CN109218140A - 一种软件定义部署nfv网络测量***的方法 - Google Patents

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陈鸣
张天奇
陈兵
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

针对目前的网络测量***缺乏个性化定制网络测量功能而无法满足网络特定监测应用需求的问题，本发明提出了一种软件定义部署NFV网络测量***的方法。***控制器通过读取配置文件来获取部署测量***的必要参数，调用解释程序和执行程序将特定的网络测量中间盒部署到NFV网络指定位置，并控制这些中间盒有序运行。采用本发明的设计方法，能够将具有特定网络测量功能的中间盒部署到NFV网络的优势位置上，快速、灵活地构建满足个性化需求的NFV网络测量***。

Description

一种软件定义部署NFV网络测量***的方法
技术领域
本发明属于网络通信领域，具体地说是提出一种采用软件定义方法部署NFV网络测量***的方法。
背景技术
随着网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization，NFV)技术的成熟，NFV在越来越多的运营商网络、数据中心、移动网络和企业网等场景中得到应用。由此，互联网的构成正在发生变化，它已经成为由虚拟网络设备与实际网络设备结合而成的混合网络，或由虚拟网络设备形成网络，这种有虚拟网络设备参与的网络称为NFV网络。
NFV网络是一种相对新的事物，目前对它仍缺乏深入认识。例如，我们仍无法深入理解和精确描述NFV网络的流量、性能、可靠性、安全性、行为等，这将严重影响NFV网络的科学发展和对NFV技术的有效利用。因此，必须利用网络测量技术定量研究NFV网络相关技术。网络测量依赖于网络测量***提供的基础支撑，网络测量***通常是由具有特定体系结构的基础设施、支撑协议、部署在特定位置的***设备以及配套的测量工具集合等组成。通过NFV网络测量***，我们就能够定量测量并分析NFV网络，开展下列研究和网络管理工作：理解该网络的流量、特征、行为等规律；建立网络流量模型和发展模拟技术；建立起网络性能基线，有效地进行网络监测；合理地分配网络资源，迅速定位网络故障；了解网络端到端、整体甚至局部性能细节，为规划、设计网络提供科学依据；管理网络性能，为解决网络服务质量(QoS)和网络安全问题提供量化指标，为分析设计网络安全和网络管理机制提供有效手段等。然而，目前网络测量***通常具有固定的基础设施和体系结构，其功能受限，难以根据网络特定需求个性化定制网络测量功能，限制了NFV网络技术的发展。
发明内容
[发明目的]：
针对目前的网络测量***缺乏个性化定制网络测量功能而无法满足网络特定监测应用需求的问题，本发明提出了一种软件定义部署NFV网络测量***的方法。采用本发明的设计方法，能够将具有特定网络测量功能的中间盒部署到NFV网络的指定位置上，快速、灵活地构建满足个性化需求的NFV网络测量***。
[技术方案]：
本发明的技术方案是：
1、一种软件定义部署NFV网络测量***的体系结构，其特征是它包括两个平面(参见图1)：控制平面和执行平面；
所述控制平面，主要特征是***管理员通过控制器来定义部署描述文件和网络测量中间盒工具箱，并将定义结果下发给执行平面。所述的执行平面，主要特征是负责执行由控制器下达的任务，从而得到NFV网络中的网络测量***的功能。
2、一种支持软件定义部署NFV网络测量***的***，其特征是所述的***是由控制器、网络测量中间盒工具箱以及相关配置文件组成；
所述的控制器是控制平面的核心，控制器通过读取配置文件来获取部署测量***的必要参数，调用解释程序和执行程序将特定的网络测量中间盒部署到NFV网络指定位置，并控制这些中间盒有序运行；
所述的网络测量中间盒工具箱中包括了具有多种网络测量功能的中间盒，一个网络测量中间盒是由一个可执行网络测量功能的程序置于一个LXC中形成的；具有特定网络测量功能的中间盒可由网络用户定制；工具箱有网络测量中间盒的视图，该视图记录网络测量中间盒标识及其测量程序存放的路径；
所述的相关配置文件包括NFV网络拓扑文件、网络测量中间盒部署文件等，配置文件可以采用形式化的标记语言描述，该标记语言必须具有网络测量中间盒标识、部署位置及其接入方式等要素。
3、根据权利要求2所述的软件定义NFV网络测量***，其特征是控制器的工作流程如下述所示(参见图2)：
A.控制器读取、解析网络测量中间盒部署描述文件，分析其功能与部署位置的合理性，其中部署描述文件由***管理员根据网络监测应用的需求编写；
B.控制器根据部署描述文件的参数在网络测量工具箱中确定所需要的网络测量中间盒；
C.控制器根据部署描述文件的参数拷贝网络测量中间盒并将其部署到NFV网络的指定位置；部署若导致NFV网络结构发生变化，则需要修改NFV网络的拓扑描述文件；
D.控制器建立对各个网络测量中间盒的控制管理关系，启动网络测量中间盒功能，由此定制生成特定的网络测量***。
[有益效果]：本发明的有益效果是：提出了一种软件定义部署NFV网络测量***的方法，解决了目前NFV网络缺乏个性化定制网络测量功能而无法满足网络特定监测应用需求的问题。本发明能够将具有特定网络测量功能的中间盒部署到NFV网络的优势位置上，快速、灵活地构建满足个性化需求的NFV网络测量***，促进了NFV网络技术的发展。
[附图说明]：
图1软件定义NFV网络测量***的架构；
图2软件定义NFV网络测量***的工作流程图；
图3部署描述文件的XML标签格式示例；
图4试验网络拓扑示意图；
图5异常检测算法流程图；
图6试验网络的异常检测时间序列图；
[具体实施方式]：
以下结合具体实例对本发明做具体介绍。
本发明能够在NFV网络上，用软件定义部署一个NFV网络监测***。图4给出了一个NFV网络的拓扑结构，它由17个路由器和6台主机组成；设置了6个自治***AS，核心AS运行的是BGP协议，与核心AS相连的其他AS则运行了RIP或OSPF协议。
网络监测***是由***控制器、网络主动测量中间盒和检测分析中间盒组成，其中网络测量中间盒的部署由控制器通过读取部署描述文件中的参数，并调用部署程序自动完成一种特定网络监测***的设置。这个网络监测***的工作原理是：在NFV网络的6个出入口分别部署6个主动测量中间盒；这些主动测量中间盒在每个周期会分别向其他主动测量中间盒进行往返时延(RTT)测量并将获取的RTT数据发送给检测分析中间盒；检测分析中间盒将每个周期的RTT测量数据排成一行，经过m(在本实施中m为100)个周期就会得到一个规模为m*25的RTT矩阵。接下来，检测分析中间盒会对NFV网络正常情况下测量得到的RTT矩阵进行分析处理，如采用PCA方法进行处理，得到网络性能异常阈值。之后，检测分析中间盒将检测每一个测量周期由主动测量中间盒测量得到的RTT数据，判断在NFV网络区域中是否存在性能故障。具体而言，软件定义部署一个NFV网络监测***，以及该NFV网络监测***检测网络性能故障的工作过程主要步骤如下：
第一，网络管理员根据网络监测的需求编写部署描述文件，根据图3给出的部署文件标签格式去修改参数。本实施中选择在六台主机的位置并联接入网络主动测量网络测量中间盒，***控制器会解析读取此部署描述文件并对参数进行有效性检查。
第二，***控制器从工具箱中查找到所需的网络主动测量中间盒并进行克隆，接着***控制器根据部署文件的参数调用部署程序，将复制好的网络测量中间盒部署到NFV网络的指定位置上。
第三，***控制器远程调用网络测量中间盒中的通信程序，并启动中间盒的测量功能，让其进行在NFV网络上的性能测量工作。
第四，网络主动测量中间盒会将测量得到的数据返回给检测分析中间盒，该中间盒采用特定的数据分析方法(如PCA方法)对数据进行异常分析处理(处理流程见于图4)，如检测出NFV网络存在异常则报警，图6给出了该***在NFV网络的某段时间进行PCA异常检测的监控时间序列图，其中超过阈值部分将进行报警。至此，采用软件定义的网络监测***方法定制完成。
上面对本发明作了详细的说明，但是本发明并不限于上述的实施方式，在本领域的技术人员可以根据自己所具备的知识，对本发明做各种变化以达到更优的效果。

Claims (3)

1.一种软件定义部署NFV网络测量***的体系结构，其特征是它包括两个平面：控制平面和执行平面；
所述控制平面，主要特征是***管理员通过控制器来定义部署描述文件和网络测量中间盒工具箱，并将定义结果下发给执行平面。所述的执行平面，主要特征是负责执行由控制器下达的任务，从而得到NFV网络中的网络测量***的功能。
2.一种支持软件定义部署NFV网络测量***的***，其特征是所述的***是由控制器、网络测量中间盒工具箱以及相关配置文件组成；
所述的控制器是控制平面的核心，控制器通过读取配置文件来获取部署测量***的必要参数，调用解释程序和执行程序将特定的网络测量中间盒部署到NFV网络指定位置，并控制这些中间盒有序运行；
所述的网络测量中间盒工具箱中包括了具有多种网络测量功能的中间盒，一个网络测量中间盒是由一个可执行网络测量功能的程序置于一个LXC中形成的；具有特定网络测量功能的中间盒可由网络用户定制；工具箱有网络测量中间盒的视图，该视图记录网络测量中间盒标识及其测量程序存放的路径；
所述的相关配置文件包括NFV网络拓扑文件、网络测量中间盒部署文件等，配置文件可以采用形式化的标记语言描述，该标记语言必须具有网络测量中间盒标识、部署位置及其接入方式等要素。
3.根据权利要求2所述的软件定义NFV网络测量***，其特征是控制器的工作流程如下述所示：
A.控制器读取、解析网络测量中间盒部署描述文件，分析其功能与部署位置的合理性，其中部署描述文件由***管理员根据网络监测应用的需求编写；
B.控制器根据部署描述文件的参数在网络测量工具箱中确定所需要的网络测量中间盒；
C.控制器根据部署描述文件的参数拷贝网络测量中间盒并将其部署到NFV网络的指定位置；部署若导致NFV网络结构发生变化，则需要修改NFV网络的拓扑描述文件；
D.控制器建立对各个网络测量中间盒的控制管理关系，启动网络测量中间盒功能，由此定制生成特定的网络测量***。
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