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網絡虛擬化

網絡的最大特點就是資源共享,并在這個特點的基礎之上,人們開展了各式各樣的網絡業務服務。隨著網絡規模的不斷擴大,端到端的傳輸并不能保證包的傳輸質量,這樣的現象讓網絡僵化問題無限擴大。在網絡規模的擴大和網絡性能之間出現了不可調和的矛盾,這無疑對網絡的發展提出了嚴峻的考驗。如何保證網絡業務的深入發展及網絡規模的不斷擴大成為互聯網提供商考慮的重點問題,但由于提供商之間存在利益的分配問題,這些統一的產品部署、建設、運營、架構無法展開。當前IT研究人員對于網絡業務的應用創新層出不窮,但是對于網絡技術本身的創新卻很少。虛擬網絡就是在這種情況下產生的,其原理是:從一個異構的網絡那里,其每個網絡服務的提供商都出讓一小部分的資源,根據自身的特點建立起虛擬的網絡,從而實現資源利用率的提高,網絡設備狀態的感知和配置,從而實現網絡多業務的發展需求。虛擬網絡使網絡服務的提供商和基礎設施的提供商分隔開來,對網絡中的鏈路資源和節點資源進行有效地動態調整,使網絡資源得到高效利用,從而達到降低成本,提高服務質量的目的。虛擬網絡業務模型主要有3個實體組成:基礎設施提供商、網絡服務運營商和終端網絡用戶。其虛擬網絡業務模型如圖1所示。圖1網絡虛擬化業務模型近幾年來,由于網絡虛擬化帶來的收益越來越大,人們通過虛擬網絡獲得了巨大的益處,全世界對于網絡虛擬化的研究熱潮已經到來。為了迎合未來網絡發展的需求,歐美國家、日本等一些發達的國家已經在網絡虛擬的研發方面走在了世界的前列,并取得了巨大的研究成果,也給我們的研發提供了參考。例如美國猶他大學研發的Emulab網絡仿真系統,可以通過WEB界面對網絡進行有效靈活的配置,并且指定其網絡拓撲結構,可對資源進行自動化分配。歐盟的4WARD項目可以有效地提高歐洲互聯網企業的競爭能力,對于克服現有的僵化問題有著積極的作用,并且提供互助協作的網絡架構及未來的發展趨勢。

網絡故障及診斷探針站部署算法

在網絡中,如何監測出網絡故障,主要通過獲取網絡設備中實時狀態。在網絡虛擬化的環境下,其收集的狀態信息參數由于動態性而無法保證其完整性。探針式部署也是需要一定的成本,所以在部署的時候,要充分考慮其性價比,并不是探針站部署的越多越好,在保證其網絡正常監控的情況下,以盡可能少的探針站數量來滿足需求。在網絡高速發展的今天,網絡的穩定性已經成為人們評價某一網絡性能的主要指標,為了保證網絡的正常運行,網絡故障的診斷顯得尤為重要。虛擬化網絡的益處是明顯的,但是隨著網絡虛擬化的使用,一些新的問題開始出現,例如:虛擬化技術無形之中占據了一部分資源(帶寬),另外,虛擬化網絡的構建可能比現實中的網絡更為復雜,特別是在節點的設置方面,這讓本來沒有可能出錯的問題,由于節點的設置問題而報錯,從而影響工作人員的正常判斷。網絡的不斷擴張性、動態性、復雜性等一些特點對于虛擬網絡進行故障診斷來說是當前面對的最大困難。在當前的網絡虛擬化環境下,任何一種算法面對的都將是一個全新的網絡環境,在虛擬網絡和物理網絡之間通過資源映射的方式使之信息共享。對于虛擬網絡來說,能夠檢測出物理網絡中的所有節點,虛擬網絡的節點不可能對于物理網絡中的所有節點都進行映射,對于某個映射的節點,其表示相鄰的節點也能夠被查找到,假如某個節點沒有被映射,并且無法通過映射的節點關聯查找到,那么這個節點被稱之為陰影節點。圖2為網絡虛擬化探針部署的示例圖。圖2網絡虛擬化探針部署方案示例在本文中,我們以XW來表示虛擬網絡,以XJ表示虛擬網絡中節點的集合,XL表示其虛擬網絡中虛擬鏈路的集合。用WW表示物理網絡,以WJ表示虛擬網絡中相對應的物理網絡節點的集合,WL表示物理網絡中鏈路的集合,在此我們還需要定義一下映射節點的集合YJ,其中YJAWJ。探針站集合用TJZ表示,它屬于WJ。根據圖2所示,XJ={A,B,C,D,E},WJ={1,2,3,4,5,6,7,8},YJ={1,3,5,6,8}。本例中,所有的節點都能夠被檢測到,不存在陰影節點。在描述算法以前,首先需要介紹一下對虛擬網絡整體部署結果產生影響的因素。對于虛擬網絡來說,其影響的主要因素有以下幾種:依賴關系,是從虛擬網絡中的某一個節點出發,從而查找到另外一節點的概率;獨立路徑概率,它是在依賴關系的基礎上計算得出的;故障數量,當網絡出現兩個及兩個以上的故障時,需要通過多個探測站點參與進來;鄰居節點及節點的度。

算法描述

假設虛擬網絡最多發生n個網絡故障,從YJ中提取數量最少的一組探測站點,以滿足對節點度數為d=n的節點,存在t個探測路徑。在算法中,要不斷地減少陰影節點的數量,直至不存在陰影節點為止。首先,假設映射節點YJ中的所有節點均為陰影節點,將探測站點集合初始化為空,第1個找到的節點為集合中度數最大的節點,然后以該節點為出發點,依次查找其下一個合適的節點,以確保所選節點的陰影節點最少,直至沒有陰影節點為止。其具體的算法描述如下:

本文針對虛擬網絡的故障探測及診斷算法展開研究,通過介紹網絡虛擬化,對其探測和診斷算法進行描述,根據虛擬網絡特點,設計出網絡故障探測站部署算法,并給出了算法的具體描述,由于篇幅所限,難免有不足之處,請見諒。參考文獻:[1]齊寧,汪斌強,王志明.可重構服務承載網容錯構建算法研究[J].電子與信息學報,2012,12(2):27-28.[2]韓言妮,覃毅芳,慈松.未來網絡虛擬化關鍵技術研究[J].中興通訊技術,2011,16(2):45-47.

本文作者：王化工作單位：南京工程高等職業學校,