数据中心网络配置管理关键技术的研究与实现

摘要 (i)

ABSTRACT (ii)

第一章绪论 (1)

1.1 研究背景 (1)

1.2 研究意义 (2)

1.3 本文工作及成果 (3)

1.4 论文组织结构 (4)

第二章相关技术与研究现状 (5)

2.1 网络管理技术 (5)

2.1.1 概述 (5)

2.1.2 SNMP (5)

2.1.3 基于策略的网络管理 (7)

2.2 数据中心网络 (7)

2.3 相关技术 (9)

2.3.1 XML (9)

2.3.2 Spring框架 (10)

2.3.3 SDN与Openflow (11)

2.4 网络配置管理研究现状 (12)

2.4.1 基于CORBA的网络配置管理 (13)

2.4.2 基于NETCONF的网络配置管理 (13)

2.4.3 数据中心网络的地址自动配置方法 (14)

2.4.4 其它 (15)

2.5 小结 (16)

第三章数据中心网络配置管理模型 (17)

3.1 网络配置管理模型CMMDC (17)

3.1.1 CMMDC模型描述 (17)

3.1.2 功能结构 (18)

3.2 基于XML的配置策略统一描述方法 (19)

3.2.1 XML描述规则 (20)

3.2.2 设备字典描述 (24)

3.2.3 配置策略翻译 (26)

第四章网络拓扑发现和转发策略自动配置方法 (29)

4.1 问题的提出 (29)

4.2 自适应的拓扑发现方法ATD (30)

4.2.1 拓扑对象模型 (30)

4.2.2 自适应的拓扑发现方法ATD (31)

4.2.3 与典型拓扑发现方法的对比 (34)

4.3 优化的转发策略算法 (35)

4.3.1 基于BFS的算法BUD (35)

4.3.2 基于DFS的算法DUD (36)

4.4 小结 (38)

第五章数据中心网络配置管理系统的设计与实现 (39)

5.1 系统的设计 (39)

5.1.1 设计思想 (39)

5.1.2 总体结构 (40)

5.2 系统的实现 (41)

5.2.1 配置策略执行 (41)

5.2.2 远程状态检测 (42)

5.2.3 配置策略验证 (43)

5.2.4 自定义通信报文 (44)

5.2.5 数据库设计 (46)

5.3 系统运行效果 (47)

5.3.1 拓扑视图 (47)

5.3.2 配置视图 (49)

5.3.3 设备属性管理视图 (49)

5.3.4 性能测试 (50)

5.4 小结 (51)

第六章总结与展望 (52)

6.1 总结 (52)

6.2 展望 (52)

致谢 (54)

参考文献 (55)

表目录

表2.1策略描述语言对比 (7)

表2.2NETCONF RFC文档列表 (14)

表2.3地址自动配置方法对比 (15)

表3.1 mode取值 (21)

表3.2 示例文档 (21)

表3.3 静态路由的命令表示 (22)

表3.4 进入接口配置模式的命令表示 (22)

表3.5 接口IP地址配置的命令表示 (23)

表3.6 进入VLAN配置模式的命令表示 (23)

表3.7 VLAN端口配置的命令表示 (24)

表3.8 VLAN交换端口配置的命令表示 (24)

表3.9 promptstr、level属性取值 (25)

表3.10某设备字典中配置静态路由的抽象命令 (26)

表3.11配置策略翻译算法 (27)

表3.12配置策略XML描述实例 (27)

表3.13翻译后的expect脚本实例 (28)

表4.1 网络拓扑发生改变时的完全探测算法 (33)

表4.2 ATD与典型拓扑发现方法的对比 (34)

表4.3 递归方式构造DFS的算法 (37)

图目录

图2.1SNMP Manager/Agent模型 (6)

图2.2传统的三层树型结构 (8)

图2.3改进的Fat-tree结构 (9)

图2.4Spring框架概览 (10)

图2.5OpenFlow交换机的理想模型 (12)

图3.1 数据中心网络配置管理模型CMMDC (18)

图3.2 CMMDC功能模块关系图 (19)

图4.1 结点模型的连接关系 (31)

图4.2 拓扑指针表的模型 (31)

图4.3 拓扑中新加入设备示意图 (34)

图4.4 10台交换机构成的不规则网络 (36)

图4.5 构造BFS后的网络拓扑图 (36)

图4.6 构造DFS后的网络拓扑图 (37)

图5.1 CMS总体结构图 (40)

图5.2 配置策略验证流程图 (44)

图5.3 与翻译模块通信报文格式 (45)

图5.4 与执行模块通信报文格式 (45)

图5.5 与验证模块通信报文格式 (46)

图5.6 系统数据库表格的关系 (47)

图5.7 拓扑展示及规划 (48)

图5.8 添加网络设备 (48)

图5.9 子网VLAN策略部署 (49)

图5.10 设备VLAN配置 (49)

图5.11 修改设备属性界面 (50)

图5.12 性能测试数据图 (51)

摘要

当前，互联网和云计算发展如火如荼，移动互联网的快速兴起以及大数据时代的到来，给网络世界又注入了强大的活力，数据中心作为互联网和云计算的基础已成为研究的热点，面临着巨大的机遇与挑战。数据中心网络是数据中心的核心要件，其既要保障数量众多的高性能服务器发挥其运算能力，又要为用户应用提供可靠高效的数据传输服务。大规模的数据中心网络建设给网络配置管理造成了巨大的压力，重复性的手动配置不仅耗时耗力，而且容易出错，造成难以估量的损失。在数据中心网络初始化过程中，如何快速准确实现自动配置；运维过程中如何便捷高效地实施配置管理，是值得深入研究并加以解决的问题。

论文在分析和研究数据中心网络相关技术与研究现状的基础上，针对网络配置管理的关键问题展开深入的研究，论文的主要工作如下：

首先，设计并提出数据中心网络配置管理模型CMMDC，该模型采用了松耦合的分层结构，通过各层之间的协同实现配置管理的自动化和可视化。在此基础上进一步提出了基于XML的配置策略统一描述方法，该方法屏蔽了设备厂商配置命令不一致的问题，有效减轻管理员的负担。

其次，针对设备接入网络的配置需求，提出了自适应的拓扑发现方法ATD，提高拓扑发现的效率、减轻网络负担；在此基础上，研究并提出了优化的转发策略算法BUD与DUD，能有效避免死锁，实现高效的转发策略配置。

最后，设计并实现了数据中心网络配置管理系统CMS，CMS以配置管理模型CMMDC和基于XML的配置策略统一描述方法为基础，向网络管理员提供可视化的配置管理平台，能自动完成配置策略的生成、翻译、执行和验证，大大提高了数据中心网络配置管理的效率。CMS系统部署到实际的数据中心网络环境中测试，验证了CMS系统的运行效果。

关键词：数据中心网络；配置管理；XML