SHMC-OVX：一種基于OVX的集中式網(wǎng)絡(luò)虛擬化平臺.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)虛擬化（Network Virtualization）旨在公共的底層物理網(wǎng)絡(luò)上建立彼此相互隔離的邏輯網(wǎng)絡(luò)，每個邏輯網(wǎng)絡(luò)可以有各自獨有的地址格式、尋址策略與控制方式。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)完整的網(wǎng)絡(luò)虛擬化需要在私有封閉的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之上構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)并對其進(jìn)行控制與管理，而實現(xiàn)這一目標(biāo)需要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行一定的升級改造，同時需要構(gòu)建復(fù)雜的專用軟件。SDN是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，OpenFlow作為最典型的SDN實現(xiàn)技術(shù)，其控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、集中

2、控制、開放可編程以及其對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中層的虛擬化等特性為實現(xiàn)完整的網(wǎng)絡(luò)虛擬化提供了全新的思路。迄今為止，有大量基于OpenFlow的SDN網(wǎng)絡(luò)虛擬化平臺被提出，然而這些網(wǎng)絡(luò)虛擬化平臺分別是從某些方面實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化。
　　本文首先提出設(shè)計網(wǎng)絡(luò)虛擬化平臺要解決的基礎(chǔ)性問題：即需要實現(xiàn)的各方面的功能以及架構(gòu)的選擇。并分析了幾種最具代表性的集中式網(wǎng)絡(luò)虛擬化平臺的功能特性，其中OpenVirteX（OVX）是最近提出的一個集中式網(wǎng)絡(luò)虛擬化平臺，

3、其通過解耦物理網(wǎng)絡(luò)表示與虛擬網(wǎng)絡(luò)表示的方式實現(xiàn)了拓?fù)?、地址空間以及控制功能的虛擬化，然而OVX缺少完整的網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)所必須的一個特征----主機(jī)流量隔離。其次，針對這一問題，我們分析已有的網(wǎng)絡(luò)虛擬化平臺中實現(xiàn)主機(jī)流量分類隔離的方法發(fā)現(xiàn)：使用全匹配域進(jìn)行主機(jī)流量分類需要定義復(fù)雜的流量類型，并且匹配域字段在數(shù)據(jù)平面發(fā)生改寫時可能引起虛擬網(wǎng)絡(luò)間的流量串?dāng)_；使用標(biāo)簽字段進(jìn)行主機(jī)流量分類需要所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都支持相應(yīng)的標(biāo)簽操作，并且會帶來額外的數(shù)

4、據(jù)平面開銷。同時結(jié)合各個匹配域字段的特點，我們選擇在數(shù)據(jù)平面較為穩(wěn)定的四層協(xié)議類型以及端口號字段作為主機(jī)流量分類的依據(jù)，提出了一種新型的集中式網(wǎng)絡(luò)虛擬化平臺----Single Host Multi-Connection-OVX（SHMC-OVX）。SHMC-OVX以O(shè)VX為基礎(chǔ)實現(xiàn)，使用由OpenFlow協(xié)議四層字段定義的Appport實現(xiàn)主機(jī)與虛擬網(wǎng)絡(luò)的1：n映射。與此同時重新設(shè)計三種主要的OpenFlow消息的核心處理邏輯：根據(jù)主

5、機(jī)流量與虛擬網(wǎng)絡(luò)的映射關(guān)系進(jìn)行OpenFlow消息的虛擬化。此外通過聚合Appport實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的聚合。SHMC-OVX克服了OVX中主機(jī)只能連接單個虛擬網(wǎng)絡(luò)的問題，并且引入了較小的流量隔離開銷以及數(shù)據(jù)平面開銷。我們從功能與性能兩個方面對SHMC-OVX進(jìn)行評估。功能性驗證表明SHMC-OVX具有單個主機(jī)連接到多個虛擬網(wǎng)絡(luò)的能力；性能驗證表明與OVX相比SHMC-OVX的控制通道平均時延增量在可以接受的范圍之內(nèi)， SHMC-OVX的控