基于SDN的网络虚拟化仿真研究

基于SDN的网络虚拟化仿真研究

李 宁1，杨红伟2，李 艳1，王永欣1，王 静1，李 俊1

【摘 要】摘 要 软件定义网络的集中控制和可编程能力解决了传统网络虚拟化技术的弊端。为了进一步研究网络虚拟化技术，采用Mininet、OpenVirteX和Floodlight等软件，提出一种基于SDN的网络虚拟化仿真平台实现方案。总结了SDN网络和网络虚拟化特性，介绍了基于SDN的网络虚拟化仿真平台的系统架构，验证了其功能和隔离特性。提出的仿真平台为基于SDN技术的网络虚拟化创新提供了良好的平台支撑。 【期刊名称】无线电工程 【年(卷),期】2017(047)008 【总页数】4

【关键词】关键词 软件定义网络；网络虚拟化；OpenVirteX

Abstract The centralized control and programmable ability of Software Defined Network solve the disadvantage of traditional network virtualization technology.In order to further research the network virtualization technology,a network virtualization platform based on SDN

network

architecture

is

presented

by

employing

Mininet,OpenVirteX and Floodlight.The paper summarizes SDN network and network virtualization features,introduces the system architecture based on SDN network simulation platform virtualization,and verifies its function and isolation features.The simulation platform puts forward good support for network virtualization innovation based on SDN.

Key words software-defined network；network virtualization；OpenVirteX

0 引言

近年来，网络正朝着虚拟化和移动化的方向发展，网络虚拟化技术在云计算和物联网等领域已经得到了广泛的运用。而传统的网络虚拟化技术存在弊端，如GENI [1]通过划分VLAN 的方式提供不同试验网络的隔离，不过这使试验拓扑受限于网络的拓扑而不够灵活；PlanetLab [2]通过隧道叠加的方式实现相互隔离的环境，不过切片的开通需要复杂的隧道配置。

软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)技术的出现克服了以上弊端，SDN将整个网络架构分为控制平面和转发平面，用户可以在控制器上对网络进行集中、灵活地控制[3]。SDN由于其灵活的特性引发了广泛关注，为网络虚拟化进一步广泛应用提供了强有力的技术支撑，推动了网络技术的创新。 本文以SDN网络架构为基础研究网络虚拟化实现，并对网络虚拟化的隔离机制进行研究与分析，提供一整套基于SDN的网络架构仿真实现方案，为网络虚拟化的实现提供了新的手段。

1 网络虚拟化

网络虚拟化[4]是指在同一物理网络基础设施上允许多个虚拟网络共存、独立运行的网络技术。每个虚拟网络包括虚拟节点和虚拟链路。实际上，每个虚拟网络都是底层物理网络资源的一个子集，通过创建虚拟网络，可以提供端到端的网络服务[5]。

网络虚拟化的核心是共享物理网络资源和隔离机制[6]。所谓共享物理网络，就是说每个虚拟网络所使用的物理资源来自同一个物理网络，虚拟网络分时或者

分片使用同样的物理资源[7]；所谓隔离机制，就是要求共享同样物理网络资源的虚拟网络，运行时互不影响，互相隔离[8]。由于虚拟网络工作的层次不同，其共享和隔离机制也都不尽相同。网络虚拟化架构示意如图1所示。 通过网络虚拟化带来的好处[9]：

① 用户只需要操作属于自己的逻辑网络，而不用关心底层网络的实现细节，屏蔽了物理网络的差异性；

② 多个用户共享同一物理网络资源，提高网络资源的利用率；

③ 用户网络间相互隔离，彼此不受对方的影响，有助于提高网络的安全性。 而传统的网络虚拟化技术，如 VLAN[10] 和VPN[11]，需要分别对每一台设备进行操作，网络虚拟化的配置和操作通常是非常复杂的。当虚拟网络发生变化时，更改原来配置的工作量也将十分巨大。

2 SDN

ONF(Open Networking Foundation)提出的SDN架构如图2所示[12]。 SDN的核心思想主要体现在3个方面[13]：

集中控制：逻辑上的集中控制能够获得底层网络资源的全部信息并根据业务需求对资源进行灵活调配和优化。同时，远程的集中控制无需对物理设备进行现场配置，从而提升了网络控制的便捷性。

可编程能力：在控制平面编程，通过开放的南向和北向接口，使得应用能告知底层网络如何运行才能更好地满足应用的需求，能够实现应用和网络的无缝集成。

网络虚拟化：逻辑网络和物理网络分离后，逻辑网络可以根据业务需要进行配置、迁移，不再受具体设备物理位置的限制。