【摘要】：針對Open Stack云平臺不能準(zhǔn)確仿真虛擬鏈路性能參數(shù)的問題,提出高逼真鏈路仿真方法。通過多粒度虛擬化技術(shù)仿真虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的虛擬鏈路。根據(jù)虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信所處的計算節(jié)點(diǎn)位置不同,分別實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)內(nèi)和跨宿主機(jī)間的鏈路仿真,從而支持虛擬鏈路中帶寬、延時、丟包率性能參數(shù)的靈活配置與自動化部署。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能夠準(zhǔn)確地對虛擬鏈路性能參數(shù)進(jìn)行仿真,并且提高鏈路仿真的逼真度。
【圖文】：

湫偷耐釻縋Ｄ餛淛S2和OPNET盡管可以實(shí)現(xiàn)對鏈路性能參數(shù)的模擬，但所構(gòu)建的模擬環(huán)境不能支持實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的部署運(yùn)行，不足以支撐網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)的研制［14］。目前基于云平臺的鏈路仿真，，綜合考慮鏈路帶寬、延時、丟包率3個重要性能參數(shù)的并不多，即使考慮了鏈路物理特性，也未能考慮鏈路仿真的通用性、逼真度問題。2基于云平臺的網(wǎng)絡(luò)仿真架構(gòu)鏈路仿真基于開放云平臺，應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)仿真平臺，為虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間建立通信鏈路，使虛擬鏈路具備物理鏈路的特性。利用OpenStack云平臺提供分布式計算環(huán)境，其總體架構(gòu)如圖1所示，包括1個控制節(jié)點(diǎn)、1個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和2個計算節(jié)點(diǎn)，為虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分配計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源，基于多粒度虛擬化技術(shù)仿真虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，鏈路仿真模塊部署在計算節(jié)點(diǎn)上�；谠破脚_的鏈路仿真主要分為宿主機(jī)內(nèi)的鏈路仿真和跨宿主機(jī)間的鏈路仿真。針對宿主機(jī)內(nèi)的鏈路仿真，其數(shù)據(jù)交換發(fā)生在同一個計算節(jié)點(diǎn)上，由該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)核進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。報文暫存在內(nèi)存中，可根據(jù)虛擬網(wǎng)卡的隊列管理規(guī)則直接對報文進(jìn)行處理，提升鏈路仿真的性能。針對跨宿主機(jī)間的鏈路仿真，由于數(shù)據(jù)交換發(fā)生在不同的計算節(jié)點(diǎn)上，數(shù)據(jù)報文經(jīng)過隧道封裝后通過底層物理網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此需要研究面向數(shù)據(jù)報文的鏈路仿真模型，提升鏈路仿真的逼真度。圖1基于云平臺的網(wǎng)絡(luò)仿真總體架構(gòu)2．1虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)仿真虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)仿真主要使用主流的虛擬化技術(shù):全虛擬化和操作系統(tǒng)級虛擬化。全虛擬化需要CPU支持硬件虛擬化，在虛擬機(jī)和硬件之間增加了中間軟件層虛擬機(jī)管理程序(hypervisor)，hypervisor負(fù)責(zé)分配硬件資源和編譯虛擬機(jī)發(fā)出的指令，運(yùn)行在虛擬機(jī)上的操作系統(tǒng)無需經(jīng)過任何修改。全虛擬化技術(shù)提供最佳隔離，具有簡化遷移和安全便攜的特性

第43卷第8期張浩，劉淵，王曉鋒，等:基于云平臺的高逼真鏈路仿真研究機(jī)、路由器負(fù)責(zé)構(gòu)建動態(tài)靈活的虛擬鏈路，實(shí)現(xiàn)端到端的互聯(lián)互通。針對宿主機(jī)內(nèi)的虛擬鏈路，數(shù)據(jù)報文直接通過br-int轉(zhuǎn)發(fā)，br-int是一個普通的L2層交換機(jī)。針對跨宿主機(jī)間的虛擬鏈路，數(shù)據(jù)報文除了經(jīng)過br-int，還會經(jīng)過br-tun，br-tun是一個根據(jù)流表轉(zhuǎn)發(fā)的OpenFlow交換機(jī)，數(shù)據(jù)報文需經(jīng)過gre隧道封裝通過底層物理網(wǎng)絡(luò)傳輸，其主要目的是為了實(shí)現(xiàn)多租戶間流量的隔離。圖2基于OVS的虛擬鏈路2．3鏈路性能參數(shù)許多協(xié)議和應(yīng)用在部署到真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中會產(chǎn)生延時和丟包，因此，有必要復(fù)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)行為，仿真出真實(shí)的鏈路環(huán)境，構(gòu)建靈活、透明、逼真的虛擬鏈路。根據(jù)虛擬網(wǎng)絡(luò)中虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的多樣性和差異性，對虛擬鏈路中帶寬、延時、丟包率3個重要的性能參數(shù)進(jìn)行仿真。1)帶寬。精確的帶寬限制是影響鏈路性能的重要參數(shù)之一。在鏈路上的數(shù)據(jù)報文到達(dá)虛擬網(wǎng)卡時，基于隊列管理規(guī)則，限制網(wǎng)卡流量為指定的帶寬，過剩的流量存儲在隊列中。如果隊列已滿，那么丟棄接收到的數(shù)據(jù)報文。默認(rèn)的虛擬網(wǎng)卡隊列為FIFO隊列，只能修改隊列長度，無任何帶寬限制策略。常見的用來限制帶寬的隊列有tbf，htb，cbq。2)延時。鏈路的延時包括發(fā)送延時、傳播延時、處理延時、排隊延時。發(fā)送延時受到數(shù)據(jù)幀長度的影響;傳播延時受到傳輸介質(zhì)、傳輸距離的影響;處理延時、排隊延時受到數(shù)據(jù)報文收發(fā)速率、數(shù)據(jù)報文等待排隊的影響。針對宿主機(jī)內(nèi)的鏈路延時仿真，在數(shù)據(jù)報文出隊前，增加其在隊列中的等待時間。針對跨宿主機(jī)間的鏈路延時仿真，采用面向數(shù)據(jù)報文的鏈路仿真模型，計算出數(shù)據(jù)報文在物理鏈路中的傳播延時，對每個報文的仿真延時進(jìn)行差分補(bǔ)償。3)丟包率。當(dāng)鏈路兩端的收發(fā)報文速率相?

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