基于云計算技術的SDN網(wǎng)絡架構研究與應用

趙渝淏

摘 要：大數(shù)據(jù)時代的到來以及移動智能終端的普及，使得互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，網(wǎng)絡服務與應用也就日益多樣化?；赥CP/IP體系結構的傳統(tǒng)架構已經(jīng)很難滿足當前網(wǎng)絡的發(fā)展需求，而軟件定義網(wǎng)絡（SDN，Software Defined Networking）與云計算技術作為目前解決網(wǎng)絡僵化問題的重要手段，在一定程度上可以緩解當前網(wǎng)絡發(fā)展的困境。因此，基于SDN網(wǎng)絡架構的集中控制、數(shù)據(jù)層和控制層分離以及可編程的三大特性，結合云平臺，對傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構的缺陷進行彌補，實現(xiàn)一個可提供給用戶的隨時隨地即插即用的私有網(wǎng)絡，從而達到降低廠商成本、提高效益，減少網(wǎng)絡延遲，提升用戶體驗，提高網(wǎng)絡負載平衡等目的。

關鍵詞：SDN;虛擬化;云計算技術;網(wǎng)絡

1引言

本文主要研究如何搭建完整的云計算平臺以及SDN網(wǎng)絡架構在云計算平臺虛擬實現(xiàn)，以便在云系統(tǒng)中能夠使用SDN控制器進行網(wǎng)絡部署，充分發(fā)揮SDN網(wǎng)絡架構的集中控制、數(shù)據(jù)層和控制層分離以及可編程的特性優(yōu)勢。實現(xiàn)一個可提供給用戶的隨時隨地即插即用的私有網(wǎng)絡。

2基礎環(huán)境部署

目前我們共有22臺各種不同型號的服務器，通過虛擬化技術，將所有服務器的存儲，網(wǎng)絡，計算資源等都做成一個資源池，并由控制管理機來動態(tài)控制。并從該資源池中提取相應資源虛擬出支持SDN架構的虛擬交換機，通過電信服務商提供的相應接口，接入到互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)中。這些服務器將用來進行云計算平臺的部署。

單元服務器：

4路Intel Xeon E5-2620處理器;64GB RAM;4TB物理存儲1000Mbps×4接入。

NAS：8TB。

用戶可以通過其計算機，使用瀏覽器，登錄網(wǎng)站，選擇相應虛擬交換設備結點，并加入該結點中，即可體驗無礙的異地網(wǎng)絡辦公，文件分享，或是享受前所未有的網(wǎng)絡體驗。

同時為增加系統(tǒng)的可靠性，采取了雙冗余的連接方式;將兩套相同，相對獨立配置的設計連接組成系統(tǒng)，以此來提高系統(tǒng)的容錯能力，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時冗余配置的部件介入并承擔故障部件的工作，由此來減少系統(tǒng)故障的時間，保證用戶的體驗和數(shù)據(jù)安全。并且根據(jù)虛擬化的特性，可以在已有的服務器硬件基礎上，虛擬出10倍甚至20倍的服務器資源，這樣既可以減少成本又可以為更多用戶提供服務。

3 基于云計算技術的SDN網(wǎng)絡架構的搭建

3.1平臺部署

本文選取了開源控制器OpenDaylight和開源云計算平臺OpenStack作為研究對象，使用Open vSwitch作為SDN的交換機，并將OpenStack網(wǎng)絡相關組件與OpenDaylight控制器的融合，并對虛擬系統(tǒng)設計相關網(wǎng)絡配置，將其整合在一起來搭建基于SDN的網(wǎng)絡虛擬系統(tǒng)。

3.2技術路線

本項目是對基于云計算技術的SDN網(wǎng)絡架構研究與應用，因此涉及到多種技術的交叉融合，在整體網(wǎng)絡架構上就需要多方面考慮，并基于預先假設的所有問題提前給出切實可行的解決方案。同時，在項目研究的每個階段都面臨著多樣化的需求和問題，所以技術路線在層次上可分為準備階段、基礎設施、云管理調(diào)度、服務自動化、用戶接入、網(wǎng)絡接入等，我們在不同的層次上做出了不同的分析研究。技術路線圖如下所示：

在項目設計階段，綜合考慮到了在可用性、負載均衡、容量規(guī)劃、自動化 服務、資源管理、災備能力以及備份恢復等多方面的問題，預先研究設計出系統(tǒng)的設計方案。

3.3 基礎設施

該系統(tǒng)本質上是將數(shù)據(jù)包通過流表的方式在網(wǎng)絡中傳輸，其不僅只包含網(wǎng)絡服務，還包含網(wǎng)絡服務、存儲服務、安全服務等等，所以搭建平臺時不能只有網(wǎng)絡設備，還需要有存儲、網(wǎng)絡、安全等設備。而在技術上，也不僅僅只有網(wǎng)絡技術，還包括虛擬化、存儲、安全等技術。

實現(xiàn)系統(tǒng)的搭建，需要對現(xiàn)有資源進行整合。首先通過收集當前的服務器的配置信息以及性能利用率數(shù)據(jù);分析采集的數(shù)據(jù)并進行虛擬化服務器的整合評估為虛擬化的規(guī)劃和設計提供量化標準。然后將服務器建立集群，開啟HA及DSR功能。啟用HA功能可以確保任何一臺物理機出現(xiàn)問題，其業(yè)務都不會受到長時間的影響，而啟用DSR功能，可以確保每臺物理機的負載相對均衡。

建立資源池后，平臺根據(jù)管理調(diào)度系統(tǒng)，抽取相應的資源建立支持SDN架構的虛擬交換設備。并通過電信服務商提供的接口，接入到互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)中。

3.4 管理調(diào)度

管理與調(diào)度主要是在基礎設施層之上對設備進行池化管理，根據(jù)基礎設施層提供的各種接口或者服務封裝服務并根據(jù)用戶需求進行資源調(diào)。

用戶可以根據(jù)業(yè)務需要定義相應的優(yōu)化策略監(jiān)控主機的健康狀況并進行持續(xù)不斷的優(yōu)化。當主機的CPU利用率超過閾值的時，這個主機上的虛擬交換機會被在線遷移到別的CPU 利用率小于閾值的主機上，從而保證該主機始終處于健康的狀態(tài)，并且平衡了集群中主機的計算資源。

3.5服務自動化

本層主要是資源供給之后對資源進行運維管理，也就是我們常說的IT服務管理，包括：監(jiān)控服務自動化、運維操作服務自動化、流程服務自動化等。本層次可再細分為兩層：技術實現(xiàn)層及業(yè)務管理層。

技術實現(xiàn)層指的是底層使用的是自動化實現(xiàn)技術，技術實現(xiàn)層由于標準化程度較高，在通用性上也較強，而在操作自動化方面，采用開源軟件或者國內(nèi)廠商軟件。業(yè)務管理層指的是用戶使用的界面和流程。由于不同的企業(yè)其管理思想和流程是不同的，所以，需求也千差萬別。所以在這一層次，需要自主研發(fā)或者要求廠商做本地化定制。在這一層，還會遇到一個問題，就是工具之間的整合，所以，如果要把采購的工具完美的構建成一個體系，就需要研究出一套完整的解決方案。

3.6用戶接入

系統(tǒng)界面主要采用html5技術編寫，部分頁面采用php等技術方式編寫，滿足不同的場景需求，同時對接SQLServer進行數(shù)據(jù)庫管理。在整個系統(tǒng)架構中，從邏輯上將系統(tǒng)分為多層來進行控制，分為界面上的流程控制和業(yè)務上的流程控制。

在前臺界面上的流程控制上，本網(wǎng)絡架構集成了Struts來作為頁面跳轉的流程引擎，采用它來控制頁面與頁面之間的流轉和控制。在業(yè)務組件的流程控制上，利用了Spring容器來保證組件與組件之間的松耦合性，利用Spring的依賴注入機制來保證組件之間的完全解耦。由于Spring對原有的代碼的無侵入性，能夠最大程度上保護原有的開發(fā)工作，同時Spring能有效地降低系統(tǒng)的開發(fā)量，提高業(yè)務類的可重用性，更加有效的保證系統(tǒng)能按時按質的完成開發(fā)工作。

針對系統(tǒng)的優(yōu)化模式，預先設計整個流程，即用戶在進入系統(tǒng)后，創(chuàng)建的產(chǎn)品訂單經(jīng)過前臺腳本刪選信息交由后臺處理，后臺系統(tǒng)將用戶配置信息提供給后臺控制管理機，后臺控制管理機根據(jù)這些信息，生成的虛擬交換設備中開放部分權限給用戶，用戶通過前端界面，進行網(wǎng)絡結點的選擇與加入。

4 結論

基于云計算技術的SDN網(wǎng)絡架構，利用SDN將控制層與數(shù)據(jù)轉發(fā)層徹底分離這一特性，使網(wǎng)絡的轉發(fā)效率進一步提升，組網(wǎng)部署更加靈活;并從云計算的主流技術OpenStack出發(fā)，選取開源控制器OpenDaylight，使用Open vSwitch作為SDN的交換機，并將OpenStack網(wǎng)絡相關組件與OpenDaylight控制器的融合，然后對系統(tǒng)設計相關網(wǎng)絡配置，將其整合在一起來搭建基于SDN的網(wǎng)絡虛擬系統(tǒng)。而在虛擬化的網(wǎng)絡平臺建設中，基于云計算的網(wǎng)絡擴容不僅實現(xiàn)了網(wǎng)絡資源對于客戶需求的有效適配。

綜上所述，在互聯(lián)網(wǎng)云計算的發(fā)展過程中，可以滿足用戶的一切需求，打破傳統(tǒng)網(wǎng)絡結構的束縛，解決更多的實際問題，SDN、云計算、網(wǎng)絡虛擬化等技術對未來社會網(wǎng)絡構建起到了至關重要的作用，已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢，能夠為各大運營商及網(wǎng)絡企業(yè)獲得更多的基礎支持，為其發(fā)展奠定基礎。

參考文獻：

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