網絡虛擬化使多個虛擬網絡以邏輯隔離的形式運行在相同的物理網絡中,用戶可以在虛擬網絡中部署網絡服務。網絡功能虛擬化將硬件網絡功能以軟件化的形式運行在通用的服務器、交換機或存儲設備等。虛擬網絡功能在網絡中以服務功能鏈的方式靈活部署、動態(tài)調度,可以極大地降低網絡服務的運行成本。研究在網絡虛擬化環(huán)境中編排服務功能鏈具有重要的理論意義和應用價值。在網絡虛擬化環(huán)境中編排服務功能鏈包含虛擬網絡映射與服務功能鏈編排兩個階段,其中虛擬網絡映射為帶有節(jié)點和鏈路資源約束的虛擬網絡請求劃分物理資源,服務功能鏈編排在劃分的虛擬網絡中部署特定需求的網絡服務。目前網絡虛擬化環(huán)境下服務功能鏈編排方法尚存在以下局限性:(1)運行在虛擬網絡中的服務功能鏈使用SDN技術完成業(yè)務流引導,SDN設備的流表資源有限,現(xiàn)有的虛擬網絡映射沒有考慮此特點;(2)現(xiàn)有服務功能鏈編排方法在網絡功能資源利用率與網絡服務可靠性等方面均有待提升;(3)現(xiàn)有的編排方法沒有深入探究抽象物理節(jié)點的具體拓撲形式對虛擬網絡功能部署產生的影響。針對以上存在的問題,本文的研究內容如下:(1)針對SDN網絡中流表資源受限導致的虛擬網絡映射接收率低的問題,設計了一種滿足流表資源限制的虛擬網絡映射機制。首先,通過優(yōu)先映射帶寬資源需求量大的虛擬鏈路與該鏈路兩端的虛擬節(jié)點,降低虛擬網絡映射的帶寬與流表資源消耗。其次,虛擬網絡映射完成后,為虛擬網絡選擇通信時延低的控制器節(jié)點。仿真實驗表明,所提出機制可以有效降低了虛擬網絡映射的資源開銷,提高了虛擬網絡映射接受率。(2)針對網絡服務運行成本高且網絡功能資源利用率低的問題,提出一種開銷敏感的服務功能鏈編排機制。首先,綜合考慮了服務功能鏈編排產生的虛擬網絡功能與帶寬資源消耗,在虛擬網絡功能計算資源充足的條件下,允許其同時處理多條服務功能鏈的業(yè)務流以提高網絡功能的資源利用率。其次,為了保證網絡服務的服務質量,嚴格控制物理節(jié)點的計算資源負載不超過閾值。實驗表明,所提出機制在保證服務質量的同時,有效降低了服務功能鏈編排的資源開銷,提高了虛擬網絡功能的資源利用率。(3)針對虛擬網絡功能故障概率高難以滿足網絡服務可靠性需求的問題,提出一種可靠性保障且資源開銷低的服務功能鏈編排機制。所提出機制包含服務功能鏈編排與虛擬網絡功能備份兩個階段。首先,將服務功能鏈編排建模成隱馬爾可夫模型,使用維特比算法輸出可靠性高且資源開銷低的編排方案。其次,基于備份資源消耗與系統(tǒng)可靠性提升量化虛擬網絡功能的節(jié)點重要度,備份重要節(jié)點以減少備份資源消耗。仿真實驗表明,所提出機制在滿足網絡服務可靠性需求的前提下,使用了較少的虛擬網絡功能與帶寬資源。(4)針對數(shù)據(jù)密集型網絡服務在數(shù)據(jù)中心內消耗大量帶寬資源的問題,提出了一種面向數(shù)據(jù)中心拓撲的虛擬網絡功能部署策略。首先,將相互通信的虛擬網絡功能組成的服務功能圖構建成最小割樹并設計了子樹部署算法。其次,分析了三種常見數(shù)據(jù)中心拓撲(樹型、VL2和胖樹)的路由轉發(fā)策略,按照從頂層至底層的順序遞歸調用子樹部署算法,直至將虛擬網絡功能部署到服務器中。仿真實驗表明,所提出策略可以減少數(shù)據(jù)中心內虛擬網絡功能通信的帶寬資源消耗,降低網絡服務運行的經濟成本。
【學位單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP393.01
【部分圖文】：

第七章作為結束語，總結了本文的研宄成果和存在的不足，并提出下一步的逡逑研宄方向。逡逑本文各章之間的邏輯關系可以用圖１－１表示。第一章為全文概述，第二章介逡逑紹了網絡虛擬化環(huán)境下服務功能鏈編排問題及其研究現(xiàn)狀。第三章介紹了滿足流逡逑表資源限制的虛擬網絡映射機制，為網絡服務運行提供了虛擬網絡環(huán)境保障。第逡逑四章與第五章從不同的角度出發(fā)，在多數(shù)據(jù)中心網絡中編排ＳＦＣ。其中，第四章逡逑從資源消耗的角度出發(fā)，提出開銷敏感的服務功能鏈編排機制；第五章從網絡服逡逑務可靠性的角度出發(fā)，提出可靠性保障的服務功能鏈編排機制。第六章深入抽象逡逑物理節(jié)點內部，研宄面向數(shù)據(jù)中心拓撲的虛擬網絡功能部署策略。最后，在第七逡逑章中對全文內容進行總結，并展望未來研宄工作。逡逑７逡逑

由虛擬節(jié)點和虛擬鏈路共同構成。網絡虛擬化對基礎設施資源進行抽象、分逡逑配和隔離，使部署在虛擬網絡中的網絡服務可以獨立地運行，最終實現(xiàn)網絡即服逡逑務的思想［４８］。圖２－１展示了邋ＩＴＵ－Ｔ標準Ｙ．３０１１設計的網絡虛擬化體系架構，該逡逑架構將從底層向頂層將網絡結構劃分為四層：基礎設施層、虛擬資源層、虛擬網逡逑絡層和網絡服務層［４９］。下面分別對這四層進行簡要介紹：逡逑眺柋逡逑虛擬網絡１邋＿＿＿＿＿Ｌ氣擬網絡２邋Ｊ＿邐＼逡逑：虛擬網絡＼０窗疆｜逡逑虛＿絡層（＾＾‘＾１[緙輻H

本文編號：2829115