【摘要】：網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速發(fā)展刺激了新協(xié)議和算法的發(fā)展,以滿(mǎn)足通信能力不斷增長(zhǎng)的需要。發(fā)展和評(píng)估這些協(xié)議和算法需要進(jìn)行相當(dāng)數(shù)量的仿真和測(cè)試。通過(guò)對(duì)比實(shí)物測(cè)試、模擬和網(wǎng)絡(luò)仿真各自的特點(diǎn),可以看出網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)具備較強(qiáng)的適用性且其成本和效率方面能夠達(dá)到一個(gè)相對(duì)良好的平衡。利用云平臺(tái)(如OpenStack)的管理VM(Virtual Machine,虛擬機(jī))和虛擬網(wǎng)絡(luò),搭建適用性、可擴(kuò)展性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)仿真測(cè)試系統(tǒng)成為一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。云平臺(tái)(OpenStack)因其并非為網(wǎng)絡(luò)仿真而設(shè)計(jì),只能提供虛擬實(shí)例之間三層網(wǎng)絡(luò)鏈路管理的功能。而真實(shí)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中節(jié)點(diǎn)種類(lèi)繁多,仿真大型可編程交換設(shè)備的需求難以實(shí)現(xiàn)(包括異構(gòu)的硬件架構(gòu)),解決這個(gè)問(wèn)題成為了本論文的研究重點(diǎn)。通過(guò)研究OpenStack云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的實(shí)現(xiàn)原理,本論文提出了自主研發(fā)軟件模塊直接控制虛擬化層的思路,基于Linux Bridge虛擬交換機(jī)和VXLAN隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛擬實(shí)例間的二層通信鏈路。概括起來(lái),本論文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)仿真測(cè)試系統(tǒng)(仿真測(cè)試云),能夠?yàn)橛脩?hù)、科研團(tuán)隊(duì)提供網(wǎng)絡(luò)仿真即服務(wù)(Network Emulation as a Service,NEaaS);基于KVM虛擬機(jī)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了仿真二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的方案;在OpenStack平臺(tái)中結(jié)合Docker容器設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)容器仿真二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的方案;實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)設(shè)備的仿真并部署實(shí)現(xiàn)了仿真交換機(jī)的VLAN功能測(cè)試;對(duì)整個(gè)技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行性能、容量等方案的測(cè)試后進(jìn)行整體評(píng)估。通過(guò)對(duì)解決方案的功能測(cè)試和性能評(píng)估,可以看出仿真測(cè)試云中仿真節(jié)點(diǎn)的性能特性(操作系統(tǒng),硬件配置,鏈路參數(shù))能夠有效對(duì)應(yīng)于真實(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,也能夠做到支持用戶(hù)直接在仿真節(jié)點(diǎn)上部署測(cè)試網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及真實(shí)流量應(yīng)用軟件,同時(shí)又具備能夠快速構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�、靈活配置等特點(diǎn),并且能高效利用物理計(jì)算機(jī)的硬件資源,降低網(wǎng)絡(luò)仿真的成本。基于云平臺(tái)的二層網(wǎng)絡(luò)仿真功能的實(shí)現(xiàn)大幅提高仿真測(cè)試云的適用性,使得仿真測(cè)試云的應(yīng)用場(chǎng)景更加廣泛,可用于如天地一體換網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò),電信骨干網(wǎng)等場(chǎng)景的仿真測(cè)試與軟件評(píng)估中,因此本論文的研究對(duì)于基于云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)仿真領(lǐng)域有一定的研究意義。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.9;TN915.0
【圖文】：

由于容器的高效，Emulab 對(duì)可擴(kuò)展性有很好的支持。雖然 Emulab 中引入的這些技術(shù)不是現(xiàn)在最新的，但其設(shè)計(jì)理念仍然對(duì)目前研究人員設(shè)計(jì)大型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有參考意義[9]。CloudLab 是一種允許用戶(hù)例構(gòu)建自定義云的試驗(yàn)平臺(tái)。雖然用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)并且控制分配的資源，但很難在特定拓?fù)渖蠝y(cè)試或評(píng)估不同的 SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）路由策略及其對(duì)虛擬機(jī)性能的影響。而且，由于缺乏對(duì)環(huán)境的控制，難以重復(fù)實(shí)驗(yàn)并比較針對(duì)不同場(chǎng)景的替代解決方案。另一方面，在研究人員和開(kāi)發(fā)人員在社區(qū)都在盡力嘗試為 OpenStack 增強(qiáng)重要功能，為了更好的支持例如網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化或云端物聯(lián)網(wǎng)等。但是，那些開(kāi)發(fā)人員通常沒(méi)有機(jī)會(huì)訪(fǎng)問(wèn)大型云基礎(chǔ)設(shè)施以測(cè)試其方案。因此，應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)并加速研究這個(gè)重要的領(lǐng)域，必須提供可定制的和控制的云實(shí)驗(yàn)環(huán)境。主要需要有以下特點(diǎn)：1. 研究新算法的影響和實(shí)際應(yīng)用程序的性能，以及能夠使得網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可在虛擬機(jī)內(nèi)部運(yùn)行；2. 直流網(wǎng)絡(luò)特性，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和后臺(tái)流量應(yīng)完全可定制；3. 云基礎(chǔ)架構(gòu) OpenStack 的原有標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該得到支持。

第一章 緒論執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)和通過(guò)在虛擬機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的真實(shí)應(yīng)用程序研究新算法和協(xié)議對(duì)性的影響。通過(guò)這樣的方法，實(shí)驗(yàn)者可以研究例如關(guān)于實(shí)際應(yīng)用程序性能的新虛擬遷移策略，通過(guò)大規(guī)模仿真的內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，測(cè)試使用新路由協(xié)議或流量控制功能影響、SDN 對(duì)虛擬機(jī)間和云管理流量的影響、不同的 DC 拓?fù)浜驮票尘傲髁康挠眯阅�。所有的�?shí)驗(yàn)只需要一個(gè)最小的物理 OpenStack 節(jié)點(diǎn)集（例如控制器，個(gè)網(wǎng)絡(luò)和兩個(gè)或三個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)）和一個(gè)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)仿真器的單獨(dú)節(jié)點(diǎn)（也可以由于伸縮性原因而分發(fā)）和 SDN 控制器組成[10]。ScientificCloud 基于 OpenStack，不可否認(rèn)，OpenStack 有很多替代品，無(wú)是在開(kāi)源還是商業(yè)領(lǐng)域：Eucalyptus，CloudStack，Joyent，OpenNebula 和專(zhuān)業(yè)云務(wù)的先驅(qū)者，如亞馬遜和 VMware。其選擇 OpenStack 的動(dòng)機(jī)有幾個(gè)因素：其一個(gè)是積極的開(kāi)發(fā)，每半年發(fā)布一次新版本，其他原因包括：更少的開(kāi)銷(xiāo)，更好可擴(kuò)展性和開(kāi)源性。圖 1-2 描繪了其原型云的設(shè)計(jì)。

用計(jì)算資源的科學(xué)實(shí)驗(yàn)手段。在這些云上執(zhí)行了幾個(gè)仿真和應(yīng)用程團(tuán)隊(duì)就能夠衡量在云平臺(tái)上運(yùn)行這些仿真的性能，從而評(píng)估云上科學(xué)計(jì)[16]�？蒲腥藛T得出結(jié)論，云是科學(xué)仿真的完美環(huán)境。據(jù)觀察，虛擬化所增加的對(duì)通信的干擾和其他延遲是在云上執(zhí)行科學(xué)計(jì)主要障礙[13][17]。云計(jì)算社區(qū)正在努力解決這些問(wèn)題，并且在過(guò)去幾年中提出了許多有趣的解決方案[17] [18]。在一個(gè)名為 Simulation Platform as a Service（SimPaaS）的項(xiàng)目中，研究?jī)蓚�(gè)技術(shù)領(lǐng)域結(jié)合起來(lái)：云計(jì)算和科學(xué)仿真，有時(shí)也稱(chēng)為科學(xué)計(jì)算或高性HPC）。云計(jì)算是一種相對(duì)較新的計(jì)算范例，由網(wǎng)格計(jì)算和效用計(jì)算概念。云具備高可擴(kuò)展性，靈活性，成本效益，節(jié)能以及能滿(mǎn)足現(xiàn)代應(yīng)用程序的計(jì)算需求的好處，加上相對(duì)用戶(hù)友好使其成為解決科學(xué)界計(jì)算挑戰(zhàn)的力的模型。不需構(gòu)建自己的云環(huán)境的研究小組就不需要自己提供和維護(hù) 構(gòu)，而是依靠云計(jì)算服務(wù)來(lái)滿(mǎn)足他們的需求。但是他們也可以構(gòu)建自己的務(wù)，這些服務(wù)可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，使他們能夠定制和優(yōu)化云資源的利用率科學(xué)仿真[11]。圖 1-3 顯示了此類(lèi)服務(wù)如何適用于云環(huán)境。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2743607