[发明专利]一种基于软件定义网络的开放虚拟网络构建系统和方法

摘要

一种基于软件定义网络的开放虚拟网络构建系统，包括网络拓扑信息探测模块、网络性能探测模块、网络资源整合模块、网络资源呈现模块、用户虚拟节点选择模块、虚拟网络管理模块、网络资源虚拟化模块、主机资源虚拟化模块和用户交互界面模块；一种基于软件定义网络的开放虚拟网络构建方法，包括步骤(1)用户登录开放虚拟网络构建系统；(2)系统收集网络资源信息并向用户进行直观显示；(3)用户为特定业务进行资源的发现，并提出服务请求；(4)系统向用户提供虚拟网络定制服务；本发明实现了用户开放、自主构建虚拟网络的目标。

主权项

一种基于软件定义网络的开放虚拟网络构建系统，其特征在于：所述系统包括如下功能模块：网络拓扑信息探测模块：该模块负责网络拓扑信息的探测，所述的网络拓扑主要指的是虚拟交换机之间的相对逻辑位置的拓扑结构，即拓扑结构是逻辑上的，而并非物理上；所述的网络拓扑信息由SDN控制器负责探测并将结果报给应用程序；由于网络拓扑信息是动态变化的，SDN控制器每隔一段时间向所负责的虚拟交换机发送探测包，以确定该虚拟交换机的有效性；每个虚拟交换机都与SDN控制器直接相连，构成了所述的网络拓扑的结点；对于结点间的链路信息，可以将SDN控制器看做根结点利用Doubletree算法进行探测；当发生结点增加或失效时，在所述的网络拓扑中添加或移除该结点及相连的边；当链路失效时，在所述的网络拓扑中将对应边移除，以保证网络拓扑信息的正确性；探测内容包括节点的状态与链路的状态，分别是“活动”、“挂起”、“停机”，其中“活动”状态是指节点或链路工作正常且有流量经过，“挂起”状态是指节点或链路处于空闲状态，即工作正常但无流量经过，“停机”状态是指节点或链路出现异常，不可达；根据以上信息，所述网络拓扑信息探测模块构造节点和链路的状态数据结构表，并将其提交给网络资源整合模块；网络性能探测模块：该模块负责探测网络的性能，探测内容包括：节点的处理能力、节点的缓冲区容量及队列长度、队列优先调度原则及参数、链路的时延与带宽、网络所使用的协议，根据以上信息，所述网络性能探测模块构造节点和链路的性能信息表，并将其提交给网络资源整合模块；该模块探测网络的方式有主动探测方式和被动探测方式两种，所述的主动探测方式是指向网络中发送经过特殊组合的探测包，通过对探测包所受网络影响而发生特性变化的分析，得到网络状态和性能变化；被动探测方式是指在网络的测量点处部署数据采集器，收集流经该测量点的网络流量，周期性地轮询被动检测设备并采集信息，以判断网络性能和状态；网络资源整合模块：该模块将所述的网络拓扑信息探测模块和所述的网络性能探测模块提供的信息进行整合，得到具有网络性能和网络拓扑结构的数据结构，包括描述节点和链路的数据结构表，以及描述网络整体的数据结构信息；网络资源呈现模块：该模块将网络资源整合模块提供的网络图绘制出来，提交到用户交互界面上直观地呈现给用户，具体为：该模块根据所述网络资源整合模块所提供的数据结构信息，描绘出网络拓扑结构图，并将该拓扑结构图展现给用户；用户可以根据需要放大或缩小局部网络信息；根据用户需要，该模块可以呈现当前网络性能参数及物理参数；用户可以以触摸方式自由选择结点及链路，方便地与所述的开放虚拟网络构建系统进行信息交互生成拓扑信息；所述的网络拓扑结构图是一个节点和链路都带有权重的复杂加权图，其中节点的权重反映了节点的当前处理能力，链路的权重是时延，或者是带宽，或者是时延和带宽的加权表达，该复杂加权图是用户定制虚拟网络的基础；用户虚拟节点选择模块：用户根据可视化的物理网络资源界面，根据自己的具体需求，自主选择有限个数的虚拟节点及连接关系，然后将选择的虚拟节点提交到虚拟网络管理模块；选完后虚拟网络管理模块根据用户提供的拓扑关系，运行相应的映射算法重新构建虚拟网络，系统显示可预测的网络创建效果，用户根据效果决定是否进行再次选择；虚拟网络管理模块：该模块负责管理网络资源虚拟化模块以及主机资源虚拟化模块的虚拟资源，并进行虚拟网络的构建和管理；该模块通过收集、评估和管理底层网络中的所有资源信息从而了解整个网络的各种信息，能根据用户需求完成虚拟网络到现有网络拓扑的映射，能根据具体业务需求进行全局资源的调配和优化；该模块保证资源分配的过程中不会发生冲突，使得整个虚拟网络的映射运营过程便于维护调整，提升了网络控制的便捷性；该模块根据虚拟机计算和存储能力，路由器间链路的时延和相应的带宽，生成虚拟网络拓扑结构；该虚拟网络拓扑结构屏蔽了物理链路的连接关系，为虚拟网络的上层提供点到点的逻辑连接；网络资源虚拟化为每一个用户提供逻辑上独立的网络拓扑视图，为用户定制虚拟网络提供方便；当所述用户需要创建多个虚拟网络时，所述系统对用户的不同虚拟网络进行的并行管理，满足同一用户不同虚拟网络的差异化需求，所述用户也能够动态的调整或取消所构建的虚拟网络；网络资源虚拟化模块：该模块根据用户需求完成虚拟路由器到现有路由器拓扑的映射；通过虚拟资源切片的方式，将多个彼此隔离且异构的虚拟网络同时映射到同一个物理网络上；网络资源虚拟化分为节点映射和链路映射两个阶段，底层物理网络可以支持灵活的路径分割和周期性的路径迁移；主机资源虚拟化模块：该模块提供将物理主机虚拟成为多个虚拟主机的功能，虚拟出的主机资源将提交到所述的虚拟网络管理模块进行统一管理；该主机资源虚拟化模块在系统中为用户提供针对虚拟机的控制操作接口，实现创建虚拟主机、开关虚拟主机电源、设备操作功能；实现用户对虚拟主机的灵活控制和动态调整；所述物理主机既作为命令的执行单元执行特定操作，同时也作为命令的转述单元将所述系统的部分操作命令及参数转发到虚拟主机中执行；所述系统利用终端套接字方式在物理主机和虚拟主机之间进行通信；用户交互界面模块：该模块提供用户与所述的开放虚拟网络构建系统进行交互的接口，接口分为三类即：网络资源显示接口、虚拟网络资源管理接口和用户需求感知接口，这些接口都是双向的，即提供用户与系统交互传递参数的功能；所述的网络资源显示接口的功能是：把系统经过整合探测到的网络信息周期性向用户显示，或用户主动提出需求，查询当前网络资源可否满足；所述的虚拟网络资源管理接口的功能是：用户通过虚拟节点的控制操作接口，实现虚拟节点创建、开关虚拟节点电源；用户对虚拟节点进行设备操作，实现虚拟节点存储或网络接口的增加或删除、虚拟节点的整机迁移，实现对虚拟节点的灵活控制和动态调整；所述虚拟节点建立后，物理机通过终端套接字调用特定脚本启动网络服务，建立与中心控制台通信连接；所述的用户需求感知接口的功能是：系统通过该接口感知用户需求，包括需求的类型、时间、地点、偏好度，进行资源优化调度。