SDN網絡技術在虛擬化映射網絡系統中的應用探究

謝燕

摘 要：隨著信息化網絡時代的快速發展，傳統的單層物理網絡模式已經不能滿足網絡服務需求，網絡模式分布復雜且僵化日趨嚴重。網絡虛擬化是解決當前網絡架構僵化問題的核心技術，可以適應日益增長的網絡用戶數量和業務需求。因為SDN技術的集中化控制思想與網絡虛擬化的集中控制思想相統一，對網絡虛擬化的實現有重要意義。因此，文章對一種基于SDN技術的多域虛擬網絡映射算法進行分析，并對虛擬化網絡映射系統未來的發展方向進行探討，為虛擬網絡映射的研究提供理論借鑒。

關鍵詞：SDN網絡;虛擬化映射;多域虛擬網絡;集中控制;應用探究

0 引言

近些年，互聯網技術已經成為信息基礎設施的核心，新的應用和科技進步促進著網絡體系結構飛速發展。其中，軟件定義網絡（Software Defined Networking，SDN）技術的興起，已經成為一種將數據轉發與網絡控制相分離的新型網絡模式。此外，SDN技術的集中化控制思想與網絡虛擬化的集中控制思想相統一，對于網絡虛擬化的實現也有著重要意義。

1 ? SDN網絡架構的特點

SDN區別于傳統網絡技術的關鍵是利用開放可編程性，使得應用與網絡設備之間的交互更加緊密。SDN網絡架構最主要的特點就是數據轉發和控制分離。數控分離是將基礎硬件與網絡服務實現分離，控制平面和數據平面不再相互依賴，其硬件僅負責數據轉發和存儲。因此，可以采用成本相對低的通用設備構建網絡基礎設施，更利于網絡的集中控制，使得控制層獲得網絡資源的全局信息，并根據業務需求進行資源的全局調配和優化。此外，網絡開放接口是通過開放的南、北向接口實現SDN應用和網絡設備的無縫集成，使應用能引導網絡運行，更好地滿足應用的需求。

2 ? 網絡虛擬化技術

2.1 網絡虛擬化

隨著網絡服務業務范圍的不斷擴展，傳統的單層物理網絡模式已經不能適用于當今用戶需求，網絡虛擬化正是解決當前網絡架構僵化問題的核心技術。通過抽象、分配、隔離等機制，在一個開放公用的物理網絡上支持多個虛擬網絡，各個虛擬網絡可以通過相互獨立的協議體系，并按照動態變化的用戶需求對整個網絡中的資源進行合理分配，能夠滿足日趨增長的網絡用戶數量和新增網絡業務需求。網絡虛擬化技術的引入可以允許網絡管理員以一種充分自由和實時動態的方式對網絡進行管理、維護，同時將底層物理網絡資源抽象化表達，使得同一個物理網絡之上可以部署多個虛擬網絡，這些虛擬網絡相互獨立，可以各自部署不同的網絡協議和網絡服務。而網絡虛擬化正是通過南向接口的統一和開源特征，消除底層物理轉發設備之間的異步性，進而能夠實現底層物理網絡對上層應用的開放操作。

2.2 網絡架構優化問題

網絡虛擬化主要面臨的問題就是如何將底層物理網絡設備上數量有限的資源合理分配給更多的虛擬網絡進行應用，為解決這個優化配置問題提出了一個良好的設計思路，即將底層網絡資源進行抽象化處理，使得多個非統一性質的異構邏輯網絡能夠獨立地部署各自的網絡協議，這對于新的網絡架構的發展和協議的審驗有著重要的推動作用。互聯網技術的發展引發了一場通信產業的革命，國內網絡通信運營商不斷推出新型業務模式，優化網絡架構體系，借助此技術對網絡系統初始功能進行系統升級，具有對網絡設備進行實時監控的能力，縮減了企業運營成本，極大地提高了網絡系統運行效率，有效降低了網絡冗余卡頓現象的出現頻率。

3 ? 虛擬網絡映射算法的研究現狀

目前，虛擬網絡映射算法可以根據眾多評價指標及映射計算方法、虛擬網絡應答機制等方面進行分層分類研究。由于虛擬網絡請求的時效是未知的參數，網絡管理更傾向于采用減弱網絡節點控制、忽略接入控制等限制物理地址位置的虛擬網絡映射算法。另外，可以借助于擴大問題空間的發展角度，研究一些符合日常實際生活的虛擬網絡映射算法。

虛擬網絡映射算法的研究取得了一些技術上的突破，改變了網絡安全潛在風險的認知，使得其在云計算及大數據發展方向有了新的探索。通過采用借助人像識別系統及身份比對系統進行虛擬網絡的安全性優化改進。虛擬網絡或者底層網絡都會包含若干個節點和數條鏈路，在研究具體的虛擬網絡映射過程中，應考慮如何將虛擬節點封裝在底層節點上。同樣的道理，虛擬鏈路的網絡信號傳輸也是通過將虛擬鏈路映射到相應的底層路徑來具體實現。在此基礎之上，提出了一種基于網絡路徑分割與網絡節點分割映射的問題模型及算法。但是，這種算法在面對群組數據及云計算等研究暫時不可行，限制了網絡底層資源的擴展，降低了虛擬網絡應用中的信號傳輸接受率。所以，提出的問題模型算法有利于虛擬網絡信號傳輸的穩定，還能降低運營管理者對虛擬網絡映射的投入成本，底層物理網絡（SN）也同時可以通過資源虛擬化和資源部署來映射多個上層的虛擬網絡（VN）[1]。

在限制物理地址位置的虛擬網絡映射算法中，將虛擬網絡鏈路映射的各個層級進行區分，優先處理特殊鏈路的虛擬網絡請求，并將底層物理網絡映射剩余資源進行整合及平均分配，使得各個應用服務鏈路中的節點資源的耗損率接近實際水平。但此種限制物理地址位置的虛擬網絡映射算法對于大型網絡架構卻不適用。因為網絡節點的增加同時加大了鏈路層級的網絡資源及能量消耗。因此，建議從虛擬網絡的優先請求機制及不限制物理地址位置的算法進行突破，使得虛擬網絡映射算法符合未來大數據時代的研究方向。

4 ? 基于SDN技術的虛擬網絡映射算法分析

傳統的單域虛擬網絡映射算法無法很好的解決混合多域虛擬網絡映射問題，尤其當如今的云計算、大數據技術發展越來越成熟，面對各種物理網絡資源優化的理論，結合虛擬映射算法的各種評價指標的日趨完善，現提出基于多域SDN技術的虛擬網絡映射算法。早期的SDN技術虛擬網絡映射算法應用，大部分網絡運營商都只考慮單域網絡服務為導向的虛擬網絡請求，所提出的虛擬網絡映射算法也只在為解決底層網絡的應用傳輸效率[2]。但是，所提出的基于多域SDN技術的虛擬網絡，其優勢在于可以具體抽象成無向權重圖GS=（NS，ES），其中NS為底層網絡的節點集合，ES為底層網絡的鏈路集合。所以，相對比單域SDN技術來說，多域虛擬網絡映射算法更加符合真實的網絡傳輸拓撲結構，使得網絡底層物理鏈路的信息傳輸不統一，資源供給形式也不統一，降低了網絡信號傳輸的風險性[3]。不會因為虛擬網絡映射要考慮可靠性問題，以致無法保證虛擬網絡傳輸的容錯幾率在正常范圍。最突出的還在于，能夠在底層物理設施上預存備用資源，用以故障后的虛擬節點和虛擬鏈路之間的轉換，保證信號傳輸的穩定性[4]。

對虛擬網絡映射算法進行比較分析可知，目前很多映射算法的提出都是基于小規模、低成本、單向性的底層物理網絡設備資源。但是在信息化網絡大背景時代，很多時候都是基于復雜性、多維網絡布局的新模式，這就給現有的傳統網絡架構組成模式及虛擬網絡映射算法帶來了新的挑戰。因SDN技術能夠有效解決網絡架構“僵化”等突出問題，使得網絡虛擬化技術能夠更加有效地利用網絡資源，使得網絡新服務的部署和運維更加方便。

5 結語

SDN網絡技術與網絡虛擬化映射技術的組合應用是解決網絡創新發展時期瓶頸問題的有效方法。虛擬網絡映射也是實現網絡虛擬化的基礎。今后，虛擬化映射網絡系統引入SDN技術能夠在網絡優化過程中不斷獲得新興科技、前沿技術應用的合理配置，從而擺脫硬件對網絡架構的限制。而SDN的本質就是借助軟件定義網絡，即通過應用軟件可以參與對網絡的控制管理，滿足上層業務需求，通過自動化業務部署簡化網絡運維，進而推動移動通信技術向更深層次新領域發展。

[參考文獻]

[1]耿瑞雯，盧漢成.多域SDN虛擬網絡映射算法[J].小型微型計算機系統，2016（12）：204-205.

[2]王軒，楊龍祥.多域虛擬網絡映射算法研究[J].計算機技術與發展，2018（7）：134-139.

[3]張朝昆，崔勇，唐翯祎，等.軟件定義網絡（SDN）研究進展[J].軟件學報，2015（1）：62-81.

[4]呂博.網絡虛擬化資源管理架構與映射算法研究[D].北京：北京郵電大學，2011.

（編輯 姚 鑫）