基于SDON結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)研究

占俊杰，舒忠

（荊楚理工學(xué)院，荊門 448000）

0 引言

目前，在計算機網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)應(yīng)用中，SNMP[1]和TMN[2]網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，針對一些局部性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行內(nèi)、外分類進行管理時，還具有一定的，甚至是較強的優(yōu)勢。但是，面對當(dāng)今以互聯(lián)網(wǎng)為主體的網(wǎng)絡(luò)平臺得到了廣泛應(yīng)用，一些局部性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也主動融入到互聯(lián)網(wǎng)中，在局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部采用SNMP網(wǎng)絡(luò)管理機制，而在互聯(lián)網(wǎng)接入中采用TMN網(wǎng)絡(luò)管理機制，已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)管理需要，不僅在運行中過于復(fù)雜，還增加了運行成本和網(wǎng)絡(luò)管理難度。基于SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，主要針對IP網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)應(yīng)用難度大、人機交互效率低，大型網(wǎng)絡(luò)管理的功能弱，只適合內(nèi)部局域網(wǎng)的管理。而TMN是基于電信網(wǎng)的管理技術(shù)，針對性非常強，與SNMP的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)并不兼容，且針對大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理限制因素非常多，開放式并不高。因此，本文提出一個種基于SDON結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。SDON網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)[3-5]主要針對多域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以非常方便地實現(xiàn)對大型廣域網(wǎng)的管理。

由于當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)以SNMP和TMN為主流，其技術(shù)應(yīng)用已非常成熟，網(wǎng)絡(luò)管理還具有非常明顯的優(yōu)勢，更重要的是都針對當(dāng)前應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此，本文構(gòu)建的基于SDON結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，需要以現(xiàn)有的SNMP和TMN網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)為基礎(chǔ)，并對其已有的優(yōu)勢加以應(yīng)用。

SNMP網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)主要由用于存儲網(wǎng)絡(luò)管理過程采集信息的數(shù)據(jù)庫、針對采集信息進行分析與管理的數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)模型、用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信的SNMP通信協(xié)議三個部分組成[6-7]。在該系統(tǒng)中，主要采用SNMP代理機制對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行管理，每一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有一個對應(yīng)的SNMP代理對其進行管理，且實現(xiàn)唯一的“一對一”對應(yīng)，SNMP代理機制負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集，所采集的信息同樣采用“一對一”的機制存儲于專用數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)存儲采用樹形結(jié)構(gòu)進行管理。采集到的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型可以分為三種類型。SNMP通信協(xié)議主要用于實現(xiàn)管理系統(tǒng)與SNMP代理之間的信息交換，其信息交換以報文的方式進行傳輸，主要有五種報文傳輸方式[7]。

TMN網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)主要針對電信網(wǎng)進行管理，是獨立于電信網(wǎng)的一個網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。TMN可以管理應(yīng)用于電信網(wǎng)上的多種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以對單個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行管理，也可以對一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行管理，這是其管理大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。TMN的網(wǎng)絡(luò)管理功能主要具有：網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)故障、網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)安全和使用費用五個功能模塊組成[8]，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分布式管理和集中式管理，采用CMIP通信協(xié)議[9]進行管理數(shù)據(jù)信息傳輸。

本文通過對現(xiàn)有的主要網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理技術(shù)理論與應(yīng)用進行分析，提出一種完全開放式的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)以SDON大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理技術(shù)為基礎(chǔ)，將管理系統(tǒng)置于Web瀏覽器中，對HTTP通信協(xié)議進行精簡并加以應(yīng)用，通過網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)控制分離的方式，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理采有集中方式，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制則采用分布式方式。

1 SDON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)模型設(shè)計

1.1 SDON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

SDON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的主要特點是應(yīng)用了虛擬技術(shù)[10]，虛擬技術(shù)應(yīng)用的主要方法是采用層次分類構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)框架，SDON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以劃分為：物理設(shè)備層、虛擬資源分配層、網(wǎng)絡(luò)管理控制層共三層結(jié)構(gòu)[11]。其中，物理設(shè)備層主要包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如：數(shù)據(jù)交換機、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備），該層的主要功能是向管理系統(tǒng)展示全部的可用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；虛擬資源分配層則可以通過設(shè)備的特性同一性進行簡要的分類，并實現(xiàn)統(tǒng)一管理；網(wǎng)絡(luò)管理控制層可以通過一些應(yīng)用管理程序?qū)W(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行管理與控制。在虛擬資源分配層中，主要的管控設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)管理控制器，控制器具備IP網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換連接功能，同時具備控制代理功能，每一個管理控制器只負(fù)責(zé)某一個獨立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管控，利用虛擬技術(shù)就可以使多個獨立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共享網(wǎng)絡(luò)管理資源。

SDON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交換流程是：首先，物理設(shè)備層通過南向接口向網(wǎng)絡(luò)管理控制器提交全部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本信息；然后，網(wǎng)絡(luò)管理控制器對設(shè)備的特性進行分析，將同一特性的設(shè)備歸為一類，多個網(wǎng)絡(luò)管理控制器之間利用東西向接口實現(xiàn)通信；網(wǎng)絡(luò)管理控制層內(nèi)部通過管理與控制分離的機制進行運行，管理層通過北向接口與控制層實現(xiàn)通信，并向整個管理系統(tǒng)提供相應(yīng)的管理與控制信息；最后，全面的管理與控制信息全部發(fā)送至瀏覽器的管理系統(tǒng)上，以便于管理人員對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行管理與控制。圖1所示為SDON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 SDON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

在SDON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)管理控制器是非常關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備之一。控制器也是采用代理方式進行網(wǎng)絡(luò)管理與控制，通常由一臺專用服務(wù)器完成相應(yīng)的工作。控制器內(nèi)部由網(wǎng)絡(luò)客戶端接口、多控制器連接驅(qū)動接口、網(wǎng)絡(luò)鏈路管理接口、網(wǎng)絡(luò)管理接口、數(shù)據(jù)庫管理接口五個部分組成，其內(nèi)部通信以O(shè)pen?Flow協(xié)議為主[12]，內(nèi)部通信系統(tǒng)相對獨立于整個網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。圖2所示為網(wǎng)絡(luò)管理控制器功能結(jié)構(gòu)示意圖，圖3所示為網(wǎng)絡(luò)管理控制器內(nèi)部建立通信連接與斷開通信連接示意圖。

圖2 網(wǎng)絡(luò)管理控制器功能結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 控制器建立通信連接與斷開通信連接示意圖

1.2 Web服務(wù)器技術(shù)分析

SDON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的構(gòu)建，必須以Web服務(wù)器技術(shù)[13]為基礎(chǔ)。Web服務(wù)器技術(shù)可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的分布式管理，支撐多程序語言開發(fā)，支持多操作系統(tǒng)和多組網(wǎng)方式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接。在服務(wù)器與客戶端之間，采用HTTP通信協(xié)議進行信息交換。

Web服務(wù)器技術(shù)的主要組成包括三個方面的內(nèi)容：嚴(yán)格執(zhí)行XML數(shù)據(jù)類型和XSD數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)；嚴(yán)格執(zhí)行HTTP與XML融合的SOAP數(shù)據(jù)通信協(xié)議；嚴(yán)格執(zhí)行WSDL網(wǎng)絡(luò)服務(wù)描述語言標(biāo)準(zhǔn)。Web服務(wù)器技術(shù)主要提供設(shè)備之間的連接接口和用戶注冊服務(wù)。圖4所示為基于Web服務(wù)器技術(shù)提供服務(wù)的方式示意圖。

1.3 網(wǎng)絡(luò)管理方式

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的管理方式主要包括：集中式管理和分布式管理兩大類[14]。

集中式管理系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，通過設(shè)置一個或少量網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點（可以是專用服務(wù)器，也可以了專用客戶端），由這些節(jié)點專門負(fù)責(zé)一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理，并配置專用數(shù)據(jù)庫對采集的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行狀態(tài)信息進行存儲與分析。其實現(xiàn)簡單、維護方便，但是，針對目前應(yīng)用廣泛的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在管理能力方面會存在不小的差距，運行時還需要占用大量的網(wǎng)絡(luò)資源，增加網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行負(fù)擔(dān)。圖5所示為集中式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。

圖4 Web服務(wù)器提供服務(wù)的方式示意圖

圖5 集中式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

分布式管理系統(tǒng)則可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能（主要是指不同部門、不同的需要等因素組建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)），實現(xiàn)分段管理，在整個有關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，設(shè)置多個網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點。不僅可以設(shè)置同一層次的專用網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點，還可以設(shè)置多層次的專用網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點；在實際應(yīng)用中，不僅可以設(shè)置專用的網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點，還可以將一定應(yīng)用功能少的節(jié)點納入網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中。在全部管理節(jié)點之間，也可以實現(xiàn)信息交換。圖6所示為分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。

圖6 分布式網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

1.4 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)構(gòu)建

本文提出的SDON網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)融合了集中式和分布式網(wǎng)絡(luò)管理的優(yōu)點，在瀏覽器的總控管理端，對全部網(wǎng)絡(luò)管理控制器進行集中管理，而處于虛擬資源分配層的各個網(wǎng)絡(luò)管理控制器則獨立完成某一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（根據(jù)實際需要也可以是具有同一特性的同一類設(shè)備）的控制。在虛擬資源分配層中，充分體現(xiàn)了虛擬化與分布式的高度融合的特點；在整個網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，充分體現(xiàn)了集中式管理與分布式管理高度融合的特點。在網(wǎng)絡(luò)管理控制層部分，管理層和控制層之間的數(shù)據(jù)信息交換通過HTTP通信協(xié)議實現(xiàn)，其數(shù)據(jù)定義以XML數(shù)據(jù)類型為標(biāo)準(zhǔn)。圖7所示為本文提出的基于SDON技術(shù)的集中式與分布式融合的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。

圖7 集中式與分布式融合的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

在圖7中，物理設(shè)備層中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按其特征（如：廠商、型號、性能、功能等）被分為多類，分類時同時兼顧網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的獨立屬性；虛擬資源分配層中的多個網(wǎng)絡(luò)管理控制器通過與物理設(shè)備層中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一一對應(yīng)，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行控制；網(wǎng)絡(luò)管理控制層則由一個基于Web服務(wù)器組建的管理系統(tǒng)組成，對每個網(wǎng)絡(luò)管理控制器采集的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行狀態(tài)信息管理，并負(fù)責(zé)存儲至數(shù)據(jù)庫中。Web管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理控制器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通過HTTP通信協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸指令，且網(wǎng)絡(luò)管理控制器還負(fù)責(zé)最佳路由計算。

1.5 網(wǎng)絡(luò)映射機制

在集中式與分布式融合的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型中，還需要解決網(wǎng)絡(luò)映射的問題。在物理設(shè)備層中，涉及的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備非常多，且實現(xiàn)了分類管理與控制，其同一特性的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能來源于多個不同的獨立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在與網(wǎng)絡(luò)管理控制器建立連接實現(xiàn)虛擬化控制時，必然需要應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)映射機制[15]。

如果只是針對某一個小型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過虛擬的連接線路實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)管理控制器的連接，由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的具體信息通常是可知的，因此，這種單一的對應(yīng)關(guān)系就非常容易確定。而對于多個小型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成的大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（特別是互聯(lián)網(wǎng)），其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的具體信息網(wǎng)絡(luò)管理者就很難掌握了，如果要實現(xiàn)無數(shù)網(wǎng)絡(luò)管理控制器與大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過虛擬連接線路進行對應(yīng)連接，最有效的方法就是采用分布式網(wǎng)絡(luò)映射機制。

分布式網(wǎng)絡(luò)映射機制建立的主要思想是：首先將某一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定義為局部網(wǎng)絡(luò)（該網(wǎng)絡(luò)的定義通常是用戶自己的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，或者說是用于重點管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)），將其他全部的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定義為全局網(wǎng)絡(luò)（該網(wǎng)絡(luò)的定義可以是與用戶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相關(guān)的其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，或者就是整個互聯(lián)網(wǎng)）；然后設(shè)置兩個虛擬連接通信代理接入點：一個為局部代理接入點，一個為全局代理接入點；設(shè)計Web管理系統(tǒng)可以發(fā)出兩條虛擬連接線路，一條用于通過局部代理接入點控制一部分網(wǎng)絡(luò)管理控制器對局部網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行管理與控制，另一條用于通過全局代理接入點控制大量網(wǎng)絡(luò)管理控制器對全局網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行管理與控制；兩條虛擬連接線路定義各自的信息傳輸請求隊列，并制定各自的信息傳輸隊列管理機制；數(shù)據(jù)信息傳輸過程中，允許全局網(wǎng)信息傳輸隊列向局部網(wǎng)信息傳輸隊列發(fā)送信息傳輸請求，從而實現(xiàn)局部網(wǎng)與全局網(wǎng)的相對獨立與相互融合。

整個網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)管理控制器與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一一對應(yīng)的管理與控制方式，是以上分布式網(wǎng)絡(luò)映射機制得以實現(xiàn)的首要前提；兩條虛擬連接線路實現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)與全局網(wǎng)絡(luò)的隔離，是實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)映射的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)映射機制的實現(xiàn)，實際上是分布式技術(shù)與虛擬化技術(shù)的綜合應(yīng)用。圖8所示為虛擬化網(wǎng)絡(luò)管理中網(wǎng)絡(luò)映射的實現(xiàn)機制。

圖8 虛擬化網(wǎng)絡(luò)管理中網(wǎng)絡(luò)映射的實現(xiàn)機制

1.6 通信過程

在圖7所示為本文提出的基于SDON技術(shù)的集中式與分布式融合的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型中，關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)構(gòu)建在于管理層與控制層能夠正常實現(xiàn)連接。為了與互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)良好的通信連接，并具備良好的網(wǎng)絡(luò)管理擴展性，本文將使用HTTP通信協(xié)議構(gòu)建通信系統(tǒng)。HTTP通信協(xié)議的報文格式定義非常簡單，只有請求報文和響應(yīng)報文兩種類型。其中，請求報文主要由請求消息、請求報文頭、請求的具體內(nèi)容組成，響應(yīng)報文主要由響應(yīng)狀態(tài)消息、響應(yīng)報文頭、與請求對應(yīng)所響應(yīng)的具體內(nèi)容組成。

根據(jù)整個網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)需要完成的管理和控制功能，其主要的操作包括：建立網(wǎng)絡(luò)連接請求、修改網(wǎng)絡(luò)連接請求、查詢網(wǎng)絡(luò)連接請求和斷開網(wǎng)絡(luò)連接請求四種情況，這四種操作都是針對HTTP地址或IP地址產(chǎn)生作用。具體的請求參數(shù)和響應(yīng)參數(shù)本文在此不作介紹，可參閱文獻[16]中的相關(guān)內(nèi)容。

本文基于HTTP通信協(xié)議的完整數(shù)據(jù)通信流程是：管理層對采集到的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行狀態(tài)信息進行存儲（使用MySQL數(shù)據(jù)庫）→實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)控制的通信連接（執(zhí)行XML數(shù)據(jù)封裝標(biāo)準(zhǔn)和XSD數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)）→依據(jù)最短距離原則實現(xiàn)最佳路由文計算（本文沒有考慮依據(jù)空閑原則計算最佳路由，原因是今后網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)的不斷改善將成為必然趨勢）→在網(wǎng)絡(luò)物理層實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)與光網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換（引入Open?Flow通信協(xié)議）。

2 仿真實驗

2.1 實驗方案

在圖7所示的基于SDON技術(shù)的集中式與分布式融合的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型框架下，利用Mininet仿真系統(tǒng)中的OpenDayLight控制器構(gòu)建實驗平臺，主要完成光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的創(chuàng)建、檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、獲取數(shù)據(jù)包并對OpenFlow協(xié)議進行分析等操作，實驗的主要測試參數(shù)是網(wǎng)絡(luò)線路利用率和網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率。

2.2 測試過程

實驗的主要操作過程如下：

（1）創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。使用mn函數(shù)指定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)管理控制器，以兩臺數(shù)據(jù)交換機和兩臺主機為例，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 在Mininet中顯示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

（2）檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。使用nodes函數(shù)檢測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，使用net函數(shù)通過接口信息檢測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的準(zhǔn)確性，使用dump函數(shù)可以網(wǎng)絡(luò)管理控制器的與數(shù)據(jù)交換機的連接狀態(tài)，還可以檢測網(wǎng)絡(luò)管理控制器的IP地址和主機對應(yīng)的端口。圖10所示為使用nodes、net、dump函數(shù)檢測到的對應(yīng)數(shù)據(jù)。

圖10 檢測到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)

（3）獲取數(shù)據(jù)包并對OpenFlow協(xié)議進行分析。使用Wireshark工具可以通過OpenFlow協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理控制器與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機之間的連接，在此基礎(chǔ)上，可以對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機對網(wǎng)絡(luò)管理控制器發(fā)送請求的響應(yīng)能力進行判定，同時，還可以檢測兩臺主機之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的通信狀態(tài)。圖11所示為控制器與交換機之間的連接狀態(tài)數(shù)據(jù)，圖12所示為交換機對控制器發(fā)送請求的響應(yīng)能力檢測數(shù)據(jù)，圖13所示為兩臺主機之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的通信狀態(tài)數(shù)據(jù)，圖14所示為在瀏覽器窗口下所示的網(wǎng)絡(luò)檢測狀態(tài)示意圖。

圖11 控制器與交換機之間的連接狀態(tài)數(shù)據(jù)

圖12 交換機對控制器發(fā)送請求的響應(yīng)能力檢測數(shù)據(jù)

圖13 主機之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的通信狀態(tài)數(shù)據(jù)

2.3 結(jié)果與分析

為了驗證本文所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的可行性和可靠性，實驗中的主要測試參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)線路利用率和網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率。

在實驗中因為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量有限，則網(wǎng)絡(luò)線路總條數(shù)是一個固定值，在多連接請求的情況下，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)線路總條數(shù)不可能一次傳送全部連接請求，在傳輸數(shù)據(jù)隊列先到先傳的機制約束下，測試中實際提供的網(wǎng)絡(luò)線路條數(shù)就可能超過網(wǎng)絡(luò)線路總條數(shù)。但在連接請求偏少的情況下，網(wǎng)絡(luò)線路總條數(shù)就會出現(xiàn)富余的情況。因此，網(wǎng)絡(luò)線路利用率還需要考慮響應(yīng)時間這一因素，則網(wǎng)絡(luò)線路利用率的值就可能＞1。根據(jù)以下實驗檢測環(huán)境的設(shè)置，能夠0.50≤網(wǎng)絡(luò)線路利用率≤1.50的條件，則可以認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)具備良好的可行性和可靠性。另外，“測試實際提供的網(wǎng)絡(luò)線路條次數(shù)”這一參數(shù)值如果與“請求連接個數(shù)×同時訪問節(jié)點的個數(shù)”的值相等或接近，也可以直接說明網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的可行性和可靠性。

圖14 在瀏覽器窗口下所示的網(wǎng)絡(luò)檢測狀態(tài)示意圖

本實驗中，網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率的計算方法與網(wǎng)絡(luò)線路利用率的計算相似，需要同時考慮網(wǎng)絡(luò)線路總條數(shù)、測試實際提供的網(wǎng)絡(luò)線路條次數(shù)和響應(yīng)時間等參數(shù)。根據(jù)以下實驗檢測環(huán)境的設(shè)置，能夠0.90≤網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率≤1.00的條件，則可以認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)具備良好的可行性和可靠性。同樣，“測試實際提供的網(wǎng)絡(luò)線路條次數(shù)”這一參數(shù)值如果與“請求連接個數(shù)×同時訪問節(jié)點的個數(shù)”的值相等時，也就說明了全部連接請求都得到了響應(yīng)。

在實驗中，在分別固定發(fā)送2個、4個、8個、10個、20個、40個、52個、54個、58個、60個網(wǎng)絡(luò)連接請求的情況下，通過設(shè)置路由器的數(shù)量，固定整個仿真網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中能夠提供的網(wǎng)絡(luò)線路總條數(shù)為56，設(shè)計從一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點向20個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送連接請求，對網(wǎng)絡(luò)線路利用率進行了檢測。同時，分別通過發(fā)送2個、4個、8個、10個、20個、40個、52個、54個、58個、60個網(wǎng)絡(luò)連接請求的情況進行網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率進行了測試（測試環(huán)境與網(wǎng)絡(luò)線路利用率測試相同）。表1所示為網(wǎng)絡(luò)線路利用率檢測結(jié)果與網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率檢測結(jié)果。

表1 網(wǎng)絡(luò)線路利用率與網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率檢測結(jié)果數(shù)據(jù)

通過對表1所顯示的數(shù)據(jù)可以看出，在網(wǎng)絡(luò)組成結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的情況下，網(wǎng)絡(luò)連接請求個數(shù)越少，響應(yīng)的時間越快，網(wǎng)絡(luò)線路利用率就越高，隨著網(wǎng)絡(luò)連接請求個數(shù)的增加，雖然都完成了對建立連接的請求都作出了回應(yīng)，但隊列中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)處于等待傳輸狀態(tài)，響應(yīng)時間增長，網(wǎng)絡(luò)線路利用率會呈現(xiàn)急劇規(guī)下降的趨勢，但網(wǎng)絡(luò)線路利用率都要可以接受的范圍內(nèi)。無論網(wǎng)絡(luò)連接請求個數(shù)有多少，實驗數(shù)據(jù)都顯示出全部請求都得到了響應(yīng)，只是響應(yīng)時間存在差異，因此，可以斷定網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率是較高的。另外，在實驗中，絕不不能簡單地將測試實際提供的網(wǎng)絡(luò)線路條次數(shù)與網(wǎng)絡(luò)線路總條數(shù)的比值視為網(wǎng)絡(luò)線路利用率，同樣，也不能簡單地將已響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接請求個數(shù)與所發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)連接請求總個數(shù)的比值網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率，必須在考慮響應(yīng)時間的因素。

3 結(jié)語

本文研究的主要目的是對某一用戶自身使用的局域網(wǎng)和局域網(wǎng)共享互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行管理，重點是對共享互聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)進行管理與控制，實際的研究對象涉及到了整個互聯(lián)網(wǎng)。在互聯(lián)網(wǎng)這個異構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，其網(wǎng)絡(luò)管理的難度非常大，因此，必須引入光網(wǎng)絡(luò)管理機制。在系統(tǒng)模型構(gòu)建方面，通過Web網(wǎng)絡(luò)管理主系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)管理控制器實現(xiàn)集中式管理，在網(wǎng)絡(luò)管理控制器中虛擬數(shù)據(jù)交換機和路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，多個網(wǎng)絡(luò)管理控制器采用“一對一”機制實現(xiàn)分布式管理與控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在仿真實驗中，對所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)管理模型進行測試時，其測試結(jié)果能夠滿足0.90≤網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率≤1.00和0.90≤網(wǎng)絡(luò)請求響應(yīng)率≤1.00的要求，驗證了本文所構(gòu)建的SDON網(wǎng)絡(luò)管理模型具有良好的實用價值。