計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)畢業(yè)論文帶寬感知虛擬網(wǎng)絡(luò)分配算法設(shè)計

1、帶寬感知虛擬網(wǎng)絡(luò)分配算法設(shè)計云數(shù)據(jù)中心需要保證用戶租用的虛擬機(jī)之間以及虛擬機(jī)和因特網(wǎng)之間的可用帶寬需求，以下是搜集的一篇探究帶寬感知虛擬網(wǎng)絡(luò)分配算法設(shè)計的論文范文，供大家閱讀參考。引言隨著亞馬遜 EC2和微軟 Azure 等云的普遍應(yīng)用，云計算已經(jīng)在商業(yè)上取得了巨大的成功. 用戶從云數(shù)據(jù)中心( 后文中將云數(shù)據(jù)中心簡稱為數(shù)據(jù)中心 ) 租用 CPU、內(nèi)存和硬盤存儲等資源 1-3 來組建自己的 IT 基礎(chǔ)設(shè)施并運(yùn)行應(yīng)用，不僅節(jié)省了硬件投資，而且可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的快速部署 . 從內(nèi)部實(shí)現(xiàn)上來看，云數(shù)據(jù)中心一般是通過將計算資源虛擬化為大量的虛擬機(jī)并租給用戶，主要考慮的是計算和存儲資源的配給，而沒有考慮網(wǎng)絡(luò)資

2、源的分配和優(yōu)化. 這將造成用戶所租用計算和存儲資源使用時性能上的不穩(wěn)定4-6. 因?yàn)樘摂M機(jī)是通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的，網(wǎng)絡(luò)資源工作不正常時( 比如網(wǎng)絡(luò)擁塞，或者由于虛擬機(jī)的連接關(guān)系導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)問題等) ，虛擬機(jī)的工作性能將會受到較大的影響. 因此，只考慮虛擬機(jī)資源分配的傳統(tǒng)資源分配方式 TAM(TraditionalAllocationMethod)在很大程度上影響了用戶應(yīng)用的性能 7.解決上述問題的主要思想就是將云數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)資源也納入資源劃分的范疇，即帶寬感知的網(wǎng)絡(luò)分配 . 用戶不僅能租用云數(shù)據(jù)中心的虛擬機(jī)，而且也能同時指定連接這些虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)帶寬以及特定虛擬機(jī) ( 比如 Web服務(wù)器 )

3、和因特網(wǎng)的連接帶寬 ( 例如將帶寬要求寫入 SLA中 ).云數(shù)據(jù)中心有責(zé)任保證用戶租用的虛擬機(jī)之間以及虛擬機(jī)和因特網(wǎng)之間的可用帶寬，進(jìn)而保證用戶應(yīng)用的性能，也要考慮用戶常有的對數(shù)據(jù)中心的資源的動態(tài)租用需求. 這方面的典型研究包括 Sec-ondNet7 和 Oktopus6.SecondNet 通過 VDC來實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò) . 將物理上處于同一個數(shù)據(jù)中心的用戶租用虛擬機(jī)劃分為邏輯上不同的 VDC.不同的 VDC擁有不同的 SLA以及一些其他的獨(dú)有特征. 其中， SLA以 v2v(VM-to-VM) 為單位制定的 . 但是這個模型存在兩個問題 : 第一， v2v 級的 SLA過于細(xì)致 . 對于租戶

4、， v2v 理解起來比較直觀，制訂起來卻十分復(fù)雜. 因?yàn)?，租戶可能根本不知道自己?v2v 通信擁有什么特征，同時，租用 VM數(shù)量的增加也會使制定規(guī)則的數(shù)量幾何式的增長 . 第二，對于數(shù)據(jù)中心， v2v 級的分配過于精細(xì)，部署復(fù)雜，不利于自身基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施架構(gòu)的復(fù)用性. 而Oktopus 則通過 VC(VirtualCluster)和VOC(VirtualOversubscribedCluster)兩種相互配合的分配方式來保證租戶網(wǎng)絡(luò)通信的需求.VC 提出接入帶寬保證的概念，這樣可以滿足租戶帶寬資源的需求，同時，相比v2v 的方式，這種方式提高了網(wǎng)絡(luò)資源的復(fù)用率. 相較于 VC，VOC額外提出了

5、過度訂閱參數(shù)，進(jìn)一步滿足網(wǎng)絡(luò)資源需求不多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，增加租戶選擇彈性，節(jié)省費(fèi)用 .VC 和 VOC都簡化了租戶的租用方式，提升了數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)用率 . 但是， Oktopus 對網(wǎng)絡(luò)資源的偵測層次有限，存在分配給用戶的帶寬達(dá)不到 SLA要求的現(xiàn)象，即所謂的假性成功分配現(xiàn)象 . 同時，由于過度訂閱的引入，也會造成租戶請求的小變化引起 VOC內(nèi)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)的情況，這將限制數(shù)據(jù)中心應(yīng)對租戶租約動態(tài)變化的彈性 . 本篇文章設(shè)計提出一種更加全面的帶寬感知虛擬網(wǎng)絡(luò)分配算法 .首先，在網(wǎng)絡(luò)資源分配方面，該算法考慮更加全面.相比 TAM、SecondNet 以及 Oktopus ，本文算法從 VM之間的

6、通信(intra-bandwidth ，網(wǎng)內(nèi)帶寬 ) 和 VM與 Internet 的通信(inter-bandwidth ，網(wǎng)際帶寬 ) 兩方面考慮，全面保證租戶網(wǎng)絡(luò)資源需求 . 其次，對租戶更加友好 . 租戶只需提出 VM租用數(shù)量、網(wǎng)內(nèi)帶寬、網(wǎng)際帶寬和彈性因子 ，就可完成虛擬網(wǎng)絡(luò)的定制 . 同時，為了避免 Oktopus 中的假性成功分配問題，本文算法加深資源的偵測層次，掌握更多的網(wǎng)絡(luò)資源配置信息，能夠?qū)崿F(xiàn)正確地帶寬分配 . 彈性因子 給用戶提供了動態(tài)租用資源的便利性 . 從虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分角度來看，各種劃分算法可以從以下 5 個方面來評估 :1)VM 之間的帶寬保證 : 指 VM可以與虛擬網(wǎng)

7、絡(luò)內(nèi)的其他 VM以最大不超過網(wǎng)內(nèi)帶寬值的帶寬相互通信 ;2)VM 和因特網(wǎng)之間的帶寬保證 : 指虛擬網(wǎng)絡(luò)到數(shù)據(jù)中心外部的通信帶寬保證值 ;3) 分配友好性 : 指定義租戶使用友好的接口，使得用戶易理解，方便使用 ;4) 分配的準(zhǔn)確性: 指保證分配結(jié)果的正確，避免出現(xiàn)假性分配成功的現(xiàn)象 ;5) 分配的彈性 : 指分配過程是否能夠很快伸縮來適應(yīng)租戶需求的變動 . 從表 1 中可以看出，在 VM之間帶寬保證方面， TAM最差，其它三個算法都有考慮 ; 在 VM和因特網(wǎng)之間帶寬保證方面， TAM和本文算法可以保證，而 SecondNet 和 Oktopus 沒有考慮 ; 在分配友好性方面，本文算法和

8、Oktopus 比較好 ; 在分配的準(zhǔn)確性方面， Oktopus因?yàn)橛屑傩苑峙鋯栴}因此不夠準(zhǔn)確，其它三種都比較準(zhǔn)確 ; 而在分配的彈性方面， TAM具有最好的彈性，因?yàn)樗梢噪S意分配 VM.本文提出的虛擬網(wǎng)絡(luò)分配算法不僅考慮 VM之間的帶寬保證，也考慮了 VM和因特網(wǎng)之間的帶寬保證，同時還考慮了網(wǎng)絡(luò)資源的彈性分配 . 更進(jìn)一步的測試表明，本文算法有較好的用戶請求接受率，并保證穩(wěn)定和快速的 VM與因特網(wǎng)之間通信，準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)資源分配，以及較好的彈性服務(wù)性能 . 本文內(nèi)容組織如下 : 第 2 節(jié)將對云數(shù)據(jù)中心的虛擬網(wǎng)絡(luò)分配問題進(jìn)行描述. 帶寬感知的虛擬網(wǎng)絡(luò)分配算法細(xì)節(jié)將在第3 節(jié)論述 . 第 4 節(jié)

9、討論算法效果的實(shí)驗(yàn)性分析.第 5 節(jié)對文章進(jìn)行總結(jié) . 2 問題描述從上一節(jié)描述中可知，本文提出的算法旨在提供一種帶寬感知的虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分算法，達(dá)到租戶在各自的虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不受外部流量干擾的目的 . 本算法分配的資源分為計算資源和網(wǎng)絡(luò)資源兩部分，計算資源以 VM(VM概念上構(gòu)成租戶需要的計算，內(nèi)存和硬盤資源 ) 的數(shù)量表示，網(wǎng)絡(luò)資源以帶寬保證的鏈路表示 ( 這些鏈路資源由 VM與 VM的鏈路和 VM與 Internet 的鏈路組成，它們共同構(gòu)成一個邏輯的交換機(jī)，稱之為 VS，VirtualSwitch). 除此之外，考慮到租戶的對資源需求的動態(tài)性變化，本算法引入彈性因子 來提供冗余的備份資源，從而

10、增加虛擬網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對租戶動態(tài)請求的靈活性 . 根據(jù)以上提出的條件，算法在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中分配符合條件約束的虛擬網(wǎng)絡(luò) . 圖 1 顯示了多參數(shù)控制下虛擬網(wǎng)絡(luò)邏輯視圖.對于虛擬網(wǎng)絡(luò)分配問題，數(shù)據(jù)中心的 VM和交換機(jī)可以看成圖中的點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)鏈路可以看做邊，在邊上存在帶寬限制的情況下，虛擬網(wǎng)絡(luò)的分配問題可以抽象為在有邊限制的圖上搜索指定限制條件子圖的問題 . 這一問題已被證明是 NP-hard 問題 17 ，因此，我們使用啟發(fā)式算法來找到一個可以接受的解 . 分配虛擬網(wǎng)絡(luò)時，一方面，本算法引入網(wǎng)內(nèi)帶寬 (intra-bandwidth) 的概念 . 它保證VM可以與虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他 VM以最大不超過網(wǎng)內(nèi)帶寬值

11、的帶寬相互通信，并且不受其他 VM流量的影響，這樣虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)租戶 VM 之間的通信就可以不受干擾 . 因此網(wǎng)內(nèi)帶寬是 VM接入虛擬網(wǎng)絡(luò)的接入帶寬保證值 . 它類似于限制交換機(jī)上的端口速度，這是一種有上限的服務(wù) . 有了這種服務(wù)，類似于 MapReduce9這種對網(wǎng)絡(luò)需求較高的應(yīng)用，它們的性能將會更加穩(wěn)定和良好 6. 另一方面，為實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)與 Internet 的通信保證，在分配 VM和 Internet 的鏈路時，本算法引入了網(wǎng)際帶寬 (Inter-bandwidth)的概念. 它是虛擬網(wǎng)絡(luò)到數(shù)據(jù)中心外部的通信帶寬保證值.Web 類應(yīng)用 8需要快速響應(yīng)來自 Internet的請求，如果鏈路上

12、充滿了其他VM通信的流量，這無疑會影響Web的服務(wù)質(zhì)量 10.網(wǎng)際帶寬的滿足則能保證這種通信需求 . 第三方面，考慮到租戶可能需要伸縮自己的虛擬網(wǎng)絡(luò)，如果在虛擬網(wǎng)絡(luò)附近保留一些冗余資源，那么在虛擬網(wǎng)絡(luò)需要“伸”時就能快速分配這些冗余資源，從而快速伸縮來適應(yīng)租戶需求的變化 . 為此，算法引入了彈性因子 ( =V1/(V1+V2)， V1 代表租戶需求的 VM數(shù)量， V2 代表虛擬網(wǎng)絡(luò)預(yù)留的 VM數(shù)量 ). 這一機(jī)制模仿內(nèi)存分配的策略，通過預(yù)留冗余資源，來達(dá)到快速適應(yīng)需求變化、彈性分配的目的 . 另外，算法分配虛擬網(wǎng)絡(luò)時優(yōu)先使用臨近資源，不僅可以縮短虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi) VM之間的通信時延，還可以節(jié)省本已就

13、稀缺的上層網(wǎng)絡(luò)資源 ( 通信限于臨近的設(shè)備間，不需要高層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交換轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包 ). 如上文分析，此算法提供給租戶的定制接口可以抽象為一個 4 元組， N ，Intra-bandwidth ，Inter-bandwidth， .N 是租戶請求的VM數(shù)量 ;Intra-bandwidth是網(wǎng)內(nèi)帶寬 ;Inter-band-width是網(wǎng)際帶寬 ; 是虛擬網(wǎng)絡(luò)預(yù)留資源狀況的描述 . 這一定制接口非常友好，有利于租戶的理解與使用.虛擬網(wǎng)絡(luò)分配算法目前，大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計以樹形結(jié)構(gòu)為主13.為增加數(shù)據(jù)中心吞吐量，數(shù)據(jù)中心經(jīng)常采用高性能設(shè)備或聚合鏈路. 出于同樣的目的，學(xué)界正試圖研究出更好的網(wǎng)絡(luò)架

14、構(gòu)，比如，fat-tree14，VL215 ，BCube16 和 HULL20. 本分配算法集中解決以交換機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)( 比如， fat-tree).此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，如層次組織、各子層由子樹構(gòu)成. 不同于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò):它們擁有更多樣的橫向鏈路，大幅提升網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信的橫向帶寬.本文設(shè)計的啟發(fā)式算法，就以此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為目標(biāo)網(wǎng)絡(luò) . 該虛擬網(wǎng)絡(luò)分配算法會響應(yīng)租戶請求 N ，Intra-band-width ，Inter-bandwidth ， ，并為其從數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中找出一個包含n(n=N/ ) 臺可用 VM的子網(wǎng)絡(luò)，且此子網(wǎng)絡(luò)由滿足網(wǎng)內(nèi)帶寬和網(wǎng)際帶寬保證的鏈路構(gòu)成 . 分配算法分為

15、3 步 . 第 1 步，搜索當(dāng)前未被租出的 VM.算法會對每一個 VM進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記它們是否可用 . 然后，以每一個交換機(jī)為起點(diǎn)，依次計算處于交換機(jī)下行端口的可用 VM數(shù)量 . 形成如圖 2 所示的一個視圖 . 在這些交換機(jī)中尋找一個可用 VM數(shù)量剛好滿足 n 的交換機(jī) . 再以這臺交換機(jī)將作為下一步分配計算的出發(fā)點(diǎn)，完成進(jìn)一步的分配 . 這種以交換機(jī)為中心的搜索可以盡量將租戶請求的 VM放置在臨近的位置，縮短它們的通信距離，節(jié)約上層網(wǎng)絡(luò)資源 . 同時，由于存在通過冗余鏈路增加網(wǎng)絡(luò)通信吞吐量的改良措施，交換機(jī)可能重復(fù)計算下行鏈路中已經(jīng)計算過的 VM資源 . 但這并不會影響分配算法的工作，分配算

16、法將在后續(xù)的工作中檢查這種問題，如果存在這種由于重復(fù)VM導(dǎo)致的分配不足，分配算法將會回退到第一步，重新選擇可用交換機(jī)進(jìn)行分配 . 如果全網(wǎng)不存在可滿足條件的子網(wǎng)，則分配失敗. 第 2 步，以網(wǎng)內(nèi)帶寬為需求，初步構(gòu)建VS.直觀上看， VS是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械囊活w子樹，VM正是通過這個虛擬交換機(jī)VS 完成帶寬保證的通信 . 這顆子樹是在資源預(yù)留的基礎(chǔ)上構(gòu)建的. 不過這種資源預(yù)留策略并不意味著一臺VM與 10 臺 VM通信就需要在其出口鏈路上預(yù)留 10*intra-band-width(網(wǎng)內(nèi)帶寬 ) 的帶寬 . 我們使用 Hose 模型對鏈路資源預(yù)留進(jìn)行了優(yōu)化 . 回到前面的例子，由于 intra

17、-bandwidth 是一種最大帶寬保障策略，所以，一臺 VM不論與多少臺 VM連接通信，它最大擁有 intra-bandwidth 的通信能力 . 對于這臺 VM，只需要預(yù)留1*intra-bandwidth的通信帶寬即可 . 也就是說，通信帶寬的預(yù)留以網(wǎng)絡(luò)連接帶寬需求較少的一側(cè)為準(zhǔn). 與SecondNet 需要預(yù)留 10*intra-bandwidth的 v2v 策略相比，這種策略更加節(jié)省資源，增加了數(shù)據(jù)中心服務(wù)能力和彈性.分配算法以第一步中獲得的交換機(jī)為樹根，檢測每一個下行端口在帶寬保證的情況下能夠滿足的VM數(shù)量 . 這個檢測過程將在VS中的每一個交換機(jī)上逐個進(jìn)行. 一個下行網(wǎng)絡(luò)連接在指

18、定帶寬保證的情況下可以滿足的VM數(shù)量表示為 :nr=max(M) 當(dāng)切當(dāng)，M=m|m (0 ， n ，n=min(n ， m)，min(m ， n-m)*intra-bandwidth Bl 此下行網(wǎng)絡(luò)連接需要保留的帶寬為:Br=min(nr*intra-bandwith， (n-nr)*intra-bandwith)nr是可以部署在相應(yīng)下行網(wǎng)絡(luò)連接的VM數(shù)量 .M 是一個集合，它由相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)連接可以容納的VM的數(shù)量組成 .m 是此下行網(wǎng)絡(luò)連接相連的另一側(cè)交換機(jī)能夠容納的可用VM總數(shù) .Bl 是此下行網(wǎng)絡(luò)連接上剩余的帶寬 .n 是虛擬網(wǎng)絡(luò)總共要分配的VM數(shù)量 .Br 是此網(wǎng)絡(luò)連接上，最終分配給租

19、戶的帶寬值 . 這種網(wǎng)絡(luò)檢查將層層向下，直到檢查到網(wǎng)絡(luò)的邊緣 VM.這種全面的檢查可以保證分配算法的正確性，防止出現(xiàn)類似 Oktopus 中的分配不精確問題 . 第 3 步，檢測并分配從虛擬網(wǎng)絡(luò)到 Internet 的網(wǎng)絡(luò)通信路徑 . 我們把核心交換機(jī)看成是數(shù)據(jù)中心的邊緣，即 Internet. 因?yàn)樗钦麄€數(shù)據(jù)中心交換網(wǎng)絡(luò)的頂層設(shè)備，是 VM交換網(wǎng)絡(luò)向外的出口 . 這樣就可以將虛擬網(wǎng)絡(luò)到 Internet 的通信路徑尋找問題簡化為搜索由第二步初步形成的VS到核心交換機(jī)的有效路徑問題 . 我們可以通過枚舉每層交換機(jī)的上行端口來找到從 VS到核心交換機(jī)的有效路徑 . 但是在極端的情況下，會出現(xiàn)多

20、層查找的問題，比如四層查找問題，包括虛擬交換機(jī)、架頂交換機(jī)、聚合層交換機(jī)和核心層交換機(jī) . 為了算法的可拓展性，我們設(shè)計了一種 3 元矩陣來存儲交換機(jī)之間的連接關(guān)系，這個矩陣以交換機(jī)為橫軸和縱軸的坐標(biāo)，在橫縱軸的焦點(diǎn)上存儲將它們直接相連的交換機(jī)，若沒有則為空 .實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文分別從 4 個方面進(jìn)行了評估 . 首先，通過租戶請求的接受率來驗(yàn)證本文虛擬網(wǎng)絡(luò)分配算法可以保持?jǐn)?shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施較高的復(fù)用率 . 其次，通過實(shí)例，說明了本文提出的算法可以精確分配虛擬網(wǎng)絡(luò)，杜絕類似 Oktopus 中產(chǎn)生的假性分配成功的現(xiàn)象 . 第三，測量了從核心交換機(jī)到 VM的 RTT(RoundTripTime) ，驗(yàn)

21、證了本算法分配的虛擬網(wǎng)絡(luò)可以保證虛擬網(wǎng)絡(luò)與 Internet 的穩(wěn)定高速的通信 . 最后，測試了在數(shù)據(jù)中心不同負(fù)載情況下，面對租戶請求的動態(tài)變化，不同彈性因子 給數(shù)據(jù)中心帶來的服務(wù)靈活性的提升. 本文搭建了一個實(shí)驗(yàn)仿真平臺 . 此平臺構(gòu)建了一個三層的樹狀拓?fù)?，過度訂閱率選用了 1/10( 這一數(shù)據(jù)與觀測到的實(shí)際數(shù)據(jù)相符15).實(shí)驗(yàn)平臺總共擁有3200 臺 VM.每個機(jī)架部署5 臺服務(wù)器，每臺服務(wù)器擁有4 臺 VM.核心層交換機(jī)連接聚合層交換機(jī)，聚合層交換機(jī)又與架頂交換機(jī)相連. 所有以上仿真都由mininet18構(gòu)建 .圖 4 表示了仿真平臺的邏輯視圖.在整個仿真中，本分配算法將會與上文提到的其

22、它分配方法進(jìn)行對比 . 為了獲得精確可信的結(jié)果，我們?yōu)椴煌姆峙淠Ｐ吞峁┫嗤臏y試用例 . 其中， VM的租戶需求數(shù)量服從平均數(shù)為 49 的指數(shù)分布 ( 根據(jù)數(shù)據(jù)中心的統(tǒng)計結(jié)果選用 5). 租戶需求的帶寬同樣也服從指數(shù)分布，同時，選擇不同的平均帶寬來完成仿真 . 首先測試算法對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)用率的影響 . 數(shù)據(jù)中心批準(zhǔn)的租戶請求數(shù)量和數(shù)據(jù)中心總共收到的租戶請求數(shù)量的比值即租戶需求接受率 . 與 SecondNet 的 v2v 策略相比，通過此接受率來說明虛擬網(wǎng)絡(luò)帶來的性能提升 . 為了使對比更加合理，保持參數(shù)一致，為兩個仿真設(shè)置了相同的仿真參數(shù)，即兩者為相同的一組租戶請求( 相同的 VM數(shù)

23、量和帶寬請求，它們來自前文提到的分布函數(shù) ) 分配數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò) . 每組實(shí)驗(yàn)都進(jìn)行了 10 次，然后，通過取平均數(shù)來對比兩者的差異 . 如圖 5 所示，本文算法 -100M 表示本算法在100Mbps平均網(wǎng)內(nèi)帶寬保證下的分配情況 .SecondNet-100M 為 SecondNet 在100Mbps平均帶寬保證下分配的圖示 . 同樣的，本文算法 -500M 和 SecondNet-500M 分別表示本算法在 500Mbps平均網(wǎng)內(nèi)帶寬和SecondNet 在 500Mbps平均帶寬保證情況下的分配圖示 . 橫軸顯示了租戶的總請求數(shù)量 . 因?yàn)樵趲捯筝^少時，數(shù)據(jù)中心的資源可以提供給更多的租

24、戶使用，因此正如圖 5 所示，當(dāng)租戶的帶寬需求較小時，兩種分配算法都有較高的租戶請求接受率 . 但是，不管租戶的請求多或少，本算法分配虛擬網(wǎng)絡(luò)總是高出 SecondNet 接受率的 20%以上 . 同時注意到每種分配算法都在有 120 個租戶請求到來時發(fā)生了較大的下降情況 . 因?yàn)樽鈶粽埱蟮钠骄鶖?shù)為 49，而數(shù)據(jù)中心共擁有 3200 臺 VM.當(dāng)租戶請求到達(dá) 120 時，數(shù)據(jù)中心的資源已經(jīng)分配殆盡 (49*120=5880) 造成接受率嚴(yán)重下降 .其次，通過一個例子來說明本算法分配的準(zhǔn)確性.如圖 6 所示，假設(shè)現(xiàn)在到來一個新的請求 (4 臺 VM，400Mbps網(wǎng)內(nèi)帶寬 ) 但是數(shù)據(jù)中心已經(jīng)分

25、配了一個租戶的請求 (VM1，VM2，VM3，VM4，600Mbps網(wǎng)內(nèi)帶寬 ). 由于 VM5，VM6，VM7，VM8和 VM9可用，并且只有以 sw1 為根的樹狀子拓?fù)淇梢匀菁{ 4 臺以上的租戶需求，所以， Oktopus 順序檢查 sw1 的兩個下行鏈路帶寬是否滿足需求 . 檢查發(fā)現(xiàn) Li2 所連分支擁有兩臺可用 VM，Li2 的可用帶寬 1Gbps大于需求帶寬 2*400Mbps，另一路通過同樣的檢測 . 最終， Oktopus 將 VM5，VM6，VM7和 VM8分配給租戶 . 然而實(shí)際上， Li3 只余留 400Mbps帶寬( 分配給 VM4600Mbps帶寬， 400Mbps=1

26、Gbps-600Mbps)，不能滿足租戶 2*400Mbps 的帶寬需求，導(dǎo)致假性成功分配現(xiàn)象發(fā)生 . 而對于本算法分配的虛擬網(wǎng)絡(luò)，鏈路資源檢查并不會在Li2 處停止，虛擬網(wǎng)絡(luò)會沿著下行鏈路檢查網(wǎng)絡(luò)資源，直到網(wǎng)絡(luò)的邊緣(VM). 因此，當(dāng)檢查推進(jìn)到Li3 ，本算法發(fā)現(xiàn)資源不足以滿足2 臺 VM的部署，因此，只暫時批準(zhǔn)1 臺 VM，接著繼續(xù)尋找其他可用VM.最后，VM7、VM8和 VM9滿足分配條件 ( 根據(jù)分配算法一節(jié)描述，這三臺VM與 VM5連接的鏈路上只需要1*400Mbps 帶寬 ) ，本算法分配VM5、VM7、VM8和 VM9給租戶 .因此，本算法資源搜索更為細(xì)致，保證了分配的準(zhǔn)確性.

27、 第三，通過測試核心交換機(jī)到 VM的 RTT，測試了本算法分配的虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)際通信能力 . 為了檢查 VM到 Internet 的通信質(zhì)量，在核心交換機(jī)上連接了一臺服務(wù)器來模擬 Inter-net. 同樣，本文使用了相同的租戶請求序列檢測不同的分配算法. 本文隨機(jī)選擇了數(shù)據(jù)中心的 10 臺 VM用作 VM與 In-ternet的通信測試 . 為了更加真實(shí)的重現(xiàn)數(shù)據(jù)中心場景，我們通過在相同的虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)模擬VM之間穩(wěn)定的交互數(shù)據(jù)流，來模擬租戶 VM之間的通信，進(jìn)而重現(xiàn)一種具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 . 通過測量和計算從核心交換機(jī)到 VM的 RTT的平均值與方差，在圖 7 中展示了本算法、 TAM、Second-Net 和 Oktopus 的服務(wù)質(zhì)量 .SecondNet 的平均時延最短，原因是SecondNet 的分配條件苛刻，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)用率很低， SecondNet 總處于極輕載的狀態(tài) . 相反，本文算法、 TAM和 Oktopus分配算法寬松一些，因此在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中可以部署更多的租戶請求，網(wǎng)絡(luò)也相應(yīng)慢一些，但很大程度上提高了數(shù)據(jù)中心的復(fù)用率.從第一個仿真實(shí)驗(yàn)中可以看出，SecondNet 接收租戶請求條件苛刻，限制了數(shù)據(jù)中心的服務(wù)拓展能力和效益 . 而本文算法分配的虛擬網(wǎng)絡(luò)的平均時延好于 TAM和 Oktopus. 因?yàn)楸舅惴ㄔ诜峙渥鈶粽埱髸r考慮了網(wǎng)際帶寬，使