Klonet：面向技術創新的網絡模擬實驗平臺

謝景昭，單煒，肖暢，馬鐵，陳力，虞紅芳，孫罡

（1. 電子科技大學，四川 成都 611731；2. 華為技術有限公司，廣東 深圳518129）

1 引言

工業互聯網、遠程醫療、VR/AR等新興應用場景與5G通信、云網融合等新型承載技術的出現，對數據網的內生能力和性能指標提出了更高要求。網絡技術創新作為數據網發展的根本動力，是應用和業務創新的使能條件，是關乎整個行業進步的關鍵環節。為了凝聚共識，以頂層設計的方式提出面向未來的網絡創新目標，推進關鍵技術創新和行業發展，也有網絡5.0這樣的網絡跨代演進概念被提出。然而創新技術的開發和驗證仍然面臨許多現實性的難題，如成本、效率、安全以及系統復雜性和可重復性等，嚴重阻礙了技術的創新，因此亟須一個網絡創新平臺為其提供可用且友好的開發和實驗環境。可見網絡創新平臺對網絡技術的創新具有重要意義，是網絡未來發展的關鍵。

網絡創新平臺提供新技術的開發環境以及用于評估和驗證創新技術的具體實驗場景，通常包括網絡仿真平臺和網絡模擬平臺兩類。與完全基于軟件模型的仿真平臺相比，網絡模擬平臺依賴實體的模擬網絡進行技術的開發和實驗，因而更接近實際的網絡運行、更具有現實意義，模擬平臺上開發的網絡新技術也可以更快速地落地部署。盡管目前的網絡模擬平臺能在一定程度上支持技術創新，但大多仍存在規模有限、適用的創新形式單一、可執行的操作少、實驗開展難度高等問題，沒有充分挖掘模擬平臺的優勢，難以應對網絡未來發展過程中規模大且場景復雜、技術創新多樣化且發展迅速的趨勢。

針對網絡未來的發展需要，本文提出了一種面向技術創新的網絡模擬實驗平臺Klonet。首先，Klonet模擬的網絡可以根據需求靈活擴展，支持網絡層、傳輸層、應用層等多層次網絡技術的創新，符合網絡進入超大規模時代的特征以及從頂層設計網絡的目標；其次，Klonet支持在實驗的運行過程中引入動態網絡事件，并為網絡實驗的完整流程提供相應的輔助功能，使得實驗場景更加真實、過程更加便捷，加速了創新概念轉化為實際部署的進程，從而推動網絡技術的創新發展。通過兩個具體用例分析說明了使用Klonet進行網絡創新的方法，并且展現了Klonet為技術創新帶來的多種可能性。

2 網絡創新平臺的研究現狀

通過對比網絡創新平臺兩類方法的不同實現思路，闡述網絡仿真的局限性以及網絡模擬在開發和測試網絡創新技術上的優勢，并對幾種具有代表性的網絡模擬平臺進行分析，同時指出它們面對技術創新時的不足。

當前存在多種用于開發、評估和驗證新技術的網絡創新平臺，按照本質實現方法的不同將這些平臺分為兩類：網絡仿真平臺和網絡模擬平臺。網絡仿真平臺依據離散事件模型為真實網絡的邏輯結構和運行狀態建模，通過逐層嵌套的軟件模塊構建網絡系統抽象，是一種完全基于軟件的實現方法，比較具有代表性的仿真平臺有OMNeT++[1]、NS3[2]和OPNET[3]等。網絡模擬平臺則通過物理設備或虛擬化技術構建實際的網絡，對真實網絡進行模擬，該模擬網絡與目標網絡的原型相同或是對其最小規模的近似，是模擬平臺的實現基礎，其中比較有代表性的模擬平臺包括PlanetLab[4]、Emulab[5]和Mininet[6]等。

2.1 網絡模擬與網絡仿真對比

網絡仿真依賴于對網絡的建模，是一種在事件、時序、語義層面上對網絡的模仿，所以網絡仿真過程中沒有真實的網絡應用、協議或報文，因此網絡仿真存在許多固有的局限性。

首先，仿真模型要盡量完美地反映、捕捉現實中的實體對象、操作邏輯和動作行為，因此對建模的要求很高、建立模型的過程很難；其次，仿真只是一種邏輯和數學上的表示和計算，而不是網絡系統中的真實實現，因此通過仿真實現和測試的網絡創新與能夠在實際網絡中部署的成品間還存在非常大的差距；最后，仿真實驗中的理想模型與真實網絡環境中的實際運行情況也很難保持完全一致，因此對網絡運行的還原度較低。可見依賴網絡仿真方法構建的創新環境，只能對網絡創新做相對理想化的分析和評估。

網絡模擬通過物理或虛擬形式的模擬網絡來分析真實網絡系統中的行為和表現，以此對運行在模擬網絡上的創新技術進行評估和驗證。模擬網絡在終端節點方面，包含真實的操作系統，具有完整的內核協議棧，可發送標準分組，可運行真實的網絡應用；在網絡節點方面，運行真實網絡設備的固件或軟件，執行真實的網絡協議，可交換和轉發標準分組；在網絡工具方面，具有同真實網絡一致的測試工具、配置工具和程序腳本等，其交互模式同生產網絡一致。

對比基于軟件模型的網絡仿真，模擬方法中的各類對象和事件是真實存在和發生的，不依賴煩瑣的模型語言描述；在模擬網絡上開發和測試創新實例，所使用的方法和工具與在實際網絡中相同，創新成果更接近于能夠在現網中部署的形式；模擬方法中的測試結果是網絡實體間相互作用的真實體現，因此得到的評估和驗證結果也更能反映網絡創新在真實運行情況下的性能和表現。總而言之，網絡模擬能夠高度還原真實網絡的運行過程，基于模擬開發的網絡創新實例更接近于實際部署，實驗結果更為可信。

2.2 現有網絡模擬平臺

許多機構和高校設計實現了網絡模擬平臺用于網絡研究和技術創新工作，其中常見的有如下3個。

（1）SDN原型測試工具Mininet

Mininet支持在單臺主機上快速地構建大型SDN，憑借其輕量、易用等特點Mininet已經成為近幾年熱門的網絡模擬工具。利用Linux的容器技術，Mininet可以輕松地在單臺主機上快速搭建一個包含上百網絡節點和吉比特級別鏈路的虛擬網絡，以支撐SDN系統的創新和研究工作。然而，受限于單機的計算資源，Mininet不能支持大規模或資源敏感的網絡技術、應用進行創新和實驗。

（2）分布式系統開發平臺PlanetLab

PlanetLab向網絡研究人員提供全球覆蓋的網絡平臺，以支持全球級別大規模網絡服務或應用的開發工作[7]，自上線以來取得了非常大的成功。PlanetLab通過虛擬機向用戶提供上層的overlay網絡，服務切片初始化后可作為獨立的網絡實驗資源被用戶訪問和控制，用于業務和應用的創新開發。然而，PlanetLab只模擬端到端的應用層網絡，缺乏對網絡拓撲和網元功能的考慮，無法用于底層網絡技術的創新。

（3）網絡控制平面模擬器CrystalNet

CrystalNet[8]是微軟提出的網絡模擬平臺，利用Docker模擬大規模的生產網絡，并承諾其具有高保真的控制平面。新網絡架構、設備固件和配置策略被實際部署之前，可以首先利用CrystalNet進行測試以驗證其正確性，從而減少各種未知錯誤可能對生產網絡造成的影響以及隨之而來的經濟損失。然而，CrystalNet僅模擬網絡的控制面，不提供網絡的數據面屬性，難以應用于與數據面相關的技術創新之中。

綜上所述，現有的網絡模擬平臺常常聚焦于網絡的個別特征，缺乏全方位模擬大規模網絡的能力，只支持特定類型或特定場景下的網絡技術創新。并且這些平臺部署的模擬網絡大部分是“靜態的”，缺少細粒度的網元、鏈路操作能力，很難模擬像鏈路增加、移除這樣的網絡動態事件。此外很少有平臺考慮專門輔助網絡實驗的功能，因此需要額外借助多種工具用于分析研究，不利于新技術的評估和驗證。可見，如何設計一個以技術創新為目標的網絡模擬實驗平臺，仍是一個充滿挑戰且十分重要問題。

3 Klonet的設計目標

鑒于已有平臺在功能特性上的缺陷和不足，以網絡發展現狀、技術創新的一般性要求以及網絡實驗的常見需求為基礎，分析了Klonet的總體設計目標。

（1）靈活的規模可擴展能力

不斷擴大的網絡規模是通信網絡發展的顯著特征之一，并且隨著網絡向工業、醫療、交通和市政等領域的垂直延伸，仍有更多的人和海量的新設備在持續接入互聯網絡。這意味著許多未來的網絡難題和網絡創新理念是以大規模的網絡系統、網絡應用為背景的，也意味著網絡創新技術的開發和實驗需要大規模的網絡環境作為支撐。因此，Klonet要靈活應對網絡技術對實驗規模的需求，其部署的模擬網絡，以及相應的平臺資源和平臺整體架構都應該易于規模的擴展。

（2）全方位的網絡模擬能力

某些網絡技術依賴網絡的部分特征就能進行開發和實驗。例如，分布式應用只重視端到端鏈路的數據面屬性，網絡拓撲、網絡節點和網絡操作并不受重視。但是就路由協議的創新而言，又需要關心拓撲結構和節點行為，僅模擬端到端鏈路明顯不夠。所以要真正服務于網絡的頂層設計，滿足網絡技術從3層到5層的創新需求，網絡的拓撲結構、網絡層次、網元功能、控制面行為以及數據面屬性等因素都不可或缺。因此，Klonet要對實際網絡進行全方位的模擬。

（3）細粒度的網絡管理能力

（4）實驗工作流的支撐能力

開展網絡實驗是復雜的過程。完整的實驗工作流主要包括網絡拓撲設計、網絡參數配置、網絡流量生成以及最后的實驗數據獲取等步驟[9]，該流程中的大部分工作很煩瑣且容易出錯，并且在模擬網絡中生成網絡流量、收集網絡運行數據還需額外借助多種網絡應用和工具。所以當實驗規模較大時，評估和驗證新技術的難度以及花費的大量時間都顯而易見，這極大阻礙了創新概念的快速落地。因此，為了加快技術創新的進程，Klonet要提供與某些實驗步驟相關的支撐功能。

4 Klonet技術實現方案

針對上述設計目標，從平臺的系統架構、模擬網絡的構建方法、模擬網絡管理的關鍵實現以及支撐實驗的具體功能4個方面，對本文面向技術創新的網絡模擬實驗平臺Klonet展開論述。

4.1 系統架構

隨著網絡規模的不斷擴大，規模擴展能力將會成為網絡創新平臺最重要的特性。系統架構作為平臺的根本設計，關乎基礎資源提供、基礎網絡性能保證以及模擬網絡擴展等重要問題。Klonet系統架構如圖1所示。其中，基礎設施是平臺網絡和計算資源的根本；模擬網絡是平臺部署的虛擬網絡，是開展網絡技術創新的實際環境；控制框架是平臺各類控制邏輯的集合，負責解析指令并執行各類操作；應用接口是用戶與平臺交互、開展實驗的接口。

圖1 Klonet系統架構

由于資源限制，單臺主機無法承載大規模的模擬網絡，更不用談有效的性能保障。所以Klonet的基礎設施由多臺高性能物理主機和其底層的高性能物理網絡（高帶寬、低時延）共同組成。一方面充足的計算能力可以滿足實驗規模擴展的資源需求，同時還能減小干擾、保證性能隔離；另一方面在一定范圍內可信且高性能的物理鏈路，能夠為模擬網絡鏈路屬性的模擬提供基本的網絡性能支持。

技術創新環境可以靈活擴展，意味著模擬網絡能夠在底層分布式的基礎設施上任意地擴展部署，所以Klonet通過計算和網絡虛擬化技術，利用虛擬網元和虛擬鏈路，在物理underlay網絡的基礎上，搭建統一的overlay網絡用于網絡創新實驗，解決了擴展創新實驗規模的首要問題。

非混合型污染污染物大多呈液態形式，主要是由于大范圍的開采石油以及相類似的石油產品造成的污染。這種污染情況大多數出現在電子、化工等工廠附近，被污染后的水源一部分揮發滯留在地面一層，還有一部分會層層滲透，最終到達地下水一層。

當規模擴展時，控制框架必須將底層分布式的資源、分散部署的模擬網絡以及上層集中的用戶接口有效地整合到一起。為此Klonet采用分層的控制框架，通過程序與數據的分離、主從控制邏輯的拆分以及動作執行和軟硬件接口的解耦，在有效整合上下層的同時進一步提高平臺的可擴展性。首先，控制框架將程序處理所需的關鍵數據從進程內存中剝離，通過統一的運維數據庫維護和存儲，從可存儲的數據規模方面提高了可擴展性，同時也提高了平臺運行的可靠性。其次，控制架構按照主從的形式拆分控制邏輯。主控制器是平臺控制邏輯的核心，對上層的用戶指令進行分析和處理，并向下層的各個從控制器發送相應的控制信號；從控制器則與物理主機一一對應，根據自身邏輯分析下達的命令，對主機執行相應的操作。主從設計在降低集中控制邏輯處理復雜度的同時，通過一定程度上的自治能力降低了多主機管理的難度，更利于規模的擴展。最后，Klonet憑借資源適配器將主機的各類軟硬件資源封裝為統一的網元操作和鏈路操作接口（如網元的創建、停止、銷毀等）供從控制器調用，使邏輯上的執行與具體的資源操作解耦，不僅降低了從控制器管控多維資源的難度，更提高了控制框架對底層資源的兼容性和平臺規模的擴展能力。

面對底層分布式的物理資源以及分散部署的模擬網絡，用戶需要統一的上層接口操作實驗平臺、進行大規模的網絡實驗。一方面考慮到圖形化界面操作直觀、實時性高、可交互性強，另一方面考慮到編程接口較高的靈活性和較高的可定制能力，所以Klonet的應用接口由圖形接口和編程接口共同組成，不僅滿足應用接口的易用性和功能性，也能夠應對大規模創新環境帶來的挑戰。

4.2 模擬網絡構建

Klonet構建的模擬網絡，是實際部署網絡創新技術、開展創新實驗的網絡環境。為了提供真實、豐富的網絡實驗場景，支持多種網絡技術的行為驗證和性能評估，模擬網絡應該具備任意拓撲的模擬能力，多種網元功能、網絡層次的模擬能力，以及網絡控制面和數據面的模擬能力。

第一，為了實現任意拓撲的模擬能力，Klonet首先構建一個具有任意拓撲的“二層網絡”。從overlay網絡的視角來看，虛擬網元要按照任意的連接關系，通過一條虛擬的二層鏈路互連起來，虛擬網元的網絡命名空間獨立，等同于物理的網絡設備，而虛擬鏈路要等同于由兩個物理網絡端口和一條物理網線形成的點到點連接，從而在overlay網絡的層面達成真正意義上的任意拓撲。第二，實現多種網元功能、網絡層次，以及網絡控制面的模擬能力，實際是要將各層、各類的網絡設備軟件以及終端的網絡應用安裝、運行到“二層網絡”的虛擬網元中，而網絡控制面則會由這些設備軟件間的網絡行為形成。第三，為了實現網絡數據面的模擬能力，Klonet在“二層網絡”中的端口設備上設置特定的端口規則，模擬帶寬、時延等數據面屬性，最終使該“二層網絡”逐步構建為具有多種網絡模擬能力的模擬網絡，如圖2所示。

圖2 模擬網絡構建方法

對于虛擬網元的實現。考慮到虛擬網元要具有獨立的網絡命名空間、要能夠安裝和運行軟件應用，并且要具備一定的性能隔離能力，所以Klonet采用虛擬機或容器作為解決方案。虛擬機具有完整的操作系統內核，性能隔離性好，但較為笨重；容器資源開銷小、輕量且靈活，但缺點在于容器共享宿主機內核，性能干擾較大。因此要根據不同的性能需求來選擇不同的虛擬化技術。

對于虛擬鏈路的實現。考慮到要構建等同于真實設備間的點到點連接，網元中要有真實的網卡設備來配置隊列規則，所以對于同宿主機上的網元，Klonet采用vethpair[10]以及tap與虛擬網橋的組合建立容器以及虛擬機之間的虛擬鏈路；對于不同宿主機上的網元，Klonet以前者虛擬鏈路為基礎，通過添加VxLAN隧道或配置VLAN實現虛擬鏈路。最后使用Linuxtc設置鏈路的數據面屬性。

4.3 模擬網絡管理

Klonet支持在實驗運行過程中對其模擬網絡進行多種管理操作行為，如網元的創建和刪除、鏈路的增加和移除、創新實例的啟動和停止等。這些操作行為不僅可以幫助用戶將動態事件引入模擬網絡，使其具有真實場景下復雜多樣的變化，還可以幫助用戶靈活地管理實例的運行狀態、修改網絡拓撲、改善實驗方案。另外Klonet還提供實時的網絡拓撲展示功能，從而提高模擬網絡的可視化水平和可操作性。

實現網絡管理操作以及網絡拓撲展示的關鍵在于模擬網絡的描述信息，如果有數據模型能夠維護模擬網絡的狀態信息，平臺就可以根據這些數據進行相應的網元和鏈路操作，或根據數據模型來繪制圖形化的拓撲界面。

對于模擬網絡的展示，需要一種靜態的模擬網絡模型向圖形接口描述當前時刻的網絡狀態以繪制對應的界面。當然，這類模型同樣可以描述用戶設計的網絡拓撲，服務于網絡拓撲定制功能。為此Klonet設計了JSON數據格式的拓撲描述文件，作為平臺描述模擬網絡的規范模型。但是由于其靜態性，該模型很難跟蹤模擬網絡的動態改變、描述模擬網絡的實時狀態，而實驗過程中對已部署網絡的動態操作和修改又勢必會改變其狀態以及相應的模型表示。

所以Klonet還基于Redis設計了模擬網絡的動態模型。動態模型的特點是會隨著模擬網絡狀態的改變而變化。當短時間內有大量動態事件發生時，動態模型會隨之產生大量更新，所以適合使用非關系的內存型數據庫維護和存儲。Redis執行速度快、適用于頻繁讀寫的場景，并且其鍵值（key-value）存儲系統的性質，非常利于其動態表項與JSON格式的靜態文件進行相互轉換。綜上，Klonet采用Redis作為運維數據庫，并以Redis的表項對模擬網絡中的各類實體進行了重新刻畫，最終形成網絡的動態模型。

模擬網絡部署時，靜態的拓撲描述被實例化為虛擬網元和虛擬鏈路，同時也被實例化為運維數據庫中的動態模型。當用戶管理和操作模擬網絡時，控制框架會以動態模型作為數據支持來執行相應的動作，并按照動作的執行結果進行相應的模型更新。對于拓撲展示，圖形接口會定期向控制框架請求當前時刻的模擬網絡描述，控制框架收到請求后將讀取運維數據庫中此刻的網絡數據，并把這些數據轉換為網絡的靜態模型，然后返回到圖形接口用于界面繪制。

4.4 實驗支撐功能

考慮到拓撲結構、網絡流量和實驗結果等網絡實驗的基本要素[9]，Klonet對實驗的支撐能力主要包括網絡拓撲定制、多種流量發生和實驗結果分析的功能，給予網絡實驗必要的功能助力，節省開發、測試、分析網絡創新技術所需的時間，簡化實驗過程，降低技術創新門檻。在實驗中，網絡拓撲定制實現任意網絡拓撲的靈活設計和部署，多種流量發生向模擬網絡注入不同分布、不同模式的流量，實驗結果分析提供對網絡指標和協議行為的監控、統計、分析和呈現，如圖3所示。

圖3 Klonet實驗支撐功能

（1）網絡拓撲定制

Klonet提供兩類拓撲定制方法，圖形化接口定制和編寫拓撲描述文件定制，分別對應使用圖形接口和編程接口兩種部署方式。圖形化方法在采用典型拓撲模板（如Tree、FatTree、BCube等）的基礎上手動拖曳網元、鏈路的形式定制拓撲；或者可以完全由手動拖曳網元、鏈路設計。典型模板用來快速生成大規模的拓撲骨干，手動拖拽則在此基礎上進行微調。拓撲設計完成之后，圖形接口會生成相應的規范化拓撲描述文件。該方法可有效減輕拓撲結構設計負擔，適應特異網絡拓撲結構的交互式設計要求，使拓撲定制更加直觀、便捷，交互性更強。編寫拓撲描述文件的方法要求實驗人員向平臺提交可讀的拓撲描述文件，描繪定制后的拓撲結構。所以相較于交互式的手動拖曳，通過程序腳本可以自動化生成規范的拓撲描述，能夠高效定制大規模、有規律的拓撲，并且可以解析已有的拓撲數據集和其他平臺的拓撲文件，便于現有網絡描述的移植，豐富定制拓撲結構的方法。

（2）多種流量發生

定制好的網絡拓撲被部署到硬件集群后，若沒有業務流量的注入，則只存在路由交換協議、DHCP等控制平面協議產生的控制面流量，無法滿足對數據面操作行為的觀察和性能指標的評估。為了解決這一問題，Klonet提供包含數據流生成和數據包生成的多種流量發生功能，向網絡數據面注入可靈活定制的高速數據流量。數據流生成基于系統的傳輸層接口，Klonet允許用戶定制流請求大小的累積分布函數，請求總時間和期望吞吐等參數。數據包生成則憑借構包、發包的方式產生流量，Klonet允許用戶定制報文的字段格式、取值和長度，允許定制包長的分布，允許按照符合指定分布的時間間隔發送數據包。另外，Klonet還將Iperf以程序化接口的形式提供給用戶，用戶可以利用Iperf產生背景流，也可以在Iperf的基礎上通過編程的方式靈活定義流量發生模式。

（3）實驗結果分析

實驗結果分析是開發者在平臺上開發、驗證網絡創新技術的最后一步，為此Klonet的實驗結果分析功能從控制面的協議行為分析和數據面的性能結果獲取兩個方向出發，對模擬網絡進行監測。網絡監測主要基于網絡端口上的報文抓取，為了提高抓包效率、減小抓包開銷，平臺引入可編程的eBPF技術在內核中設置鉤子捕獲事件信息，使報文信息獲取更加輕量且賦予其更加豐富的定制化能力。對于可定制的協議分析部分，平臺提供對常用協議的報文過濾能力以及字段提取、分析能力，可按照協議類型或字段類型對報文進行抓取、聚合等操作。對于性能結果的獲取，平臺提供部分常見性能指標（如吞吐率）的計算獲取。與網元資源用量有關的分析和驗證，平臺主要通過集成Prometheus監控系統實現，支持對計算、存儲等資源使用情況的收集、存儲和處理。實驗結果分析功能允許通過可視化接口或描述文件對具體的監控事件進行定制，支持監測數據的可視化分析，并且允許以文件形式導出原始數據和結果圖像。

5 平臺用例

通過對兩類面向不同網絡研究問題的實驗場景分析，具體說明平臺對網絡技術創新的支撐能力，以及利用平臺開展實驗的大致方法。

5.1 端到端擁塞控制

TCP作為互聯網的主流傳輸協議，其擁塞控制方法對端到端數據傳輸的性能表現和帶寬資源的使用情況具有重大影響。隨著近年來網絡環境愈發復雜、網絡應用場景愈發多樣的發展趨勢，網絡擁塞控制方法仍在面臨著源源不斷的需求和挑戰，該研究也一直都是網絡創新中的熱點。

為了在現實中評估擁塞控制算法，基于UDP套接字的用戶態實現方式通常會被采用[11]，該方法不用改動內核協議棧中的具體實現，可以作為用戶態應用程序執行。另外，為了理解算法的真實表現，通常要在廣域網鏈路、衛星鏈路等不同的網絡條件下對其進行測試。

在用戶態進行擁塞控制研究以及模擬復雜的網絡鏈路場景Klonet都能夠支持。首先，Klonet構建的模擬網絡，其虛擬網元采用虛擬機或容器實現，具有完整的內核協議棧，易于封裝和執行用戶態的算法實現。其次，Klonet能夠模擬網絡數據面的多種屬性并支持屬性的定制化配置，具體見表1。通過對帶寬、往返時延、丟包率以及端口緩存大小等屬性的有機組合，可以模擬出多種不同的網絡條件用于性能表現的評估（如吞吐率、緩存占用率、時延敏感性、公平性等）。最后，Klonet的Web接口可以幫助用戶進行可視化的拓撲定制和鏈路屬性配置，在實驗過程中便捷引入新的鏈路競爭以及改變網絡屬性。Klonet使得擁塞控制算法的開發和實驗可以更靈活、高效地開展。

表1 網絡屬性定制能力

5.2 IPv6段路由協議

隨著5G時代的到來和網絡應用場景的不斷擴展，基于IPv6的網絡應用創新和網絡協議創新成為下一代互聯網的重要發展動力。其中，IPv6段路由SRv6作為最具代表性的創新協議之一，憑借其易擴展、易編程、高可靠等特性吸引了廣大的研究人員，也有不少方案已經落地部署。

利用Klonet可以設計、搭建完整的網絡測試環境，用于SRv6創新實例的功能性驗證，參考網絡場景如圖4所示。該網絡由兩部分組成，一部分是控制和管理平面，另一部分是數據平面。對于數據平面的模擬，Klonet能夠在“二層網絡”的虛擬節點中安裝、運行FRR（FRRouting）等軟件路由協議族使其成為基于內核的SRv6路由器網元。通過eBPF和XDP等可編程技術，可以在內核層面對路由器網元進行功能擴展和數據路加速，實現SRv6網絡的數據平面創新。對于控制平面的模擬，Klonet單獨為網元和控制器創建一個上層的控制網絡，用于SRv6南向接口的創新實現，并且當路由網絡的測試場景規模較大時，可以利用Klonet編程接口在可定制程度和大批量操作等方面的優勢，采用多樣的方式編寫拓撲描述文件、定制網絡拓撲，成批地引入各類網絡事件、執行各類操作。

圖4 SRv6網絡場景參考

6 結束語

本文面向網絡技術創新在開發和實驗方面的需求，提出了網絡模擬實驗平臺Klonet的設計目標和具體實現方法。Klonet首先能夠滿足大規模的實驗場景，并且其搭建的模擬網絡具有任意拓撲、在功能和屬性上十分貼近真實的網絡情況，使多類別的網絡技術創新能夠部署、運行到多樣化的網絡場景中，以進行相應的正確性驗證和性能表現評估，最后憑借實驗過程中的拓撲展示能力、網絡操作能力，以及對實驗從拓撲到流量再到結果的全方位功能支持，帶來更多方案上的可行性和操作上的便利性。Klonet能夠應對由網絡規模不斷擴大和技術創新形式不斷豐富所帶來的挑戰，有望助力網絡技術的創新和發展。

現有Klonet是基于容器的虛擬化技術實現，更適合進行功能方面的創新驗證，后續將考慮采用高速互聯的多卡高性能服務器集群來支撐性能方面的創新試驗。同時，現有Klonet對模擬網絡的優化部署研究不夠深入，導致平臺資源利用率不高。未來Klonet將會關注平臺各類資源的量化描述，通過大量測試建立合理的資源需求模型，并以此為基礎設計模擬網絡切分和放置算法，從而實現資源的高效利用。