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基于OVX网络虚拟化平台虚网映射的改进设计与实现

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基于OVX网络虚拟化平台虚网映射的改进设计与实现

作者：张雅俐重庆大学

学位级别：硕士

网络虚拟化(Network Virtualization,NV)旨在公共的底层物理网络上构建多个相互隔离的虚拟网络,且每个虚拟网络可以被独立的部署及管理。在传统网络架构下,实现完整的网络虚拟化需要对网络设备进行一定的升级改造,同时需要构建复杂的专... 详细信息

网络虚拟化(Network Virtualization,NV)旨在公共的底层物理网络上构建多个相互隔离的虚拟网络,且每个虚拟网络可以被独立的部署及管理。在传统网络架构下,实现完整的网络虚拟化需要对网络设备进行一定的升级改造,同时需要构建复杂的专用软件。软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)作为一种新型的网络架构,其控制与转发分离、集中控制、开放可编程等特性为实现完整的网络虚拟化提供了新的思路。OpenVirteX(OVX)是斯坦福大学***团队开发的一个基于SDN的网络虚拟化平台,其克服了FlowVisor平台虚拟拓扑与物理拓扑不独立,虚拟网络地址空间不能重叠等缺点,并有效结合了ADvisor、VeRTIGO平台对网络拓扑虚拟化拓展方式的优点,从而可以提供一个完整的虚拟网络。但OVX在应用过程中却发现有两个不足之处:第一,在多个虚拟网络请求的实际网络虚拟化环境中,必然会存在资源分配及分配过程所涉及到的成本问题,而OVX在进行虚拟网络映射时,忽略底部资源的实际使用情况和部署成本,仅仅完成了虚拟网络的呈现;第二,用户是通过手动调用OVX提供的API来创建虚拟网络,其效率低下,人力成本较高。基于以上问题,结合OVX平台的应用背景和需求,本文提出将虚拟网络映射算法Improved-vnmFlib部署在OVX平台上,并给出了具体的设计思路及步骤。此算法给网络添加资源约束,通过对全局映射的考量,可以快速且低成本的完成虚拟网络映射。同时,针对OVX平台,设计了自动创建虚拟网络模块,使平台可以根据虚拟网络请求调用Improved-vnmFlib算法计算映射,并按照映射结果自动化地创建虚拟网络,使得效率大幅度提高,用户操作也更为方便。为了在OVX平台上实现上述解决方案,本文首先设计了实现的总体流程,其中的关键模块有:用户交互模块、添加资源限制模块、虚拟网络映射算法模块和自动创建虚拟网络模块;然后详细分析了这几个关键模块之间的交互关系,接着对各个模块进行编程实现;最后,本文搭建了一个完整的仿真环境,对开发后的平台进行测试,测试结果表明:新平台能够结合映射成本解决虚拟网络映射过程中的资源分配问题,并且能够按照映射结果自动化地创建虚拟网络。

关键词：网络虚拟化软件定义网络 OVX 虚网映射自动化

基于时间分片预约调度机制的虚网映射算法研究

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基于时间分片预约调度机制的虚网映射算法研究

作者：周正强北京邮电大学

学位级别：硕士

随着互联网的网络架构体系不断演进,网络虚拟化的应用势态愈加明显,亦催生了一系列基于网络虚拟化技术的网络试验平台,如GENI、FIRE、RISE等。我国也在建设自己的大型未来网络试验设施,而作为该项目的前期研究单位和计划试点之一,我校自... 详细信息

随着互联网的网络架构体系不断演进,网络虚拟化的应用势态愈加明显,亦催生了一系列基于网络虚拟化技术的网络试验平台,如GENI、FIRE、RISE等。我国也在建设自己的大型未来网络试验设施,而作为该项目的前期研究单位和计划试点之一,我校自2012年就开展建设了校园级的网络虚拟化创新试验平台。需要注意的是,这个平台建设的关键技术为网络映射。虽然目前虚网映射己有诸多研究成果,但这些成果主要面向多样化网络拓扑、切割链路以及收到虚网后的即时映射的研究。然而在实际平台建设过程中,平台出现了网络实验申请时间集中和系统资源拥塞的实际问题。为了解决这个问题,充分发挥虚拟化平台的弹性优势,本文结合生活生产中一些类似的排队解决方案,提出了网络虚拟化环境下的虚网映射预约调度机制,可以实现合理的底层资源调度,并且提高用户的系统体验。因此,本文以学校的虚拟化平台建设为研究对象,以设计合理的预约调度的虚网映射算法为目标,完成如下工作:(1)本文首先介绍校园试验平台的相关情况。校园试验平台从己有的CNVP架构迭代为基于Openstack实现的虚拟化平台,采用单机房的灵活组网模式。在校园试验平台运营维护过程中存在实验申请时间集中造成系统资源拥塞的问题,本文基于此问题做出相关研究。(2)本文提出一种传统即时映射和预约调度映射的混合调度模型,提高系统的利用率与灵活性。针对目前学生在进行网络试验过程中出现的资源使用不充分,系统灵活性低等问题,本文设计了相应的预约调度模型。该模型在经典的时间窗模型基础上,结合排队论中M/M/1模型及其它学科中相关的预约实现方法,采用非抢占式优先的排队模式,设计相应的预约调度映射模型。(3)本文在模型构建基础上,结合预约排队机制及相关理论,采用时间离散化并以时间为算法切分维度的方法,设计预约调度虚网映射算法。为满足预约算法验证,本文为每个虚网设计一个从当前可接受最大开始时间starttime,并基于虚网生存时间lifetime和starttime进入预约系统进行映射。针对虚网预约映射存在每个时刻在物理网络的状态问题,本文设计虚网预约系统的时间分片管理机制,并给系统设定一个切割时间片interval。本文针对虚网的lifetime和starttime实现基于interval进行切割和递推,保证虚网在每个interval中都能成功映射。仿真结果表明,在初始虚网数少并且虚网时间较短的情况下,预约映射的虚网接受率比传统模型高大约10%。在虚网生存时间范围较大的情况下,虚网大规模长时间占用映射资源会导致预约映射模式接收率只有传统模式的50%。在生存时间小范围分布且均匀的情况下,系统采用较小的interval映射模式可以有更高的接收率。但在这种情况下,系统映射的运行时间也会随之增大。通过结合接收率和运行时间对比,研究发现interval取值在虚网生存周期一半附近的时候有较好的综合性能。此外,在不同的虚网上限带宽情况下进行仿真,结果表明预约映射的方式带来的收益比比传统法略高1%。这个结果符合本文预期预约调度可更好的分配调度底层物理资源的设想。基于以上工作,根据仿真结果以及校园试验平台具有短周期使用等特性,预约映射虚网的模型算法可应用到试验平台中。通过这种方式,系统可实现对底层物理资源的高效利用,并且改善学生在网络试验中的用户体验。

关键词：网络虚拟化创新试验平台虚网映射预约调度

SDN环境下虚网映射算法在网络虚拟化中的应用与改进方案

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SDN环境下虚网映射算法在网络虚拟化中的应用与改进方案

作者：辛远铭北京邮电大学

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虚网映射是网络虚拟化中关键的一部分,指将满足一定节点和链路约束的虚拟网络映射到底层物理网络的过程。目前关于虚网映射算法,已经有许多研究成果。它们大多停留在资源分配的理论层面,与工程化实践距离较远。结合工程实践,我们从虚网... 详细信息

虚网映射是网络虚拟化中关键的一部分,指将满足一定节点和链路约束的虚拟网络映射到底层物理网络的过程。目前关于虚网映射算法,已经有许多研究成果。它们大多停留在资源分配的理论层面,与工程化实践距离较远。结合工程实践,我们从虚网标识和算法长期性能两方面进行了改进。首先我们把虚网标识这一虚拟化中的重要因素结合在虚网映射过程中,以链路为单位分配虚网标识,大大突破以往全局分配虚网标签时的容量。同时,改进了虚网评价模型,在保证可行性的基础上实现长期的良好性能。通过这两点优化,我们得到了更靠近工程实践,便于部署优化的虚拟网络映射方案。本文首先对已有网络虚拟化切片方案以及映射算法进行综述;随后就映射算法改进、长期性能优化两点阐述改进方案,并介绍仿真平台的设计实现,最后对方案进行仿真,分析实验结果,验证改进方案在接收率、租户容量和长期性能几方面上的优越性。

关键词：网络虚拟化虚网映射虚网标识长期性能

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面向海量虚网需求的映射优化算法研究

面向海量虚网需求的映射优化算法研究

作者：顾莹北京邮电大学

学位级别：硕士

网络虚拟化成为未来网络的重要发展方向之一,核心思想是实现多个相互隔离的虚拟网络共享物理网络资源。虚拟网络映射(VNE,Virtual Network Embedding)问题是网络虚拟化技术的核心问题之一,工作目标是通过虚拟网络映射机制将物理网络的... 详细信息

网络虚拟化成为未来网络的重要发展方向之一,核心思想是实现多个相互隔离的虚拟网络共享物理网络资源。虚拟网络映射(VNE,Virtual Network Embedding)问题是网络虚拟化技术的核心问题之一,工作目标是通过虚拟网络映射机制将物理网络的资源合理、高效地分配给各个虚拟网络以满足租户需求。随着云计算、数据中心、运营商网络、试验床等应用场景的规模不断增大以及网络虚拟化在其中的广泛应用,租户的虚网请求规模也将快速增长。海量虚网请求对虚拟网络映射机制的映射效率提出了更高的要求,租户容量限制也将成为海量虚网请求下的瓶颈问题。本文在对现有工作的研究分析后,针对现有工作在映射效率和租户容量方面的不足展开深入研究,最终形成了面向海量虚网需求的映射优化算法解决方案,本文主要创新点如下:1)针对映射效率问题,本文提出基于删除优先的虚网映射算法。传统虚网映射算法在节点映射阶段多使用K最短路径算法,算出最短路径后再检查是否符合要求,否则重新计算,算法耗时较长。删除优先算法在计算最短路径之前暂时从物理网络拓扑中删除不满足当前链路带宽要求的物理链路,避免最短路径的重计算。仿真结果证明,相较于传统映射算法,基于删除优先的虚网映射算法的平均运行时间大大缩短,映射效率得到显著提高。该算法可以很好地解决海量虚网需求下的映射效率问题。2)针对租户容量问题,本文提出基于VLANID复用的虚网映射算法。以往的研究人员在虚拟网络映射阶段往往不考虑虚网隔离的实现问题以及由于使用VLAN(Virtual Local Area Network,虚拟局域网)技术实现虚网隔离而带来的租户容量限制问题。基于VLAN ID复用的虚网映射算法在虚网映射阶段就考虑到上述问题,创造性地通过对VLAN ID的复用突破租户容量限制、提升租户容量。仿真结果表明,基于VLAN ID复用的虚网映射算法突破租户容量限制的效果非常明显,租户容量得到数倍提升。租户容量限制将不再成为海量虚网需求时的瓶颈问题。

关键词：虚网映射删除优先 VLAN-ID复用运行时间租户容量

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基于内容分发网络的虚拟网络映射

基于内容分发网络的虚拟网络映射

作者：萨克达文（Sackdavong MANGKHASEUM）北京邮电大学

学位级别：硕士

随着半个世纪以来互联网的快速发展,我们已经将互联网用于日常生活,互联网可以说是人类无法避免使用它的最重要工具之一。然而,随着信息技术的快速发展,现有的互联网难以满足网络可控性、可扩展性、灵活性和服务质量(QoS)等要求,导致网... 详细信息

随着半个世纪以来互联网的快速发展,我们已经将互联网用于日常生活,互联网可以说是人类无法避免使用它的最重要工具之一。然而,随着信息技术的快速发展,现有的互联网难以满足网络可控性、可扩展性、灵活性和服务质量(QoS)等要求,导致网络虚拟化的产生。网络虚拟化允许各种异构虚拟网络(VN)架构在共享基板基础设施上共存。将虚拟网络请求的虚拟节点和虚拟链路有效映射到基板网络资源上,也称为虚拟网络映射问题,这是实现网络多样性和大量用户的第一步。大多数现有的虚拟网络映射算法主要关注基板网络的利用率,算法的运行时间,请求的接受率等,忽略了从内容服务器上下载速度较慢导致延误。为了解决这个问题,我们提出了一种基于内容分发网络的虚网映射算法VNE-CDN。我们算法的目的有两个方面,首先,引入节点中心化来测量平均距离,然后我们将优先选择具有最大的带宽和CPU资源的节点进行映射;在另一方面,为了进一步加快内容的获取,考虑了虚拟网络和内容服务器之间的距离。本文的主要任务是通过在节点映射阶段引入与我们的研究目标相关的权重来修改计算基板节点的权值,并使用k-最短路径算法映射虚拟链路。仿真结果表明,本文提出的算法在不大幅损失接受率和收益支出比的前提下,可以明显减少虚拟网络与内容服务器之间距离,加快内容的获取。

关键词：虚网映射网络虚拟化内容分发网络虚拟节点映射虚拟链路映射

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一种基于占有率反馈的虚拟网络映射算法

南京信息工程大学学报（自然科学版） 2017年第1期9卷 101-105页

作者：王慕阳陈立全王翔王延松卢华东南大学信息科学与工程学院南京210096 中兴通讯股份有限公司深圳518057

网络虚拟化技术通过对物理资源的抽象,可以有效解决现有互联网架构中存在的网络结构僵化、可扩展性差等问题.虚拟网络映射问题是指将用户发送的所有虚网请求映射到底层物理网络中,同时还要满足虚网请求中对各个资源的限制要求(如节点计... 详细信息

网络虚拟化技术通过对物理资源的抽象,可以有效解决现有互联网架构中存在的网络结构僵化、可扩展性差等问题.虚拟网络映射问题是指将用户发送的所有虚网请求映射到底层物理网络中,同时还要满足虚网请求中对各个资源的限制要求(如节点计算能力、链路带宽等).从节点负载平衡的角度出发,在基于就近原则的虚网映射算法基础上,引入节点负载平衡的反馈机制,引导各个虚网请求更均匀地映射到底层物理网络中.另外,在k短路径算法机制中引入了当前链路资源占有率作为评价参考标准,这样可以尽可能均匀地分散链路压力.同时,在检验链路资源是否满足虚网请求的过程中,由于优先选中的链路资源占有率低,所以算法映射成功率高,映射耗时更短,虚拟网络映射效率得到了有效提高.

关键词：网络虚拟化虚网映射占有率反馈负载平衡链路映射