基于SDN的网络虚拟化平台搭建(2)
致 谢 31
参考文献32
1 绪论
1.1 研究背景及意义
互联网经过多年的发展与应用，已进入人们生活各个领域。这促进了经济的快速发展和技术的创新，展示出了很强的生命力和较大的发展前景。然而，随着网络规模快速扩大，用户越来越多，信息量呈指数上升态势，传统网络模式与架构已难以适应将来发展的需要。因此，节约资源、可扩展性、服务质量、可控可管等已经成为网络领域的具有挑战性的课题。为解决这些问题，人们提出了软件定义网络（Software Defined Network, SDN ）技术和网络虚拟化技术 [1]。
近年来，许多学者致力于网络虚拟化的研究中，并取得了许多的成果。首先，有学者研究了传统网络虚拟化的各种实现方法。例如，虚拟局域网(VLAN)技术就是一种典型的网络虚拟化技术。通过在基于数据链路层对网络进行虚拟化，可最多能够划分出4096个逻辑网络。但在一个拥有成千上万台物理服务器主机、同时每个主机上运行十多个虚拟机的二层网络中，虚拟局域网已经难以满足用户的要求。为此，研究机构为解决这种缺陷与应用需求之间的矛盾而提出的虚拟可扩展局域网(Virtual Extensible Local Area Network，VXLAN)和网络虚拟化技术。该技术使用了通用路由封装(Network Virtualization Using General Route Encapsulation，NVGRE)等隧道封装的虚拟化技术手段。但是，由于其低效性、兼容性、和复杂性问题而导致难以应用和推广。
为了解决该问题，研究者研究了基于SDN网络的网络虚拟化的实现手段。这是因为VLAN技术工作在链路层，缺乏灵活性。引入SDN网络后，流表的匹配域包含从端口MAC，IP，到TCP等一系列的多达15个匹配字段，便可以通过字段的搭配来提供更好更灵活的网络虚拟化方法。SDN通过对底层网络硬件设备进行整体抽象，使应用层只能看到控制器抽象过的全局或局部网络视图，从而更好地实现了网络虚拟化。在SDN网络中，用户可用类比法理解网络虚拟化与计算机虚拟化的关系。例如：把网络基础设施类比为服务器硬件资源，控制器可类比为网络操作系统(Network Operating System，NOS)，SDN网络类比为主机服务器，SDN应用可类比为主机应用程序等等。
SDN特征是将硬件设备作为网络基础资源，抽象出网络操作系统(NOS)，隐藏物理层细节并向上层提供统一的编程和管理接口，并且以操作系统为平台开发的应用可以实现通过软件来定义资源分配、网络拓扑、处理机制等，其主要特性为如下：
（1）可直接编程性，可通过软件编程的方法来满足客户的自定义需求；
（2）敏捷性，提高路由灵活管理，加速业务开通进程，简化运文操作；
（3）可集中管理性，网络智能(逻辑)集中在基于软件的用户控制器中，保持一个整体性的网络视图，显示应用程序和控制转发策略作为单一的逻辑开关；
（4）基于开放标准，厂商中立。通过开放标准，简化了网络设计和操作指令，而控制器代替了供应商提供的特定设备和协议。
网络虚拟化的研究有两种大的类型，即在网络操作系统下设计网络超级管理者(Network Hypervisor)实现和在控制器与底层拓扑之间增加虚拟抽象层实现。在此基础上，产生目前流行的三种典型的SDN网络虚拟化解决方案。
a）方案一，基于FlowVisor的虚拟化方案
开源项目FlowVisor在OpenFlow交换机和多个控制器之间使用中间层代理的工作机制，了解其在OpenFlow底层网络设备（数据平面）和多个OpenFlow切片控制器（可编程控制逻辑）之间提供的透明代理功能。研究其通过划分包头域来对数据包进行切片从而达到虚拟化的原理。本文详细研究FlowVisor在同一网络中的连通性，透明性，以及不同的虚拟网络之间提供的宽带隔离，拓扑隔离，CPU隔离，流量隔离和OpenFlow控制消息隔离等各种隔离机制，并了解FlowVisor的过于依赖OpenFlow协议版本等缺点。