【摘要】：網(wǎng)絡通訊技術(shù)的快速發(fā)展刺激了新協(xié)議和算法的發(fā)展,以滿足通信能力不斷增長的需要。發(fā)展和評估這些協(xié)議和算法需要進行相當數(shù)量的仿真和測試。通過對比實物測試、模擬和網(wǎng)絡仿真各自的特點,可以看出網(wǎng)絡仿真技術(shù)具備較強的適用性且其成本和效率方面能夠達到一個相對良好的平衡。利用云平臺(如OpenStack)的管理VM(Virtual Machine,虛擬機)和虛擬網(wǎng)絡,搭建適用性、可擴展性強的網(wǎng)絡仿真測試系統(tǒng)成為一個優(yōu)秀的解決方案。云平臺(OpenStack)因其并非為網(wǎng)絡仿真而設計,只能提供虛擬實例之間三層網(wǎng)絡鏈路管理的功能。而真實網(wǎng)絡場景中節(jié)點種類繁多,仿真大型可編程交換設備的需求難以實現(xiàn)(包括異構(gòu)的硬件架構(gòu)),解決這個問題成為了本論文的研究重點。通過研究OpenStack云平臺網(wǎng)絡虛擬化的實現(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虛擬交換機和VXLAN隧道技術(shù)實現(xiàn)了虛擬實例間的二層通信鏈路。概括起來,本論文設計并實現(xiàn)基于云平臺的網(wǎng)絡仿真測試系統(tǒng)(仿真測試云),能夠為用戶、科研團隊提供網(wǎng)絡仿真即服務(Network Emulation as a Service,NEaaS);基于KVM虛擬機設計并實現(xiàn)了仿真二層網(wǎng)絡設備的方案;在OpenStack平臺中結(jié)合Docker容器設計并實現(xiàn)容器仿真二層網(wǎng)絡設備的方案;實現(xiàn)了異構(gòu)設備的仿真并部署實現(xiàn)了仿真交換機的VLAN功能測試;對整個技術(shù)路線進行性能、容量等方案的測試后進行整體評估。通過對解決方案的功能測試和性能評估,可以看出仿真測試云中仿真節(jié)點的性能特性(操作系統(tǒng),硬件配置,鏈路參數(shù))能夠有效對應于真實網(wǎng)絡設備,也能夠做到支持用戶直接在仿真節(jié)點上部署測試網(wǎng)絡協(xié)議及真實流量應用軟件,同時又具備能夠快速構(gòu)建網(wǎng)絡拓撲、靈活配置等特點,并且能高效利用物理計算機的硬件資源,降低網(wǎng)絡仿真的成本�；谠破脚_的二層網(wǎng)絡仿真功能的實現(xiàn)大幅提高仿真測試云的適用性,使得仿真測試云的應用場景更加廣泛,可用于如天地一體換網(wǎng)絡、自組織網(wǎng)絡、無線傳感器網(wǎng)絡,電信骨干網(wǎng)等場景的仿真測試與軟件評估中,因此本論文的研究對于基于云平臺的網(wǎng)絡仿真領域有一定的研究意義。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.9;TN915.0
【圖文】：

由于容器的高效，Emulab 對可擴展性有很好的支持。雖然 Emulab 中引入的這些技術(shù)不是現(xiàn)在最新的，但其設計理念仍然對目前研究人員設計大型實驗平臺有參考意義[9]。CloudLab 是一種允許用戶例構(gòu)建自定義云的試驗平臺。雖然用戶可以訪問并且控制分配的資源，但很難在特定拓撲上測試或評估不同的 SDN（軟件定義網(wǎng)絡）路由策略及其對虛擬機性能的影響。而且，由于缺乏對環(huán)境的控制，難以重復實驗并比較針對不同場景的替代解決方案。另一方面，在研究人員和開發(fā)人員在社區(qū)都在盡力嘗試為 OpenStack 增強重要功能，為了更好的支持例如網(wǎng)絡功能虛擬化或云端物聯(lián)網(wǎng)等。但是，那些開發(fā)人員通常沒有機會訪問大型云基礎設施以測試其方案。因此，應對這些挑戰(zhàn)并加速研究這個重要的領域，必須提供可定制的和控制的云實驗環(huán)境。主要需要有以下特點：1. 研究新算法的影響和實際應用程序的性能，以及能夠使得網(wǎng)絡協(xié)議可在虛擬機內(nèi)部運行；2. 直流網(wǎng)絡特性，拓撲結(jié)構(gòu)和后臺流量應完全可定制；3. 云基礎架構(gòu) OpenStack 的原有標準應該得到支持。

第一章 緒論執(zhí)行網(wǎng)絡實驗和通過在虛擬機內(nèi)部運行的真實應用程序研究新算法和協(xié)議對性的影響。通過這樣的方法，實驗者可以研究例如關于實際應用程序性能的新虛擬遷移策略，通過大規(guī)模仿真的內(nèi)部的網(wǎng)絡，測試使用新路由協(xié)議或流量控制功能影響、SDN 對虛擬機間和云管理流量的影響、不同的 DC 拓撲和云背景流量的用性能。所有的實驗只需要一個最小的物理 OpenStack 節(jié)點集（例如控制器，個網(wǎng)絡和兩個或三個計算節(jié)點）和一個運行網(wǎng)絡仿真器的單獨節(jié)點（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，OpenStack 有很多替代品，無是在開源還是商業(yè)領域：Eucalyptus，CloudStack，Joyent，OpenNebula 和專業(yè)云務的先驅(qū)者，如亞馬遜和 VMware。其選擇 OpenStack 的動機有幾個因素：其一個是積極的開發(fā)，每半年發(fā)布一次新版本，其他原因包括：更少的開銷，更好可擴展性和開源性。圖 1-2 描繪了其原型云的設計。

用計算資源的科學實驗手段。在這些云上執(zhí)行了幾個仿真和應用程團隊就能夠衡量在云平臺上運行這些仿真的性能，從而評估云上科學計[16]。科研人員得出結(jié)論，云是科學仿真的完美環(huán)境。據(jù)觀察，虛擬化所增加的對通信的干擾和其他延遲是在云上執(zhí)行科學計主要障礙[13][17]。云計算社區(qū)正在努力解決這些問題，并且在過去幾年中提出了許多有趣的解決方案[17] [18]。在一個名為 Simulation Platform as a Service（SimPaaS）的項目中，研究兩個技術(shù)領域結(jié)合起來：云計算和科學仿真，有時也稱為科學計算或高性HPC）。云計算是一種相對較新的計算范例，由網(wǎng)格計算和效用計算概念。云具備高可擴展性，靈活性，成本效益，節(jié)能以及能滿足現(xiàn)代應用程序的計算需求的好處，加上相對用戶友好使其成為解決科學界計算挑戰(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 構(gòu)，而是依靠云計算服務來滿足他們的需求。但是他們也可以構(gòu)建自己的務，這些服務可以在現(xiàn)場實施，使他們能夠定制和優(yōu)化云資源的利用率科學仿真[11]。圖 1-3 顯示了此類服務如何適用于云環(huán)境。

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

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本文編號：2743607