基于软件定义网络的虚拟数据中心管理平台

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1、基于软件定义网络的虚拟数据中心管理平台　　摘要：针对已有虚拟数据中心（VDC）管理平台具有代码固化、后续升级困难等缺陷，设计和实现一种基于软件定义网络（SDN）的VDC管理平台。该平台由VDC管理子系统（VDCM）、VDC计算资源控制子系统（VDCCRC）和VDC网络资源控制子系统（VDCNRC）组成，子系统之间通过RESTfulAPI交互建立起松耦合架构。VDCNRC通过SDN控制器管理数据中心网络资源，VDCCRC通过开源云平台管理数据中心计算资源，VDC管理子系统中内置VDC管理算法框架，可快速开发适用于实际生产环境的VDC管理算法。使用Mininet、Openstack、F

2、loodlight搭建了测试环境，验证了该平台可通过Openstack来控制虚拟机的启动、迁移和删除，可通过Openflow控制器实现VDC网络带宽资源隔离，并支持VDC创建、删除和修改等操作。　　关键词：虚拟数据中心；软件定义网络；Openstack；数据中心网络　　中图分类号：TP393.01　　文献标志码：A　　文章编号：1001-9081（2016）11-2998-08　　0引言23　　随着Openstack、CloudStack等开源云计算平台的出现，云计算得以迅猛发展。云计算中多租户（Multi-tenancy）[1]概念要求通过虚拟化技术将物理资源池化后，可以按需、动

3、态分配租户的资源请求，同时这些资源也可以随时随地被租户撤销。在这种趋势下，每个租户的资源请求可抽象为一组虚拟机（VirtualMachine，VM）构成的虚拟数据中心（VirtualDataCenter，VDC），每个VM对应一定的计算资源（包括CPU、内存以及硬盘等）；同时为了传递数据和中间文件，VM之间需要建立具有带宽保障的虚拟链路[2]。VDC为租户提供了描述自己资源需求更加直观的方式。　　目前与VDC相关的研究，比如VDC映射算法[3]、VDC资源调整算法[3]和VDC动态整合算法[3]成为了新的研究热点。VDC映射算法解决的是如何以更高的资源利用率或更少的代价来把虚拟资源

4、请求映射到物理资源的问题，然后随着租户业务需求的变化，租户将提出增加或减少虚拟机计算资源需求、虚拟链路带宽资源需求等请求，此时就需要VDC资源调整算法来实现租户资源需求的变化。而在VDC动态整合算法的应用场景中，VDC具有生存周期属性，当VDC到期后需要从数据中心中撤销VDC所占用的物理资源，因此一段时间后，数据中心的资源配置将不再最优，此时就需要VDC动态整合算法来对所有VDC重新整合从而达到资源配置的最优状态。这三种算法都可以看作是VDC管理算法。　　除了VDC管理算法外，另外一个重要研究方向是VDC管理架构[3]，目前VDC管理架构主要解决的是在生产环境中如何在VDC之间共享

5、网络资源的问题。由于网络资源具有天然共享特性，不同VDC之间将竞争网络带宽[4]。在多个VDC共享整个数据中心网络的环境中，传统数据中心凸显出没有网络性能隔离的弊端[5]。这是因为传统数据中心的网络技术仅仅支持尽力而为的报文递交模式，无法做到VDC之间的网络资源隔离。已有的VDC管理架构SecondNet[3]将传统基于介质访问控制（MediaAccess23Control，MAC）表的转发方式替换为基于源路由的端口交换（Port-SwitchingbasedSourceRouting，PSSR）技术来为VDC中的虚拟链路预先分配满足其需求的带宽资源，从而实现网络资源隔离。然而PS

6、SR技术的应用需要对交换机和Hypervisor程序进行升级，这种升级给传统数据中心的维护和管理带来了更大的挑战。　　软件定义网络（SoftwareDefinedNetwork，SDN）是一种新兴的网络架构，它主张控制与转发分离、控制逻辑集中的思想[6]。SecondNet架构采用了类似SDN的思想，全局的VDC管理器统一控制转发路径，交换机也只具备转发功能。然而SecondNet架构需要在设备中加入固化的代码，很难灵活改变来支持新的功能。而SDN通过Openflow协议[7]屏蔽底层物理转发设备的差异，实现底层网络对上层应用的透明化，可以天然做到灵活支持新的网络应用；因此采用SD

7、N技术来设计VDC管理架构可以避免SecondNet架构后续升级困难的缺陷。　　目前SDN的应用还主要集中在改善流量工程和虚拟机迁移效率等方向，文献[8]首次提出了将SDN技术与VDC管理结合的思想，但是并没有给出具体的解决方案。本文设计并实现一个基于SDN的VDC管理平台（SoftwareDefinedNetworkbasedVirtualDataCenterManagementPlatform，SVMP）。该平台使用SDN控制器来控制数据中心网络资源、开源云平台来