趙渝淏

摘 要：大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)以及移動(dòng)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(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與應(yīng)用也就日益多樣化?；赥CP/IP體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)很難滿足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求，而軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN，Software Defined Networking）與云計(jì)算技術(shù)作為目前解決網(wǎng)絡(luò)僵化問(wèn)題的重要手段，在一定程度上可以緩解當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的困境。因此，基于SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)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(jié)合云平臺(tái)，對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)可提供給用戶的隨時(shí)隨地即插即用的私有網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到降低廠商成本、提高效益，減少網(wǎng)絡(luò)延遲，提升用戶體驗(yàn)，提高網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡等目的。

關(guān)鍵詞：SDN;虛擬化;云計(jì)算技術(shù);網(wǎng)絡(luò)

1引言

本文主要研究如何搭建完整的云計(jì)算平臺(tái)以及SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在云計(jì)算平臺(tái)虛擬實(shí)現(xiàn)，以便在云系統(tǒng)中能夠使用SDN控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署，充分發(fā)揮SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)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(shì)。實(shí)現(xiàn)一個(gè)可提供給用戶的隨時(shí)隨地即插即用的私有網(wǎng)絡(luò)。

2基礎(chǔ)環(huán)境部署

目前我們共有22臺(tái)各種不同型號(hào)的服務(wù)器，通過(guò)虛擬化技術(shù)，將所有服務(wù)器的存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算資源等都做成一個(gè)資源池，并由控制管理機(jī)來(lái)動(dòng)態(tài)控制。并從該資源池中提取相應(yīng)資源虛擬出支持SDN架構(gòu)的虛擬交換機(jī)，通過(guò)電信服務(wù)商提供的相應(yīng)接口，接入到互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)中。這些服務(wù)器將用來(lái)進(jìn)行云計(jì)算平臺(tái)的部署。

單元服務(wù)器：

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

NAS：8TB。

用戶可以通過(guò)其計(jì)算機(jī)，使用瀏覽器，登錄網(wǎng)站，選擇相應(yīng)虛擬交換設(shè)備結(jié)點(diǎn)，并加入該結(jié)點(diǎn)中，即可體驗(yàn)無(wú)礙的異地網(wǎng)絡(luò)辦公，文件分享，或是享受前所未有的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

同時(shí)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(duì)獨(dú)立配置的設(shè)計(jì)連接組成系統(tǒng)，以此來(lái)提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)冗余配置的部件介入并承擔(dān)故障部件的工作，由此來(lái)減少系統(tǒng)故障的時(shí)間，保證用戶的體驗(yàn)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(wù)器硬件基礎(chǔ)上，虛擬出10倍甚至20倍的服務(wù)器資源，這樣既可以減少成本又可以為更多用戶提供服務(wù)。

3 基于云計(jì)算技術(shù)的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建

3.1平臺(tái)部署

本文選取了開(kāi)源控制器OpenDaylight和開(kāi)源云計(jì)算平臺(tái)OpenStack作為研究對(duì)象，使用Open vSwitch作為SDN的交換機(jī)，并將OpenStack網(wǎng)絡(luò)相關(guān)組件與OpenDaylight控制器的融合，并對(duì)虛擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)配置，將其整合在一起來(lái)搭建基于SDN的網(wǎng)絡(luò)虛擬系統(tǒng)。

3.2技術(shù)路線

本項(xiàng)目是對(duì)基于云計(jì)算技術(shù)的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究與應(yīng)用，因此涉及到多種技術(shù)的交叉融合，在整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上就需要多方面考慮，并基于預(yù)先假設(shè)的所有問(wèn)題提前給出切實(shí)可行的解決方案。同時(shí)，在項(xiàng)目研究的每個(gè)階段都面臨著多樣化的需求和問(wèn)題，所以技術(shù)路線在層次上可分為準(zhǔn)備階段、基礎(chǔ)設(shè)施、云管理調(diào)度、服務(wù)自動(dòng)化、用戶接入、網(wǎng)絡(luò)接入等，我們?cè)诓煌膶哟紊献龀隽瞬煌姆治鲅芯?。技術(shù)路線圖如下所示：

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，綜合考慮到了在可用性、負(fù)載均衡、容量規(guī)劃、自動(dòng)化 服務(wù)、資源管理、災(zāi)備能力以及備份恢復(fù)等多方面的問(wèn)題，預(yù)先研究設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

3.3 基礎(chǔ)設(shè)施

該系統(tǒng)本質(zhì)上是將數(shù)據(jù)包通過(guò)流表的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，其不僅只包含網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，還包含網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)、安全服務(wù)等等，所以搭建平臺(tái)時(shí)不能只有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還需要有存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全等設(shè)備。而在技術(shù)上，也不僅僅只有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還包括虛擬化、存儲(chǔ)、安全等技術(shù)。

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的搭建，需要對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行整合。首先通過(guò)收集當(dāng)前的服務(wù)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(jìn)行虛擬化服務(wù)器的整合評(píng)估為虛擬化的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供量化標(biāo)準(zhǔn)。然后將服務(wù)器建立集群，開(kāi)啟HA及DSR功能。啟用HA功能可以確保任何一臺(tái)物理機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，其業(yè)務(wù)都不會(huì)受到長(zhǎng)時(shí)間的影響，而啟用DSR功能，可以確保每臺(tái)物理機(jī)的負(fù)載相對(duì)均衡。

建立資源池后，平臺(tái)根據(jù)管理調(diào)度系統(tǒng)，抽取相應(yīng)的資源建立支持SDN架構(gòu)的虛擬交換設(shè)備。并通過(guò)電信服務(wù)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(chǔ)設(shè)施層之上對(duì)設(shè)備進(jìn)行池化管理，根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層提供的各種接口或者服務(wù)封裝服務(wù)并根據(jù)用戶需求進(jìn)行資源調(diào)。

用戶可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要定義相應(yīng)的優(yōu)化策略監(jiān)控主機(jī)的健康狀況并進(jìn)行持續(xù)不斷的優(yōu)化。當(dāng)主機(jī)的CPU利用率超過(guò)閾值的時(shí)，這個(gè)主機(jī)上的虛擬交換機(jī)會(huì)被在線遷移到別的CPU 利用率小于閾值的主機(jī)上，從而保證該主機(jī)始終處于健康的狀態(tài)，并且平衡了集群中主機(jī)的計(jì)算資源。

3.5服務(wù)自動(dòng)化

本層主要是資源供給之后對(duì)資源進(jìn)行運(yùn)維管理，也就是我們常說(shuō)的IT服務(wù)管理，包括：監(jiān)控服務(wù)自動(dòng)化、運(yùn)維操作服務(wù)自動(dòng)化、流程服務(wù)自動(dòng)化等。本層次可再細(xì)分為兩層：技術(shù)實(shí)現(xiàn)層及業(yè)務(wù)管理層。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)層指的是底層使用的是自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)技術(shù)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)層由于標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，在通用性上也較強(qiáng)，而在操作自動(dòng)化方面，采用開(kāi)源軟件或者國(guó)內(nèi)廠商軟件。業(yè)務(wù)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(wàn)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(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題，就是工具之間的整合，所以，如果要把采購(gòu)的工具完美的構(gòu)建成一個(gè)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(shù)編寫(xiě)，部分頁(yè)面采用php等技術(shù)方式編寫(xiě)，滿足不同的場(chǎng)景需求，同時(shí)對(duì)接SQLServer進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理。在整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)中，從邏輯上將系統(tǒng)分為多層來(lái)進(jìn)行控制，分為界面上的流程控制和業(yè)務(wù)上的流程控制。

在前臺(tái)界面上的流程控制上，本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)集成了Struts來(lái)作為頁(yè)面跳轉(zhuǎn)的流程引擎，采用它來(lái)控制頁(yè)面與頁(yè)面之間的流轉(zhuǎn)和控制。在業(yè)務(wù)組件的流程控制上，利用了Spring容器來(lái)保證組件與組件之間的松耦合性，利用Spring的依賴注入機(jī)制來(lái)保證組件之間的完全解耦。由于Spring對(duì)原有的代碼的無(wú)侵入性，能夠最大程度上保護(hù)原有的開(kāi)發(fā)工作，同時(shí)Spring能有效地降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)量，提高業(yè)務(wù)類的可重用性，更加有效的保證系統(tǒng)能按時(shí)按質(zhì)的完成開(kāi)發(fā)工作。

針對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化模式，預(yù)先設(shè)計(jì)整個(gè)流程，即用戶在進(jìn)入系統(tǒng)后，創(chuàng)建的產(chǎn)品訂單經(jīng)過(guò)前臺(tái)腳本刪選信息交由后臺(tái)處理，后臺(tái)系統(tǒng)將用戶配置信息提供給后臺(tái)控制管理機(jī)，后臺(tái)控制管理機(jī)根據(jù)這些信息，生成的虛擬交換設(shè)備中開(kāi)放部分權(quán)限給用戶，用戶通過(guò)前端界面，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的選擇與加入。

4 結(jié)論

基于云計(jì)算技術(shù)的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，利用SDN將控制層與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層徹底分離這一特性，使網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)效率進(jìn)一步提升，組網(wǎng)部署更加靈活;并從云計(jì)算的主流技術(shù)OpenStack出發(fā)，選取開(kāi)源控制器OpenDaylight，使用Open vSwitch作為SDN的交換機(jī)，并將OpenStack網(wǎng)絡(luò)相關(guān)組件與OpenDaylight控制器的融合，然后對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)配置，將其整合在一起來(lái)搭建基于SDN的網(wǎng)絡(luò)虛擬系統(tǒng)。而在虛擬化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)中，基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容不僅實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源對(duì)于客戶需求的有效適配。

綜上所述，在互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算的發(fā)展過(guò)程中，可以滿足用戶的一切需求，打破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的束縛，解決更多的實(shí)際問(wèn)題，SDN、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等技術(shù)對(duì)未來(lái)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建起到了至關(guān)重要的作用，已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)，能夠?yàn)楦鞔筮\(yùn)營(yíng)商及網(wǎng)絡(luò)企業(yè)獲得更多的基礎(chǔ)支持，為其發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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