SDN网络技术在虚拟化映射网络系统中的应用探究

谢燕

摘 要：随着信息化网络时代的快速发展，传统的单层物理网络模式已经不能满足网络服务需求，网络模式分布复杂且僵化日趋严重。网络虚拟化是解决当前网络架构僵化问题的核心技术，可以适应日益增长的网络用户数量和业务需求。因为SDN技术的集中化控制思想与网络虚拟化的集中控制思想相统一，对网络虚拟化的实现有重要意义。因此，文章对一种基于SDN技术的多域虚拟网络映射算法进行分析，并对虚拟化网络映射系统未来的发展方向进行探讨，为虚拟网络映射的研究提供理论借鉴。

关键词：SDN网络;虚拟化映射;多域虚拟网络;集中控制;应用探究

0 引言

近些年，互联网技术已经成为信息基础设施的核心，新的应用和科技进步促进着网络体系结构飞速发展。其中，软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）技术的兴起，已经成为一种将数据转发与网络控制相分离的新型网络模式。此外，SDN技术的集中化控制思想与网络虚拟化的集中控制思想相统一，对于网络虚拟化的实现也有着重要意义。

1   SDN网络架构的特点

SDN区别于传统网络技术的关键是利用开放可编程性，使得应用与网络设备之间的交互更加紧密。SDN网络架构最主要的特点就是数据转发和控制分离。数控分离是将基础硬件与网络服务实现分离，控制平面和数据平面不再相互依赖，其硬件仅负责数据转发和存储。因此，可以采用成本相对低的通用设备构建网络基础设施，更利于网络的集中控制，使得控制层获得网络资源的全局信息，并根据业务需求进行资源的全局调配和优化。此外，网络开放接口是通过开放的南、北向接口实现SDN应用和网络设备的无缝集成，使应用能引导网络运行，更好地满足应用的需求。

2   网络虚拟化技术

2.1 网络虚拟化

随着网络服务业务范围的不断扩展，传统的单层物理网络模式已经不能适用于当今用户需求，网络虚拟化正是解决当前网络架构僵化问题的核心技术。通过抽象、分配、隔离等机制，在一个开放公用的物理网络上支持多个虚拟网络，各个虚拟网络可以通过相互独立的协议体系，并按照动态变化的用户需求对整个网络中的资源进行合理分配，能够满足日趋增长的网络用户数量和新增网络业务需求。网络虚拟化技术的引入可以允许网络管理员以一种充分自由和实时动态的方式对网络进行管理、维护，同时将底层物理网络资源抽象化表达，使得同一个物理网络之上可以部署多个虚拟网络，这些虚拟网络相互独立，可以各自部署不同的网络协议和网络服务。而网络虚拟化正是通过南向接口的统一和开源特征，消除底层物理转发设备之间的异步性，进而能够实现底层物理网络对上层应用的开放操作。

2.2 网络架构优化问题

网络虚拟化主要面临的问题就是如何将底层物理网络设备上数量有限的资源合理分配给更多的虚拟网络进行应用，为解决这个优化配置问题提出了一个良好的设计思路，即将底层网络资源进行抽象化处理，使得多个非统一性质的异构逻辑网络能够独立地部署各自的网络协议，这对于新的网络架构的发展和协议的审验有着重要的推动作用。互联网技术的发展引发了一场通信产业的革命，国内网络通信运营商不断推出新型业务模式，优化网络架构体系，借助此技术对网络系统初始功能进行系统升级，具有对网络设备进行实时监控的能力，缩减了企业运营成本，极大地提高了网络系统运行效率，有效降低了网络冗余卡顿现象的出现频率。

3   虚拟网络映射算法的研究现状

目前，虚拟网络映射算法可以根据众多评价指标及映射计算方法、虚拟网络应答机制等方面进行分层分类研究。由于虚拟网络请求的时效是未知的参数，网络管理更倾向于采用减弱网络节点控制、忽略接入控制等限制物理地址位置的虚拟网络映射算法。另外，可以借助于扩大问题空间的发展角度，研究一些符合日常实际生活的虚拟网络映射算法。

虚拟网络映射算法的研究取得了一些技术上的突破，改变了网络安全潜在风险的认知，使得其在云计算及大数据发展方向有了新的探索。通过采用借助人像识别系统及身份比对系统进行虚拟网络的安全性优化改进。虚拟网络或者底层网络都会包含若干个节点和数条链路，在研究具体的虚拟网络映射过程中，应考虑如何将虚拟节点封装在底层节点上。同样的道理，虚拟链路的网络信号传输也是通过将虚拟链路映射到相应的底层路径来具体实现。在此基础之上，提出了一种基于网络路径分割与网络节点分割映射的问题模型及算法。但是，这种算法在面对群组数据及云计算等研究暂时不可行，限制了网络底层资源的扩展，降低了虚拟网络应用中的信号传输接受率。所以，提出的问题模型算法有利于虚拟网络信号传输的稳定，还能降低运营管理者对虚拟网络映射的投入成本，底层物理网络（SN）也同时可以通过资源虚拟化和资源部署来映射多个上层的虚拟网络（VN）[1]。

在限制物理地址位置的虚拟网络映射算法中，将虚拟网络链路映射的各个层级进行区分，优先处理特殊链路的虚拟网络请求，并将底层物理网络映射剩余资源进行整合及平均分配，使得各个应用服务链路中的节点资源的耗损率接近实际水平。但此种限制物理地址位置的虚拟网络映射算法对于大型网络架构却不适用。因为网络节点的增加同时加大了链路层级的网络资源及能量消耗。因此，建议从虚拟网络的优先请求机制及不限制物理地址位置的算法进行突破，使得虛拟网络映射算法符合未来大数据时代的研究方向。

4   基于SDN技术的虚拟网络映射算法分析

传统的单域虚拟网络映射算法无法很好的解决混合多域虚拟网络映射问题，尤其当如今的云计算、大数据技术发展越来越成熟，面对各种物理网络资源优化的理论，结合虚拟映射算法的各种评价指标的日趋完善，现提出基于多域SDN技术的虚拟网络映射算法。早期的SDN技术虚拟网络映射算法应用，大部分网络运营商都只考虑单域网络服务为导向的虚拟网络请求，所提出的虚拟网络映射算法也只在为解决底层网络的应用传输效率[2]。但是，所提出的基于多域SDN技术的虚拟网络，其优势在于可以具体抽象成无向权重图GS=（NS，ES），其中NS为底层网络的节点集合，ES为底层网络的链路集合。所以，相对比单域SDN技术来说，多域虚拟网络映射算法更加符合真实的网络传输拓扑结构，使得网络底层物理链路的信息传输不统一，资源供给形式也不统一，降低了网络信号传输的风险性[3]。不会因为虚拟网络映射要考虑可靠性问题，以致无法保证虚拟网络传输的容错几率在正常范围。最突出的还在于，能够在底层物理设施上预存备用资源，用以故障后的虚拟节点和虚拟链路之间的转换，保证信号传输的稳定性[4]。

对虚拟网络映射算法进行比较分析可知，目前很多映射算法的提出都是基于小规模、低成本、单向性的底层物理网络设备资源。但是在信息化网络大背景时代，很多时候都是基于复杂性、多维网络布局的新模式，这就给现有的传统网络架构组成模式及虚拟网络映射算法带来了新的挑战。因SDN技术能够有效解决网络架构“僵化”等突出问题，使得网络虚拟化技术能够更加有效地利用网络资源，使得网络新服务的部署和运维更加方便。

5 结语

SDN网络技术与网络虚拟化映射技术的组合应用是解决网络创新发展时期瓶颈问题的有效方法。虚拟网络映射也是实现网络虚拟化的基础。今后，虚拟化映射网络系统引入SDN技术能够在网络优化过程中不断获得新兴科技、前沿技术应用的合理配置，从而摆脱硬件对网络架构的限制。而SDN的本质就是借助软件定义网络，即通过应用软件可以参与对网络的控制管理，满足上层业务需求，通过自动化业务部署简化网络运维，进而推动移动通信技术向更深层次新领域发展。

[参考文献]

[1]耿瑞雯，卢汉成.多域SDN虚拟网络映射算法[J].小型微型计算机系统，2016（12）：204-205.

[2]王轩，杨龙祥.多域虚拟网络映射算法研究[J].计算机技术与发展，2018（7）：134-139.

[3]张朝昆，崔勇，唐翯祎，等.软件定义网络（SDN）研究进展[J].软件学报，2015（1）：62-81.

[4]吕博.网络虚拟化资源管理架构与映射算法研究[D].北京：北京邮电大学，2011.

（编辑 姚 鑫）