略論虛擬網(wǎng)絡的故障探測及診斷

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網(wǎng)絡虛擬化

網(wǎng)絡的最大特點就是資源共享,并在這個特點的基礎之上,人們開展了各式各樣的網(wǎng)絡業(yè)務服務。隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大,端到端的傳輸并不能保證包的傳輸質(zhì)量,這樣的現(xiàn)象讓網(wǎng)絡僵化問題無限擴大。在網(wǎng)絡規(guī)模的擴大和網(wǎng)絡性能之間出現(xiàn)了不可調(diào)和的矛盾,這無疑對網(wǎng)絡的發(fā)展提出了嚴峻的考驗。如何保證網(wǎng)絡業(yè)務的深入發(fā)展及網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大成為互聯(lián)網(wǎng)提供商考慮的重點問題,但由于提供商之間存在利益的分配問題,這些統(tǒng)一的產(chǎn)品部署、建設、運營、架構無法展開。當前IT研究人員對于網(wǎng)絡業(yè)務的應用創(chuàng)新層出不窮,但是對于網(wǎng)絡技術本身的創(chuàng)新卻很少。虛擬網(wǎng)絡就是在這種情況下產(chǎn)生的,其原理是:從一個異構的網(wǎng)絡那里,其每個網(wǎng)絡服務的提供商都出讓一小部分的資源,根據(jù)自身的特點建立起虛擬的網(wǎng)絡,從而實現(xiàn)資源利用率的提高,網(wǎng)絡設備狀態(tài)的感知和配置,從而實現(xiàn)網(wǎng)絡多業(yè)務的發(fā)展需求。虛擬網(wǎng)絡使網(wǎng)絡服務的提供商和基礎設施的提供商分隔開來,對網(wǎng)絡中的鏈路資源和節(jié)點資源進行有效地動態(tài)調(diào)整,使網(wǎng)絡資源得到高效利用,從而達到降低成本,提高服務質(zhì)量的目的。虛擬網(wǎng)絡業(yè)務模型主要有3個實體組成:基礎設施提供商、網(wǎng)絡服務運營商和終端網(wǎng)絡用戶。其虛擬網(wǎng)絡業(yè)務模型如圖1所示。圖1網(wǎng)絡虛擬化業(yè)務模型近幾年來,由于網(wǎng)絡虛擬化帶來的收益越來越大,人們通過虛擬網(wǎng)絡獲得了巨大的益處,全世界對于網(wǎng)絡虛擬化的研究熱潮已經(jīng)到來。為了迎合未來網(wǎng)絡發(fā)展的需求,歐美國家、日本等一些發(fā)達的國家已經(jīng)在網(wǎng)絡虛擬的研發(fā)方面走在了世界的前列,并取得了巨大的研究成果,也給我們的研發(fā)提供了參考。例如美國猶他大學研發(fā)的Emulab網(wǎng)絡仿真系統(tǒng),可以通過WEB界面對網(wǎng)絡進行有效靈活的配置,并且指定其網(wǎng)絡拓撲結構,可對資源進行自動化分配。歐盟的4WARD項目可以有效地提高歐洲互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的競爭能力,對于克服現(xiàn)有的僵化問題有著積極的作用,并且提供互助協(xié)作的網(wǎng)絡架構及未來的發(fā)展趨勢。

網(wǎng)絡故障及診斷探針站部署算法

在網(wǎng)絡中,如何監(jiān)測出網(wǎng)絡故障,主要通過獲取網(wǎng)絡設備中實時狀態(tài)。在網(wǎng)絡虛擬化的環(huán)境下,其收集的狀態(tài)信息參數(shù)由于動態(tài)性而無法保證其完整性。探針式部署也是需要一定的成本,所以在部署的時候,要充分考慮其性價比,并不是探針站部署的越多越好,在保證其網(wǎng)絡正常監(jiān)控的情況下,以盡可能少的探針站數(shù)量來滿足需求。在網(wǎng)絡高速發(fā)展的今天,網(wǎng)絡的穩(wěn)定性已經(jīng)成為人們評價某一網(wǎng)絡性能的主要指標,為了保證網(wǎng)絡的正常運行,網(wǎng)絡故障的診斷顯得尤為重要。虛擬化網(wǎng)絡的益處是明顯的,但是隨著網(wǎng)絡虛擬化的使用,一些新的問題開始出現(xiàn),例如:虛擬化技術無形之中占據(jù)了一部分資源(帶寬),另外,虛擬化網(wǎng)絡的構建可能比現(xiàn)實中的網(wǎng)絡更為復雜,特別是在節(jié)點的設置方面,這讓本來沒有可能出錯的問題,由于節(jié)點的設置問題而報錯,從而影響工作人員的正常判斷。網(wǎng)絡的不斷擴張性、動態(tài)性、復雜性等一些特點對于虛擬網(wǎng)絡進行故障診斷來說是當前面對的最大困難。在當前的網(wǎng)絡虛擬化環(huán)境下,任何一種算法面對的都將是一個全新的網(wǎng)絡環(huán)境,在虛擬網(wǎng)絡和物理網(wǎng)絡之間通過資源映射的方式使之信息共享。對于虛擬網(wǎng)絡來說,能夠檢測出物理網(wǎng)絡中的所有節(jié)點,虛擬網(wǎng)絡的節(jié)點不可能對于物理網(wǎng)絡中的所有節(jié)點都進行映射,對于某個映射的節(jié)點,其表示相鄰的節(jié)點也能夠被查找到,假如某個節(jié)點沒有被映射,并且無法通過映射的節(jié)點關聯(lián)查找到,那么這個節(jié)點被稱之為陰影節(jié)點。圖2為網(wǎng)絡虛擬化探針部署的示例圖。圖2網(wǎng)絡虛擬化探針部署方案示例在本文中,我們以XW來表示虛擬網(wǎng)絡,以XJ表示虛擬網(wǎng)絡中節(jié)點的集合,XL表示其虛擬網(wǎng)絡中虛擬鏈路的集合。用WW表示物理網(wǎng)絡,以WJ表示虛擬網(wǎng)絡中相對應的物理網(wǎng)絡節(jié)點的集合,WL表示物理網(wǎng)絡中鏈路的集合,在此我們還需要定義一下映射節(jié)點的集合YJ,其中YJAWJ。探針站集合用TJZ表示,它屬于WJ。根據(jù)圖2所示,XJ={A,B,C,D,E},WJ={1,2,3,4,5,6,7,8},YJ={1,3,5,6,8}。本例中,所有的節(jié)點都能夠被檢測到,不存在陰影節(jié)點。在描述算法以前,首先需要介紹一下對虛擬網(wǎng)絡整體部署結果產(chǎn)生影響的因素。對于虛擬網(wǎng)絡來說,其影響的主要因素有以下幾種:依賴關系,是從虛擬網(wǎng)絡中的某一個節(jié)點出發(fā),從而查找到另外一節(jié)點的概率;獨立路徑概率,它是在依賴關系的基礎上計算得出的;故障數(shù)量,當網(wǎng)絡出現(xiàn)兩個及兩個以上的故障時,需要通過多個探測站點參與進來;鄰居節(jié)點及節(jié)點的度。

算法描述

假設虛擬網(wǎng)絡最多發(fā)生n個網(wǎng)絡故障,從YJ中提取數(shù)量最少的一組探測站點,以滿足對節(jié)點度數(shù)為d=n的節(jié)點,存在t個探測路徑。在算法中,要不斷地減少陰影節(jié)點的數(shù)量,直至不存在陰影節(jié)點為止。首先,假設映射節(jié)點YJ中的所有節(jié)點均為陰影節(jié)點,將探測站點集合初始化為空,第1個找到的節(jié)點為集合中度數(shù)最大的節(jié)點,然后以該節(jié)點為出發(fā)點,依次查找其下一個合適的節(jié)點,以確保所選節(jié)點的陰影節(jié)點最少,直至沒有陰影節(jié)點為止。其具體的算法描述如下:

本文針對虛擬網(wǎng)絡的故障探測及診斷算法展開研究,通過介紹網(wǎng)絡虛擬化,對其探測和診斷算法進行描述,根據(jù)虛擬網(wǎng)絡特點,設計出網(wǎng)絡故障探測站部署算法,并給出了算法的具體描述,由于篇幅所限,難免有不足之處,請見諒。參考文獻:[1]齊寧,汪斌強,王志明.可重構服務承載網(wǎng)容錯構建算法研究[J].電子與信息學報,2012,12(2):27-28.[2]韓言妮,覃毅芳,慈松.未來網(wǎng)絡虛擬化關鍵技術研究[J].中興通訊技術,2011,16(2):45-47.

本文作者：王化工作單位：南京工程高等職業(yè)學校,