基于SDN和Docker容器的网络虚拟化研究

摘要

虚拟化技术是云计算的基础支撑技术之一。虚拟化技术中的网络虚拟化通常和服务器虚拟化紧密结合。目前，网络虚拟化存在如下两个方面的问题：第一，受制于传统网络节点数据平面和控制平面的紧耦合，网络虚拟化存在着部署工作量大、难以对业务需求做出灵活而快速的调整等问题；第二，网络虚拟化的部署以虚拟机为基础进行，这带来的系统资源消耗十分庞大。
　　针对如上问题，本文提出了一种基于SDN和Docker容器的网络虚拟化方案。SDN技术将网络的数据和控制平面进行分离，将控制平面集中起来，从而能以软件编程的方式对网络进行自动化部署，这使得网络部署和调整的效率得到了极大的提升。Docker容器技术是一种轻量化的虚拟技术，它以容器为资源分割和调度的基本单位，封装整个软件运行的环境，相比虚拟机大大减少了系统资源的消耗。总体上，该方案是一种Overlay网络架构，其使得网络的边缘不再终结于物理交换机上，而是延伸至服务器中。每台服务器上运行着支持OpenFlow协议的虚拟交换机和Docker容器，Docker容器通过虚拟交换机接入网络，不同主机上的虚拟交换机通过VXLAN隧道进行连接并统一连接到集中的SDN控制器。该方案在兼顾了传统网络的同时引入了SDN架构，不仅提升了网络部署的灵活性，而且使得网络的可扩展性更强。此外，支持SDN架构的网络同样需要面对传统网络中存在的ARP广播风暴问题。本文中提出了一种基于SDN的解决方案，通过SDN控制器代理ARP请求报文。
　　本文基于两台互联的主机搭建了实验环境，首先对网络的连通性进行了验证，然后对虚拟网络的性能进行了测试，最后对SDN代理ARP的方法进行了测试和分析，实验证明，该网络虚拟化方案的跨主机连通性有效，相对于物理机网络性能损失小，并且SDN代理ARP方法有效降低了系统中的ARP报文流量，解决了ARP广播风暴问题。

目录

1 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2网络虚拟化研究现状

1.3主要研究内容

1.4论文的组织和安排

2 关键技术介绍

2.1 SDN（软件定义网络）技术介绍

2.2 Docker容器技术介绍

2.3本章小结

3 网络虚拟化系统设计

3.1网络虚拟化概述

3.2网络设备虚拟化

3.3网络属性虚拟化

3.4虚拟网络隔离

3.5本章小结

4 网络虚拟化系统实现

4.1总体架构

4.2网络设备虚拟化的实现

4.3逻辑链路与虚网隔离的实现

4.4控制平面设计

4.5 SDN控制器实现ARP代理

4.6本章小结

5 系统测试与分析

5.1 Docker容器网络测试

5.2代理ARP测试

5.3本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与的研究课题目录