基于统一服务功能链意图的网络关键技术研究

来源 :内蒙古大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shaoyan_8
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面对服务功能链(Service Function Chaining,SFC)多样化需求的挑战,当前网络的两大主流技术网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization,NFV)和软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)技术很大程度提高了服务功能链的灵活性和可扩展性,但在支持基于意图的网络自动化管理配置方面仍然有欠缺。现有基于服务功能链意图的网络中,服务与网络分离的管理方式,从意图到服务最终部署仍需要显式分层接口技术调用,缺乏有效的一体化自动化的支持技术,不能便利实现网络服务及时交付。现有工作缺少深入分析服务关系方面的研究,而且也不能直接支持意图所体现的跨平面层次化服务组合的需求,目前只能采用分层管控服务的方式实现,由此带来了管理复杂度高、网络编程困难的问题。针对以上基于服务功能链意图的网络存在的问题,本文从以下方面进行了研究:(1)提出了统一服务功能链概念。对服务功能链的结构特性进行研究,分析了SFC结构形态,给出了面向对象关系映射规则。以软件定义服务功能为基础,采用面向对象方法将三个维度的服务和服务功能链结构统一为对象关系模型。将统一服务功能链管理作为意图目标,给出了基于EBNF(Extended Backus–Naur Form)的递归式SFC对象关系模型和基于图的非递归SFC对象关系模型,比较了两个模型的优缺点。(2)为实现基于统一服务功能链意图的网络关于意图的定制、转换等一系列步骤的规范化和自动化支持,提出了服务功能链管理框架,构建了SFC领域特定语言层次。对应服务功能链框架中的用户编排层,提出SFC编排对象模型。本文给出了内部风格的领域编程语言SFCDSL设计,实现了其中的核心算法:基于服务关联关系的SFC部署算法。对应服务功能链框架中的用户意图层,设计了基于关系代数的意图语言SFCQL,通过解析实现了统一服务功能链意图的配置和运行自动化支持。(3)从网络层角度研究基于统一服务功能链意图的网络建模关键技术,包括统一服务功能链的行为模型,以及OpenFlow协议建模测试技术。对于统一服务功能链的行为模型,结合SDN实际运行环境,进行了基于域的建模研究,其中域内建模基于面向对象的HOONets,建立了服务功能链向HOONets模型的转换规则。域间模型基于Web服务模型进行建模,并对模型的安全性和可达性给出了证明。对于SDN南向核心协议OpenFlow协议进行建模,给出了OpenFlow建模的过程,包括分阶段建模、token选取等,给出了OpenFlow的消息模型,并通过对比版本1.4和1.5差别分析了协议的三种演化方式,讨论了它们对建模和测试生成的影响,最后给出了OpenFlow测试序列向测试例转换算法。论文主要贡献如下:(1)统一了包括业务功能与网络功能在内的服务功能链意图。通过面向对象关系的映射规则,给出基于对象关系的两种形式化模型。本文也提出面向管理的服务功能链管理框架,进一步发展了SDN“集中式”理念,在“集中式网络管理”的基础上提出“基于统一服务功能链意图的自动化管理”,细化了SDN环境下的基于意图的网络(Intent-based network,IBN)体系结构的同时隐藏了现有SDN网络体系接口细节。(2)提出两种面向SFC领域支持自动化可编程的领域特定语言SFCDSL和SFCQL。其中SFCDSL为面向领域的编程语言,构建了“双平面”的SFC编排对象模型,设计了基于服务关联关系的编排部署算法,通过内部风格设计了支持领域编程特性;基于关系代数的查询意图设计了一种面向领域的查询语言SFCQL,利用Antlr设计了专门的解析器,以实现自动化支持配置与运行相结合的意图。(3)提出了基于域的统一服务功能链对象行为模型,其中域内模型采用面向对象的Petri网建模,域间模型采用基于Web服务组合方法建模。提出结合演化性考虑的面向对象的OpenFlow协议Petri网模型。本研究发展了SDN网络集中式思想,提出了基于统一服务功能链意图的自动化管理的新设计理念。将服务功能作为对象,在服务连通性基础上以对象间依赖、继承、组合等关联关系刻画对象组合状况,建立了统一服务功能链的对象关系形式化模型,和基于领域特定语言支持意图从表达到部署的自动化实现。
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