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仿真虛擬化網(wǎng)絡(luò)的拓撲、配置生成與故障模擬

一、立題依據(jù)(包括研究目的、意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，需結(jié)合科學研究發(fā)展趨勢來論述科學意義;或結(jié)合國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應(yīng)用前景。附主要參考文獻目錄)(不少于800字)

研究目的

   網(wǎng)絡(luò)通信在當今迅速發(fā)展的信息技術(shù)中占有重要的地位，而使網(wǎng)路的正常運行和網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量得到保證，需要強大的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)作為支持。網(wǎng)絡(luò)管理在網(wǎng)絡(luò)通信中發(fā)揮越來越重要的作用。與此同時，伴隨當前虛擬化技術(shù)的成熟以及現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，面向虛擬網(wǎng)絡(luò)的管理變得日益普遍。虛擬化的網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)相比管理起來更為復(fù)雜，而兩者的一個重要區(qū)別就是，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點有更為頻繁的變更。要確保虛擬化網(wǎng)絡(luò)的運行和服務(wù)質(zhì)量，就要求一個能夠滿足對虛擬化網(wǎng)絡(luò)進行管理的網(wǎng)絡(luò)管理方法。論文的研究目的就是對虛擬化網(wǎng)絡(luò)的管理的部分內(nèi)容進行探究和分析。

研究意義

   對于網(wǎng)絡(luò)管理來說，構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的拓撲和生成網(wǎng)絡(luò)的基本配置信息，呈現(xiàn)到圖形界面中無疑是最直觀地反映網(wǎng)絡(luò)的布局情況和其他一些必要基本信息的方法。而對于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點變化比較頻繁的虛擬化網(wǎng)絡(luò)來說，能夠不斷獲取其最新、最準確的拓撲信息是非常重要的，也是要比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲獲取更為困難的。解決虛擬化網(wǎng)絡(luò)的準確拓撲呈現(xiàn)問題，能夠完成對按需的虛擬化網(wǎng)絡(luò)提供拓撲呈現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)配置信息的生成，這將會極大地方便對虛擬化網(wǎng)絡(luò)的管理和分析。而對網(wǎng)絡(luò)故障的模擬研究，會對網(wǎng)絡(luò)可能面臨的問題進行仿真預(yù)測，從而為進一步的故障處理提供參考。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

   網(wǎng)絡(luò)管理由純粹的人工維護到計算機輔助的自動化管理，人們對網(wǎng)絡(luò)管理的需求逐漸明晰和深入，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)向復(fù)雜化、專業(yè)化和綜合化方向發(fā)展。管理功能是提供給用戶使用的，隨著用戶對網(wǎng)絡(luò)管理認識的深化，網(wǎng)絡(luò)管理經(jīng)驗的增強，以及為適應(yīng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)管理新業(yè)務(wù)的需求，新的管理功能不斷涌現(xiàn)，原有的管理功能也在不斷深化，管理內(nèi)容越來越細致，不論是基本管理功能，還是輔助管理功能，其管理精細化程度都將越來越高。總之，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)正向著綜合化和精細化的方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)將是一個越來越復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

   伴隨虛擬化技術(shù)的成熟及應(yīng)用，許多企業(yè)和單位開始嘗試使用虛擬化技術(shù)，因此對虛擬化網(wǎng)絡(luò)進行高效的管理的需求變得尤為突出。面對這一問題，一些研究單位和個人對虛擬化網(wǎng)絡(luò)的管理中的拓撲分析等方面也做出了一些研究。

二、研究內(nèi)容和目標(說明課題的具體研究內(nèi)容，研究目標和效果，以及擬解決的關(guān)鍵科學問題。此部分為重點闡述內(nèi)容)(不少于2500字)

   論文擬研究的方向，主要是為了解決在虛擬化網(wǎng)絡(luò)管理中網(wǎng)絡(luò)拓撲的構(gòu)建問題、網(wǎng)絡(luò)配置信息的生成問題，以及對虛擬網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)故障及其引起的告警信息效果的模擬。以Web技術(shù)為基礎(chǔ)，對上述問題進行研究和編程測試，以期其用于對虛擬化網(wǎng)絡(luò)的管理，使管理人員對目標網(wǎng)絡(luò)有更為直觀和具象的認識，方便對目標虛擬網(wǎng)絡(luò)的管理。

研究內(nèi)容

1、按需的虛擬化網(wǎng)絡(luò)拓撲自動生成的分析與研究。

   網(wǎng)絡(luò)拓撲生成是通過對現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)建立模型，然后利用模型生成網(wǎng)絡(luò)拓撲的方法。它與網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)現(xiàn)是不同的，后者是從一點出發(fā)，探測周圍網(wǎng)絡(luò)拓撲的方法。在對計算機網(wǎng)絡(luò)的管理研究中，基于真實網(wǎng)絡(luò)的進行網(wǎng)絡(luò)模擬是計算機網(wǎng)絡(luò)研究的一種重要方法。由于網(wǎng)絡(luò)存在多樣性和復(fù)雜性，影響網(wǎng)絡(luò)模擬穩(wěn)定性的重要因素就是所使用的網(wǎng)絡(luò)拓撲模型。用盡量能反映真實網(wǎng)絡(luò)的模型作為對真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的一種抽象，使之作為網(wǎng)絡(luò)模擬的基本輸入，是取得正確結(jié)果的必要條件。這部分的主要研究內(nèi)容，就是建立一個能夠盡可能準確反映真是網(wǎng)絡(luò)的虛擬網(wǎng)絡(luò)拓撲，為下一步的研究做好準備。

   首先，需要獲取一些信息(諸如網(wǎng)絡(luò)包含的路由器數(shù)量或交換機數(shù)量、路由器包含端口數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)包含的鏈路的數(shù)量、以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的最大的出度)，來作為真實網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵信息。根據(jù)這些給定的網(wǎng)絡(luò)的基本信息，進行分析，制定一套可行的拓撲生成算法，來模擬網(wǎng)絡(luò)可能的網(wǎng)絡(luò)拓撲，構(gòu)建一個符合給定網(wǎng)絡(luò)信息的虛擬網(wǎng)絡(luò)。這里應(yīng)該注意構(gòu)建的虛擬網(wǎng)絡(luò)的拓撲應(yīng)該滿足：1)具有代表性，即生成的拓撲圖要能夠準確反映網(wǎng)絡(luò)的各個方面，符合按需給定的條件;2)詳細的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實體節(jié)點的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這對下一步的研究非常重要。

2、虛擬化網(wǎng)絡(luò)的配置信息的生成。

   這一部分的研究內(nèi)容主要是將上一步的拓撲結(jié)構(gòu)的實體信息實例化。首先根據(jù)第一部分的研究分析結(jié)果，可以得到一個對給定信息的虛擬網(wǎng)絡(luò)的初步構(gòu)建的一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的連接關(guān)系。通過進一步分析可以得出，在此虛擬網(wǎng)絡(luò)中一種可能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中各節(jié)點和連接的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

   同時，建立各網(wǎng)絡(luò)實體的信息模型，建立其對應(yīng)的xsd文件。在xsd文件中，包含對虛擬網(wǎng)絡(luò)建立的模擬實體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠描述每一類網(wǎng)絡(luò)實體的配置信息的名稱和類型。構(gòu)建一段?擴展樣式表轉(zhuǎn)換語言(xslt)。作為可擴展樣式表語言(xls)規(guī)范的一部分，其可以對XML (標準通用標記語言 的子集)文檔 進行轉(zhuǎn)化。利用這一段擴展樣式語言將包含基本類型的xml文件豐富擴展為包含所有實例詳細配置信息的xml文檔。

   然后，基于web service的理論和編程方法，讀取獲得實例配置文檔，并對其進行進一步的編程分析處理，建立一種合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于保存這些實例信息，作為進一步呈現(xiàn)拓撲圖的數(shù)據(jù)來源。最后，根據(jù)實例信息畫出虛擬網(wǎng)絡(luò)的拓撲圖進行呈現(xiàn)。定義WSDL接口，定義相關(guān)操作，編程實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖的呈現(xiàn)。需要注意的是網(wǎng)絡(luò)是處于不斷的發(fā)展變化之中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和配置也會隨之進行不斷的更新。網(wǎng)絡(luò)拓撲的管理要求管理系統(tǒng)能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的變化自動更新網(wǎng)絡(luò)拓撲信息，動態(tài)的監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行情況。

3、被管計算機網(wǎng)絡(luò)的故障模擬。

   網(wǎng)絡(luò)管理的一個重要功能就是使網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、可靠的運行;利用網(wǎng)絡(luò)運行信息分析網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)異常情況，譬如某個設(shè)備突然出現(xiàn)異常流量，某個節(jié)點出現(xiàn)大量丟包等，從而對網(wǎng)絡(luò)故障做出預(yù)警;在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，利用網(wǎng)管系統(tǒng)收集信息，對故障點進行定位，對網(wǎng)絡(luò)告警產(chǎn)生的可能故障做出一定程度上的判斷，為故障排除提供支持。而計算機網(wǎng)絡(luò)故障是紛繁復(fù)雜的，硬件的問題、軟件 的漏洞 、病毒 的侵入等都有可能引起網(wǎng)絡(luò)的故障。本課題主要是對被管網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的部分網(wǎng)絡(luò)故障進行建模，制定檢測標準，設(shè)計告警形式，使模擬的網(wǎng)絡(luò)故障能夠以告警的形式體現(xiàn)出來，能夠在網(wǎng)絡(luò)拓撲圖上呈現(xiàn)出來。

   首先，設(shè)計出諸如鏈路斷開、鏈路或端口負荷過大、路由或交換節(jié)點損壞等故障模型。然后建立合理的網(wǎng)絡(luò)故障仿真模型，通過設(shè)定端口傳輸數(shù)據(jù)量、鏈路傳輸數(shù)據(jù)量、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點up/down、鏈路鏈接通斷等信息作為模型參數(shù)，并給這些作為衡量標準的參數(shù)設(shè)定標準閾值。對于某種故障類型，改變此類相關(guān)參數(shù)的值，來影響網(wǎng)絡(luò)的性能標準。然后進一步將在網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生負面的效果體現(xiàn)出來，作為網(wǎng)絡(luò)管理的參考。

研究目標和效果

本課題的研究目標對應(yīng)研究內(nèi)容分為三部分：

   首先，根據(jù)給定網(wǎng)絡(luò)的一些基本信息，構(gòu)建生成出一個符合標準的虛擬網(wǎng)絡(luò)，表現(xiàn)出其基本的一種節(jié)點關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立一個簡單的對應(yīng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。

   然后，根據(jù)上一步建立的簡單拓撲結(jié)構(gòu)，以及寫定的網(wǎng)絡(luò)中實體的信息模型，并根據(jù)寫定的映射關(guān)系，隨機產(chǎn)生出一個包含有網(wǎng)絡(luò)實體詳細配置信息的實例文檔。最后，以實例文檔作為數(shù)據(jù)源，編程實現(xiàn)包含詳細配置信息的虛擬網(wǎng)絡(luò)的拓撲圖，并呈現(xiàn)出來。保證能夠產(chǎn)生一個包含虛擬網(wǎng)絡(luò)完備的拓撲結(jié)構(gòu)圖，并可以體現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)中實體的詳細配置信息

   另外，還要模擬被管計算機網(wǎng)絡(luò)的的網(wǎng)絡(luò)故障，通過仿真模型產(chǎn)生出相對應(yīng)的可能引起的網(wǎng)絡(luò)告警效果。制定出幾種可能的網(wǎng)絡(luò)故障，通過建立一個仿真模型，仿真出這些故障可能引起的網(wǎng)絡(luò)狀況，及體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的負面效果。并將這些效果在上述建立的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中呈現(xiàn)出來。

擬解決問題

   1、首先，解決的問題是對目標網(wǎng)絡(luò)進行虛擬化的建模問題。這里主要需要研究制定一個網(wǎng)絡(luò)拓撲生成算法。要求該算法能夠根據(jù)給定網(wǎng)絡(luò)的少量基本信息，如網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)量(n)、網(wǎng)絡(luò)中連接數(shù)量(m)、網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的最大出度(p)，成功地構(gòu)建一個具有一定代表性，能夠正確表示此網(wǎng)絡(luò)的虛擬網(wǎng)絡(luò)，并生成其網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

   2、生成虛擬網(wǎng)絡(luò)的配置信息。這部分主要是能夠編寫一段?擴展樣式表轉(zhuǎn)換語言，利用虛擬網(wǎng)絡(luò)的信息模型，自動、隨機的生成一組信息模型的實例，這些實例具備完備的配置信息。并且，對于這些配置信息而言，其某些表示關(guān)聯(lián)和包含關(guān)系的關(guān)鍵字段必須是合法的，符合第一個問題中所生成拓撲結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)實體關(guān)聯(lián)、包含關(guān)系;而對于其他的字段，則可以是隨機生成的對應(yīng)類型的數(shù)據(jù)。

   3、被管網(wǎng)絡(luò)故障的模擬。這里要解決的主要問題是，建立一個故障仿真模型。模型的輸入?yún)��?shù)為模擬數(shù)種的故障類型;中間部分根據(jù)故障的類型來對設(shè)定的模型參數(shù)進行修改;最后，輸出網(wǎng)絡(luò)的告警信息，作為故障產(chǎn)生的效果。

三、研究方案設(shè)計及可行性分析(包括：研究方法，技術(shù)路線，理論分析、計算、實驗方法和步驟及其可行性等