基于云計算技術的SDN網絡架構研究與應用

趙渝淏

摘 要：大數據時代的到來以及移動智能終端的普及，使得互聯網用戶數量呈現爆發式增長，網絡服務與應用也就日益多樣化。基于TCP/IP體系結構的傳統架構已經很難滿足當前網絡的發展需求，而軟件定義網絡（SDN，Software Defined Networking）與云計算技術作為目前解決網絡僵化問題的重要手段，在一定程度上可以緩解當前網絡發展的困境。因此，基于SDN網絡架構的集中控制、數據層和控制層分離以及可編程的三大特性，結合云平臺，對傳統網絡架構的缺陷進行彌補，實現一個可提供給用戶的隨時隨地即插即用的私有網絡，從而達到降低廠商成本、提高效益，減少網絡延遲，提升用戶體驗，提高網絡負載平衡等目的。

關鍵詞：SDN;虛擬化;云計算技術;網絡

1引言

本文主要研究如何搭建完整的云計算平臺以及SDN網絡架構在云計算平臺虛擬實現，以便在云系統中能夠使用SDN控制器進行網絡部署，充分發揮SDN網絡架構的集中控制、數據層和控制層分離以及可編程的特性優勢。實現一個可提供給用戶的隨時隨地即插即用的私有網絡。

2基礎環境部署

目前我們共有22臺各種不同型號的服務器，通過虛擬化技術，將所有服務器的存儲，網絡，計算資源等都做成一個資源池，并由控制管理機來動態控制。并從該資源池中提取相應資源虛擬出支持SDN架構的虛擬交換機，通過電信服務商提供的相應接口，接入到互聯網骨干網中。這些服務器將用來進行云計算平臺的部署。

單元服務器：

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

NAS：8TB。

用戶可以通過其計算機，使用瀏覽器，登錄網站，選擇相應虛擬交換設備結點，并加入該結點中，即可體驗無礙的異地網絡辦公，文件分享，或是享受前所未有的網絡體驗。

同時為增加系統的可靠性，采取了雙冗余的連接方式;將兩套相同，相對獨立配置的設計連接組成系統，以此來提高系統的容錯能力，當系統出現故障時冗余配置的部件介入并承擔故障部件的工作，由此來減少系統故障的時間，保證用戶的體驗和數據安全。并且根據虛擬化的特性，可以在已有的服務器硬件基礎上，虛擬出10倍甚至20倍的服務器資源，這樣既可以減少成本又可以為更多用戶提供服務。

3 基于云計算技術的SDN網絡架構的搭建

3.1平臺部署

本文選取了開源控制器OpenDaylight和開源云計算平臺OpenStack作為研究對象，使用Open vSwitch作為SDN的交換機，并將OpenStack網絡相關組件與OpenDaylight控制器的融合，并對虛擬系統設計相關網絡配置，將其整合在一起來搭建基于SDN的網絡虛擬系統。

3.2技術路線

本項目是對基于云計算技術的SDN網絡架構研究與應用，因此涉及到多種技術的交叉融合，在整體網絡架構上就需要多方面考慮，并基于預先假設的所有問題提前給出切實可行的解決方案。同時，在項目研究的每個階段都面臨著多樣化的需求和問題，所以技術路線在層次上可分為準備階段、基礎設施、云管理調度、服務自動化、用戶接入、網絡接入等，我們在不同的層次上做出了不同的分析研究。技術路線圖如下所示：

在項目設計階段，綜合考慮到了在可用性、負載均衡、容量規劃、自動化 服務、資源管理、災備能力以及備份恢復等多方面的問題，預先研究設計出系統的設計方案。

3.3 基礎設施

該系統本質上是將數據包通過流表的方式在網絡中傳輸，其不僅只包含網絡服務，還包含網絡服務、存儲服務、安全服務等等，所以搭建平臺時不能只有網絡設備，還需要有存儲、網絡、安全等設備。而在技術上，也不僅僅只有網絡技術，還包括虛擬化、存儲、安全等技術。

實現系統的搭建，需要對現有資源進行整合。首先通過收集當前的服務器的配置信息以及性能利用率數據;分析采集的數據并進行虛擬化服務器的整合評估為虛擬化的規劃和設計提供量化標準。然后將服務器建立集群，開啟HA及DSR功能。啟用HA功能可以確保任何一臺物理機出現問題，其業務都不會受到長時間的影響，而啟用DSR功能，可以確保每臺物理機的負載相對均衡。

建立資源池后，平臺根據管理調度系統，抽取相應的資源建立支持SDN架構的虛擬交換設備。并通過電信服務商提供的接口，接入到互聯網骨干網中。

3.4 管理調度

管理與調度主要是在基礎設施層之上對設備進行池化管理，根據基礎設施層提供的各種接口或者服務封裝服務并根據用戶需求進行資源調。

用戶可以根據業務需要定義相應的優化策略監控主機的健康狀況并進行持續不斷的優化。當主機的CPU利用率超過閾值的時，這個主機上的虛擬交換機會被在線遷移到別的CPU 利用率小于閾值的主機上，從而保證該主機始終處于健康的狀態，并且平衡了集群中主機的計算資源。

3.5服務自動化

本層主要是資源供給之后對資源進行運維管理，也就是我們常說的IT服務管理，包括：監控服務自動化、運維操作服務自動化、流程服務自動化等。本層次可再細分為兩層：技術實現層及業務管理層。

技術實現層指的是底層使用的是自動化實現技術，技術實現層由于標準化程度較高，在通用性上也較強，而在操作自動化方面，采用開源軟件或者國內廠商軟件。業務管理層指的是用戶使用的界面和流程。由于不同的企業其管理思想和流程是不同的，所以，需求也千差萬別。所以在這一層次，需要自主研發或者要求廠商做本地化定制。在這一層，還會遇到一個問題，就是工具之間的整合，所以，如果要把采購的工具完美的構建成一個體系，就需要研究出一套完整的解決方案。

3.6用戶接入

系統界面主要采用html5技術編寫，部分頁面采用php等技術方式編寫，滿足不同的場景需求，同時對接SQLServer進行數據庫管理。在整個系統架構中，從邏輯上將系統分為多層來進行控制，分為界面上的流程控制和業務上的流程控制。

在前臺界面上的流程控制上，本網絡架構集成了Struts來作為頁面跳轉的流程引擎，采用它來控制頁面與頁面之間的流轉和控制。在業務組件的流程控制上，利用了Spring容器來保證組件與組件之間的松耦合性，利用Spring的依賴注入機制來保證組件之間的完全解耦。由于Spring對原有的代碼的無侵入性，能夠最大程度上保護原有的開發工作，同時Spring能有效地降低系統的開發量，提高業務類的可重用性，更加有效的保證系統能按時按質的完成開發工作。

針對系統的優化模式，預先設計整個流程，即用戶在進入系統后，創建的產品訂單經過前臺腳本刪選信息交由后臺處理，后臺系統將用戶配置信息提供給后臺控制管理機，后臺控制管理機根據這些信息，生成的虛擬交換設備中開放部分權限給用戶，用戶通過前端界面，進行網絡結點的選擇與加入。

4 結論

基于云計算技術的SDN網絡架構，利用SDN將控制層與數據轉發層徹底分離這一特性，使網絡的轉發效率進一步提升，組網部署更加靈活;并從云計算的主流技術OpenStack出發，選取開源控制器OpenDaylight，使用Open vSwitch作為SDN的交換機，并將OpenStack網絡相關組件與OpenDaylight控制器的融合，然后對系統設計相關網絡配置，將其整合在一起來搭建基于SDN的網絡虛擬系統。而在虛擬化的網絡平臺建設中，基于云計算的網絡擴容不僅實現了網絡資源對于客戶需求的有效適配。

綜上所述，在互聯網云計算的發展過程中，可以滿足用戶的一切需求，打破傳統網絡結構的束縛，解決更多的實際問題，SDN、云計算、網絡虛擬化等技術對未來社會網絡構建起到了至關重要的作用，已經成為一種發展趨勢，能夠為各大運營商及網絡企業獲得更多的基礎支持，為其發展奠定基礎。

參考文獻：

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