第 1 章 緒論

1.1 研究背景與意義

近年來，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，云計算以其方便快速地為用戶提供計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等資源受到了廣泛的關(guān)注，隨著物理資源虛擬化技術(shù)的飛速發(fā)展云計算技術(shù)應(yīng)運而生。它將網(wǎng)絡(luò)作為云計算平臺的主干架構(gòu)，能夠針對不同的用戶需求提供不同的付費使用資源。正是得益于它這種靈活的資源分配屬性，使得用戶在使用過程中按需使用資源，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了資源的使用。同時云計算將數(shù)據(jù)集中的存放，最新的存儲備份技術(shù)使得數(shù)據(jù)的安全性相對于用戶硬盤存放數(shù)據(jù)有了巨大提高。用戶可以放心的在云平臺內(nèi)存放數(shù)據(jù)，不必擔心數(shù)據(jù)的丟失，只需連接互聯(lián)網(wǎng)就能的獲取所需數(shù)據(jù)也極大的方便了用戶。云計算技術(shù)也將計算資源提供帶到一個新的高度，用戶可以靈活的獲取你所需要的計算資源，還能夠滿足大規(guī)模計算資源的使用。云計算能夠為用戶提供的靈活、強大的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源，也使其等到了快速的推廣，已經(jīng)影響了我們的日常生活。

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1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，IT 行業(yè)也經(jīng)歷了三次重要的變革。第一次以 PC 為核心，主要解決信息本地處理的問題，但也存在信息交互率低的缺點；第二次以互聯(lián)網(wǎng)為核心，它將 PC 作為接入終端使用 Internet，大型互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商不斷建設(shè)新的數(shù)據(jù)中心以滿足海量數(shù)據(jù)處理和存儲的需求，其中處理和存儲也就是云的主要功能，Google 建立了全球最大的數(shù)據(jù)中心分布式技術(shù)逐漸成熟；而第三次 IT 革命就是以云計算為核心。近幾年來云計算有了蓬勃的發(fā)展，現(xiàn)在的云計算已經(jīng)變得如同石油和天然氣一樣具重要的意義。它對用戶具有很強的吸引力，因為它可以提供靈活和可定制的各種計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲資源。云計算節(jié)省了用戶的硬件設(shè)施投資成本，使其更專注于業(yè)務(wù)的差異化發(fā)展而不是基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)、低成本的計算、本地可用的存儲設(shè)備和已經(jīng)廣泛的虛擬化硬件都導(dǎo)致了云計算的高速增長。如今有很多的云平臺軟件可以選擇，例如 OpenStack、CloudStack、OpenNebula。

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第 2 章 基本理論

2.1 云計算與 OpenStack 

本節(jié)首先介紹云計算的基本知識，包括基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）；然后詳細介紹了 IaaS 的開源平臺 OpenStack。云是一個抽象的概念，它是指將大量的設(shè)備通過一個“虛擬化技術(shù)”，即大量服務(wù)器資源整合成在一起的技術(shù)，使其具有協(xié)調(diào)一致的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等能力，這些整合在一起的設(shè)備以及其所具備的功能就抽象化叫做云。它通過將計算等資源服務(wù)化將傳統(tǒng)的計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等功能通過網(wǎng)絡(luò)形式交付給用戶，這種服務(wù)也類似于電力服務(wù)模式，即用多少付多少。這種利用多機虛擬化技術(shù)將大量空間上分散布局的服務(wù)器整合在一起后可以達到統(tǒng)一調(diào)配、協(xié)同完成甚至超大量的運算、存儲任務(wù)。

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2.2 Neutron 項目介紹

Neutron 在 OpenStack 中的功能定位就是為整個云平臺提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，它的發(fā)展也經(jīng)歷了兩個不同階段。在 OpenStack 的早期的版本，云平臺的虛擬網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)和管理都是由早期的 Nova 項目來實現(xiàn)，當時項目命名 Nova-network。Nova-network 項目沒有像后來的 Neutron 將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)單獨部署到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，提供簡單的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能和二層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。但是隨著 OpenStack 云平臺使用的范圍越來越廣、規(guī)模越來越大所需求的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能也日趨復(fù)雜，Nova-network 項目不能適應(yīng)這些高級網(wǎng)絡(luò)功能的需求。OpenStack 社區(qū)孵化了一個單獨的網(wǎng)絡(luò)項目，稱為 Quantum，后來由于名稱的版權(quán)問題，更名為 Neutron。

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第 3 章 DVR 網(wǎng)絡(luò)流量路徑研究...............19

3.1 傳統(tǒng)集中式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析...............19

3.2 DVR 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究...............20

第 4 章 基于 DVR 的流量統(tǒng)計設(shè)計實現(xiàn)...............27

4.1 統(tǒng)計原理...............27

4.2 系統(tǒng)整體構(gòu)建...............28

第 5 章實驗與分析...............39

5.1 實驗環(huán)境與步驟...............39

5.2 實驗結(jié)果分析...............40

第 5 章實驗與分析

5.1 實驗環(huán)境與步驟

實驗中將搭建 DVR 架構(gòu)的 OpenStack 環(huán)境，所用代碼基于 Mitaka 版本。實驗總共使用了四臺物理服務(wù)器，，包括計算節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和控制節(jié)點。為了節(jié)省實驗的服務(wù)器數(shù)量，將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點服務(wù)和控制節(jié)點都放在同一臺物理主機上。具體的物理服務(wù)器配置如下表 5.1 所示。首先在傳統(tǒng)集中式的架構(gòu)下測試網(wǎng)絡(luò)流量的性能。需要創(chuàng)建兩個子網(wǎng)網(wǎng)段分別為192.168.60.0/24 和 192.168.80.0/24。實驗網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓撲圖如圖 5.1 所示：在實驗中傳統(tǒng)的集中式架構(gòu)下，分別在兩個子網(wǎng)下創(chuàng)建若干虛擬機。由于這些不同子網(wǎng)的虛擬機可能分布在同一臺物理服務(wù)器上，實驗選取不子網(wǎng)在不同服務(wù)器上的虛擬機進行測試。多臺虛擬機在不同子網(wǎng)下同時訪問來測試當前的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

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5.2 實驗結(jié)果分析

在圖 5.2 中所示 X 軸表示測試次數(shù)，Y 軸表示網(wǎng)絡(luò)的帶寬總和。在實驗中將多臺虛擬機同時相互用 Iperf 軟件來發(fā)送流量包，再將每一個虛擬機上得到的帶寬進行相加就得到了總的帶寬數(shù)據(jù)。從圖中的測試結(jié)果來看，所有的虛擬機帶寬相加的平均帶寬為 88.21Mbps 與交換機的 100Mbps 網(wǎng)口相比帶寬的利用率約為 88%。故總的帶寬使用率受限于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的網(wǎng)口帶寬性能。在傳統(tǒng)集中架構(gòu)測試完成后將 OpenStack 平臺切換成 DVR 模式后，同樣創(chuàng)建兩個子網(wǎng)分別創(chuàng)建 5 臺虛擬機。選擇其中分布在不同子網(wǎng)和服務(wù)器上的虛擬機相互使用Iperf 發(fā)送流量包，計算此時流量的總帶寬。

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總結(jié)

隨著云計算的商用規(guī)模越來越大、應(yīng)用范圍越來越廣，OpenStack 推出的 DVR架構(gòu)得到了更加廣泛的關(guān)注。DVR 架構(gòu)一定程度上解決了大流量、大帶寬以及高可用性的需求。但是云平臺在 DVR 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下將帶來復(fù)雜的流量路徑，流量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計也變得困難。本文針對 DVR 網(wǎng)路架構(gòu)下復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)流量路徑以及流量統(tǒng)計的困難兩個問題展開了研究，并開發(fā)了一套在 DVR 架構(gòu)下統(tǒng)計虛擬機綁定浮動 IP 后訪問外網(wǎng)流量的流量統(tǒng)計系統(tǒng)。本文從介紹云計算的基本概念到最終得出研究結(jié)果，主要作了以下幾部分的工作：（1）研究了云計算的基本概念，梳理了云計算與 OpenStack 之間的關(guān)系。（2）介紹了 Neutron 為云平臺提供的二層到七層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，詳細分析了 Neutron的整個服務(wù)框架以及重要的服務(wù)功能。

參考文獻（略）

本文編號：790860