本發(fā)明涉及網(wǎng)絡仿真
技術領域：
：，特別是涉及一種基于云平臺的高吞吐量路由仿真方法。
背景技術：
：：當前，基于虛擬化的云平臺成為網(wǎng)絡仿真的主流支撐平臺：與傳統(tǒng)網(wǎng)絡模擬技術相比，該技術能夠提供更加逼真的仿真環(huán)境，與實物測試床相比，該技術能夠以非常低的成本輕易地仿真出大規(guī)模網(wǎng)絡。路由仿真技術是網(wǎng)絡仿真的重要內容，在云平臺中，常用的路由仿真技術包括networknamespace路由、全虛擬化路由與輕量級虛擬化路由。其中networknamespace路由吞吐量高，占用系統(tǒng)資源少，但其本身不支持與其不相連網(wǎng)絡的流量轉發(fā)；全虛擬化路由能夠支持動態(tài)路由協(xié)議，但其吞吐量不高，尤其是在經(jīng)多跳之后，下降明顯，且其較為占用系統(tǒng)資源，難以大規(guī)模部署；輕量級虛擬化路由占用資源少，能夠支持動態(tài)路由協(xié)議，但吞吐量低，無法滿足虛擬網(wǎng)絡高吞吐量的要求。中國專利cn103595772a，公開了一種基于虛擬路由器的云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡部署方案，能夠方便網(wǎng)管人員進行統(tǒng)一管理，節(jié)約網(wǎng)絡開銷。但該方案中的虛擬路由器基于系統(tǒng)虛擬機實現(xiàn)，會消耗大量的宿主機資源，部署在云平臺上效率不高。中國專利cn105681191a，公開了一種基于路由器虛擬化的sdn平臺及實現(xiàn)方法，能夠實現(xiàn)sdn網(wǎng)絡和傳統(tǒng)網(wǎng)絡之間良好的數(shù)據(jù)轉發(fā)性能和路由功能，其中虛擬路由器拓展性強、靈活性好。但其虛擬路由器也是基于虛擬機實現(xiàn)的，如果在復雜網(wǎng)絡環(huán)境下，會消耗過多的宿主機資源，部署在云平臺上效率不高。中國專利cn105827464a，公開了一種可自動化部署的虛擬路由器構建方法，可以實現(xiàn)虛擬路由器自動靈活地部署，大量節(jié)約人力、時間，使用戶可以靈活方便的進行虛擬網(wǎng)絡管理。但與上述兩個專利相同，其虛擬路由器需要依靠虛擬機，在復雜網(wǎng)絡環(huán)境下，會消耗過多的宿主機資源，而且吞吐量一般。技術實現(xiàn)要素：針對基于云平臺的網(wǎng)絡仿真方法不具有轉發(fā)全網(wǎng)流量的高吞吐量虛擬路由器問題，本發(fā)明基于openstack云平臺，借助其提供的開發(fā)工具openstacksdk，獲取云平臺的網(wǎng)絡拓撲，為云平臺上名為qrouter的虛擬路由器計算并配置靜態(tài)路由，實現(xiàn)高吞吐量的路由仿真。本發(fā)明解決上述問題的技術方案如下。一種基于云平臺的高吞吐量路由仿真方法，包括如下步驟：步驟1：在openstack云平臺上，根據(jù)所需要仿真的網(wǎng)絡拓撲，構建仿真網(wǎng)絡，包括：構建虛擬網(wǎng)絡、在虛擬網(wǎng)絡上創(chuàng)建云主機、在虛擬網(wǎng)絡間部署qrouter；步驟2：獲取已經(jīng)構建成功的仿真網(wǎng)絡信息；步驟3：基于步驟2得到的仿真網(wǎng)絡信息，計算出仿真網(wǎng)絡中各qrouter到其他qrouter的靜態(tài)路由信息，并匯總形成靜態(tài)路由信息集：{routingn，1≤n≤n}，其中n為靜態(tài)路由信息的編號，n為靜態(tài)路由信息總條數(shù)；步驟4：針對步驟3中每一條靜態(tài)路由信息routingn，提取與之對應的qrouterm，其中m為qrouter編號，針對qrouterm，使用網(wǎng)絡服務客戶端更新其靜態(tài)路由表。其中，步驟2所述的獲取已經(jīng)構建成功的仿真網(wǎng)絡信息的步驟包括：2.1、使用openstacksdk，獲取openstack的認證；通過獲得的認證，獲取一個網(wǎng)絡服務客戶端；再通過所獲得的網(wǎng)絡服務客戶端獲取當前網(wǎng)絡中所有的port信息以及qrouter信息，所述port信息包括該port的id、所屬qrouter的id、所在網(wǎng)絡id、port的ip地址，所述qrouter信息即qrouterid；2.2、用i表示port的編號，j表示qrouter的編號，則將porti的所屬qrouterid與qrouterj的qrouterid進行比較，當兩者一致時，則porti的所在網(wǎng)絡id為qrouterj的一個直接連接的網(wǎng)絡id；2.3、重復步驟2.2，直到所有的qrouter都得到與之直連的網(wǎng)絡id；2.4、創(chuàng)建拓撲圖，將所有的qrouter作為點加入拓撲圖中，如果qrouterk與qrouterl有相同的直連網(wǎng)絡id，那么說明兩個qrouter之間有一條邊，將這條邊加入到拓撲圖中，其中k、l表示qrouter的編號；將所有的qrouter及qrouter之間的邊都加入到拓撲圖后，形成了仿真網(wǎng)絡信息。進一步的，步驟3的具體方法為：3.1、使用floyd算法求出拓撲圖中任意兩點間的最短路徑，每一條最短路徑為一組qrouter的id序列，用{qrouter1，qrouter2，……，qrouterdest}表示；其中qrouter1表示最短路徑的起點qrouter的id，qrouter2表示最短路徑的第二個qrouter的id，qrouterdest表示最短路徑的終點qrouter的id；3.2、針對3.1中每一條最短路徑，qrouter2就是起點qrouter1到終點qrouterdest的下一跳qrouter，通過對比找到qrouter1與qrouter2共同的網(wǎng)絡，qrouter2上在該網(wǎng)絡中的ip地址就是下一跳ip地址，用nexthopip表示；3.3、針對3.1中每一條最短路徑，在qrouterdest直連的所有網(wǎng)絡中剔除與起點qrouter1也直連的網(wǎng)絡，形成目標網(wǎng)絡集{net1、net2、……、netq}，其中q表示目標網(wǎng)絡個數(shù)；3.4、針對3.1中每一條最短路徑，形成靜態(tài)路由信息：{qrouter1、nexthopip、net1}，{qrouter1、nexthopip、net2}，……，{qrouter1、nexthopip、netq}；3.5、匯總每一條最短路徑對應的靜態(tài)路由信息，形成靜態(tài)路由信息集：{routingn，1≤n≤n}。本發(fā)明通過提供一種基于云平臺的高吞吐量路由仿真方法，實現(xiàn)搭建一個基于openstack通過qrouter連通全網(wǎng)的高吞吐量的虛擬網(wǎng)絡環(huán)境，可用于各項網(wǎng)絡研究與實驗網(wǎng)絡，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、采用openstack自帶的qrouter，在多跳情況下吞吐量仍然很高；2、通過對qrouter靜態(tài)路由的配置，使qrouter具備了轉發(fā)全網(wǎng)流量的能力，滿足了云平臺組建大規(guī)模網(wǎng)絡的要求；3、使用簡單，只需執(zhí)行腳本文件即可實現(xiàn)上述功能。附圖說明圖1為一種基于云平臺的高吞吐量路由仿真方法的流程圖。圖2為本發(fā)明使用腳本實現(xiàn)的流程圖。圖3為本發(fā)明實例所使用的網(wǎng)絡拓撲圖。圖4為自動化腳本執(zhí)行后的效果圖。圖5為吞吐量對比圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步描述。本發(fā)明的總體流程圖如圖1所示，技術方案如下：1.在openstack云平臺上，根據(jù)所需要仿真的網(wǎng)絡拓撲，構建仿真網(wǎng)絡，包括：構建虛擬網(wǎng)絡、在虛擬網(wǎng)絡上創(chuàng)建云主機、在虛擬網(wǎng)絡間部署qrouter，如圖3所示。2.獲取已經(jīng)構建成功的仿真網(wǎng)絡信息，包括如下步驟：step2.1：使用openstacksdk，獲取openstack的認證；通過獲得的認證，獲取一個網(wǎng)絡服務客戶端；再通過所獲得的網(wǎng)絡服務客戶端獲取當前網(wǎng)絡中所有的port信息以及qrouter信息，所述port信息包括該port的id、所屬qrouter的id、所在網(wǎng)絡id、port的ip地址，所述qrouter信息即qrouterid；step2.2：用i表示port的編號，j表示qrouter的編號，則將porti的所屬qrouterid與qrouterj的qrouterid進行比較，當兩者一致時，則porti的所在網(wǎng)絡id為qrouterj的一個直接連接的網(wǎng)絡id；step2.3：重復步驟step2.2，直到所有的qrouter都得到與之直連的網(wǎng)絡id；step2.4：創(chuàng)建拓撲圖，將所有的qrouter作為點加入拓撲圖中，如果qrouterk與qrouterl有相同的直連網(wǎng)絡id，那么說明兩個qrouter之間有一條邊，將這條邊加入到拓撲圖中，其中k、l表示qrouter的編號；將所有的qrouter及qrouter之間的邊都加入到拓撲圖后，形成了仿真網(wǎng)絡信息。3.計算出上述仿真網(wǎng)絡中各qrouter到其他qrouter的靜態(tài)路由信息，并匯總形成靜態(tài)路由信息集：{routingn，1≤n≤n}，其中n為靜態(tài)路由信息的編號，n為靜態(tài)路由信息總條數(shù)；步驟為：step3.1：使用floyd算法求出拓撲圖中任意兩點間的最短路徑，每一條最短路徑為一組qrouter的id序列，用{qrouter1，qrouter2，……，qrouterdest}表示；qrouter1為最短路徑的起點qrouter的id，qrouter2為最短路徑的第二個qrouter的id，其中qrouterdest為最短路徑的終點qrouter的id；step3.2：針對step3.1中每一條最短路徑，qrouter2就是起點qrouter1到終點qrouterdest的下一跳qrouter，通過對比找到qrouter1與qrouter2共同的網(wǎng)絡，qrouter2上在該網(wǎng)絡中的ip地址就是下一跳ip地址，用nexthopip表示；step3.3：針對step3.1中每一條最短路徑，在qrouterdest直連的所有網(wǎng)絡中剔除與起點qrouter1也直連的網(wǎng)絡，形成目標網(wǎng)絡集{net1、net2、……、netq}，其中q為目標網(wǎng)絡個數(shù)；step3.4：針對step3.1中每一條最短路徑，形成靜態(tài)路由信息：{qrouter1、nexthopip、net1}，{qrouter1、nexthopip、net2}，……，{qrouter1、nexthopip、netq}；step3.5：匯總每一條最短路徑對應的靜態(tài)路由信息，形成靜態(tài)路由信息集：{routingn，1≤n≤n}。4.對每一條靜態(tài)路由信息routingn，提取與之對應的qrouterm，其中m為qrouter編號，針對qrouterm，使用網(wǎng)絡服務客戶端更新其靜態(tài)路由表。根據(jù)上述技術方案，本實例部署的openstack包括一個控制節(jié)點、一個網(wǎng)絡節(jié)點和一個計算節(jié)點，物理網(wǎng)絡分為管理網(wǎng)和控制網(wǎng)?？刂乒?jié)點的第一塊網(wǎng)卡連接管理網(wǎng)，ip地址為192.168.1.11；網(wǎng)絡節(jié)點的第一塊網(wǎng)卡連接管理網(wǎng)，ip地址為192.168.1.21，第二塊網(wǎng)卡連接隧道網(wǎng)，ip地址為10.0.1.21；計算機節(jié)點的第一塊網(wǎng)卡連接管理網(wǎng)，ip地址為192.168.1.31，第二塊網(wǎng)卡連接隧道網(wǎng)，ip地址為10.0.1.31。在步驟1中，登陸openstack的dashboard，創(chuàng)建13個虛擬網(wǎng)絡，cidr分別為192.168.1.0/24、192.168.2.0/24、192.168.3.0/24、192.168.4.0/24、192.168.5.0/24、192.168.6.0/24、192.168.6.0/24、192.168.7.0/24、192.168.8.0/24、192.168.9.0/24、192.168.10.0/24、192.168.11.0/24、192.168.11.0/24、192.168.12.0/24、192.168.13.0/24；創(chuàng)建7個qrouter，與網(wǎng)絡的連接如圖4中拓撲圖所示。上述技術方案中的步驟2、3、4通過作者編寫的腳本文件實現(xiàn)，腳本的使用方法為：將腳本文件拷貝到控制節(jié)點，然后在腳本目錄執(zhí)行“pythondemo.py”。執(zhí)行之后的結果如圖4所示，其中拓撲圖下為各個qrouter執(zhí)行過腳本之后的信息，interface代表網(wǎng)卡，后邊緊接網(wǎng)卡的ip地址；routingtable是qrouter的路由表，每行的開頭代表目的網(wǎng)絡，結尾代表下一跳ip地址。腳本的工作流程如圖2所示：1.使用openstacksdk，獲取openstack的認證；通過獲得的認證，獲取一個網(wǎng)絡服務客戶端；再通過所獲得的網(wǎng)絡服務客戶端獲取當前網(wǎng)絡中所有的port信息以及qrouter信息，所述port信息包括該port的id、所屬qrouter的id、所在網(wǎng)絡id、port的ip地址，所述qrouter信息即qrouterid；2.用i表示port的編號，j表示qrouter的編號，則將porti的所屬qrouterid與qrouterj的qrouterid進行比較，當兩者一致時，則porti的所在網(wǎng)絡id為qrouterj的一個直接連接的網(wǎng)絡id；3.重復步驟2，直到所有的qrouter都得到與之直連的網(wǎng)絡id；4.創(chuàng)建拓撲圖，將所有的qrouter作為點加入拓撲圖中，如果qrouterk與qrouterl有相同的直連網(wǎng)絡id，那么說明兩個qrouter之間有一條邊，將這條邊加入到拓撲圖中，其中k、l表示qrouter的編號；將所有的qrouter及qrouter之間的邊都加入到拓撲圖后，形成了仿真網(wǎng)絡信息。5.使用floyd算法求出拓撲圖中任意兩點間的最短路徑，每一條最短路徑為一組qrouter的id序列，用{qrouter1，qrouter2，……，qrouterdest}表示；qrouter1為最短路徑的起點qrouter的id，qrouter2為最短路徑的第二個qrouter的id，其中qrouterdest為最短路徑的終點qrouter的id；6.針對步驟5中每一條最短路徑，qrouter2就是起點qrouter1到終點qrouterdest的下一跳qrouter，通過對比找到qrouter1與qrouter2共同的網(wǎng)絡，qrouter2上在該網(wǎng)絡中的ip地址就是下一跳ip地址，用nexthopip表示；7.針對步驟5中每一條最短路徑，在qrouterdest直連的所有網(wǎng)絡中剔除與起點qrouter1也直連的網(wǎng)絡，形成目標網(wǎng)絡集{net1、net2、……、netq}，其中q為目標網(wǎng)絡個數(shù)；8.針對步驟5中每一條最短路徑，形成靜態(tài)路由信息：{qrouter1、nexthopip、net1}，{qrouter1、nexthopip、net2}，……，{qrouter1、nexthopip、netq}；9.匯總每一條最短路徑對應的靜態(tài)路由信息，形成靜態(tài)路由信息集：{routingn，1≤n≤n}。10.對每一條靜態(tài)路由信息routingn，提取與之對應的qrouterm，其中m為qrouter編號，針對qrouterm，使用網(wǎng)絡服務客戶端更新其靜態(tài)路由表。至此完成qrouter靜態(tài)路由的配置，實現(xiàn)了通過qrouter連通全部虛擬網(wǎng)絡的目標，基于上述步驟構建的虛擬網(wǎng)絡可以開展各種測試研究工作。基于本實施例，可展開但不限于以下測試工作：(1)在虛擬網(wǎng)絡192.168.8.0/24與192.168.9.0/24上分別創(chuàng)建一個云主機，命名為vm1和vm2，兩臺云主機互相執(zhí)行ping命令，結果表明qrouter具備了轉發(fā)非直連網(wǎng)絡流量的能力；(2)在虛擬網(wǎng)絡192.168.7.0/24上創(chuàng)建一個云主機，命名為vm3，在vm1和vm3上安裝netperf軟件，使用該軟件測試得到vm1和vm2之間經(jīng)過qrouter轉發(fā)的平均吞吐量為16870kb/s，結果表明qrouter具備高吞吐量；(3)分別通過qrouter與全虛擬化路由器進行吞吐量測試，測試結果(平均值)如圖5所示，結果表明在經(jīng)過多跳之后，qrouter仍具有很高的吞吐量且吞吐量下降幅度沒有全虛擬化路由器大。上述實驗結果表明，本發(fā)明提出的一種基于云平臺的高吞吐量路由仿真方法可實現(xiàn)一個高吞吐量的虛擬路由網(wǎng)絡，解決了基于openstack平臺上qrouter無法連通非直連網(wǎng)絡、全虛擬化路由器占用過多資源、輕量級路由器吞吐量低的問題。上述具體實施方案僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。當前第1頁12當前第1頁12