Klonet：面向技術(shù)創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

謝景昭，單煒，肖暢，馬鐵，陳力，虞紅芳，孫罡

（1. 電子科技大學(xué)，四川 成都 611731；2. 華為技術(shù)有限公司，廣東 深圳518129）

1 引言

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、VR/AR等新興應(yīng)用場(chǎng)景與5G通信、云網(wǎng)融合等新型承載技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)的內(nèi)生能力和性能指標(biāo)提出了更高要求。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新作為數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)展的根本動(dòng)力，是應(yīng)用和業(yè)務(wù)創(chuàng)新的使能條件，是關(guān)乎整個(gè)行業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了凝聚共識(shí)，以頂層設(shè)計(jì)的方式提出面向未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新目標(biāo)，推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新和行業(yè)發(fā)展，也有網(wǎng)絡(luò)5.0這樣的網(wǎng)絡(luò)跨代演進(jìn)概念被提出。然而創(chuàng)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證仍然面臨許多現(xiàn)實(shí)性的難題，如成本、效率、安全以及系統(tǒng)復(fù)雜性和可重復(fù)性等，嚴(yán)重阻礙了技術(shù)的創(chuàng)新，因此亟須一個(gè)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新平臺(tái)為其提供可用且友好的開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境。可見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新平臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新具有重要意義，是網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。

網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新平臺(tái)提供新技術(shù)的開(kāi)發(fā)環(huán)境以及用于評(píng)估和驗(yàn)證創(chuàng)新技術(shù)的具體實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，通常包括網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)兩類。與完全基于軟件模型的仿真平臺(tái)相比，網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)依賴實(shí)體的模擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)的開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)，因而更接近實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、更具有現(xiàn)實(shí)意義，模擬平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)也可以更快速地落地部署。盡管目前的網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)能在一定程度上支持技術(shù)創(chuàng)新，但大多仍存在規(guī)模有限、適用的創(chuàng)新形式單一、可執(zhí)行的操作少、實(shí)驗(yàn)開(kāi)展難度高等問(wèn)題，沒(méi)有充分挖掘模擬平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，難以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展過(guò)程中規(guī)模大且場(chǎng)景復(fù)雜、技術(shù)創(chuàng)新多樣化且發(fā)展迅速的趨勢(shì)。

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的發(fā)展需要，本文提出了一種面向技術(shù)創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Klonet。首先，Klonet模擬的網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)需求靈活擴(kuò)展，支持網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層等多層次網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新，符合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入超大規(guī)模時(shí)代的特征以及從頂層設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)；其次，Klonet支持在實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行過(guò)程中引入動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)事件，并為網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的完整流程提供相應(yīng)的輔助功能，使得實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景更加真實(shí)、過(guò)程更加便捷，加速了創(chuàng)新概念轉(zhuǎn)化為實(shí)際部署的進(jìn)程，從而推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。通過(guò)兩個(gè)具體用例分析說(shuō)明了使用Klonet進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新的方法，并且展現(xiàn)了Klonet為技術(shù)創(chuàng)新帶來(lái)的多種可能性。

2 網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新平臺(tái)的研究現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)比網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新平臺(tái)兩類方法的不同實(shí)現(xiàn)思路，闡述網(wǎng)絡(luò)仿真的局限性以及網(wǎng)絡(luò)模擬在開(kāi)發(fā)和測(cè)試網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)幾種具有代表性的網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)進(jìn)行分析，同時(shí)指出它們面對(duì)技術(shù)創(chuàng)新時(shí)的不足。

當(dāng)前存在多種用于開(kāi)發(fā)、評(píng)估和驗(yàn)證新技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新平臺(tái)，按照本質(zhì)實(shí)現(xiàn)方法的不同將這些平臺(tái)分為兩類：網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)依據(jù)離散事件模型為真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)建模，通過(guò)逐層嵌套的軟件模塊構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)抽象，是一種完全基于軟件的實(shí)現(xiàn)方法，比較具有代表性的仿真平臺(tái)有OMNeT++[1]、NS3[2]和OPNET[3]等。網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)則通過(guò)物理設(shè)備或虛擬化技術(shù)構(gòu)建實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬，該模擬網(wǎng)絡(luò)與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的原型相同或是對(duì)其最小規(guī)模的近似，是模擬平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，其中比較有代表性的模擬平臺(tái)包括PlanetLab[4]、Emulab[5]和Mininet[6]等。

2.1 網(wǎng)絡(luò)模擬與網(wǎng)絡(luò)仿真對(duì)比

網(wǎng)絡(luò)仿真依賴于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的建模，是一種在事件、時(shí)序、語(yǔ)義層面上對(duì)網(wǎng)絡(luò)的模仿，所以網(wǎng)絡(luò)仿真過(guò)程中沒(méi)有真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、協(xié)議或報(bào)文，因此網(wǎng)絡(luò)仿真存在許多固有的局限性。

首先，仿真模型要盡量完美地反映、捕捉現(xiàn)實(shí)中的實(shí)體對(duì)象、操作邏輯和動(dòng)作行為，因此對(duì)建模的要求很高、建立模型的過(guò)程很難；其次，仿真只是一種邏輯和數(shù)學(xué)上的表示和計(jì)算，而不是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的真實(shí)實(shí)現(xiàn)，因此通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)和測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新與能夠在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中部署的成品間還存在非常大的差距；最后，仿真實(shí)驗(yàn)中的理想模型與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的實(shí)際運(yùn)行情況也很難保持完全一致，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的還原度較低。可見(jiàn)依賴網(wǎng)絡(luò)仿真方法構(gòu)建的創(chuàng)新環(huán)境，只能對(duì)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新做相對(duì)理想化的分析和評(píng)估。

網(wǎng)絡(luò)模擬通過(guò)物理或虛擬形式的模擬網(wǎng)絡(luò)來(lái)分析真實(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的行為和表現(xiàn)，以此對(duì)運(yùn)行在模擬網(wǎng)絡(luò)上的創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證。模擬網(wǎng)絡(luò)在終端節(jié)點(diǎn)方面，包含真實(shí)的操作系統(tǒng)，具有完整的內(nèi)核協(xié)議棧，可發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)分組，可運(yùn)行真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方面，運(yùn)行真實(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的固件或軟件，執(zhí)行真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可交換和轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)分組；在網(wǎng)絡(luò)工具方面，具有同真實(shí)網(wǎng)絡(luò)一致的測(cè)試工具、配置工具和程序腳本等，其交互模式同生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)一致。

對(duì)比基于軟件模型的網(wǎng)絡(luò)仿真，模擬方法中的各類對(duì)象和事件是真實(shí)存在和發(fā)生的，不依賴煩瑣的模型語(yǔ)言描述；在模擬網(wǎng)絡(luò)上開(kāi)發(fā)和測(cè)試創(chuàng)新實(shí)例，所使用的方法和工具與在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中相同，創(chuàng)新成果更接近于能夠在現(xiàn)網(wǎng)中部署的形式；模擬方法中的測(cè)試結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)實(shí)體間相互作用的真實(shí)體現(xiàn)，因此得到的評(píng)估和驗(yàn)證結(jié)果也更能反映網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新在真實(shí)運(yùn)行情況下的性能和表現(xiàn)。總而言之，網(wǎng)絡(luò)模擬能夠高度還原真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過(guò)程，基于模擬開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新實(shí)例更接近于實(shí)際部署，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為可信。

2.2 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)

許多機(jī)構(gòu)和高校設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)用于網(wǎng)絡(luò)研究和技術(shù)創(chuàng)新工作，其中常見(jiàn)的有如下3個(gè)。

（1）SDN原型測(cè)試工具M(jìn)ininet

Mininet支持在單臺(tái)主機(jī)上快速地構(gòu)建大型SDN，憑借其輕量、易用等特點(diǎn)Mininet已經(jīng)成為近幾年熱門的網(wǎng)絡(luò)模擬工具。利用Linux的容器技術(shù)，Mininet可以輕松地在單臺(tái)主機(jī)上快速搭建一個(gè)包含上百網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和吉比特級(jí)別鏈路的虛擬網(wǎng)絡(luò)，以支撐SDN系統(tǒng)的創(chuàng)新和研究工作。然而，受限于單機(jī)的計(jì)算資源，Mininet不能支持大規(guī)模或資源敏感的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)用進(jìn)行創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)。

（2）分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)PlanetLab

PlanetLab向網(wǎng)絡(luò)研究人員提供全球覆蓋的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，以支持全球級(jí)別大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或應(yīng)用的開(kāi)發(fā)工作[7]，自上線以來(lái)取得了非常大的成功。PlanetLab通過(guò)虛擬機(jī)向用戶提供上層的overlay網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)切片初始化后可作為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)資源被用戶訪問(wèn)和控制，用于業(yè)務(wù)和應(yīng)用的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)。然而，PlanetLab只模擬端到端的應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)，缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)元功能的考慮，無(wú)法用于底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新。

（3）網(wǎng)絡(luò)控制平面模擬器CrystalNet

CrystalNet[8]是微軟提出的網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)，利用Docker模擬大規(guī)模的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，并承諾其具有高保真的控制平面。新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)備固件和配置策略被實(shí)際部署之前，可以首先利用CrystalNet進(jìn)行測(cè)試以驗(yàn)證其正確性，從而減少各種未知錯(cuò)誤可能對(duì)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)造成的影響以及隨之而來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。然而，CrystalNet僅模擬網(wǎng)絡(luò)的控制面，不提供網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)面屬性，難以應(yīng)用于與數(shù)據(jù)面相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新之中。

綜上所述，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)模擬平臺(tái)常常聚焦于網(wǎng)絡(luò)的個(gè)別特征，缺乏全方位模擬大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的能力，只支持特定類型或特定場(chǎng)景下的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新。并且這些平臺(tái)部署的模擬網(wǎng)絡(luò)大部分是“靜態(tài)的”，缺少細(xì)粒度的網(wǎng)元、鏈路操作能力，很難模擬像鏈路增加、移除這樣的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)事件。此外很少有平臺(tái)考慮專門輔助網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的功能，因此需要額外借助多種工具用于分析研究，不利于新技術(shù)的評(píng)估和驗(yàn)證。可見(jiàn)，如何設(shè)計(jì)一個(gè)以技術(shù)創(chuàng)新為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，仍是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)且十分重要問(wèn)題。

3 Klonet的設(shè)計(jì)目標(biāo)

鑒于已有平臺(tái)在功能特性上的缺陷和不足，以網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)創(chuàng)新的一般性要求以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的常見(jiàn)需求為基礎(chǔ)，分析了Klonet的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（1）靈活的規(guī)模可擴(kuò)展能力

不斷擴(kuò)大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模是通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的顯著特征之一，并且隨著網(wǎng)絡(luò)向工業(yè)、醫(yī)療、交通和市政等領(lǐng)域的垂直延伸，仍有更多的人和海量的新設(shè)備在持續(xù)接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。這意味著許多未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)難題和網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新理念是以大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為背景的，也意味著網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)需要大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境作為支撐。因此，Klonet要靈活應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)規(guī)模的需求，其部署的模擬網(wǎng)絡(luò)，以及相應(yīng)的平臺(tái)資源和平臺(tái)整體架構(gòu)都應(yīng)該易于規(guī)模的擴(kuò)展。

（2）全方位的網(wǎng)絡(luò)模擬能力

某些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)依賴網(wǎng)絡(luò)的部分特征就能進(jìn)行開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)。例如，分布式應(yīng)用只重視端到端鏈路的數(shù)據(jù)面屬性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)操作并不受重視。但是就路由協(xié)議的創(chuàng)新而言，又需要關(guān)心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)行為，僅模擬端到端鏈路明顯不夠。所以要真正服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)的頂層設(shè)計(jì)，滿足網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從3層到5層的創(chuàng)新需求，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)層次、網(wǎng)元功能、控制面行為以及數(shù)據(jù)面屬性等因素都不可或缺。因此，Klonet要對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全方位的模擬。

（3）細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)管理能力

（4）實(shí)驗(yàn)工作流的支撐能力

開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)是復(fù)雜的過(guò)程。完整的實(shí)驗(yàn)工作流主要包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置、網(wǎng)絡(luò)流量生成以及最后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取等步驟[9]，該流程中的大部分工作很煩瑣且容易出錯(cuò)，并且在模擬網(wǎng)絡(luò)中生成網(wǎng)絡(luò)流量、收集網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)還需額外借助多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和工具。所以當(dāng)實(shí)驗(yàn)規(guī)模較大時(shí)，評(píng)估和驗(yàn)證新技術(shù)的難度以及花費(fèi)的大量時(shí)間都顯而易見(jiàn)，這極大阻礙了創(chuàng)新概念的快速落地。因此，為了加快技術(shù)創(chuàng)新的進(jìn)程，Klonet要提供與某些實(shí)驗(yàn)步驟相關(guān)的支撐功能。

4 Klonet技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案

針對(duì)上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，從平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)、模擬網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法、模擬網(wǎng)絡(luò)管理的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)以及支撐實(shí)驗(yàn)的具體功能4個(gè)方面，對(duì)本文面向技術(shù)創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Klonet展開(kāi)論述。

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，規(guī)模擴(kuò)展能力將會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新平臺(tái)最重要的特性。系統(tǒng)架構(gòu)作為平臺(tái)的根本設(shè)計(jì)，關(guān)乎基礎(chǔ)資源提供、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)性能保證以及模擬網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展等重要問(wèn)題。Klonet系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。其中，基礎(chǔ)設(shè)施是平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算資源的根本；模擬網(wǎng)絡(luò)是平臺(tái)部署的虛擬網(wǎng)絡(luò)，是開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新的實(shí)際環(huán)境；控制框架是平臺(tái)各類控制邏輯的集合，負(fù)責(zé)解析指令并執(zhí)行各類操作；應(yīng)用接口是用戶與平臺(tái)交互、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的接口。

圖1 Klonet系統(tǒng)架構(gòu)

由于資源限制，單臺(tái)主機(jī)無(wú)法承載大規(guī)模的模擬網(wǎng)絡(luò)，更不用談?dòng)行У男阅鼙Ｕ稀Ｋ訩lonet的基礎(chǔ)設(shè)施由多臺(tái)高性能物理主機(jī)和其底層的高性能物理網(wǎng)絡(luò)（高帶寬、低時(shí)延）共同組成。一方面充足的計(jì)算能力可以滿足實(shí)驗(yàn)規(guī)模擴(kuò)展的資源需求，同時(shí)還能減小干擾、保證性能隔離；另一方面在一定范圍內(nèi)可信且高性能的物理鏈路，能夠?yàn)槟M網(wǎng)絡(luò)鏈路屬性的模擬提供基本的網(wǎng)絡(luò)性能支持。

技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境可以靈活擴(kuò)展，意味著模擬網(wǎng)絡(luò)能夠在底層分布式的基礎(chǔ)設(shè)施上任意地?cái)U(kuò)展部署，所以Klonet通過(guò)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，利用虛擬網(wǎng)元和虛擬鏈路，在物理underlay網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，搭建統(tǒng)一的overlay網(wǎng)絡(luò)用于網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，解決了擴(kuò)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)規(guī)模的首要問(wèn)題。

非混合型污染污染物大多呈液態(tài)形式，主要是由于大范圍的開(kāi)采石油以及相類似的石油產(chǎn)品造成的污染。這種污染情況大多數(shù)出現(xiàn)在電子、化工等工廠附近，被污染后的水源一部分揮發(fā)滯留在地面一層，還有一部分會(huì)層層滲透，最終到達(dá)地下水一層。

當(dāng)規(guī)模擴(kuò)展時(shí)，控制框架必須將底層分布式的資源、分散部署的模擬網(wǎng)絡(luò)以及上層集中的用戶接口有效地整合到一起。為此Klonet采用分層的控制框架，通過(guò)程序與數(shù)據(jù)的分離、主從控制邏輯的拆分以及動(dòng)作執(zhí)行和軟硬件接口的解耦，在有效整合上下層的同時(shí)進(jìn)一步提高平臺(tái)的可擴(kuò)展性。首先，控制框架將程序處理所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)從進(jìn)程內(nèi)存中剝離，通過(guò)統(tǒng)一的運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)和存儲(chǔ)，從可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)規(guī)模方面提高了可擴(kuò)展性，同時(shí)也提高了平臺(tái)運(yùn)行的可靠性。其次，控制架構(gòu)按照主從的形式拆分控制邏輯。主控制器是平臺(tái)控制邏輯的核心，對(duì)上層的用戶指令進(jìn)行分析和處理，并向下層的各個(gè)從控制器發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)；從控制器則與物理主機(jī)一一對(duì)應(yīng)，根據(jù)自身邏輯分析下達(dá)的命令，對(duì)主機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的操作。主從設(shè)計(jì)在降低集中控制邏輯處理復(fù)雜度的同時(shí)，通過(guò)一定程度上的自治能力降低了多主機(jī)管理的難度，更利于規(guī)模的擴(kuò)展。最后，Klonet憑借資源適配器將主機(jī)的各類軟硬件資源封裝為統(tǒng)一的網(wǎng)元操作和鏈路操作接口（如網(wǎng)元的創(chuàng)建、停止、銷毀等）供從控制器調(diào)用，使邏輯上的執(zhí)行與具體的資源操作解耦，不僅降低了從控制器管控多維資源的難度，更提高了控制框架對(duì)底層資源的兼容性和平臺(tái)規(guī)模的擴(kuò)展能力。

面對(duì)底層分布式的物理資源以及分散部署的模擬網(wǎng)絡(luò)，用戶需要統(tǒng)一的上層接口操作實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、進(jìn)行大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。一方面考慮到圖形化界面操作直觀、實(shí)時(shí)性高、可交互性強(qiáng)，另一方面考慮到編程接口較高的靈活性和較高的可定制能力，所以Klonet的應(yīng)用接口由圖形接口和編程接口共同組成，不僅滿足應(yīng)用接口的易用性和功能性，也能夠應(yīng)對(duì)大規(guī)模創(chuàng)新環(huán)境帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

4.2 模擬網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

Klonet構(gòu)建的模擬網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)際部署網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)、開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為了提供真實(shí)、豐富的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，支持多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的行為驗(yàn)證和性能評(píng)估，模擬網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備任意拓?fù)涞哪M能力，多種網(wǎng)元功能、網(wǎng)絡(luò)層次的模擬能力，以及網(wǎng)絡(luò)控制面和數(shù)據(jù)面的模擬能力。

第一，為了實(shí)現(xiàn)任意拓?fù)涞哪M能力，Klonet首先構(gòu)建一個(gè)具有任意拓?fù)涞摹岸泳W(wǎng)絡(luò)”。從overlay網(wǎng)絡(luò)的視角來(lái)看，虛擬網(wǎng)元要按照任意的連接關(guān)系，通過(guò)一條虛擬的二層鏈路互連起來(lái)，虛擬網(wǎng)元的網(wǎng)絡(luò)命名空間獨(dú)立，等同于物理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而虛擬鏈路要等同于由兩個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)端口和一條物理網(wǎng)線形成的點(diǎn)到點(diǎn)連接，從而在overlay網(wǎng)絡(luò)的層面達(dá)成真正意義上的任意拓?fù)洹５诙瑢?shí)現(xiàn)多種網(wǎng)元功能、網(wǎng)絡(luò)層次，以及網(wǎng)絡(luò)控制面的模擬能力，實(shí)際是要將各層、各類的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件以及終端的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用安裝、運(yùn)行到“二層網(wǎng)絡(luò)”的虛擬網(wǎng)元中，而網(wǎng)絡(luò)控制面則會(huì)由這些設(shè)備軟件間的網(wǎng)絡(luò)行為形成。第三，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)面的模擬能力，Klonet在“二層網(wǎng)絡(luò)”中的端口設(shè)備上設(shè)置特定的端口規(guī)則，模擬帶寬、時(shí)延等數(shù)據(jù)面屬性，最終使該“二層網(wǎng)絡(luò)”逐步構(gòu)建為具有多種網(wǎng)絡(luò)模擬能力的模擬網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

圖2 模擬網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法

對(duì)于虛擬網(wǎng)元的實(shí)現(xiàn)。考慮到虛擬網(wǎng)元要具有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)命名空間、要能夠安裝和運(yùn)行軟件應(yīng)用，并且要具備一定的性能隔離能力，所以Klonet采用虛擬機(jī)或容器作為解決方案。虛擬機(jī)具有完整的操作系統(tǒng)內(nèi)核，性能隔離性好，但較為笨重；容器資源開(kāi)銷小、輕量且靈活，但缺點(diǎn)在于容器共享宿主機(jī)內(nèi)核，性能干擾較大。因此要根據(jù)不同的性能需求來(lái)選擇不同的虛擬化技術(shù)。

對(duì)于虛擬鏈路的實(shí)現(xiàn)。考慮到要構(gòu)建等同于真實(shí)設(shè)備間的點(diǎn)到點(diǎn)連接，網(wǎng)元中要有真實(shí)的網(wǎng)卡設(shè)備來(lái)配置隊(duì)列規(guī)則，所以對(duì)于同宿主機(jī)上的網(wǎng)元，Klonet采用vethpair[10]以及tap與虛擬網(wǎng)橋的組合建立容器以及虛擬機(jī)之間的虛擬鏈路；對(duì)于不同宿主機(jī)上的網(wǎng)元，Klonet以前者虛擬鏈路為基礎(chǔ)，通過(guò)添加VxLAN隧道或配置VLAN實(shí)現(xiàn)虛擬鏈路。最后使用Linuxtc設(shè)置鏈路的數(shù)據(jù)面屬性。

4.3 模擬網(wǎng)絡(luò)管理

Klonet支持在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)其模擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多種管理操作行為，如網(wǎng)元的創(chuàng)建和刪除、鏈路的增加和移除、創(chuàng)新實(shí)例的啟動(dòng)和停止等。這些操作行為不僅可以幫助用戶將動(dòng)態(tài)事件引入模擬網(wǎng)絡(luò)，使其具有真實(shí)場(chǎng)景下復(fù)雜多樣的變化，還可以幫助用戶靈活地管理實(shí)例的運(yùn)行狀態(tài)、修改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒏纳茖?shí)驗(yàn)方案。另外Klonet還提供實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔故竟δ埽瑥亩岣吣M網(wǎng)絡(luò)的可視化水平和可操作性。

實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理操作以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔故镜年P(guān)鍵在于模擬網(wǎng)絡(luò)的描述信息，如果有數(shù)據(jù)模型能夠維護(hù)模擬網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息，平臺(tái)就可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)元和鏈路操作，或根據(jù)數(shù)據(jù)模型來(lái)繪制圖形化的拓?fù)浣缑妗?/p>

對(duì)于模擬網(wǎng)絡(luò)的展示，需要一種靜態(tài)的模擬網(wǎng)絡(luò)模型向圖形接口描述當(dāng)前時(shí)刻的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以繪制對(duì)應(yīng)的界面。當(dāng)然，這類模型同樣可以描述用戶設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?wù)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠ㄖ乒δ堋榇薑lonet設(shè)計(jì)了JSON數(shù)據(jù)格式的拓?fù)涿枋鑫募鳛槠脚_(tái)描述模擬網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范模型。但是由于其靜態(tài)性，該模型很難跟蹤模擬網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)改變、描述模擬網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，而實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)已部署網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)操作和修改又勢(shì)必會(huì)改變其狀態(tài)以及相應(yīng)的模型表示。

所以Klonet還基于Redis設(shè)計(jì)了模擬網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)模型。動(dòng)態(tài)模型的特點(diǎn)是會(huì)隨著模擬網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的改變而變化。當(dāng)短時(shí)間內(nèi)有大量動(dòng)態(tài)事件發(fā)生時(shí)，動(dòng)態(tài)模型會(huì)隨之產(chǎn)生大量更新，所以適合使用非關(guān)系的內(nèi)存型數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)和存儲(chǔ)。Redis執(zhí)行速度快、適用于頻繁讀寫(xiě)的場(chǎng)景，并且其鍵值（key-value）存儲(chǔ)系統(tǒng)的性質(zhì)，非常利于其動(dòng)態(tài)表項(xiàng)與JSON格式的靜態(tài)文件進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。綜上，Klonet采用Redis作為運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)，并以Redis的表項(xiàng)對(duì)模擬網(wǎng)絡(luò)中的各類實(shí)體進(jìn)行了重新刻畫(huà)，最終形成網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)模型。

模擬網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，靜態(tài)的拓?fù)涿枋霰粚?shí)例化為虛擬網(wǎng)元和虛擬鏈路，同時(shí)也被實(shí)例化為運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)中的動(dòng)態(tài)模型。當(dāng)用戶管理和操作模擬網(wǎng)絡(luò)時(shí)，控制框架會(huì)以動(dòng)態(tài)模型作為數(shù)據(jù)支持來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，并按照動(dòng)作的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的模型更新。對(duì)于拓?fù)湔故荆瑘D形接口會(huì)定期向控制框架請(qǐng)求當(dāng)前時(shí)刻的模擬網(wǎng)絡(luò)描述，控制框架收到請(qǐng)求后將讀取運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)中此刻的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)模型，然后返回到圖形接口用于界面繪制。

4.4 實(shí)驗(yàn)支撐功能

考慮到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)流量和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的基本要素[9]，Klonet對(duì)實(shí)驗(yàn)的支撐能力主要包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠ㄖ啤⒍喾N流量發(fā)生和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的功能，給予網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)必要的功能助力，節(jié)省開(kāi)發(fā)、測(cè)試、分析網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)所需的時(shí)間，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，降低技術(shù)創(chuàng)新門檻。在實(shí)驗(yàn)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠ㄖ茖?shí)現(xiàn)任意網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞撵`活設(shè)計(jì)和部署，多種流量發(fā)生向模擬網(wǎng)絡(luò)注入不同分布、不同模式的流量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和協(xié)議行為的監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、分析和呈現(xiàn)，如圖3所示。

圖3 Klonet實(shí)驗(yàn)支撐功能

（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠ㄖ?/p>

Klonet提供兩類拓?fù)涠ㄖ品椒ǎ瑘D形化接口定制和編寫(xiě)拓?fù)涿枋鑫募ㄖ疲謩e對(duì)應(yīng)使用圖形接口和編程接口兩種部署方式。圖形化方法在采用典型拓?fù)淠０澹ㄈ鏣ree、FatTree、BCube等）的基礎(chǔ)上手動(dòng)拖曳網(wǎng)元、鏈路的形式定制拓?fù)洌换蛘呖梢酝耆墒謩?dòng)拖曳網(wǎng)元、鏈路設(shè)計(jì)。典型模板用來(lái)快速生成大規(guī)模的拓?fù)涔歉桑謩?dòng)拖拽則在此基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)。拓?fù)湓O(shè)計(jì)完成之后，圖形接口會(huì)生成相應(yīng)的規(guī)范化拓?fù)涿枋鑫募Ｔ摲椒捎行p輕拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，適應(yīng)特異網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的交互式設(shè)計(jì)要求，使拓?fù)涠ㄖ聘又庇^、便捷，交互性更強(qiáng)。編寫(xiě)拓?fù)涿枋鑫募姆椒ㄒ髮?shí)驗(yàn)人員向平臺(tái)提交可讀的拓?fù)涿枋鑫募枥L定制后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所以相較于交互式的手動(dòng)拖曳，通過(guò)程序腳本可以自動(dòng)化生成規(guī)范的拓?fù)涿枋觯軌蚋咝Фㄖ拼笠?guī)模、有規(guī)律的拓?fù)洌⑶铱梢越馕鲆延械耐負(fù)鋽?shù)據(jù)集和其他平臺(tái)的拓?fù)湮募阌诂F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)描述的移植，豐富定制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法。

（2）多種流量發(fā)生

定制好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔徊渴鸬接布汉螅魶](méi)有業(yè)務(wù)流量的注入，則只存在路由交換協(xié)議、DHCP等控制平面協(xié)議產(chǎn)生的控制面流量，無(wú)法滿足對(duì)數(shù)據(jù)面操作行為的觀察和性能指標(biāo)的評(píng)估。為了解決這一問(wèn)題，Klonet提供包含數(shù)據(jù)流生成和數(shù)據(jù)包生成的多種流量發(fā)生功能，向網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)面注入可靈活定制的高速數(shù)據(jù)流量。數(shù)據(jù)流生成基于系統(tǒng)的傳輸層接口，Klonet允許用戶定制流請(qǐng)求大小的累積分布函數(shù)，請(qǐng)求總時(shí)間和期望吞吐等參數(shù)。數(shù)據(jù)包生成則憑借構(gòu)包、發(fā)包的方式產(chǎn)生流量，Klonet允許用戶定制報(bào)文的字段格式、取值和長(zhǎng)度，允許定制包長(zhǎng)的分布，允許按照符合指定分布的時(shí)間間隔發(fā)送數(shù)據(jù)包。另外，Klonet還將Iperf以程序化接口的形式提供給用戶，用戶可以利用Iperf產(chǎn)生背景流，也可以在Iperf的基礎(chǔ)上通過(guò)編程的方式靈活定義流量發(fā)生模式。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析是開(kāi)發(fā)者在平臺(tái)上開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)的最后一步，為此Klonet的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析功能從控制面的協(xié)議行為分析和數(shù)據(jù)面的性能結(jié)果獲取兩個(gè)方向出發(fā)，對(duì)模擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)主要基于網(wǎng)絡(luò)端口上的報(bào)文抓取，為了提高抓包效率、減小抓包開(kāi)銷，平臺(tái)引入可編程的eBPF技術(shù)在內(nèi)核中設(shè)置鉤子捕獲事件信息，使報(bào)文信息獲取更加輕量且賦予其更加豐富的定制化能力。對(duì)于可定制的協(xié)議分析部分，平臺(tái)提供對(duì)常用協(xié)議的報(bào)文過(guò)濾能力以及字段提取、分析能力，可按照協(xié)議類型或字段類型對(duì)報(bào)文進(jìn)行抓取、聚合等操作。對(duì)于性能結(jié)果的獲取，平臺(tái)提供部分常見(jiàn)性能指標(biāo)（如吞吐率）的計(jì)算獲取。與網(wǎng)元資源用量有關(guān)的分析和驗(yàn)證，平臺(tái)主要通過(guò)集成Prometheus監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，支持對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)等資源使用情況的收集、存儲(chǔ)和處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析功能允許通過(guò)可視化接口或描述文件對(duì)具體的監(jiān)控事件進(jìn)行定制，支持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可視化分析，并且允許以文件形式導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)和結(jié)果圖像。

5 平臺(tái)用例

通過(guò)對(duì)兩類面向不同網(wǎng)絡(luò)研究問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景分析，具體說(shuō)明平臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新的支撐能力，以及利用平臺(tái)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的大致方法。

5.1 端到端擁塞控制

TCP作為互聯(lián)網(wǎng)的主流傳輸協(xié)議，其擁塞控制方法對(duì)端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅鼙憩F(xiàn)和帶寬資源的使用情況具有重大影響。隨著近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景愈發(fā)多樣的發(fā)展趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)擁塞控制方法仍在面臨著源源不斷的需求和挑戰(zhàn)，該研究也一直都是網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新中的熱點(diǎn)。

為了在現(xiàn)實(shí)中評(píng)估擁塞控制算法，基于UDP套接字的用戶態(tài)實(shí)現(xiàn)方式通常會(huì)被采用[11]，該方法不用改動(dòng)內(nèi)核協(xié)議棧中的具體實(shí)現(xiàn)，可以作為用戶態(tài)應(yīng)用程序執(zhí)行。另外，為了理解算法的真實(shí)表現(xiàn)，通常要在廣域網(wǎng)鏈路、衛(wèi)星鏈路等不同的網(wǎng)絡(luò)條件下對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。

在用戶態(tài)進(jìn)行擁塞控制研究以及模擬復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)鏈路場(chǎng)景Klonet都能夠支持。首先，Klonet構(gòu)建的模擬網(wǎng)絡(luò)，其虛擬網(wǎng)元采用虛擬機(jī)或容器實(shí)現(xiàn)，具有完整的內(nèi)核協(xié)議棧，易于封裝和執(zhí)行用戶態(tài)的算法實(shí)現(xiàn)。其次，Klonet能夠模擬網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)面的多種屬性并支持屬性的定制化配置，具體見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)帶寬、往返時(shí)延、丟包率以及端口緩存大小等屬性的有機(jī)組合，可以模擬出多種不同的網(wǎng)絡(luò)條件用于性能表現(xiàn)的評(píng)估（如吞吐率、緩存占用率、時(shí)延敏感性、公平性等）。最后，Klonet的Web接口可以幫助用戶進(jìn)行可視化的拓?fù)涠ㄖ坪玩溌穼傩耘渲茫趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中便捷引入新的鏈路競(jìng)爭(zhēng)以及改變網(wǎng)絡(luò)屬性。Klonet使得擁塞控制算法的開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)可以更靈活、高效地開(kāi)展。

表1 網(wǎng)絡(luò)屬性定制能力

5.2 IPv6段路由協(xié)議

隨著5G時(shí)代的到來(lái)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)展，基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用創(chuàng)新和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議創(chuàng)新成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的重要發(fā)展動(dòng)力。其中，IPv6段路由SRv6作為最具代表性的創(chuàng)新協(xié)議之一，憑借其易擴(kuò)展、易編程、高可靠等特性吸引了廣大的研究人員，也有不少方案已經(jīng)落地部署。

利用Klonet可以設(shè)計(jì)、搭建完整的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境，用于SRv6創(chuàng)新實(shí)例的功能性驗(yàn)證，參考網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景如圖4所示。該網(wǎng)絡(luò)由兩部分組成，一部分是控制和管理平面，另一部分是數(shù)據(jù)平面。對(duì)于數(shù)據(jù)平面的模擬，Klonet能夠在“二層網(wǎng)絡(luò)”的虛擬節(jié)點(diǎn)中安裝、運(yùn)行FRR（FRRouting）等軟件路由協(xié)議族使其成為基于內(nèi)核的SRv6路由器網(wǎng)元。通過(guò)eBPF和XDP等可編程技術(shù)，可以在內(nèi)核層面對(duì)路由器網(wǎng)元進(jìn)行功能擴(kuò)展和數(shù)據(jù)路加速，實(shí)現(xiàn)SRv6網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平面創(chuàng)新。對(duì)于控制平面的模擬，Klonet單獨(dú)為網(wǎng)元和控制器創(chuàng)建一個(gè)上層的控制網(wǎng)絡(luò)，用于SRv6南向接口的創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)，并且當(dāng)路由網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試場(chǎng)景規(guī)模較大時(shí)，可以利用Klonet編程接口在可定制程度和大批量操作等方面的優(yōu)勢(shì)，采用多樣的方式編寫(xiě)拓?fù)涿枋鑫募⒍ㄖ凭W(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌膳匾敫黝惥W(wǎng)絡(luò)事件、執(zhí)行各類操作。

圖4 SRv6網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景參考

6 結(jié)束語(yǔ)

本文面向網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新在開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)方面的需求，提出了網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Klonet的設(shè)計(jì)目標(biāo)和具體實(shí)現(xiàn)方法。Klonet首先能夠滿足大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，并且其搭建的模擬網(wǎng)絡(luò)具有任意拓?fù)洹⒃诠δ芎蛯傩陨鲜仲N近真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)情況，使多類別的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新能夠部署、運(yùn)行到多樣化的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中，以進(jìn)行相應(yīng)的正確性驗(yàn)證和性能表現(xiàn)評(píng)估，最后憑借實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的拓?fù)湔故灸芰Α⒕W(wǎng)絡(luò)操作能力，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)從拓?fù)涞搅髁吭俚浇Y(jié)果的全方位功能支持，帶來(lái)更多方案上的可行性和操作上的便利性。Klonet能夠應(yīng)對(duì)由網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大和技術(shù)創(chuàng)新形式不斷豐富所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，有望助力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。

現(xiàn)有Klonet是基于容器的虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)，更適合進(jìn)行功能方面的創(chuàng)新驗(yàn)證，后續(xù)將考慮采用高速互聯(lián)的多卡高性能服務(wù)器集群來(lái)支撐性能方面的創(chuàng)新試驗(yàn)。同時(shí)，現(xiàn)有Klonet對(duì)模擬網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化部署研究不夠深入，導(dǎo)致平臺(tái)資源利用率不高。未來(lái)Klonet將會(huì)關(guān)注平臺(tái)各類資源的量化描述，通過(guò)大量測(cè)試建立合理的資源需求模型，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模擬網(wǎng)絡(luò)切分和放置算法，從而實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。