云环境下面向“虚实融合”网络的SDN构建方法

doi:10.3778/j.issn.1002-8331.2204-0465

摘要/Abstract

摘要： 在网络仿真实验场景的构建中，复杂实体终端难以实现虚拟仿真，需要对实体终端进行接入，但现有接入方式部署复杂、网络性能存在瓶颈、不能适用于大规模网络场景。为有效解决上述问题，提出了一种基于SDN（software-defined-network）的虚实融合网络仿真构建方法，利用SDN控制器结合流表构造算法实现对虚实网络的链路管理和数据连通，并设计开发了一套用于虚实融合网络仿真的原型系统，通过SDN控制器实现云平台中虚拟实例与云外实体终端共同组网，构建虚实融合的网络仿真实验场景。利用该原型系统，实验证明了基于SDN的网络仿真方法可以实现云平台中虚拟实例与实体终端高效大规模组网，且具有良好的网络性能。

关键词: 云计算, 网络仿真, SDN, 虚实融合, OpenStack

Abstract: In the scenario construction of network simulation test, it is difficult for some complicated physical terminals to realize virtual simulation, so it is essential for some physical terminals to be connected. However, the existing access modes are not applicable to large-scale network scenarios due to complex deployment and network performance bottlenecks. In order to effectively solve these problems, this paper proposes a construction method of virtual-real fusion network simulation test based on SDN（software-defined-network）. SDN controller combined with OpenFlow construction algorithm is used to realize the link management and data connectivity of virtual and real networks. It designs a prototype system for virtual-real fusion network simulation. The SDN controller is used to realize the common networking of virtual instances in the cloud environment and the physical terminals outside the cloud, so as to build a network simulation with “combination of virtual-real”. The experiments show that the network simulation method based on SDN can unite the virtual equipment in the cloud and the real terminals outside the cloud to make large-scale network efficiently, and do well in network performance.

Key words: cloud computing, network simulation, software-defined-network（SDN）, virtual-real fusion, OpenStack

陈宇, 韩久江, 刘建, 鲜明, 王会梅, 张宇翔. 云环境下面向“虚实融合”网络的SDN构建方法[J]. 计算机工程与应用, 2023, 59(3): 234-243.

CHEN Yu, HAN Jiujiang, LIU Jian, XIAN Ming, WANG Huimei, ZHANG Yuxiang. Construction Method of SDN for “Virtual-Real Fusion” Network Under Cloud[J]. Computer Engineering and Applications, 2023, 59(3): 234-243.

参考文献

[1] 张雯雯，许天予，章玥，等.SDN数据平面软件一致性测试用例生成方法[J].软件学报，2020，31（9）：2709-2722.
ZHANG W W，XU T Y，ZHANG Y，et al.SDN data plane software conformance test case generation method[J].Journal of Software，2020，31（9）：2709-2722
[2] 陈志鹏，徐明伟，杨芫.SDN交换机转发规则TCAM存储优化综述[J].计算机学报，2021，44（7）：1341-1362.
CHEN Z P，XU M W，YANG Y，A survey on TCAN storage optimization for SDN switch forwarding rules[J].Chinese Journal of Computers，2021，44（7）：1341-1362
[3] 鲁垚光，王兴伟，李福亮.软件定义网络中的动态负载均衡与节能机制[J].计算机学报，2020，43（10）：1969-1982.
LU Y G，WANG X W，LI F L.Dynamic load balancing and energy saving mechanism in software defined networking[J].Chinese Journal of Computers，2020，43（10）：1969-1982.
[4] 张然，刘江，杨丹，等.基于软件定义网络的卫星通信网络综述[J].数据与计算发展前沿，2020，2（3）：3-17.
ZHANG R，LIU J，YANG D，et al.A survey on satellite networks based on software-defined networking[J].Frontiers of Data & Computing，2020，2（3）：3-17.
[5] 程丽明.SDN环境部署与OpenDaylight开发入门[M].北京：清华大学出版社，2018：57-66.
CHENG L M.Introduction of SDN environment deployment and OpenDaylight development[M].Beijing：Tsinghua University，2018：57-66.
[6] 张一凡，李津，虞红芳，等.一种灵活精确的SDN交换机南向协议性能测试系统[J].数据与计算发展前沿，2020，2（4）：28-43.
ZHANG Y F，LI J，YU H F，et al.A flexible and accurate SDN switch southbound protocol performance test system[J].Frontiers of Data & Computing，2020，2（4）：28-43.
[7] 王进文，张晓丽，李琦.网络功能虚拟化技术研究进展[J].计算机学报，2019，42（2）：185-206.
WANG J W，ZHANG X L，LI Q.Network function virtualization technology：a survey[J].Chinese Journal of Computers，2019，42（2）：185-206.
[8] 张克尧，毕军，王旸旸.软件定义网络中基于匹配动作表的IP隧道[J].计算机学报，2019，42（2）：52-64.
ZHANG K Y，BI J，WANG Y Y.A mechanism of IP-tunneling via match-action table in software defined networking[J].Chinese Journal of Computers，2019，42（2）：52-64.
[9] 王首一，李琦，张云.轻量级的软件定义网络数据包转发验证[J].计算机学报，2019，42（1）：176-189.
WANG S Y，LI Q，ZHANG Y.LPV：lightweight packet forwarding verification in SDN[J].Chinese Journal of Computers，2019，42（1）：176-189.
[10] 许小东，吴军强，杜选.构建虚实结合的计算机网络类实验平台的研究[J].实验技术与管理，2017，34（6）：127-130.
XU X D，WU J Q，DU X.Research on construction of experimental platform of computer network based on virtual and actual combination[J].Experimental Technology and Management，2017，34（6）：127-130.
[11] CloudMan.每天5分钟玩转OpenStack[M].北京：清华大学出版社，2017：358-361.
CloudMan.Learning OpenStack five minutes everyday[M].Beijing：Tsinghua University，2017：358-361.
[12] 李剑锋，刘渊，王晓锋.基于多粒度虚拟化的虚实融合网络仿真[J].传感器与微系统，2018，37（6）：43-47.
LI J F，LIU Y，WANG X F.Simulation of fusion virtual and physical networks based on multi-granularity virtualization[J].Transducer and Microsystem Technologies，2018，37（6）：43-47.
[13] 王晓静，夏群峰，王晓锋.可任意灵活接入的虚实网络融合仿真方法[J].传感器与微系统，2018，37（1）：79-82.
WANG X J，XIA Q F，WANG X F.Simulation method for freely accessible virtual and physical networks fusion[J].Transducer and Microsystem Technologies，2018，37（1）：79-82.
[14] 李佳勉.基于虚实融合的网络仿真规模扩展技术研究[D].成都：电子科技大学，2021.
LI J M.Research on network emulation scale expansion technology based on virtual-real fusion[D].Chengdu：University of Electronic Science and Technology of China，2021.
[15] 邓博，毛红宇，刘源.云平台支撑下的虚实融合网络仿真方法[J].小型微型计算机系统，2018，39（3）：478-483.
DENG B，MAO H Y，LIU Y.Emulation method for the fusion of virtual and physical networks supported by cloud platform[J].Journal of Chinese Computer Systems，2018，39（3）：478-483.