基于ForCES实现的网络虚拟化中数据平面的研究与实现

摘要

传统网络的层次结构是互联网取得巨大成功的关键。但是，由于网络数量和规模巨大，以及众多利益相关者的利益和策略冲突，开发人员几乎不可能在当前网络架构下部署新的架构或修改现有网络。近年来，以Openflow为代表的软件定义网络致力于改善当前形势，转发与控制分离技术和网络虚拟化技术作为软件定义网络的重点研究项目之一，也得到空前关注。
　　本文首先以ForCES协议体系架构为基础，结合网络虚拟化技术，提出一种ForCES实现的网络虚拟化方法。该方法的核心理念是在ForCES的FE中虚拟出多个彼此隔离的vFE，每个vFE中可以根据用户业务需要配置FE应用，按照业务类型任意组合构建虚拟网，各虚拟网络相互隔离。基于该方法，探讨数据平面的虚拟化的实现并给出网络虚拟化平台的设计框架。通过对原有ForCES协议进行扩展，设计和实现了虚拟化过程管理中的通信模块。同时，针对数据平面中虚拟节点的通信问题，提出一种基于DPDK的虚节点通信优化方案，解决虚节点间通信瓶颈问题。
　　其次，根据转发与控制分离思想，结合ForCES实现的网络虚拟化技术，设计和实现了一套网络负载均衡系统，该系统将负载均衡器的控制部分和数据部分分离。控制部分中的调度算法、服务的配置和管理等功能以负载均衡模块的形式运行在CE端，由网络管理员统一管理。数据部分中的数据包的调度分发、会话保持、健康检测等功能抽象成ForCES协议的逻辑功能块(LFB)，每个LFB完成某一特定操作，并将这些LFB组合起来构成负载均衡器的数据部分，以FE应用的形式运行在虚节点vFE中。文章详细描述了负载均衡模块中各子模块的设计和实现方法，并对负载均衡应用中涉及的相关LFB进行分类和建模。同时使用思博伦公司的SPT-N4U网络测试仪对负载均衡器系统的健康检测、会话保持等功能进行测试，在不同场景下，比较分析系统的负载均衡能力。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．3 本文的主要工作及创新点

1．3．1 主要工作

1．3．2 创新点

1．4 论文组织结构

2 基于ForCES的网络架构及虚拟化技术分析

2．1 ForCES的技术框架分析

2．1．1 ForCES网络件的基本结构

2．1．2 ForCES的控制接口

2．1．3 ForCES转发件的结构设计

2．2 基于ForCES实现的网络虚拟化技术

2．2．1 网络虚拟化的框架

2．2．2 实现网络虚拟化的关键技术

2．3 本章小结

3 基于ForCES实现的网络虚拟化中数据平面的研究与实现

3．1 总体方案设计

3．2 数据平面的体系结构

3．2．1 结构组成

3．2．2 虚拟化管理

3．3 数据平面的虚拟化实现

3．3．1 虚拟化过程管理及设计

3．3．2 虚节点自动部署模块的实现及关键技术分析

3．3．3 基于ForCES的虚拟化过程管理中通信模块的设计与实现

3．4 数据平面中虚拟节点间的通信优化问题研究

3．4．1 虚拟节点间通信瓶颈问题分析

3．4．2 一种基于DPDK的优化方案

3．4．3 测试结果及优化效果分析

3．5 本章小结

4 一种基于ForCES虚拟化技术的网络负载均衡器系统的设计与实现

4．1 传统的负载均衡工作原理分析

4．1．1 负载均衡技术分类

4．1．2 调度算法

4．2 基于ForCES的网络负载均衡模型

4．3 负载均衡模块主要模块设计

4．3．1 拓扑发现模块

4．3．2 服务配置模块

4．3．3 负载状态模块

4．3．4 调度算法模块

4．3．5 路径选择模块

4．4 基于ForCES的网络负载均衡LFB库分类

4．4．1 LFB库分类

4．4．2 相关LFB模型建模

4．5 本章小结

5 系统测试与分析

5．1 测试环境的搭建与配置

5．1．1 搭建测试环境

5．1．2 相关配置

5．2 数据包调度能力测试

5．3 会话保持功能测试

5．4 健康检测功能测试

5．5 本章小结

6 总结和展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

本文作者硕士期间参加的科研项目及发表的科研成果

致谢

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