【摘要】：近年來(lái),隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類(lèi)型和數(shù)量的增長(zhǎng),傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備的種類(lèi)和數(shù)量快速增加,企業(yè)需要巨額資金購(gòu)買(mǎi)和部署網(wǎng)絡(luò)功能;此外,不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常來(lái)自于不同的供應(yīng)商,企業(yè)需要配備龐大的專(zhuān)用設(shè)備管理人才,由此導(dǎo)致設(shè)備的維護(hù)成本增加。為了應(yīng)對(duì)以上問(wèn)題,網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Functions Virtualization,NFV)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,經(jīng)過(guò)虛擬化技術(shù)處理,NFV將傳統(tǒng)在專(zhuān)用設(shè)備上實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能統(tǒng)一采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的交換機(jī)、服務(wù)器和存儲(chǔ)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本大大降低,提高了網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。但是在NFV技術(shù)廣泛應(yīng)用的同時(shí)也帶來(lái)一系列問(wèn)題,系統(tǒng)的性能依賴(lài)于通用處理器的性能,在處理一些消耗計(jì)算資源較大的業(yè)務(wù)時(shí),難以滿足業(yè)務(wù)需求。為了克服以上問(wèn)題,本文開(kāi)展以下兩方面研究。一、為了提高NFV架構(gòu)的性能,本研究從硬件底層出發(fā)提出了靈活高效的硬件加速方案。對(duì)于部分原來(lái)部署在通用服務(wù)器上的功能模塊,本研究通過(guò)通用加速器件——現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field—Programmable Gate Array,FPGA)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,本研究搭建了FPGA加速平臺(tái),同時(shí)部署了典型的計(jì)算密集型功能——硬件數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)加密算法、典型的網(wǎng)絡(luò)密集型功能——硬件虛擬交換機(jī)(Open Virtual Switch,OVS),系統(tǒng)通過(guò)控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流經(jīng)不同的功能模塊,從而實(shí)現(xiàn)加速模塊的調(diào)用。經(jīng)測(cè)試表明,硬件OVS的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延最低可達(dá)68納秒(對(duì)應(yīng)幀長(zhǎng)為64字節(jié)下),遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于軟件OVS以及基于軟件的加速方案,可知硬件加速平臺(tái)在性能上具有巨大優(yōu)勢(shì)。此外,本研究通過(guò)FPGA部分重配置技術(shù)來(lái)部署新的功能模塊,實(shí)現(xiàn)了硬件加速模塊的靈活部署,同時(shí)有效的節(jié)約了硬件資源。二、在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景中,NFV中的硬件加速模塊需要與其他部署在通用處理器上的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能(Virtual Network Function,VNF)構(gòu)成功能服務(wù)鏈,協(xié)同為業(yè)務(wù)提供服務(wù),硬件加速模塊和VNF的部署位置會(huì)影響服務(wù)鏈的端到端傳輸時(shí)延,從而影響業(yè)務(wù)的整體時(shí)延,因此本研究針對(duì)含有硬件加速模塊的NFV架構(gòu)提出了 VNF的遷移算法,通過(guò)虛擬機(jī)的遷移改變VNF的實(shí)際部署位置,從而降低服務(wù)鏈的傳輸時(shí)延,本研究通過(guò)遺傳算法規(guī)劃虛擬機(jī)的遷移,仿真結(jié)果表明,所有服務(wù)鏈的傳輸時(shí)延之和降低了86.4%。綜上所述,本研究提出了基于FPGA的靈活硬件加速方案,有效降低了業(yè)務(wù)處理時(shí)延;并且對(duì)含有硬件模塊的NFV架構(gòu)提出了合適的虛擬機(jī)遷移算法,降低了業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延。本研究從以上兩方面實(shí)現(xiàn)NFV的加速。
【圖文】：

Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＮＦＶＩ）、虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（ＶｉｒｔｕａｌＮｅｔｗｏｒｋＦｕｎｃｔｉｏｎ，邋ＶＮＦ）、網(wǎng)絡(luò)功逡逑能虛擬化管理和編排（ＭａｎａｇｅｍｅｎｔＡｎｄＮｅｔｗｏｒｋＯｒｃｈｅｓｔｒａｔｉｏｎ，ＭＡＮＯ）邋［ｎ］。三逡逑個(gè)部分的具體關(guān)系如圖１－１所示。逡逑１．

因此本研宄分別對(duì)計(jì)算密集型業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)密集型業(yè)務(wù)部署加速模塊，把逡逑不同的加速模塊部署到ＮＦＶ架構(gòu)中，在原來(lái)的ＮＦＶ架構(gòu)上構(gòu)造新的ＮＦＶ硬件逡逑加速方案。如圖２－２所示，ＮＦＶＩ為上層提供虛擬的存儲(chǔ)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)資源和加速器逡逑資源，上層應(yīng)用既可以調(diào)用基于軟件的ＶＮＦ，也可以調(diào)用硬件加速模塊，來(lái)保證逡逑高可靠性和高性能。ＶＮＦ服務(wù)提供商根據(jù)諸多方面考量來(lái)決定是否調(diào)用加速模逡逑塊，例如業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的要求，服務(wù)性?xún)r(jià)比等。與此同時(shí)，本研究通過(guò)軟件定義網(wǎng)逡逑絡(luò)（Ｓｏｆｔｗａｒｅ邋Ｄｅｆｉｎｅｄ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＳＤＮ）將設(shè)備的控制層面和轉(zhuǎn)發(fā)層面分離，實(shí)現(xiàn)逡逑１１逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP393.01

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本文編號(hào)：2626688