基于软件定义网络的流量工程

江中宇 常峻溪 朱继军 苏焕哲

摘  要：在网络科技快速发展的当今世界，信息化技术迎来了较大的发展。基于此种情况，作为一种新型的网络技术架构，软件定义网络凭着自身能够分类网络数据和控制层的特点，被广泛地应用到了信息化技术当中。软件定义网络不但能够进行集中化控制，还能够在控制的基础上简化网络技术的架构管理，并支撑网络服务应用程序的动态控制。

关键词：流量工程  软件定义网络  网络故障恢复  流量测量

中图分类号：TP393.0                         文献标识码：A                  文章编号：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

自從改革开放以来，中国的互联网信息技术也在快速发展，互联网等设备的大数据接入设备的相关种类和接入设备的数目也在慢慢增加，而传统的互联网信息技术则在网络的管理问题、扩展性和网络研究等相关方面的局限也在逐渐凸显，具体表现为：互联网研究者难以在互联网环境中进行网络研究验证;网络管理人员无法根据自身需求进行相关网络配置及网络优化;互联网设备生产厂商不能有针对性地进行快速研发部署[1]。

而作为新型的网络技术架构，软件定义网络解决了过去互联网于网络维护和网络扩展上的弊端。网络控制层可以从信息逻辑上使各网络科技的节点发挥集中信息的控制功能;网络应用层则通过网络控制层提供的编程接口来实现网络的各种应用;网络数据层便负责数据流的运行及转发。

1  软件定义网络产生的背景

在信息化时代的大背景下，移动终端和“云”技术应用应运而生，并由此获得了大发展。传统的网络框架和网络结构是遵循层次化原理的，整体形势呈树状分布，比较契合C/S（客户端与服务器）模式下的互联网计算框架。但是这种模式是具有一定的局限性的，它属于静态体系，不能很好地适应现阶段企业和社会的计算需求，逐渐成为了食之无味、弃之可惜的“鸡肋”。基于此种情况，原有框架下的互联网网络结构体系已经满足不了现代化建设的需求，进而衍生出新的网络定义[2]。其具体的产生背景主要体现在以下方面：

流量模式的大转变。在现阶段，企业的数据信息的流量模式已经发生了较为明显的变化。相较于之前传统的C/S形式下的流量（即客户端和服务器的数据在传输的过程中，进行传输行为时，会在这一过程中产生服务器对服务器之间的流量）模式，流量模式向着现代化和信息化转变无疑是正确的。这主要是因为现在所需要的流量传输需要最大限度地突破时空间的限制，用户和社会对流量模式的要求也更高。由此，软件定义网络在流量模式的转变下诞生。

2  软件定义网络中流量工程的相关内容

2.1 流量工程定义

流量工程，也称流量管理工程，是指优化互联网性能的一些方法，即针对互联网中的数据流进行网络动态分析预测以及进行有目的的网络管理。对于不同的互联网类型，流量管理工程的相关技术都在不断发展，以满足广大人民群众的不同网络需求。于20世纪80年代开始，ATM网络开始流行，流量管理工程技术则用来解决网络拥堵问题;而在90年代末兴起的IP网络中，流量管理工程就用来优化IP网络中的流量路径，并提供给相关的网络设施应用设备技术性的服务保证管理[4]。但是，IP网络的技术控制层面的应用过于复杂，并且难以操作，此时，软件定义网络的相关概念提出则解决了当前网络科技技术所存在的问题。

软件定义网络的提出及应用引起了学术界以及研发界的轰动。软件定义网络为流量管理工程的应用开展提供了更加坚实的基础，表现为：首先，软件定义网络为流量管理工程提供了集中控制的全局视图，全局控制器可以得到实时的网络全局状态、互联网信息以及相关应用的需求信息;其次，软件定义网络为流量管理工程提供了可编撰的网络数据层接口，网络操作者可根据实时状况对互联网资源进行分配;最后，大规模互联网设备生产制造厂商可以使用统一的网络编程接口，并提供充分的互联网开放性。总而言之，软件定义网络对于流量工程的优势可以进行如下概括：

（1）流量的测量相关方面，软件定义网络不仅可以灵活部署互联网的全局实时任务，还可以进行测量收集互联网状态信息，并对流量工程进行集中监控及统计管理。（2）流量的管理相关方面，在对网络科技状态和网络相对应的应用需求软件进行综合考虑的基础上，以流量为单位，进行灵活动态的流量调度，从而使互联网流量负载均衡。（3）网络资源的利用及维护相关方面，软件定义网络支持存储、宽带等互联网资源的实时分配，从而实现合理的网络资源利用。

2.2 软件定义网络流量管理工程研究

流量管理工程的相关工作可从不同角度进行分析研究。本篇文章按功能将流量工程的研究划分为流量工程测量、流量工程管理以及流量的故障恢复三部分[5]。

对于流量管理工程的研究来说，可靠性是构成互联网管理的一项重要因素。流量的测量部分主要任务在于负责监督监控网络的实时流量，并将准确的、实际的网络实时信息反馈到流量的管理调整模块中心进行相关的网络科技流量决策和网络技术的流量控制，而流量工程的故障恢复与流量管理模块并行，通过利用互联网的实时监控功能，检测网络信息，从而发现故障并进行及时的补救和处理。

3  软件定义网络中的流量测量

流量管理工程的顺利开展取决于对互联网流量对网络信息的实时测量，软件定义网络中的流量测量主要解决部署、设计和支持测量任务，并为相关互联网应用提供实时有效的信息。可以从以下几个角度进行分类：

（1）从流量实现角度来看，基于软件定义网络的流量工程为集中分配互联网任务提供了良好的渠道，但是，传统IP网络的互联网测量方法会给网络带来流量管理的压力，因此需要软件定义网络的测量方法对这种问题加以解决。（2）从流量测量角度看，网络设计准确以及实时正确的网络测量方式，在路由配置以及网络规则兼容方面会存在相关问题。（3）从流量开销控制角度看，在网络设备中，有效的互联网资源管理大部分会用于流量测量的计算，然而，由于互联网存储有限，因此需要对网络空间进行充分合理的利用[6]。

4  软件定义网络中的流量调度

随着互联网数据规模基础设施的优化升级以及中国网络科技的不断扩展，当今世界的网络应用则越来越依赖于高效便捷的网络工程管理，以便在更高效、成本更低、质量更高的基础上提供服务。软件定义网络不但为当前迅速发展的互联网技术提供优异的平台，并且完善了网络工程管理的方式，取代传统网络的片状式管理。软件定义网络工程通过集中互联网布局进行实时策略部署，同时，进行动态收集互联网状态。与此同时，软件定义网络为处理网络事件提供了更加快捷的反应能力，从而降低了网络事件管理的时间延迟。

5  软件定义网络中的故障恢复

软件定义网络中的故障管理主要是指面向互联网数据中心和互联网结构制造企业进行的修复网络通信服务中的基本問题和故障。高效的互联网故障管理需要实时响应互联网的组件故障，并对修复可用的互联网资源进行重整分配，来保证互联网故障服务的实用性。在传统网络架构中，一般在大多数情况下都会通过使用互联网传输层及网络层相对应的分布式网络协议进行对应的网络故障及问题恢复，这种协议会及时针对可能出现的互联网故障计算出相应的资源分配方式，并在出现相应的故障以后，及时采用提前设置好的消息恢复机制激活互联网中备份的网络修复方案。因此，软件定义网络中的故障恢复可分为网络数据层故障恢复以及网络控制层故障恢复两种方式。

6 结语

软件定义网络工程具有控制逻辑分离和数据转发两种特性，在促进互联网技术创新以及新型互联网科技发展的同时，还可以有效采用互联网流量管理工程，对网络数据流量在整体上进行动态合理的调整。在当前的新型网络中，例如移动群感知、D2D等新型网络技术，都可以将互联网控制和转发进行创新设计，通过采用集中的实时网络视图决策，实现互联网数据流的合理调整需求。因此，基于软件定义网络的流量工程对于发挥互联网软件优势、驱动新型网络信息技术创新及科技发展具有无比重要的意义。

参考文献

[1] 贺昆，云颖，李日昌.虚拟现实运动解剖教学软件的设计与实现[J].南京体育学院学报自然科学版，2015，14（2）：36-38.

[2] 张所昊.跨域软件定义网络中的流量工程问题研究[D].南京：南京大学，2019.

[3] 胡煜雪.基于SDN数据通信网的流量优化技术研究[D].北京：北京邮电大学，2019.

[4] 何皓星.基于网络状态特征分析与预测的SDWAN路径优化技术研究与实现[D].北京邮电大学，2019.

[5] 赵宁.基于数据中心内流量识别和调度研究[D].北京：北京邮电大学，2019.

[6] 刚亦柔.基于流量工程的分段路由增量部署方案的研究[D].北京：北京邮电大学，2019.