基于軟件定義網絡的流量工程

江中宇 常峻溪 朱繼軍 蘇煥哲

摘? 要：在網絡科技快速發展的當今世界，信息化技術迎來了較大的發展。基于此種情況，作為一種新型的網絡技術架構，軟件定義網絡憑著自身能夠分類網絡數據和控制層的特點，被廣泛地應用到了信息化技術當中。軟件定義網絡不但能夠進行集中化控制，還能夠在控制的基礎上簡化網絡技術的架構管理，并支撐網絡服務應用程序的動態控制。

關鍵詞：流量工程? 軟件定義網絡? 網絡故障恢復? 流量測量

中圖分類號：TP393.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）07（b）-0117-03

Abstract： In the rapid development of network technology in today's world， software defined network is a new network technology architecture， which separates the data layer of the network from the control layer of the network， and through the adoption of centralized control means， to simplify the current network technology architecture management， support the dynamic control of network service applications.

Key Words： Flow engineering;Software-defined networks; Network failure recovery; The flow measurement

自從改革開放以來，中國的互聯網信息技術也在快速發展，互聯網等設備的大數據接入設備的相關種類和接入設備的數目也在慢慢增加，而傳統的互聯網信息技術則在網絡的管理問題、擴展性和網絡研究等相關方面的局限也在逐漸凸顯，具體表現為：互聯網研究者難以在互聯網環境中進行網絡研究驗證;網絡管理人員無法根據自身需求進行相關網絡配置及網絡優化;互聯網設備生產廠商不能有針對性地進行快速研發部署[1]。

而作為新型的網絡技術架構，軟件定義網絡解決了過去互聯網于網絡維護和網絡擴展上的弊端。網絡控制層可以從信息邏輯上使各網絡科技的節點發揮集中信息的控制功能;網絡應用層則通過網絡控制層提供的編程接口來實現網絡的各種應用;網絡數據層便負責數據流的運行及轉發。

1? 軟件定義網絡產生的背景

在信息化時代的大背景下，移動終端和“云”技術應用應運而生，并由此獲得了大發展。傳統的網絡框架和網絡結構是遵循層次化原理的，整體形勢呈樹狀分布，比較契合C/S（客戶端與服務器）模式下的互聯網計算框架。但是這種模式是具有一定的局限性的，它屬于靜態體系，不能很好地適應現階段企業和社會的計算需求，逐漸成為了食之無味、棄之可惜的“雞肋”。基于此種情況，原有框架下的互聯網網絡結構體系已經滿足不了現代化建設的需求，進而衍生出新的網絡定義[2]。其具體的產生背景主要體現在以下方面：

流量模式的大轉變。在現階段，企業的數據信息的流量模式已經發生了較為明顯的變化。相較于之前傳統的C/S形式下的流量（即客戶端和服務器的數據在傳輸的過程中，進行傳輸行為時，會在這一過程中產生服務器對服務器之間的流量）模式，流量模式向著現代化和信息化轉變無疑是正確的。這主要是因為現在所需要的流量傳輸需要最大限度地突破時空間的限制，用戶和社會對流量模式的要求也更高。由此，軟件定義網絡在流量模式的轉變下誕生。

2? 軟件定義網絡中流量工程的相關內容

2.1 流量工程定義

流量工程，也稱流量管理工程，是指優化互聯網性能的一些方法，即針對互聯網中的數據流進行網絡動態分析預測以及進行有目的的網絡管理。對于不同的互聯網類型，流量管理工程的相關技術都在不斷發展，以滿足廣大人民群眾的不同網絡需求。于20世紀80年代開始，ATM網絡開始流行，流量管理工程技術則用來解決網絡擁堵問題;而在90年代末興起的IP網絡中，流量管理工程就用來優化IP網絡中的流量路徑，并提供給相關的網絡設施應用設備技術性的服務保證管理[4]。但是，IP網絡的技術控制層面的應用過于復雜，并且難以操作，此時，軟件定義網絡的相關概念提出則解決了當前網絡科技技術所存在的問題。

軟件定義網絡的提出及應用引起了學術界以及研發界的轟動。軟件定義網絡為流量管理工程的應用開展提供了更加堅實的基礎，表現為：首先，軟件定義網絡為流量管理工程提供了集中控制的全局視圖，全局控制器可以得到實時的網絡全局狀態、互聯網信息以及相關應用的需求信息;其次，軟件定義網絡為流量管理工程提供了可編撰的網絡數據層接口，網絡操作者可根據實時狀況對互聯網資源進行分配;最后，大規模互聯網設備生產制造廠商可以使用統一的網絡編程接口，并提供充分的互聯網開放性。總而言之，軟件定義網絡對于流量工程的優勢可以進行如下概括：

（1）流量的測量相關方面，軟件定義網絡不僅可以靈活部署互聯網的全局實時任務，還可以進行測量收集互聯網狀態信息，并對流量工程進行集中監控及統計管理。（2）流量的管理相關方面，在對網絡科技狀態和網絡相對應的應用需求軟件進行綜合考慮的基礎上，以流量為單位，進行靈活動態的流量調度，從而使互聯網流量負載均衡。（3）網絡資源的利用及維護相關方面，軟件定義網絡支持存儲、寬帶等互聯網資源的實時分配，從而實現合理的網絡資源利用。

2.2 軟件定義網絡流量管理工程研究

流量管理工程的相關工作可從不同角度進行分析研究。本篇文章按功能將流量工程的研究劃分為流量工程測量、流量工程管理以及流量的故障恢復三部分[5]。

對于流量管理工程的研究來說，可靠性是構成互聯網管理的一項重要因素。流量的測量部分主要任務在于負責監督監控網絡的實時流量，并將準確的、實際的網絡實時信息反饋到流量的管理調整模塊中心進行相關的網絡科技流量決策和網絡技術的流量控制，而流量工程的故障恢復與流量管理模塊并行，通過利用互聯網的實時監控功能，檢測網絡信息，從而發現故障并進行及時的補救和處理。

3? 軟件定義網絡中的流量測量

流量管理工程的順利開展取決于對互聯網流量對網絡信息的實時測量，軟件定義網絡中的流量測量主要解決部署、設計和支持測量任務，并為相關互聯網應用提供實時有效的信息。可以從以下幾個角度進行分類：

（1）從流量實現角度來看，基于軟件定義網絡的流量工程為集中分配互聯網任務提供了良好的渠道，但是，傳統IP網絡的互聯網測量方法會給網絡帶來流量管理的壓力，因此需要軟件定義網絡的測量方法對這種問題加以解決。（2）從流量測量角度看，網絡設計準確以及實時正確的網絡測量方式，在路由配置以及網絡規則兼容方面會存在相關問題。（3）從流量開銷控制角度看，在網絡設備中，有效的互聯網資源管理大部分會用于流量測量的計算，然而，由于互聯網存儲有限，因此需要對網絡空間進行充分合理的利用[6]。

4? 軟件定義網絡中的流量調度

隨著互聯網數據規模基礎設施的優化升級以及中國網絡科技的不斷擴展，當今世界的網絡應用則越來越依賴于高效便捷的網絡工程管理，以便在更高效、成本更低、質量更高的基礎上提供服務。軟件定義網絡不但為當前迅速發展的互聯網技術提供優異的平臺，并且完善了網絡工程管理的方式，取代傳統網絡的片狀式管理。軟件定義網絡工程通過集中互聯網布局進行實時策略部署，同時，進行動態收集互聯網狀態。與此同時，軟件定義網絡為處理網絡事件提供了更加快捷的反應能力，從而降低了網絡事件管理的時間延遲。

5? 軟件定義網絡中的故障恢復

軟件定義網絡中的故障管理主要是指面向互聯網數據中心和互聯網結構制造企業進行的修復網絡通信服務中的基本問題和故障。高效的互聯網故障管理需要實時響應互聯網的組件故障，并對修復可用的互聯網資源進行重整分配，來保證互聯網故障服務的實用性。在傳統網絡架構中，一般在大多數情況下都會通過使用互聯網傳輸層及網絡層相對應的分布式網絡協議進行對應的網絡故障及問題恢復，這種協議會及時針對可能出現的互聯網故障計算出相應的資源分配方式，并在出現相應的故障以后，及時采用提前設置好的消息恢復機制激活互聯網中備份的網絡修復方案。因此，軟件定義網絡中的故障恢復可分為網絡數據層故障恢復以及網絡控制層故障恢復兩種方式。

6 結語

軟件定義網絡工程具有控制邏輯分離和數據轉發兩種特性，在促進互聯網技術創新以及新型互聯網科技發展的同時，還可以有效采用互聯網流量管理工程，對網絡數據流量在整體上進行動態合理的調整。在當前的新型網絡中，例如移動群感知、D2D等新型網絡技術，都可以將互聯網控制和轉發進行創新設計，通過采用集中的實時網絡視圖決策，實現互聯網數據流的合理調整需求。因此，基于軟件定義網絡的流量工程對于發揮互聯網軟件優勢、驅動新型網絡信息技術創新及科技發展具有無比重要的意義。

參考文獻

[1] 賀昆，云穎，李日昌.虛擬現實運動解剖教學軟件的設計與實現[J].南京體育學院學報自然科學版，2015，14（2）：36-38.

[2] 張所昊.跨域軟件定義網絡中的流量工程問題研究[D].南京：南京大學，2019.

[3] 胡煜雪.基于SDN數據通信網的流量優化技術研究[D].北京：北京郵電大學，2019.

[4] 何皓星.基于網絡狀態特征分析與預測的SDWAN路徑優化技術研究與實現[D].北京郵電大學，2019.

[5] 趙寧.基于數據中心內流量識別和調度研究[D].北京：北京郵電大學，2019.

[6] 剛亦柔.基于流量工程的分段路由增量部署方案的研究[D].北京：北京郵電大學，2019.