擬化的集中控制思想相統(tǒng)一，對于網(wǎng)絡(luò)虛擬化的實(shí)現(xiàn)也有著重要意義。

1 ? SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特點(diǎn)

SDN區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵是利用開放可編程性，使得應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的交互更加緊密。SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)最主要的特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離。數(shù)控分離是將基礎(chǔ)硬件與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實(shí)現(xiàn)分離，控制平面和數(shù)據(jù)平面不再相互依賴，其硬件僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)。因此，可以采用成本相對低的通用設(shè)備構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，更利于網(wǎng)絡(luò)的集中控制，使得控制層獲得網(wǎng)絡(luò)資源的全局信息，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行資源的全局調(diào)配和優(yōu)化。此外，網(wǎng)絡(luò)開放接口是通過開放的南、北向接口實(shí)現(xiàn)SDN應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的無縫集成，使應(yīng)用能引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，更好地滿足應(yīng)用的需求。

2 ? 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)

2.1 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

隨著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)業(yè)務(wù)范圍的不斷擴(kuò)展，傳統(tǒng)的單層物理網(wǎng)絡(luò)模式已經(jīng)不能適用于當(dāng)今用戶需求，網(wǎng)絡(luò)虛擬化正是解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)僵化問題的核心技術(shù)。通過抽象、分配、隔離等機(jī)制，在一個(gè)開放公用的物理網(wǎng)絡(luò)上支持多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)可以通過相互獨(dú)立的協(xié)議體系，并按照動(dòng)態(tài)變化的用戶需求對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的資源進(jìn)行合理分配，能夠滿足日趨增長的網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量和新增網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求。網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的引入可以允許網(wǎng)絡(luò)管理員以一種充分自由和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的方式對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理、維護(hù)，同時(shí)將底層物理網(wǎng)絡(luò)資源抽象化表達(dá)，使得同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)之上可以部署多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，這些虛擬網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，可以各自部署不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。而網(wǎng)絡(luò)虛擬化正是通過南向接口的統(tǒng)一和開源特征，消除底層物理轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間的異步性，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)底層物理網(wǎng)絡(luò)對上層應(yīng)用的開放操作。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化問題

網(wǎng)絡(luò)虛擬化主要面臨的問題就是如何將底層物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上數(shù)量有限的資源合理分配給更多的虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)用，為解決這個(gè)優(yōu)化配置問題提出了一個(gè)良好的設(shè)計(jì)思路，即將底層網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行抽象化處理，使得多個(gè)非統(tǒng)一性質(zhì)的異構(gòu)邏輯網(wǎng)絡(luò)能夠獨(dú)立地部署各自的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這對于新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展和協(xié)議的審驗(yàn)有著重要的推動(dòng)作用?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展引發(fā)了一場通信產(chǎn)業(yè)的革命，國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)營商不斷推出新型業(yè)務(wù)模式，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，借助此技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)初始功能進(jìn)行系統(tǒng)升級，具有對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的能力，縮減了企業(yè)運(yùn)營成本，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行效率，有效降低了網(wǎng)絡(luò)冗余卡頓現(xiàn)象的出現(xiàn)頻率。

3 ? 虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法的研究現(xiàn)狀

目前，虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法可以根據(jù)眾多評價(jià)指標(biāo)及映射計(jì)算方法、虛擬網(wǎng)絡(luò)應(yīng)答機(jī)制等方面進(jìn)行分層分類研究。由于虛擬網(wǎng)絡(luò)請求的時(shí)效是未知的參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)管理更傾向于采用減弱網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制、忽略接入控制等限制物理地址位置的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法。另外，可以借助于擴(kuò)大問題空間的發(fā)展角度，研究一些符合日常實(shí)際生活的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法。

虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法的研究取得了一些技術(shù)上的突破，改變了網(wǎng)絡(luò)安全潛在風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知，使得其在云計(jì)算及大數(shù)據(jù)發(fā)展方向有了新的探索。通過采用借助人像識別系統(tǒng)及身份比對系統(tǒng)進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)的安全性優(yōu)化改進(jìn)。虛擬網(wǎng)絡(luò)或者底層網(wǎng)絡(luò)都會(huì)包含若干個(gè)節(jié)點(diǎn)和數(shù)條鏈路，在研究具體的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射過程中，應(yīng)考慮如何將虛擬節(jié)點(diǎn)封裝在底層節(jié)點(diǎn)上。同樣的道理，虛擬鏈路的網(wǎng)絡(luò)信號傳輸也是通過將虛擬鏈路映射到相應(yīng)的底層路徑來具體實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)之上，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)路徑分割與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分割映射的問題模型及算法。但是，這種算法在面對群組數(shù)據(jù)及云計(jì)算等研究暫時(shí)不可行，限制了網(wǎng)絡(luò)底層資源的擴(kuò)展，降低了虛擬網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的信號傳輸接受率。所以，提出的問題模型算法有利于虛擬網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定，還能降低運(yùn)營管理者對虛擬網(wǎng)絡(luò)映射的投入成本，底層物理網(wǎng)絡(luò)（SN）也同時(shí)可以通過資源虛擬化和資源部署來映射多個(gè)上層的虛擬網(wǎng)絡(luò)（VN）[1]。

在限制物理地址位置的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法中，將虛擬網(wǎng)絡(luò)鏈路映射的各個(gè)層級進(jìn)行區(qū)分，優(yōu)先處理特殊鏈路的虛擬網(wǎng)絡(luò)請求，并將底層物理網(wǎng)絡(luò)映射剩余資源進(jìn)行整合及平均分配，使得各個(gè)應(yīng)用服務(wù)鏈路中的節(jié)點(diǎn)資源的耗損率接近實(shí)際水平。但此種限制物理地址位置的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法對于大型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)卻不適用。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加同時(shí)加大了鏈路層級的網(wǎng)絡(luò)資源及能量消耗。因此，建議從虛擬網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先請求機(jī)制及不限制物理地址位置的算法進(jìn)行突破，使得虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法符合未來大數(shù)據(jù)時(shí)代的研究方向。

4 ? 基于SDN技術(shù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法分析

傳統(tǒng)的單域虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法無法很好的解決混合多域虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題，尤其當(dāng)如今的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展越來越成熟，面對各種物理網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化的理論，結(jié)合虛擬映射算法的各種評價(jià)指標(biāo)的日趨完善，現(xiàn)提出基于多域SDN技術(shù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法。早期的SDN技術(shù)虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法應(yīng)用，大部分網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都只考慮單域網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為導(dǎo)向的虛擬網(wǎng)絡(luò)請求，所提出的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法也只在為解決底層網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用傳輸效率[2]。但是，所提出的基于多域SDN技術(shù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)，其優(yōu)勢在于可以具體抽象成無向權(quán)重圖GS=（NS，ES），其中NS為底層網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)集合，ES為底層網(wǎng)絡(luò)的鏈路集合。所以，相對比單域SDN技術(shù)來說，多域虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法更加符合真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)傳輸拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得網(wǎng)絡(luò)底層物理鏈路的信息傳輸不統(tǒng)一，資源供給形式也不統(tǒng)一，降低了網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)性[3]。不會(huì)因?yàn)樘摂M網(wǎng)絡(luò)映射要考慮可靠性問題，以致無法保證虛擬網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜蒎e(cuò)幾率在正常范圍。最突出的還在于，能夠在底層物理設(shè)施上預(yù)存?zhèn)溆觅Y源，用以故障后的虛擬節(jié)點(diǎn)和虛擬鏈路之間的轉(zhuǎn)換，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性[4]。

對虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法進(jìn)行比較分析可知，目前很多映射算法的提出都是基于小規(guī)模、低成本、單向性的底層物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源。但是在信息化網(wǎng)絡(luò)大背景時(shí)代，很多時(shí)候都是基于復(fù)雜性、多維網(wǎng)絡(luò)布局的新模式，這就給現(xiàn)有的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組成模式及虛擬網(wǎng)絡(luò)映射算法帶來了新的挑戰(zhàn)。因SDN技術(shù)能夠有效解決網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)“僵化”等突出問題，使得網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)能夠更加有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，使得網(wǎng)絡(luò)新服務(wù)的部署和運(yùn)維更加方便。

5 結(jié)語

SDN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)虛擬化映射技術(shù)的組合應(yīng)用是解決網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新發(fā)展時(shí)期瓶頸問題的有效方法。虛擬網(wǎng)絡(luò)映射也是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的基礎(chǔ)。今后，虛擬化映射網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)引入SDN技術(shù)能夠在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中不斷獲得新興科技、前沿技術(shù)應(yīng)用的合理配置，從而擺脫硬件對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制。而SDN的本質(zhì)就是借助軟件定義網(wǎng)絡(luò)，即通過應(yīng)用軟件可以參與對網(wǎng)絡(luò)的控制管理，滿足上層業(yè)務(wù)需求，通過自動(dòng)化業(yè)務(wù)部署簡化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維，進(jìn)而推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)向更深層次新領(lǐng)域發(fā)展。

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（編輯 姚 鑫）