面向企業(yè)虛擬私有云的虛擬專(zhuān)用網(wǎng)技術(shù)研究.pdf

1、在云計(jì)算發(fā)展初期,學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界更關(guān)注于外部公有云服務(wù)的研究,為企業(yè)用戶(hù)提供了一種降低IT資源投資和運(yùn)營(yíng)成本的途徑。但是多數(shù)企業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)的安全性和可靠性有較高的要求,會(huì)更傾向于選擇私有云方案。有些企業(yè)為了進(jìn)一步節(jié)省IT投資,也希望將部分非核心資源放到公有云上,采用一種混合云的方案將系統(tǒng)的內(nèi)部能力與外部服務(wù)資源靈活地結(jié)合在一起。但是,采用混合云仍然存在私有云與公有云間,公有云與企業(yè)內(nèi)部資源間的互操作問(wèn)題。為此業(yè)界在近幾年提出了虛擬私有云的概

2、念,它即能提供私有云的安全性,又能向用戶(hù)屏蔽復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算資源間的互操作。建立企業(yè)虛擬私有云(VPC),需要通過(guò)虛擬專(zhuān)用網(wǎng)(Virtual Private Network，VPN)將企業(yè)內(nèi)部IT資源與外部云計(jì)算資源的實(shí)現(xiàn)互通,但是將會(huì)面臨三個(gè)方面的挑戰(zhàn):1)電信網(wǎng)絡(luò)提供商和云服務(wù)提供商之間需要建立資源信息協(xié)調(diào)機(jī)制,使得云計(jì)算資源能夠安全地與VPN端點(diǎn)對(duì)接;2)云計(jì)算服務(wù)提供商需要在其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)里確保用戶(hù)計(jì)算以及網(wǎng)絡(luò)資源的安全隔離;

3、3)VPC能夠根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行快速靈活的部署,并且確保在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過(guò)程中VPN仍能提供透明和安全的通信。針對(duì)上述問(wèn)題,本文研究如何將虛擬專(zhuān)用網(wǎng)(VPN)技術(shù)整合到現(xiàn)有云計(jì)算構(gòu)架中,從而實(shí)現(xiàn)云計(jì)算資源與企業(yè)IT資源的無(wú)縫融合,建立企業(yè)虛擬私有云(VPC)。我們首先研究了基于虛擬專(zhuān)有LAN服務(wù)(Virtual Private LAN Service，VPLS)的VPC體系架構(gòu)以及數(shù)據(jù)通信的QoS保證,然后研究了VPC中計(jì)算資源與VPN網(wǎng)

4、絡(luò)資源間的聯(lián)合優(yōu)化機(jī)制,最后研究了虛擬計(jì)算資源在城域網(wǎng)間的動(dòng)態(tài)遷移機(jī)制及遷移性能。具體而言,本文在詳細(xì)綜述相關(guān)技術(shù)的背景和研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,對(duì)以下四個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究:1)研究了構(gòu)建企業(yè)虛擬私有云的VPN體系構(gòu)架。著重于研究如何將VPN技術(shù)整合到現(xiàn)有云計(jì)算構(gòu)架中,實(shí)現(xiàn)云計(jì)算資源與企業(yè)IT資源的無(wú)縫融合,從而建立企業(yè)虛擬私有云(VPC)。為此,本文采用基于MPLS (Multi-Protocol Label Switching)的VP

5、N連接各個(gè)站點(diǎn)資源,并為該VPN所有端點(diǎn)分配共享的地址空間,實(shí)現(xiàn)虛擬專(zhuān)有LAN服務(wù)(VPLS),以便將云端資源無(wú)縫地融合到企業(yè)已有的IT基礎(chǔ)設(shè)施中,使得所有計(jì)算存儲(chǔ)資源如同在一個(gè)私有的LAN中一樣。2)研究了如何通過(guò)動(dòng)態(tài)路由機(jī)制確保VPC中數(shù)據(jù)通信的QoS。企業(yè)數(shù)據(jù)中心與云計(jì)算提供商的虛擬計(jì)算資源互聯(lián)需要網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商為其提供具有一定QoS保障的VPN。但是常規(guī)IP路由模型中的路由量度值是靜態(tài)的,不能反映網(wǎng)絡(luò)本身的需求以及用戶(hù)體驗(yàn),而且

6、IP路由通常受ISP的商業(yè)政策影響,因此得到的路徑往往不是最優(yōu)的。為此,本文研究了一種新型的覆蓋網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由機(jī)制,它以實(shí)時(shí)測(cè)量得到的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)為選路依據(jù),為數(shù)據(jù)流選擇性能更好的路徑,從而打破原先ISP對(duì)部分IP路由的限制策略,以達(dá)到更好的端到端性能。3)研究了VPN互聯(lián)體系下云計(jì)算資源與網(wǎng)絡(luò)資源的聯(lián)合資源調(diào)度機(jī)制。傳統(tǒng)的VPN配置方式要求根據(jù)資源間的流量矩陣模型設(shè)計(jì)VPN拓?fù)?然而在某些情況下,企業(yè)云中虛擬計(jì)算和存儲(chǔ)資源是按需動(dòng)態(tài)分配

7、的,并且受上層應(yīng)用工作流、資源使用負(fù)載、資源調(diào)度算法等因素的影響,從而使得計(jì)算和存儲(chǔ)資源間的流量模式是任意的、不固定的。為此本文研究了一種VPN動(dòng)態(tài)提供機(jī)制,根據(jù)上層應(yīng)用的任務(wù)模型以及計(jì)算資源的使用情況,按需建立VPN拓?fù)溥B接,實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)資源的聯(lián)合分配和調(diào)度,在盡量減少任務(wù)調(diào)度時(shí)間的同時(shí),提高整體資源利用率。4)研究了VPN互聯(lián)體系下云計(jì)算資源動(dòng)態(tài)遷移機(jī)制及性能測(cè)試。在虛擬私有云中,企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)中心以及云端資源站點(diǎn)在地理上是分散

8、的,通過(guò)WAN互聯(lián)組成計(jì)算資源池。企業(yè)需要在不同的數(shù)據(jù)中心站點(diǎn)間能夠進(jìn)行虛擬機(jī)的靈活部署和遷移,以便在負(fù)載、運(yùn)行成本和計(jì)算性能間取得平衡?，F(xiàn)有虛擬機(jī)遷移技術(shù)大多是基于LAN設(shè)計(jì)的,然而對(duì)于長(zhǎng)距離的虛擬機(jī)廣域網(wǎng)遷移仍然面臨很多的挑戰(zhàn)。為此本文提出采用二層VPN技術(shù)(如VPLS)將處于WAN中的數(shù)據(jù)中心與云端站點(diǎn)資源互聯(lián),使所有資源如同在同一個(gè)本地局域網(wǎng)中互聯(lián),從而可以直接采用現(xiàn)有基于LAN的虛擬機(jī)遷移技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)在WAN中的無(wú)縫遷移。本